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.

Au cours des vingt dernières années, de nombreux algorithmes de reconstruction de surface ont été développés. Néanmoins, des données additionnelles telles que les normales orientées sont souvent requises et la robustesse aux données imparfaites est encore un vrai défi. Dans cette thèse, nous traitons de nuages de points non-orientés et imparfaits, et proposons deux nouvelles méthodes gérant deux différents types de surfaces. La première méthode, adaptée au bruit, s'applique aux surfaces lisses et fermées. Elle prend en entrée un nuage de points avec du bruit variable et des données aberrantes, et comporte trois grandes étapes. Premièrement, en supposant que la surface est lisse et de dimension connue, nous calculons une fonction distance adaptée au bruit. Puis nous estimons le signe et l'incertitude de la fonction sur un ensemble de points-sources, en minimisant une énergie quadratique exprimée sur les arêtes d'un graphe uniforme aléatoire. Enfin, nous calculons une fonction implicite signée par une approche dite « random walker » avec des contraintes molles choisies aux points-sources de faible incertitude. La seconde méthode génère des surfaces planaires par morceaux, potentiellement non-variétés, représentées par des maillages triangulaires simples. En faisant croitre des primitives planaires convexes sous une erreur de Hausdorff bornée, nous déduisons à la fois la surface et sa connectivité et générons un complexe simplicial qui représente efficacement les grandes régions planaires, les petits éléments et les bords. La convexité des primitives est essentielle pour la robustesse et l'efficacité de notre approche. / Over the last two decades, a high number of reliable algorithms for surface reconstruction from point clouds has been developed. However, they often require additional attributes such as normals or visibility, and robustness to defect-laden data is often achieved through strong assumptions and remains a scientific challenge. In this thesis we focus on defect-laden, unoriented point clouds and contribute two new reconstruction methods designed for two specific classes of output surfaces. The first method is noise-adaptive and specialized to smooth, closed shapes. It takes as input a point cloud with variable noise and outliers, and comprises three main steps. First, we compute a novel noise-adaptive distance function to the inferred shape, which relies on the assumption that this shape is a smooth submanifold of known dimension. Second, we estimate the sign and confidence of the function at a set of seed points, through minimizing a quadratic energy expressed on the edges of a uniform random graph. Third, we compute a signed implicit function through a random walker approach with soft constraints chosen as the most confident seed points. The second method generates piecewise-planar surfaces, possibly non-manifold, represented by low complexity triangle surface meshes. Through multiscale region growing of Hausdorff-error-bounded convex planar primitives, we infer both shape and connectivity of the input and generate a simplicial complex that efficiently captures large flat regions as well as small features and boundaries. Imposing convexity of primitives is shown to be crucial to both the robustness and efficacy of our approach.

L'augmentation constante de la demande alimentaire et énergétique dans le monde associée au réchauffement et changements climatiques ont poussé les recherches en agronomie vers le développement d'une agriculture plus durable et l'amélioration de la performance des cultures. Pour répondre à ces demandes, les chercheurs ont concentré leurs efforts sur le développement de méthodes de génotypage à haut débit (l'étude de la séquence génomique des plantes) et ont permis aux biologistes d'identifier les génotypes d'une grande quantité de plantes. De plus, comprendre les relations qui lient les génotypes (ADN) aux phénotypes (caractéristiques visuelles) qui évoluent en fonction des conditions d'irrigation, d'illumination ou de température est devenu un enjeu majeur dans la recherche agricole. Alors que les méthodes de génotypage ont été rapidement améliorées et automatisées au cours de la dernière décennie, les méthodes de phénotypage restent manuelles et parfois destructrices. Ces méthodes consistent à mesurer certains paramètres visuels d'une plante telle que : la hauteur de la tige principale, le nombre de feuilles, les angles d'initiation des feuilles ou la surface foliaire et plus important encore, à suivre ces paramètres tout au long de la croissance des plantes. Par conséquent, le nombre de plantes à cultiver est très important et les mesures prennent beaucoup de temps. Avec l'émergence des nouvelles technologies en vision par ordinateur et en robotique, les chercheurs en agronomie y ont vu un intérêt certain en vue d'automatiser la collecte et les mesures des données visuelles sur les plantes. La thèse porte sur la conception, le développement et la validation de traitements haut débit à exécuter automatiquement sur des images acquises sur des plantes de tournesol, en vue d'amplifier les capacités de phénotypage par les chercheurs en agronomie (et ultérieurement les évaluateurs de variétés et les semenciers). L'objectif est la mise au point d'un protocole d'acquisition d'images (en plante isolée) depuis un robot mobile (ou un système d'acquisition autonome) permettant d'améliorer, de moderniser et d'automatiser les méthodes de phénotypage actuelles afin d'aider les chercheurs en agronomie à collecter une grande quantité de données. Motivés par le souhait d'effectuer un phénotypage à haut débit, nous proposons une approche 3D pour extraire automatiquement les caractéristiques visuelles des plantes de tournesol cultivées en pot. Tout d'abord, un nuage de points 3D d'une plante est acquis avec des techniques classiques de Structure-from-Motion. Une étape de segmentation est ensuite effectuée pour extraire la tige principale et les feuilles. Dans le but de suivre les caractéristiques visuelles pendant la croissance des plantes, en particulier, suivre l'expansion foliaire de chaque feuille, une étape de labellisation basée sur le modèle botanique d'une plante est appliquée pour leur affecter une étiquette unique qui ne changera pas avec le temps. Enfin, les caractéristiques visuelles sont extraites et les résultats obtenus sur les plantes de tournesol démontrent l'efficacité de notre méthode et en font une étape encourageante vers le phénotypage haut débit. / The constant increasing food and energy demand in the world associated to global warming and climate change issues, pushed the researchs in plant breeding to move towards the improvement of crops performance and development of a more sustainable agriculture. To meet these demands, the effort made by the researchers were focused on the development of high-throughput genotyping methods (i.e., the study of genome sequence of plants) and allowed the biologists to indentified the genotypes of a large amount of plants. Moreover, understanding the relationships that link the genotypes (DNA) to the phenotypes (visual characteristics) that evolve according environmental conditions like: light, water, drought, heat, etc. has become a main issue in agricultural research. While the genotyping methods were rapidly improved and automatized during the last decade, the phenotyping methods remain manual, sometimes destructive and non-replicable. The usual phenotyping methods consist to measure certain visual parameters of a plant such as: main stem heigh, number of leaves, leaf initiation angle or leaf area, but more importantly, be able to follow these parameters along the plant growth. Consequently, the number of plants to harvest is very important and the measurements are extremely time-consuming. The emergence and reliability of new technologies in computer vision and robotic have led the researchers to take an interest in them and to seek how they can be used in plant science. The thesis is focused on the design, development and validation of a high-throughput phenotyping method design for sunflower plant with an eye to amplify phenotyping capacities by Agronomists and Geneticists (and later varieties evaluators and seed producers). The aim is to improve, modernize and automatize the current phenotyping methods as a way to help the plant scientists to collect a large amount of data. Motivated by the wish to perform high-throughput plant phenotyping, we propose a 3D approach to automatically extract visual characteristics of sunflower plants grown in pot. First, a 3D point cloud of a plant is acquired with classical Structure-from-Motion techniques. A segmentation step is then proceeded to retrieve the main stem and the leaves. With the intention of following the visual characteristics during the plant growth, especially, the leaf area expansion rate of each leaf, a labelling step relying on the botanical model of a plant is performed to affect them a unique label that will not change over time. Finally, the visual characteristics are extracted and results obtained on sunflower plants demonstrate the efficiency of our method and make it an encouraging step toward high-throughput plant phenotyping.

Le littoral méditerranéen français est fréquemment affecté en automne par des épisodes de forte pluie. La région montagneuse des Cévennes – Vivarais (Massif Central) est une des régions affectées par ces épisodes de précipitations intenses (appelés Cévenols) qui peuvent provoquer des catastrophes naturelles entraînant des dommages économiques importants et des pertes de vies humaines. La prévision de tels épisodes par les modèles numériques de prévision du temps a été considérablement améliorée; cependant, des incertitudes en ce qui concerne leur intensité demeurent. L’amélioration des paramétrisations microphysiques dans ces modèles de prévision est un élément clé pour la réduction des erreurs. Le but de cette étude était de mieux comprendre les processus microphysiques qui régissent les épisodes de fortes précipitations et l’impact des particules d’aérosol atmosphériques sur ces précipitations en exploitant les observations du programme de recherche HYMEX et de la campagne de mesures associée qui s’est déroulée en 2012 dans le Sud de la France. L’étude s’est portée sur l’épisode de précipitation intense observé le 26 Sept. 2012 lors de la Période d’Observations Intenses (POI) 7a. Les observations disponibles ont été évaluées et comparées aux résultats de simulations effectuées avec le DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann and Wobrock; 2010) qui est un modèle tridimensionnelle utilisant un schéma bin pour représenter de manière détaillée la microphysique nuageuse ainsi que les interactions entre les particules d’aérosols et les nuages. Les observations utilisées ont été faites à partir d'instruments au sol et des mesures aéroportées in situ et permettent d'évaluer le modèle. Les observations au sol sont issues de radars en bande X, de Micro-Rain Radars (MRR), de disdromètres, mais également d’une réanalyse statistique des mesures de pluie par pluviomètres et radars opérationnels (Boudevillain et al. 2016). Les observations aéroportées in-situ ont été réalisées à l’aide de sondes microphysiques et du radar nuage RASTA embarqués à bord de l'avion de recherche français, le Falcon-20. Le rôle de la pollution sur le développement et l'évolution de l’épisode de précipitation intense du POI7a a été étudié en modifiant la concentration des particules d’aérosol à l’aide de spectres en aérosols observés lors de la campagne de mesures. Les résultats ont montré que la concentration initiale des particules d’aérosol influence la distribution spatiale et la quantité des précipitations, ainsi que le contenu vertical en eau de pluie et en eau glacée du système nuageux précipitant. Pour le cas étudié, une augmentation de la concentration initiale en nombre de particules d’aérosol diminue la quantité totale de pluie au sol. Enfin, une étude de sensibilité supplémentaire sur le choix du domaine de simulation a permis de montrer le rôle essentiel de la dynamique et de l’humidité des basses couches atmosphériques de grande échelle sur la représentation du système précipitant. / The French coastline in the Mediterranean Sea is affected by heavy rainfall episodes especially in autumn. Cévennes – Vivarais, which is part of the Massif Central Mountains, is one of the affected regions. The associated heavy precipitation episodes (HPE), namely “Cévenols”, can cause natural disasters with important economic damages and life losses. The prediction of such episodes by Numerical Weather Prediction (NWP) models has been significantly improved; uncertainties remain though, regarding their occurrence and strength. The improvement of microphysical parameterizations in NWP models is one key-component for the reduction of forecast errors. The aim of this study was provide a better understanding of the microphysical processes that govern HPE and their interaction with atmospheric aerosol particles (APs) by exploiting observations from the HYMEX research program.The present study focused on the HPE from the HYMEX Intense Observation Period (IOP) 7a, whose observations were assessed and compared with modelling results from the bin-resolved microphysics scheme DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann and Wobrock; 2010) with 3D dynamics. This research model uses a detailed representation of the APs. Observations from ground-based instruments, as well as in-situ measurements were used for the evaluation of the model’s performance. The ground-based dataset consists of X-band Radars, Micro-Rain Radars (MRR), disdrometers, but also a rainfall reanalysis by rain gauges and operational radars (Boudevillain et al. 2016). Moreover, hydrometeor probes and the 95GHz cloud radar RASTA provided observations on-board of the French research aircraft Falcon-20.The role of pollution on the development and evolution of the HPE of IOP7a was investigated, as well. Considering that the highest AP concentrations were observed during IOP7a, the followed strategy was to perform model simulations by using less polluted observed AP spectra with lower total number concentrations. The results showed that the initial AP concentration influences the spatial distribution and quantity of rainfall, as well as the vertical properties of the rain water content and the ice water content of the precipitating cloud system. For the studied cases, with increasing the initial number concentration of APs, the total rain amount was decreased. Finally, the present study revealed a critical role of the model’s large-scale configuration necessary to correctly represent the dynamics.

Les cirrus constituent une des principales sources d'incertitude dans les projections relatives au climat puisqu'ils peuvent contribuer au réchauffement comme au refroidissement de la planète. Cette thèse a consisté en l'exploitation de la base de données lidar de l'OPAR. La combinaison de méthodes de restitution ont permis d'améliorer la détermination de l'épaisseur optique. L'outil permet d'obtenir le rapport lidar effectif, qui dépend des propriétés microphysiques. L'exploitation de la base de données a permis de mettre en évidence le cycle saisonnier d'occurrence des cirrus. Une étude de cas portant sur l'étude de la variabilité temporelle d'un cirrus observé a été réalisée. Le couplage de l'exploitation des restitutions et de la modélisation à méso-échelle à partir du modèle Méso-NH a permis de montrer que les processus radiatifs et microphysiques interviennent et interagissent dans l'évolution du cirrus et dans sa durée de vie.

L'effet des aerosols et des nuages sur le climat, qu'il s'agisse de leur forcage radiatif propre ou de leur interactions constitue actuellement la plus grande incertitude du systeme climatique. L'utilisation couplee de nouveaux moyens d'observations comme le lidar ou le radar avec la radiometrie fait partie des pistes de recherches retenues par la communaute scientique pour reduire ces incertitudes justifiant le developpement et la mise en oeuvre de ces nouveaux instruments sur les plates-formes de l'A-Train et le developpement des algorithmes operationnels associes. Ces algorithmes possedent certaines limitations intrinseques, ce qui nous a amene a la revision des methodes d'analyse standard des donnees issues des plates-formes spatiales de l'A-Train (CALIPSO, CLOUDSAT), au developpement de nos propres algorithmes a travers l'etude de l'echo de surface oceanique, et a l'identication d'un modele theorique de diffusion par la surface compatible avec les observations multispectrales de ces instruments actifs. L'utilisation de ce modele avec les observations actives et celles du radiometre micro-onde AMSR-E a permis d'ameliorer les procedures d'etalonnage absolu du lidar et du radar en offrant une reference systematique possedant un important rapport signal sur bruit. L'amelioration de l'etalonnage de ces instruments permet ensuite d'affiner la precision de la restitution des parametres microphysiques dans les produits operationnels de recherche, et doit donner acces a un plus grand nombre de produits derives. La reference de surface issue des mesures des instruments micro-ondes actifs (radar) et passifs (radiometre) permet ainsi de determiner l'epaisseur optique des aerosols aux longueurs d'onde du lidar. Cette methode de restitution ne fait aucune hypothese sur la microphysique des particules diffusantes, est utilisable de jour et de nuit, possede un rapport signal sur bruit important a grande resolution spatiale et offre la possibilite de discriminer les aerosols et les nuages grace aux mesures multispectrales sur la verticale. Les comparaisons avec les mesures du radiometre MODIS montrent un bon accord statistique. Ces mesures d'epaisseur optique au-dessus de l'ocean et des nuages d'eau liquide ouvrent une nouvelle voie pour quantier le forcage radiatif direct des aerosols en presence de nuage, hors de portee des mesures radiometriques actuelles. Les premieres etudes que nous avons effectuees ont confirme que lors des episodes de feux observes pendant la campagne AMMA, le forcage est fortement positif sur le Golfe de Guinee (entre +5 et +10 W/m2 en moyenne diurne). Le forcage negatif en air non-nuageux au-dessus de l'ocean est inferieur d'un ordre de grandeur au forcage positif du aux aerosols transportes au-dessus des nuages. Le forcage radiatif positif observe sur le Golfe de Guinee est ainsi fortement dependant de la couverture nuageuse et les mesures a petite echelle de l'A-Train permettent de mieux le caracteriser a plus grande echelle. Ainsi, le rechauffement induit par l'effet direct des aerosols sera mieux pris en compte dans les modeles climatiques. L'emission d'aerosols absorbants (feux, pollution...) et leur transport a moyenne et grande echelle en altitude representent un point critique de l'evolution du systeme climatique et des interactions environnement-climat. L'hypothese usuellement admise d'un forcage direct negatif de -0, 5 W/m2 pour caracteriser l'effet radiatif des aerosols demande a etre examinee avec attention en etablissant une meilleure quantication de la contribution des aerosols absorbants (d'origine naturelle ou anthropique) au-dessus des nuages a l'echelle globale.

Les modèles climatiques ont beaucoup progressé pour représenter les nuages. Pourtant la réponse et la rétroaction nuageuse demeure très différente d'un modèle à l'autre, et reste la principale source d'incertitude pour la sensibilité climatique prédite par les modèles de climat, et limite la fiabilité sur les projections du changement climatique dû au forçage anthropique. Il est donc crucial d'améliorer la représentation des processus nuageux dans les modèles climatiques. L'évaluation des nuages nécessite des observations précises. Jusqu'à récemment, des observations de plusieurs aspects fondamentaux des nuages comme la distribution tridimensionnelle des nuages existaient uniquement très grossièrement et obtenus de manière très indirecte par les satellites de télédétection passive (i.e. CERES, ERBE, ScaRab, ISCCP) qui mesurent les flux radiatifs au sommet de l'atmosphère. Les observations A-Train constituent des outils exceptionnels pour caractériser les propriétés nuageuses. L'objet de cette thèse est de tirer profit des observations de l'A-train afin d'évaluer la description des nuages simulée par les modèles climatiques. Nous utilisons le radiomètre CERES pour estimer l'effet radiatif des nuages, les radiomètres PARASOL et MODIS qui mesurent la réflectance, analysée ici comme un proxy de l'épaisseur optique des nuages et le lidar CALIPSO qui fournit des informations précises sur la distribution verticale des nuages. Les données co-localisées et analysées statistiquement constituent une occasion exceptionnelle de contraindre simultanément les propriétés radiatives des nuages et leur distribution tridimensionnelle. Le modèle du climat évalué est le LMDZ ainsi qu'une nouvelle version du modèle en cours de développement, où des nouvelles paramétrisations du bloc couche-limite/convection/nuages est testée. La méthode de comparaison des sorties des modèles climatiques aux grandeurs observées utilise d'une part le simulateur COSP (CFMIP Observation Simulator Package) qui comprend SCOPS, le simulateur lidar et le simulateur PARASOL et d'autre part les jeux des données (CFMIP-OBS) construits pour être compatibles avec les simulateurs. Nous étudions les propriétés nuageuses dans les tropiques par régime de circulation, et en classant les nuages par régions. Une nouvelle méthode a été développée : les observations sont analysées à haute résolution (spatiale et temporelle) au lieu des moyennes mensuelles et saisonnières utilisées habituellement afin de se placer à une échelle aussi proche que possible de celle des processus nuageux. Cette analyse a permis de contraindre les paramétrisations développées pour représenter les nuages et révéler des biais dans les deux versions du LMDZ. Des compensations d'erreurs ont été identifiées (i) sur la distribution verticale des nuages : la couverture nuageuse des nuages hauts et surestimée alors que les nuages bas et moyens sont significativement sous-estimés, (ii) entre la couverture nuageuse et l'épaisseur optique : la couverture nuageuse totale est sous-estimée mais les nuages qui se forment ont une épaisseur optique très élevée ce qui aboutit à une simulation correcte des flux au sommet de l'atmosphère par le modèle.

Les abondances atmosphériques du dioxyde de carbone et du méthane augmentent progressivement, modifiant probablement le climat global de l'atmosphère. Bien que ces effets soient très étudiés dans la troposphère, ils le sont peu dans l'atmosphère moyenne (20 - 120 km) où ils pourraient avoir un impact plus facilement détectable. Nous nous intéressons en particulier à la mésosphère/basse thermosphère (MLT), où apparaissent de plus en plus souvent des nuages mésosphériques polaires (PMC). La MLT est sensible au niveau d'activité solaire, qui varie selon un cycle de onze ans. Nous évaluons les impacts de ces deux changements anthropiques et de ce cycle naturel sur la température et la chimie de la MLT. Pour ce faire, nous participons au développement d'un modèle bidimensionnel de l'atmosphère : SOCRATES. Ce modèle calcule interactivement les moyennes zonales des vents, de la température et de la composition chimique de l'atmosphère en fonction de la latitude (85°S-85°N) et de l'altitude (0-120 km). Avant de nous intéresser au changement global, nous avons dû améliorer SOCRATES pour qu'il reproduise au mieux la situation chimique, dynamique et thermique actuellement observée. Nous avons ainsi modifié la résolution du système chimique; développé une nouvelle paramétrisation de l'absorption par O2 du rayonnement solaire ultraviolet à Lyman- (121.6 nm) [Chabrillat et Kockarts, 1997] ; créé une approximation des sources thermosphériques de NO; paramétrisé le forçage dynamique par déferlement des ondes de gravité pour reproduire de manière très réaliste les observations actuelles de température dans la MLT ; et développé un algorithme pour prendre en compte non seulement la diffusion turbulente mais aussi la diffusion moléculaire. Tous ces développements sont décrits en détail, et leurs effets sur la physico-chimie de la. MLT sont analysés. Les concentrations chimiques calculées par le modèle sont comparées avec succès à des observations - en particulier de l'ozone et du radical hydroxyle. Nous étudions ensuite en détail l'impact du cycle solaire de onze ans sur la MLT. Une analyse complète du budget thermique nous permet d'établir, par exemple, que la raie Lyman- est responsable de la moitié du réchauffement entre SOLMIN et SOLMAX. Nous évaluons alors la sensibilité de la MLT à un doublement (théorique) de l'abondance de C02. Nous trouvons qu'aux hautes latitudes et en été, zone d'apparition des PMC, cet effet est très faible. Puis nous réalisons une simulation où le méthane est ramené à son niveau préindustriel. L'accroissement de CH4 depuis cette époque est responsable, non seulement de l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère moyenne, mais aussi d'un léger refroidissement dans la MLT. Cet effet est maximal dans les régions polaires et en été, là où les deux autres sont minimaux. Nous concluons par une grande simulation intégrée de l'évolution du climat et de la chimie de l'atmosphère moyenne au cours du XXIe siècle. Nous trouvons qu'au niveau d'apparition des PMC, la tendance au refroidissement est plus faible que partout ailleurs. Par contre, la vapeur d'eau augmente plus rapidement en été qu'en hiver. Ces calculs fournissent des indices pour réconcilier les observations plus fréquentes des PMC avec une synthèse des températures mesurées dans l'été arctique, selon laquelle les températures n'auraient pas varié depuis quarante ans.

De Lents Semencements est une thèse de création en arts visuels. Conformément au principe du doctorat SACRe (Science, Arts, Création, Recherche), la thèse se compose d’œuvres, dont certaines seront présentées en exposition lors de la soutenance, et d’un écrit qui retrace et problématise le parcours.Le mémoire présenté ici se compose de quatre carnets de dimensions différentes, d’une notice d’exposition et d’un support numérique. Numérotés de 1 à 4, les carnets peuvent être lus de manière aléatoire. Les fichiers numériques sont des vidéos auxquelles les carnets renvoient.La recherche porte sur la notion de contrôle : le contrôle, la maîtrise, l’obsession de maîtrise, que les hommes et la science entendent avoir sur les phénomènes naturels, dont la manipulation du monde.Précisément, on s’est attaché à capturer et cultiver les substances qui forment ce qui est défini dans une acception large comme l’atmosphère (ou les atmosphères), que celles-ci soient physiques (l’air qui nous entoure, les nuages) ou, par glissement pour la démarche présentée dans le dernier carnet, psychologiques : on dira par licence artistique, al/chimiques.Les œuvres qu’on découvrira dans ces carnets, et les recherches qui y ont conduit, se sont d’abord inspirées très précisément des processus scientifiques qui ont été observés dans un laboratoire de physique du CNRS , le laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes (UMR 7636, ESPCI Paris). Le questionnement ou l’un des questionnements de la thèse, outre la thématique du contrôle, scientifique comme matériau d’artiste. Cette thèse fait apparaître que la démarche esthétique dévie et éventuellement détourne – voire pervertit - les finalités du laboratoire. Le protocole scientifique a alors été utilisé comme métaphore ou procès poétique, associé à une forme d’enquête épistémologique, notamment sur la réception de la science par le public (attractivité, confiance, et incompréhension – donc foi et crédulité).Les quatre carnets décrivent chronologiquement l’évolution de la recherche doctorale. Le premier prend la mesure d’un travail en laboratoire. Le deuxième rassemble une série de travaux qui concernent tous les efforts de contrôle et de représentations de l’atmosphère au sens physique – en l’occurrence il s’agit de travailler avec les nuages. Le troisième est une installation en forme de volière une performance réalisée avec des mouches, dans le cadre d’une exposition s’articulant autour de l’épigénétique. Le quatrième carnet reflète la tentation d’échapper à la rigueur de la science pour explorer les possibilités de réception confiantes du public, autour d’un protocole consistant à mesurer ou sembler mesurer, les composantes chimiques d’une atmosphère psychologique. / De Lents Semencements (« Slow Seedings ») is a thesis in visual arts creation. In accordance with the principals laid out by the SACRe doctoral programme (Science, Arts, Creation, Research), the thesis is comprised of a number of pieces, some of which will be exhibited during the viva, as well as a written component that retraces and questions the process.The thesis presented here is made up of four notebooks of varying dimensions, an explanatory notice concerning the exhibition and a digital file of work. Numbered 1 to 4, the notebooks can be read in random order. The digital files contain videos to which the notebooks refer.This research is based on the notion of control: control, mastery, the obsession with dominion, for which men and science contend over natural phenomena, including the manipulation of the world.Thus, we have tried to capture and cultivate the substances which make up that which, in its broadest sense, is called the atmosphere (or atmospheres), be they physical (the air which surrounds us, or clouds) or psychological, a shift in the meaning adopted in the approach of the final notebook. By creative licence, the latter substances are referred to as al-chemical.The pieces presented in the notebooks, and the research that led to them, were first of all inspired precisely by scientific methods observed in a physics laboratory of the CNRS, the laboratory of Physics and Mechanics of Heterogeneous Environments (UMR 7636, ESPCI Paris). This thesis reveals that the aesthetic process deviates and sometimes diverts (even perverts) the goals of the laboratory. Scientific protocol was thus used as a metaphor or a poetic process associated with a sort of epistemological survey, especially regarding the public’s reception of science (attractiveness, confidence and incomprehension; in short, faith and gullibility).The four notebooks describe the evolution of the doctoral research in chronological order. The first takes stock of work in the laboratory. The second gathers together a series of projects all relating to efforts to control and represent the atmosphere in a physical way – in this instance the work has to do with clouds. The third is an installation in the form of an aviary, a performance realised with flies, as part of an exhibition surrounding questions of epigenetics. The fourth notebook reflects the temptation to escape scientific rigour in order to explore the possibilities of a confident reception by the public, centred on a protocol that consists in measuring the chemical components of a psychological atmosphere.

Les nuages jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et de l'énergie au sein de l'atmosphère. De plus, ils représentent l'une des principales sources d'incertitudes dans les projections des modèles de climat en raison notamment de la difficulté à paramétrer les processus qui leurs sont associés ainsi que leurs interactions avec l'environnement. Dans cette thèse nous étudions les nuages de mi-niveau qui ont été beaucoup moins étudiés que les nuages bas et les nuages hauts, en se focalisant sur l’Afrique de l'Ouest. L'Afrique de l'Ouest se caractérise par une forte saisonnalité des précipitations survenant au Sahel de juin à septembre durant la période dite de mousson. Cette période coïncide également avec le maximum annuel de la couverture nuageuse. Au travers du déploiement de la station mobile ARM (Atmospheric Radiation Measurement) durant une année en 2006 à Niamey (Niger), Bouniol et al. (2012) ont documenté les différents types de nuages observés pendant la mousson et ont montré la présence récurrente de nuages vers 6 km d'altitude dont l’impact radiatif est important dans les domaines du visible et de l'infrarouge. Dans le prolongement de cette étude, l'objectif de cette thèse est donc d'analyser plus en détails ces nuages de mi-niveau en documentant leur occurrence, leur cycle diurne et leurs caractéristiques macro- et microphysiques. Nous analysons également l'environnement thermodynamique dans lequel ces nuages sont observés ainsi que leurs effets radiatifs. D’autre part, en analysant les simulations effectuées dans le cadre du projet CMIP5, Roehrig et al. (2013) ont montré une sous-estimation de ce type de nuages dans les modèles de climat. Nous documentons plus précisément ici comment les modèles de climat et les modèles à aire limitée simulent ces nuages de mi-niveau. Afin de documenter ces nuages, des observations obtenues à partir d'instruments de télédétection active déployés sur deux sites sols : Niamey au Sahel et Bordj Badji Mokhtar au Sahara ont été combinées avec les données satellites de CloudSat et CALIPSO. Ces observations ont révélé une occurrence de ces nuages tout au long de l'année avec une prédominance durant la période de mousson. Ces nuages sont majoritairement observés dans le Sud et l'Ouest de l'Afrique de l'Ouest mais s’étendent jusqu’au cœur du Sahara. Leur présence dans cette zone désertique pourrait s’expliquer par la dynamique de la dépression thermique saharienne (Saharan Heat Low). Ces nuages sont généralement fins (la plupart ont une épaisseur inférieure à 1000 m) et sont principalement composés d'eau liquide. Une méthode de clustering appliquée à ces données nous a permis d'identifier trois types de nuages : le premier avec des bases plus basses, le deuxième avec des bases plus hautes et le dernier avec de plus fortes épaisseurs. Les radiosondages et les mesures de rayonnement nous ont permis de déterminer la stratification thermodynamique dans laquelle ces nuages sont observés ainsi que d’estimer leur impact radiatif. On observe généralement des inversions de température potentielle au sommet des nuages des deux premières familles. Dans les modèles de climat, nous avons mis en évidence une forte dispersion des occurrences des nuages de mi-niveau en termes de fréquence, de position et d’extension sur la verticale et de cycle saisonnier. L'analyse des simulations régionales indique aussi une influence de la résolution spatiale et de la paramétrisation de la convection sur la modélisation des nuages de mi-niveau simulés au Sahel et sur le Sahara.