Th.--Sci.--Toulouse 3, 1981. N°: 979.

Les interactions des aérosols avec les nuages en Arctique peuvent avoir de fortes conséquences sur le forçage radiatif. Néanmoins cette interaction reste encore mal comprise. Dans cette étude nous utilisons les instruments satellitaires POLDER-3 & MODIS pour obtenir des informations sur les propriétés microphysiques des nuages que nous co-localisons temporellement et spatialement avec la concentration en monoxyde de carbone, traceur passif du contenu en aérosols, issue des modèles numériques GEOS-Chem et FLEXPART. Nous co-localisons également les données avec les réanalyses de ERA-Interim pour pouvoir contrôler les paramètres météorologiques tel que l’humidité spécifique et la stabilité de la basse troposphère. Afin d’étudier l'impact des panaches de pollution sur la microphysique des nuages, nous définissons le paramètre ACInet qui décrit l'interaction aérosol nuage. Nos résultats suggèrent que les parcelles d'air venant de feux de biomasses ont un effet limité sur la microphysique des nuages. Au contraire, l'effet des aérosols venant de sources anthropiques ont un effet proche d'un maximum théorique. Nous étudions alors l'impact de différents paramètres météorologiques sur l'ACInet. Nous avons également analysé l'impact des aérosols d'origine anthropiques sur la transition de phase liquide-glace des nuages. Nos résultats indiquent que le contenu en aérosols a un effet net de diminution de la température de transition de phase, ce qui est susceptible d'avoir de fortes conséquences sur la durée de vie des nuages. / The Arctic region is warming particularly rapidly. The aerosol-cloud interaction (ACI) plays an important role on cloud radiative properties and climate change but aerosol impact on cloud microphysical parameters is still poorly understood.In this study we combine measurements from the satellite instruments POLDER-3 and MODIS to temporally and spatially co-localize cloud microphysical properties with carbon monoxide concentrations, passive tracer of aerosol content, from GEOS-Chem and FLEXPART. We also add ERA-I reanalysis of meteorological parameters to stratify meteorological parameters, such as specific humidity and lower tropospheric stability. Thus, observed differences in cloud-microphysical-parameters can be attributed to differences in aerosol content and not in meteorological parameters. We define a net ACI (ACInet) which can be interpreted as a measure of the sensitivity of a cloud at any given location to pollution plumes from distant sources. We study the impact of aerosols from anthropogenic and biomass-burning sources on liquid-cloud microphysical properties in Arctic, between 2005 and 2010, above ocean, and for different meteorological regimes. Our results suggest that the effect of biomass pollution plumes is smaller than the effect of anthropogenic pollution plumes. Meteorological parameters can significantly influence the ACI. We analyze the impact of anthropogenic aerosol on thermodynamic phase transition. The smaller the effective radius, the greater the supercooled temperature, whereas the greater the aerosol concentration, the smaller the supercooled temperature.

L’évolution des infrastructures informatiques encourage la gestion séparée de l’infrastructure matérielle et de celle des logiciels. Dans cette direction, les infrastructures de cloud virtualisées sont devenues trés populaires. Parmi les différents modèles de cloud, les Infrastructures as a Service (IaaS) ont de nombreux avantages pour le fournisseur comme pour le client. Dans ce modèle de cloud, le fournisseur fournit ses ressources virtualisées et il est responsable de la gestion de son infrastructure. De son coté, le client gère son application qui est déployée dans les machines virtuelles allouées. Ces deux acteurs s’appuient généralement sur des systèmes d’administration autonomes pour automatiser les tâches d’administration. Réduire la quantité de ressources utilisées (et la consommation d’énergie) est un des principaux objectifs de ce modèle de cloud. Cette réduction peut être obtenue à l’exécution au niveau de l’application par le client (en redimensionnant l’application) ou au niveau du système virtualisé par le fournisseur (en regroupant les machines virtuelles dans l’infrastructure matérielle en fonction de leur charge). Dans les infrastructures de cloud traditionnelles, les politiques de gestion de ressources ne sont pas coopératives : le fournisseur ne possède pas d’informations détaillées sur les applications. Ce manque de coordination engendre des surcoûts et des gaspillages de ressources qui peuvent être réduits avec une politique de gestion de ressources coopérative. Dans cette thèse, nous traitons du problème de la gestion de ressources séparée dans un environnement de cloud virtualisé. Nous proposons un modèle de machines virtuelles élastiques avec une politique de gestion coopérative des ressources. Cette politique associe la connaissance des deux acteurs du cloud afin de réduire les coûts et la consommation d’énergie. Nous évaluons les bénéfices de cette approche avec plusieurs expériences dans un IaaS privé. Cette évaluation montre que notre politique est meilleure que la gestion des ressources non coordonnée dans un IaaS traditionnel, car son impact sur les performances est faible et elle permet une meilleure utilisation des ressources matérielles et logicielles. / Recent advances in computer infrastructures encourage the separation of hardware and software management tasks. Following this direction, virtualized cloud infrastructures are becoming very popular. Among various cloud models, Infrastructure as a Service (IaaS) provides many advantages to both provider and customer. In this service model, the provider offers his virtualized resource, and is responsible for managing his infrastructure, while the customer manages his application deployed in the allocated virtual machines. These two actors typically use autonomic resource management systems to automate these tasks at runtime. Minimizing the amount of resource (and power consumption) in use is one of the main services that such cloud model must ensure. This objective can be done at runtime either by the customer at the application level (by scaling the application) or by the provider at the virtualization level (by migrating virtual machines based on the infrastructure’s utilization rate). In traditional cloud infrastructures, these resource management policies work uncoordinated: knowledge about the application is not shared with the provider. This behavior faces application performance overheads and resource wasting, which can be reduced with a cooperative resource management policy. In this research work, we discuss the problem of separate resource management in the cloud. After having this analysis, we propose a direction to use elastic virtual machines with cooperative resource management. This policy combines the knowledge of the application and the infrastructure in order to reduce application performance overhead and power consumption. We evaluate the benefit of our cooperative resource management policy with a set of experiments in a private IaaS. The evaluation shows that our policy outperforms uncoordinated resource management in traditional IaaS with lower performance overhead, better virtualized and physical resource usage.

La région arctique est particulièrement sensible au changement climatique. Aux latitudes polaires, les nuages arctiques ont un effet important sur le bilan radiatif à la surface. La première partie de ce travail est constitué de l’intercomparaison instrumentale au sol à la station PUY en Mai 2013. Les mesures ont montré une bonne corrélation entre les diamètres effectifs et les distributions en taille des gouttelettes d’eau obtenus par les instruments, mais avec des biais systématiques sur les concentrations. Ces biais ont été reliés à l’estimation du volume d’échantillonnage et nous avons donc proposé une méthode consistant à normaliser les données par rapport à un instrument qui réalise des mesures intégrées. D’autre part, le FSSP et le FM ont fait l’objet d’expériences visant à évaluer l’influence de l’angle de déviation par rapport au vent extérieur et de la vitesse du vent. La seconde partie de ce travail a pour objet la campagne de mesure qui s’est déroulée à la station du Mont-Zeppelin, Ny-Alesund, Svalbard, de Mars à Mai 2012 dans le cadre du projet CLIMSLIP. Une comparaison a été effectuée entre un cas « pollué », avec des masses d’air provenant d’Asie de l’Est et d’Europe, et un cas « propre », dont les sources d’aérosols sont majoritairement locales et ne dépassent pas l’Europe du Nord. Les résultats ont montré que le cas pollué possède des concentrations en BC, aérosols et gouttes plus élevées, un mode accumulation plus important, un diamètre de gouttes plus faible et une fraction d’activation plus élevée. Enfin, le premier et le second effet indirect des aérosols ont pu être quantifiés. / The arctic region is especially sensitive to climate change. At high latitudes, arctic clouds have an important effect on the surface radiative budget. The first part of this work consists in a ground based cloud instrumentation intercomparison in the PUY station in May 2013. The measurements showed a good correlation between the effective diameters and the droplet size distributions obtained by the instruments, but with a systematical bias on the concentrations. These biases have been relied to the assessment of the sampling volume and we thus proposed a methodology to standardize the data according to an ensemble of particles probe. Moreover, the FSSP and the FM have been the subject of experiments to assess the influence of the deflection angle according to exterior wind and the wind speed. The second part of this work is about the measurement campaign at the Mount-Zeppelin station, Ny-Alesund, Svalbard, from March to May 2012 in the frame of the CLIMSLIP project. A comparison has been performed between a « polluted » case, with air masses coming from East Asia and Europe, and a « clean » case, where the aerosol sources are predominantly local and do not exceed the northern Europe. The results showed that the polluted case possessed higher concentrations in BC, aerosols and drops, an accumulation mode more important, weaker droplet diameters and higher activation fraction. Finally, the first and second aerosol indirect effects have been quantified.

La structure des nuages sombres de la région Taurus-Auriga-perseus et les causes des différences chimiques observées sont etudiées à l'aide de données radio, IR et optique. Des observations millimétriques ont permis de réaliser des cartes détaillées enCO de ce complexe moléculaire interstellaire. De nouvelles molécules métalliques ont été détectées (CLNA,CLK,CLAL, et FAL) ainsi que des isotopes de SICC et HCCCH. Des travaux instrumentaux pour différents radiotélescopes sont aussi décrits.

Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des interactions aérosols -nuages. Pour ce faire, nous avons dû traiter des sujets aussi larges et divers que le développement de moyens instrumentaux, l'analyse statistique et la modélisation. Ainsi, nous avons été amenés à installer et à développer un échantillonneur d'air nuageux. Il permet maintenant un échantillonnage en nuages en continu à l'observatoire du sommet du puy de Dôme. Il s'en est suivi deux campagnes de mesures durant les hivers 2000 et 2001 aboutissant à la collecte de plus de 600000 échantillons. Grâce à ce large panel de conditions météorologiques et d'origines de masses d'air, nous avons pu quantifier un des points clés de l'étude des relations aérosol - nuage. Nous avons pu obtenir une relation entre la concentration totale de particules d'aérosol et, d'une part la concentration de gouttelettes de nuages, et d'autre part le rayon effectif du nuage pour un contenu en eau liquide du nuage constant. De plus, l'utilisation d'un modèle d'activation des gouttelettes de nuage appelé ExMix nous a permis d'avoir une meilleure compréhension de l'évolution de l'incorporation des particules dans le nuage. Ainsi, nous avons pu comparer ces variations avec le contenu en eau qui augmente ou avec le rayon effectif du nuage pour un contenu en eau constant des sorties du modèle à celles mesurées. Toutefois, cela a montré le manque important d'une mesure physico-chimique de l'aérosol avec une fréquence de mesure élevée permettant par exemple une meilleure prise en compte de la phase organique de l'aérosol. C'est pourquoi, un analyseur de la volatilité et de la granulométrie des aérosols a été développé, construit et testé durant la dernière partie de ce travail de thèse.

Cette étude se penche sur l'interaction nuage-rayonnement simulée par le modèle GEM-LAM (modèle Global Environnemental multi-échelle à aire limitée) en évaluant avec des observations provenant de deux sites du programme ARM (Atmospheric Radiation Measurement) les différentes composantes atmosphériques ayant un impact sur le bilan radiatif de surface. Ainsi, le rayonnement vers la surface de courtes et longues longueurs d'ondes est comparé aux observations en fonction de la fraction nuageuse afin d'isoler l'effet de la vapeur d'eau ou de l'eau liquide des nuages sur le rayonnement descendant. À l'aide des cycles diurnes moyens et des distributions de fréquences, le principal biais identifié pour le rayonnement à la surface simulé par GEM-LAM est la surestimation du rayonnement d'ondes courtes incident à la surface vers le milieu de la journée. Ce biais provient, d'une part, d'une sous-estimation de la fraction nuageuse, et d'autre part, d'une trop grande transmissivité du rayonnement solaire des nuages lorsqu'ils sont présents, particulièrement pour les nuages optiquement minces. Le biais radiatif de courtes longueurs d'ondes est responsable d'un biais chaud de température près de la surface pour les saisons d'été aux deux sites. Ceci entraîne un biais positif du rayonnement d'oncles longues pour les conditions de ciel clair qui est toutefois compensé par la sous-estimation de la fraction nuageuse pour donner des biais réduits du rayonnement d'ondes longues pour toutes les conditions. De plus, le biais de courtes longueurs d'ondes pourrait être responsable d'un assèchement excessif de la surface et par conséquent mener à un déficit de vapeur d'eau dans l'atmosphère, particulièrement pour la saison d'été au site SGP. Cette étude illustre l'importance de l'évaluation individuelle des composantes de l'interaction nuage-rayonnement à l'aide de statistiques à hautes fréquences temporelles afin de bien identifier les erreurs compensatoires qui peuvent être présentes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Interaction nuage-rayonnement, Modèle régional de climat, Schéma microphysique, Bilan radiatif de surface.

Les nuages de convection restreinte sont omniprésents au-dessus de l'Océan Tropical et durant l'été dans la couche limite des latitudes moyennes . Ils ont un impact sur la structure thermodynamique de la basse atmosphère et, par le biais de leur interaction avec la radiation solaire, ils influencent le budget énergétique à la surface. Dans ce projet, nous introduisons un paramétrage des nuages de convection restreinte dans le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC). Ce paramétrage est couplé au schéma de convection, qui est celui de Bechtold-Kain-Fritsch. La représentation de ces nuages ainsi que du MRCC avec ce paramétrage est évalué au-dessus du Pacific selon le protocole du GEWEX Pacific Cross-section Intercomparaison (GPCI). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Convection restreinte, Paramétrage de la couverture nuageuse, Modèles régionaux du climat.

Le premier objectif de cette étude est d’analyser la cohérence entre les restitutions d’aérosols au-dessus des nuages (AAC) réalisées à partir de mesures spatiales passive et active. Nous avons considéré la méthode basée sur les mesures polarisées de POLDER, la méthode développée pour le lidar spatial CALIOP et la méthode basée sur le rapport de dépolarisation CALIOP (DRM), pour laquelle nous proposons une version calibrée. Nos analyses régionale et pluriannuelle globale mettent en évidence un bon accord statistique entre les restitutions DRM et POLDER AOT (R2=0,68 - échelle globale), qui donne confiance dans notre capacité à mesurer les propriétés de l'AAC. Des différences se produisent lors du contact entre les couches d'aérosols et de nuages. La méthode opérationnelle de CALIOP sous-estime l’AOT, comparé aux deux autres méthodes. Le second objectif est d'étudier l'impact des aérosols sur les propriétés des nuages et leur forçage radiatif, sur l'océan Atlantique Sud. Nous avons considéré une synergie entre les restitutions CALIOP et POLDER avec des paramètres météorologiques colocalisés. Nous réalisons des calculs de transfert radiatif dans les domaines visible et infrarouge, et analysons l'effet de la charge en aérosol sur les propriétés des nuages et la météorologie. Nous avons trouvé que les aérosols et le contenu en vapeur d’eau pourraient impacter la convection des nuages. Nos résultats montrent que sous de fortes charges de AAC, les nuages deviennent optiquement plus épais, avec une augmentation du contenu en eau liquide de 20 g.m-2 et des altitudes plus basses du sommet du nuage (~200 m); indiquant un potentiel effet semi-direct des aérosols au-dessus des nuages. / One of the main objectives of this study is to analyze the consistency between the aerosol above clouds (AAC) retrievals from passive and active satellite measurements. We consider the method based on the passive polarization measurements provided by the POLDER instrument, the operational method developed for the space borne lidar CALIOP, and the CALIOP-based depolarization ratio method (DRM), for which we also propose a calibrated version. We perform a regional analysis and a global multi-annual analysis to provide robust statistics results. Our findings show good agreement between DRM and POLDER AOT retrievals (R2=0.68 at global scale). This result gives confidence in our ability to measure the properties of AAC. Differences occur when the aerosol and cloud layers are in contact. CALIOP operational method is largely underestimating the above cloud AOT, compared to the other two methods.The second objective is to study the impact of aerosols on the cloud properties and their radiative forcing, over the South Atlantic Ocean. We perform a synergy between CALIOP vertical profiles and POLDER retrievals, with collocated meteorological parameters. We performed radiative transfer calculations in the short- and longwave domains, and analyzed the effect of aerosol loading on the cloud properties and meteorology. We found that aerosols and water vapor effects could impact the cloud convection. Our results show that under large loads of AACs, clouds become optically thicker, with an increase in liquid water path of 20 g.m-2 and their cloud top altitudes are lower by 200 m, which may indicate a potential semi-direct effect of aerosols above clouds.

In the Drosophilaovary, PIWI-interacting RNAs (piRNAs) suppress transposon expression, ensuring female fertility. PIWI proteins Aub and Ago3, loaded with ping-pong piRNAs and reside in perinuclear nuage granules, engage in reciprocal transposon transcript cleavage termed the ping-pong cycle. The other PIWI protein Piwi, loaded with phased piRNAs and resides in the nucleus, silences transposon transcriptionally. Ping-pong piRNAs are made through the ping-pong amplification loop by Aub and Ago3, whereas phased piRNAs are made through consecutive endonucleolytic cleavages that spread in 5′-to-3′ direction, presumably by Zucchini (Zuc), an endonuclease resides on the surface of mitochondria. The ping-pong and phasing biogenesis pathways are coupled genetically and molecularly. However, it is not known how such coupling is achieved at the mechanistic level. We found that nuage and mitochondria are physically separate under the confocal and electron microscopy. Zuc interacts with other known phasing factors on the mitochondrial surface, including an RNA-binding ATPase Armitage (Armi). Relying on its ATPase activity, Armi avoids binding to genic mRNAs, instead binds to piRNA precursors engaged in ping-pong or phasing, and localizes to both nuage and mitochondria. Armi localization is dynamically regulated by the ping-pong and phasing pathways. In armiloss-of-function mutants, ping-pong still operates, but phasing is disrupted. Therefore, the coupling between ping-pong and phasing pathways can be explained by Armi shuttling between nuage and mitochondria. An Armi ATPase mutant retains the interactions with piRNA biogenesis factors and piRNA precursors, but is insufficient to support phasing, suggesting an additional role of the Armi ATPase activity in ribonucleoprotein complex (RNP) remodeling. Our study suggests that the dynamic distribution of an RNA-binding ATPase serves to transfer piRNA precursors between distinct subcellular compartments. It furthers our understanding of the complex coordination between piRNA biogenesis pathways and may serve to guide future studies on the mitochondrial phase of piRNA biogenesis. A few important questions remain to be answered: what interactions or conformational changes need to happen on Armi for it to anchor at nuage or mitochondria? How does Armi remodel the phasing RNP? Why are ping-pong and phasing machineries separated, and why does phasing happen on mitochondria?