La thèse s'inscrit dans le thème "Mécanismes des précipitations orographiques" de MAP (Mesoscale Alpine Programme). Elle étudie le déclenchement et l'intensification des précipitations sur un relief exposé à un flux humide quasi-stationnaire, et examine le problème de la prévision numérique des fortes précipitations à l'échelle de quelques kilomètres. Un flux de sud à sud-ouest quasi-stationnaire caractérise la plupart des épisodes de pluies diluviennes sur les Alpes à l'automne, où de l'air méditerranéen est advecté vers le relief. Le cas de la POI (Période d'Observation Intensive) 2B de MAP est simulé avec le modèle MesoNH. Une méthode d'analyse lagrangiennne originale permet d'identifier une masse d'air sec d'échelle méso-béta sur la Méditerranée, et d'étudier son évolution et son influence sur la répartition des précipitations sur les Alpes. Les fortes précipitations sur les versants sud des Alpes sont étudiées grâce à des simulations idéalisées, où l'écoulement incident de sud ou sud-ouest est rendu uniforme et stationnaire. Les distributions obtenues, proches des données climatologiques, indiquent que les zones les plus arrosées correspondent à un forçage orographique du flux incident plus prononcé. Enfin, ces simulations permettent, à haute résolution et avec une microphysique explicite, l'identification de mécanismes de déclenchement et de développement de la convection spécifiques à la région sud-alpine - dont certains ont pu être observés pendant MAP. Ils se révèlent très complexes malgré la simplification des conditions en amont.

Le Sud-Est de l'Amérique du Sud (SESA) est l'une des rares régions subtropicales où les modèles climatiques du WCRP/CMIP3 projettent une augmentation significative des précipitations en été austral pour la fin du XXIème siècle, dans un scénario de réchauffement climatique. Ce signal est associé à une augmentation de la fréquence des étés identifiés comme des phases positives du mode dominant de la variabilité des précipitations dans la région, ce mode étant défini par des précipitations au-dessus (en-dessous) de la normale dans le SESA (zone de convergence d'Atlantique Sud). Cette tendance est associée à une augmentation de la température de surface de la mer (SST) dans le Pacifique équatorial. Cela est confirmé par des expériences de simulation numérique effectuées avec le système interactif two-way nesting du LMDZ4, qui montrent aussi que l'augmentation projetée des précipitations dans le SESA est associée au signal zonalement asymétrique du réchauffement des SST.

Comment utiliser de manière quantitative l'information fournie par un dispositif de télédétection météorologique afin d'améliorer la mesure conventionnelle donnée par les réseaux de stations au sol ? Pour répondre à cette question, importante d'un point de vue pratique, ce mémoire propose une approche géostatistique permettant, d'une part, de vérifier la qualité des mesures obtenues par chaque dispositif, et d'autre part de combiner les mesures sol aux images de télédétection. Des exemples d'application concernant la mesure des précipitations et de l'insolation sont analysés afin d'illustrer la méthodologie proposée en la comparant à des approches plus traditionnelles. La définition d'un protocole de validation s'appuie sur des rappels de géostatistique classique (Chapitre 1). Ce protocole fixe des valeurs de référence permettant de vérifier les résultats obtenus par un dispositif de mesure d'après différents critères statistiques d'erreur (Chapitre Il). Le système de cokrigeage est décrit en terme de méthode d'étalonnage capable de combiner des mesures ponctuelles et de télédétection (Chapitre IV). Différentes simplifications de cette méthode sont détaillées et rapprochées des méthodes classiques d'étalonnage (Chapitre VII). Les données utilisées pour mettre en oeuvre ces méthodes de validation et d'étalonnage (Chapitres III, V et VII) sont des mesures de précipitations en région tempérée (radar et pluviomètres dans le Bassin Parisien) ou semi-aride (satellites et pluviomètres en Arabie) et des mesures d'insolation en région tempérée (satellite et héliographes en France).

Cette thèse porte sur l'amélioration d'une méthode de prévision probabiliste des précipitations adaptée par analogie, appliquée aux grands bassins versants de la Saône et de la Seine. En considérant un jour cible dont on souhaite prévoir les précipitations, cette méthode permet de rechercher dans une archive les situations météorologiques passées les plus similaires. Les cumuls pluviométriques des journées analogues sont ensuite exploités pour estimer de manière probabiliste la quantité de précipitations attendue pour le jour cible. Une étape préliminaire consiste à construire et à choisir les archives nécessaires à l'application de ce type de méthode. A partir de l'algorithme de sélection d'analogues développé par Bontron (2004) sur des bassins du Sud-Est de la France, la méthode de prévision est ensuite améliorée en introduisant deux nouvelles variables : la température, qui permet de prendre en compte les effets saisonniers ; et la vitesse verticale, qui vise à mieux caractériser les mouvements atmosphériques verticaux. Finalement, la méthode est appliquée en contexte de prévision parfaite (situations cibles extraites de réanalyses) sur la plus longue période possible, puis en contexte opérationnel (situations cibles générées par un modèle de prévision) sur une durée de trois ans. Les scénarios de prévision de précipitations sont également exploités par le modèle pluie-débit GR3P pour la prévision des débits sur les bassins de la Saône et de la Seine. De manière générale, les résultats montrent qu'avec ce type d'approche, il est possible d'obtenir une prévision de débit utile, sur les grands bassins tests, pour une échéance de l'ordre de la semaine.

A partir d'une revue générale des données physico-chimiques relatives au globe terrestre, puis d'hypothèses avancées par certains auteurs, nous allons tenter de discerner les princip ux facteurs connus qui président à la répartition des éléments sur notre planète et plus particulièrement dans son enveloppe.

Ce travail consiste à choisir une méthode statistique d'ajustement des valeurs extrêmes et à l'appliquer aux précipitations extrêmes dans la région Cévennes - Vivarais. La première partie est réalisée à partir de valeurs simulées. La méthode non-paramétrique de Villasenor qui n'impose pas au début de l'analyse une loi statistique à la série de données, est choisie comme la meilleure méthode parmi les cinq méthodes d'ajustements. Dans la deuxième partie les caractéristiques pluviométriques de la région Cévennes - Vivarais sont calculées à partir de mesures horaires de 52 stations par la méthode choisie. La cartographie des caractéristiques pluviométriques de cette région est réalisée par les méthodes : spline et krigeage. La méthode krigeage donne une meilleure interpolation que celle de spline, et fournit encore des informations sur la structure spatiale de la région. Les cartes tracées représentent une distribution réaliste des valeurs extrêmes de précipitation de la région Cévennes - Vivarais.

Le Modèle Atmosphérique Régional (MAR, dx=40 km) est mis en œuvre sur l'Afrique de l'Ouest pour souligner la sensibilité du régime pluviométrique et de la dynamique simulée à la température de surface océanique du Golf de Guinée durant l'année sèche 1984. Cette influence est très marquée au sud de 12°N. Au-delà, il semble que les précipitations soient plus influencées par les interactions avec la surface continentale et les structures synoptiques. La zone Sahélienne apparaît donc pertinente pour étudier le couplage entre la surface continentale et l'atmosphère. Ainsi, une architecture originale fondée sur l'utilisation des codes patrimoines permettant modularité, portabilité, extensibilité et interopérabilité a été développé et utilisé en premier lieu en mode forcé de l'atmosphère vers le bassin versant de la Sirba (39000 km2) modélisé par le modèle hydrologique ABC (dx~1.8 km). Un algorithme de désagrégation des pluies convectives basé sur la prise en compte de plusieurs maximums convectifs pour un même évènement a ainsi été testé avec succès. La prépondérance de la sensibilité de l'échantillonnage temporel sur le spatial est ainsi soulignée.<br />Enfin, une expérience de couplage entre les modèles MAR et ABC interfacés à l'aide de modèles SVAT (Surface Vegetation Atmosphere Transfer) est réalisée sur le bassin de la Sirba.<br />La haute résolution du SVAT sur la Sirba entraîne alors des modifications dans le traitement des flux, de la température de surface, et dans le bilan en eau. La partie hydrologique montre, pour sa part, sa capacité à moduler les variations apportées par le SVAT haute résolution en modifiant le bilan en eau et par là même l'albedo et le bilan d'énergie.

Caractériser la dissémination des bio-agresseurs est un enjeu majeur pour la gestion et la prédiction des maladies en santé des plantes. Face aux limites des approches usuelles en pathologie végétale, une nouvelle vision a été proposée abordant les paradigmes d'histoire de vie des agents phytopathogènes en dehors des limites du système hôte-pathogène. Parmi ces agents phytopathogènes, les études sur P.syringae sont celles qui ont contribuées le plus à ce nouveau courant de pensée et dont on connaît le mieux l'histoire de vie en relation avec ses réservoirs " non hôtes ". L'espèce est détectée dans de nombreux compartiments du cycle de l'eau, des précipitations jusqu'aux rivières et eaux d'irrigation, en passant par les plantes sauvages et le manteau neigeux. L'ensemble de ces observations ont soulevé de nouvelles questions sur la manière dont P. syringae se dissémine au travers de ces environnements et sur les processus impactant sur la dynamique des populations à l'échelle d'un bassin versant. Ces recherches se sont donc intéressées à ses processus dans des précipitations jusqu'aux cours d'eau alpins dans l'optique d'acquérir des données pour la modélisation des flux de P. syringae. Elles ont mis en évidence les populations résidentes de la litière et la survie sa survie dans le sol, processus jamais identifiés à l'histoire de vie de P. syringae. Elles ont également caractérisé (i) les conditions propices à son transport via les précipitations, (ii) le rôle du manteau neigeux comme réservoir et protecteur des populations des prairies alpines et (iii) ont mis en évidence la chimie de l'eau comme indicateur témoin de la dynamique des populations des les rivières. Ces observations suggérant un transport de P. syringae dans le sol, nous l'avons quantifiée à travers des études de terrain et des simulations en laboratoire.Enfin, l'ensemble des données de ces recherches couplées à des outils SIG et des modèles météorologiques et hydrologiques ont permis de proposé un modèle sur les flux de P.syringae des habitats naturels vers les agro-systèmes.

L'étude de la couche limite atmosphérique (CLA) est indispensable pour différents types d'investigations (études des propriétés atmosphériques, surveillance de la pollution, études environnementales). Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés atmosphériques dans la CLA, la turbulence de petite échelle et les précipitations, à partir du radar CURIE. Les données de CURIE, en ciel clair dont le vent, ont été analysées et comparées avec d'autres instruments de télédétection sur le site de SIRTA (radar UHF, Sodar et Lidar). Les résultats ont montré que CURIE est un instrument adapté à l'étude de la CLA jusqu'à 700m d'altitude. D'autres paramètres comme la turbulence d'indice Cn², l'inversion radiative matinale et l'entraînement sommital associé peuvent être estimés. En cas de précipitation, des comparaisons ont été effectuées avec un disdromètre et ont montré que CURIE dans les très basses couches permet l'étude des précipitations. Un cas de précipitation de neige a été également étudié. Des méthodes de représentations spectrales et une méthode de séparation du signal provenant de la turbulence en présence de précipitation ont été développées qui ouvrent une piste de recherche, utilisant le radar CURIE pour l'analyse des mouvements turbulents en présence de précipitation.

L'estimation quantitative des précipitations à l'échelle locale est une nécessité sociétale, à cause de l'augmentation des dégâts provoqués par des inondations exacerbées par l'urbanisation croissante. Or, des estimations locales sont particulièrement difficiles à réaliser à cause de la forte variabilité des précipitations. De plus, ce genre d'estimation est sollicité par de petits organismes tels qu'une commune, pour lesquels il n'est pas envisageable d'utiliser des instruments à la pointe de la recherche technologique à cause de leur coût prohibitif. Ainsi, il est nécessaire de développer des méthodes d'estimation quantitative des précipitations applicables à un dispositif expérimental de prix abordable. Dans ce but, un dispositif expérimental innovant est utilisé dans cette thèse. Il est constitué d'instruments de mesure directe, au sol, tels que des pluviomètres et des disdromètres, et d'un prototype de radar à balayage horizontal basé sur un radar nautique commercial, associé à un MRR (Micro Rain Radar) à visée verticale qui fournissent une estimation en altitude de la pluie, respectivement sur une surface donnée et le long d'un profil vertical. Le radar à balayage horizontal est un radar en bande X, c'est-à-dire qu'il fonctionne à une longueur d'onde lui procurant une très haute résolution radiale, mais qui est très atténuée par les précipitations. Le MRR permet d'obtenir une description précise de la microphysique des précipitations et sert de relais entre les mesures au sol et les mesures en altitude du radar en bande X. Ces deux radars étant novateurs, une grande partie de cette thèse consiste à valider leurs mesures : étalonnage, filtrage d'échos aberrants, correction de l'atténuation, etc. Une fois les mesures rendues exploitables, cette thèse se focalise sur l'étude de la variabilité des précipitations afin de proposer et développer différentes méthodes de classification, selon leur type ou leur variations locales, et de vérifier leur potentiel pour l'amélioration de l'estimation des précipitations. Les résultats montrent que cet objectif ne peut être atteint que si la qualité des mesures des radars est encore améliorée : moins d'échos parasites pour le radar en bande X et prise en compte du vent vertical pour le MRR.