La découverte d'une première planète extrasolaire transitant devant son étoile, HD209458b, a fourni de nouvelles informations sur ce type d'objets : les Pégasides. Toutefois, les modèles radiatifs statiques d'atmosphère peinent à expliquer les premières contraintes obtenues sur son rayon et sa composition (réf. Charbonneau et al. 2002). Nous avons développé un modèle radiatif pour l'atmosphère de ces Pégasides. Un cas statique a d'abord été construit. Nous avons déterminé une structure thermique moyenne pour HD209458b et sa composition atmosphérique. Nous avons entre autres confirmé le rôle de l'absorption par les alcalins dans les Pégasides. Nous avons ensuite introduit une rotation de l'atmosphère simulant un vent zonal constant avec l'altitude. Les vents zonaux engendrent des contrastes thermiques pouvant expliquer les observations de Charbonneau et al. (2002). Nous avons aussi étudié plus généralement le rôle des paramètres comme la distance planète-étoile ou la vitesse du vent.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Enegétique et transferts : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 103 réf.

Mémoire (M.Sc.A.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1991. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les mesures de télédétection (MT) dépendent de l'interaction du rayonnement avec les paysages terrestres et l'atmosphère ainsi que des configurations instrumentales (bande spectrale, résolution spatiale, champ de vue: FOV,...) et expérimentales (structure et propriétés optiques du paysage et atmosphère,...). L'évolution rapide des techniques de télédétection requiert des outils appropriés pour valider leurs principes et améliorer l'emploi des MT. Les modèles de transfert radiatif (RTM) simulent des quantités (fonctions de distribution de la réflectance (BRDF) et température (BTDF), forme d'onde LiDAR, etc.) plus ou moins proches des MT. Ils constituent l'outil de référence pour simuler les MT, pour diverses applications : préparation et validation des systèmes d'observation, inversion de MT,... DART (Discrete Anisotropic Radiative Transfer) est reconnu comme le RTM le plus complet et efficace. J'ai encore nettement amélioré son réalisme via les travaux de modélisation indiqués ci-dessous. 1. Discrétisation de l'espace des directions de propagation des rayons. DART simule la propagation des rayons dans les paysages terrestres et l'atmosphère selon des directions discrètes. Les méthodes classiques définissent mal le centroïde et forme des angles solides de ces directions, si bien que le principe de conservation de l'énergie n'est pas vérifié et que l'obtention de résultats précis exige un grand nombre de directions. Pour résoudre ce problème, j'ai conçu une méthode originale qui crée des directions discrètes de formes définies. 2. Simulation d'images de spectroradiomètre avec FOV fini (caméra, pushbroom,...). Les RTMs sont de type "pixel" ou "image". Un modèle "pixel" calcule une quantité unique (BRDF, BTDF) de toute la scène simulée via sa description globale (indice foliaire, fraction d'ombre,...). Un modèle "image" donne une distribution spatiale de quantités (BRDF,...) par projection orthographique des rayons sur un plan image. Tous les RTMs supposent une acquisition monodirectionnelle (FOV nul), ce qui peut être très imprécis. Pour pouvoir simuler des capteurs à FOV fini (caméra, pushbroom,...), j'ai conçu un modèle original de suivi de rayons convergents avec projection perspective. 3. Simulation de données LiDAR. Beaucoup de RTMs simulent le signal LiDAR de manière rapide mais imprécise (paysage très simplifié, pas de diffusions multiples,...) ou de manière précis mais avec de très grands temps de calcul (e.g., modèles Monte-Carlo: MC). DART emploie une méthode "quasi-MC" originale, à la fois précise et rapide, adaptée à toute configuration instrumentale (altitude de la plateforme, attitude du LiDAR, taille de l'empreinte,...). Les acquisitions multi-impulsions LiDAR (satellite, avion, terrestre) sont simulées pour toute configuration (position du LiDAR, trajectoire de la plateforme,...). Elles sont converties dans un format industriel pour être traitées par des logiciels dédiés. Un post-traitement convertit les formes d'onde LiDAR simulées en données LiDAR de comptage de photons. 4. Bruit solaire et fusion de données LiDAR et d'images de spectroradiomètre. DART peut combiner des simulations de LiDAR multi-impulsions et d'image de spectro-radiomètre (capteur hyperspectral,...). C'est une configuration à 2 sources (soleil, laser LiDAR) et 1 capteur (télescope du LiDAR). Les régions mesurées par le LiDAR, dans le plan image du sol, sont segmentées dans l'image du spectro-radiomètre, elle aussi projetée sur le plan image du sol. Deux applications sont présentées : bruit solaire dans le signal LiDAR, et fusion de données LiDAR et d'images de spectro-radiomètre. Des configurations d'acquisition (trajectoire de plateforme, angle de vue par pixel du spectro-radiomètre et par impulsion LiDAR) peuvent être importées pour encore améliorer le réalisme des MT simulées, De plus, j'ai introduit la parallélisation multi-thread, ce qui accélère beaucoup les calculs / Remote Sensing (RS) data depend on radiation interaction in Earth landscapes and atmosphere, and also on instrumental (spectral band, spatial resolution, field of view (FOV),...) and experimental (landscape/atmosphere architecture and optical properties,...) conditions. Fast developments in RS techniques require appropriate tools for validating their working principles and improving RS operational use. Radiative Transfer Models (RTM) simulate quantities (bidirectional reflectance; BRDF, directional brightness temperature: BTDF, LiDAR waveform...) that aim to approximate actual RS data. Hence, they are celebrated tools to simulate RS data for many applications: preparation and validation of RS systems, inversion of RS data... Discrete Anisotropic Radiative Transfer (DART) model is recognized as the most complete and efficient RTM. During my PhD work, I further improved its modeling in terms of accuracy and functionalities through the modeling work mentioned below. 1. Discretizing the space of radiation propagation directions.DART simulates radiation propagation along a finite number of directions in Earth/atmosphere scenes. Classical methods do not define accurately the solid angle centroids and geometric shapes of these directions, which results in non-conservative energy or imprecise modeling if few directions are used. I solved this problem by developing a novel method that creates discrete directions with well-defined shapes. 2. Simulating images of spectroradiometers with finite FOV.Existing RTMs are pixel- or image-level models. Pixel-level models use abstract landscape (scene) description (leaf area index, overall fraction of shadows,...) to calculate quantities (BRDF, BTDF,...) for the whole scene. Image-level models generate scene radiance, BRDF or BTDF images, with orthographic projection of rays that exit the scene onto an image plane. All models neglect the multi-directional acquisition in the sensor finite FOV, which is unrealistic. Hence, I implemented a sensor-level model, called converging tracking and perspective projection (CTPP), to simulate camera and cross-track sensor images, by coupling DART with classical perspective and parallel-perspective projection. 3. Simulating LiDAR data.Many RTMs simulate LiDAR waveform, but results are inaccurate (abstract scene description, account of first-order scattering only...) or require tremendous computation time for obtaining accurate results (e.g., Monte-Carlo (MC) models). With a novel quasi-MC method, DART can provide accurate results with fast processing speed, for any instrumental configuration (platform altitude, LiDAR orientation, footprint size...). It simulates satellite, airborne and terrestrial multi-pulse laser data for realistic configurations (LiDAR position, platform trajectory, scan angle range...). These data can be converted into industrial LiDAR format for being processed by LiDAR processing software. A post-processing method converts LiDAR waveform into photon counting LiDAR data, through modeling single photon detector acquisition. 4. In-flight Fusion of LiDAR and imaging spectroscopy.DART can combine multi-pulse LiDAR and cross-track imaging spectroscopy (hyperspectral sensor...). It is a 2 sources (sun, LiDAR laser) and 1 sensor (LiDAR telescope) system. First, a LiDAR multi-pulse acquisition and a sun-induced spectro-radiometer radiance image are simulated. Then, the LiDAR FOV regions projected onto the ground image plane are segmented in the spectro-radiometer image, which is also projected on the ground image plane. I applied it to simulate solar noise in LiDAR signal, and to the fusion of LiDAR data and spectro-radiometer images. To further improve accuracy when simulating actual LiDAR and spectro-radiometer, DART can also import actual acquisition configuration (platform trajectory, view angle per spectro-radiometer pixel / LiDAR pulse). Moreover, I introduced multi-thread parallelization, which greatly accelerates DART simulations

En atmosphère naturelle, l’eau est l’un des facteurs contribuant fortement à la masse des particules d’aérosol. Ceci va fortement modifier les propriétés optiques et radiatives des aérosols. Cet impact a été calculé à partir de plus de 2 ans de mesures sur le site ACTRIS/GAW du Puy de Dôme (PdD, 1565m). La distribution en taille, l’extinction et l’hygroscopicité mesurées au PdD ont été combinées pour calculer les propriétés optiques et radiatives, sèches ou humides. Pour chaque propriété, le facteur d’accroissement hygroscopique (f) a été estimé à l’aide d’un code de Mie. La longue série temporelle a permis de paramétrer l’évolution en fonction de l’humidité des propriétés optiques de différents types d’aérosols. Pour un aérosol d’origine océanique qui s’est mélangé avec des aérosols anthropiques, le coefficient de diffusion augmente plus de 4.4 fois si il est placé à 90% d’humidité. Le forçage radiatif va évoluer en conséquence et sera 2.8 fois plus élevé à 90% d’humidité que pour une atmosphère sèche (1.8 à humidité ambiante). Cette longue série de mesures a également permis de montrer, pour la première fois à notre connaissance, la forte variation saisonnière de ce paramètre. Ce manuscrit présente également une méthode originale pour calculer la masse d’aérosols volcaniques à partir de mesures LIDAR et in situ. Lors de l’éruption du volcan Islandais Eyjafjalla en Mai 2010, la masse d’aérosols volcaniques au dessus de Clermont a été estimée de 655±23μg.m-3. / Water contributes significantly to the aerosol mass under ambient conditions of relative humidities, and thus may significantly impact their optical and radiative properties and direct effect. In the present work, the impact of the aerosol hygroscopicity on its optical properties is evaluated from a set of instrumentation located at the ACTRIS/GAW Puy de Dôme station (PdD, 1465m) over two years of measurements in 2010 and 2011. In situ size distributions, extinction and hygroscopicity measurements are combined to retrieve the aerosol refractive index, both dry and wet. For each optical property the enhancement factor (f) due to hygroscopicity can be computed using Mie calculations. The long data set available enables us to generate parameterisations of optical properties enhancement as a function of relative humidities for different aerosol types. At 90% humidity, fσsca is more than 4.4 for marine aerosol that have mixed with a pollution plume. Consequently, the aerosol radiative forcing is estimated to be 2.80 times higher at RH=90% and 1.75 times higher at ambient RH when hygroscopic growth of the aerosol is considered. For the first time this study highlight the high seasonal variability of this impact. The manuscript also presents an original method of mass inversion for volcanic aerosols with the synergy of in situ and LIDAR measurements. The calculated mass of volcanic particle transported over Clermont during the eruption of Eyjafjalla in May 2010 was up to 655±23μg.m-3.

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.

La modélisation du rayonnement du CO2 à plus de 2000 K reste un défi pour la prédiction des transferts radiatifs à très haute température, en particulier pour le dimensionnement des protections thermiques des véhicules spatiaux entrant dans l'atmosphère de Mars. Le défi concerne aussi bien la constitution de bases de données que le développement de modèles permettant de réaliser des calculs couplés entre l'aérothermodynamique et les transferts radiatifs. Plusieurs bases de données spectroscopiques ont été développées dans les dernières décennies. Des simulations effectuées sur des mélanges CO2-N2 à l'équilibre ont montré que l'émission IR de CO2 reste importante, si ce n'est prédominante, jusqu'à 4000 K. Mais les données expérimentales permettant de vérifier leur précision à haute température sont peu nombreuses et limitées à la basse résolution spectrale, à des températures plus faibles, ou encore impliquent des incertitudes importantes. L'objectif principal de ces travaux est donc de fournir des données expérimentales à moyenne ou haute résolution spectrale et à haute température pour permettre de vérifier la précision des bases théoriques développées. Le mélange gazeux à très haute température dont nous mesurons les spectres d'émission est obtenu grâce à une décharge micro-ondes traversant un flux de CO2 pur. Aux températures atteintes (environ 6000 K), le mélange est à l'équilibre thermodynamique local (ETL) et contient principalement les espèces suivantes : CO2, CO, O2 et O. La mesure des spectres est effectuée grâce à un spectromètre à transformée de Fourier dans l'infrarouge. L'émission des bandes harmoniques de CO dans la région 3800-4400 cm puissance-1 permet la détermination précise du champ de température radial dans le plasma. L'émission théorique de CO2, que ce soit en coefficient d'émission ou en luminance intégrée sur un chemin optique, dans les régions de 2,7 _m et 4,3 _m, est alors calculée à partir des bases de données spectroscopiques et comparée aux mesures. Les bases de données spectroscopiques étudiées sont la base CDSD-4000 récemment publiée et EM2C-1994 qui est plus ancienne. Les résultats montrent que cette dernière est suffisante pour des applications classiques en combustion, nécessitant typiquement de faibles résolutions spectrales et des températures inférieures à 2500 K, pour lesquelles elle fut initialement développée. En revanche, la base CDSD-4000 est généralement en très bon accord avec les données expérimentales, en particulier dans les ailes de bandes ce qui indique sa fiabilité pour des applications à très haute température. Bien que des comparaisons aient révélé que les positions de raies pour les transitions à haute énergie manquent de précision dans cette base, le degré élevé de recouvrement des raies dans les régions 2,7 _m et 4,3 _m devrait grandement limiter l'impact de cette imprécision dans la pratique. L'autre objectif de ces travaux concerne la difficulté que pose la couplage entre les calculs d'aérothermodynamique et de transferts radiatifs. En effet, les calculs de transferts iv radiatifs impliquant des molécules polyatomiques doivent prendre en compte un nombre très important de transitions rovibroniques. Par conséquent, un modèle approché de propriétés radiatives (modèle Statistique à Bandes Etroites) a été développé et sa précision a été étudiée pour les systèmes électroniques optiquement épais des molécules carbonées diatomiques rencontrées dans les problèmes de rentrées atmosphériques martiennes. Ces systèmes sont CO 4eme positif, C2 Swan, et CN violet. Diverses conditions à l'ETL et hors ETL, ainsi que différents mélanges ont été étudiés pour différents régimes d'élargissement de raies. Les comparaisons effectuées avec les calculs "raie par raie" ont révélé d'excellents accords. Les paramètres de ce modèle ont été tabulés en fonction de deux températures, Tv (température vibrationnelle) et Tr (température rotationnelle).

Le suivi journalier du bilan radiatif solaire est indispensable à l’étude des processus à l'interface sol-atmosphère, en particulier en climatologie et en hydrologie. Dans le cadre du projet CEOP-Aegis visant à étudier l'hydrologie du plateau du Tibet, cette thèse se concentre sur le développement d'une méthode permettant d’en estimer le bilan radiatif solaire de surface de façon quotidienne. Une série temporelle de flux radiatifs produite à partir de produits satellitaires existants met en évidence la nécessité d’intégrer la variabilité sous-pixel du terrain et des nuages pour les zones aussi hétérogènes que le Tibet. L’analyse de l’impact de la variabilité spatiale et temporelle des nuages sur le rayonnement solaire illustre le bénéfice lié à l’utilisation de la répartition des nuages plutôt que la fraction de nébulosité et l’importance d’une résolution temporelle élevée. Une méthode novatrice proposée pour la correction topographique sous-pixel montre que l’utilisation d’un modèle numérique de terrain à haute résolution spatiale améliore significativement l'estimation de l’éclairement ainsi que de l'albédo. Deux approches sont proposées pour améliorer l’estimation du bilan radiatif intégrant de manière adéquate l’hétérogénéité sous-pixel. / Monitoring the solar radiation budget on a daily basis is a prerequisite to study land surface processes, especially in climatology and hydrology. As part of the CEOP-Aegis project studying the hydrology of the Tibetan Plateau, this thesis focuses on developing a method to adequately estimate at-surface daily solar radiation budget over this particular area. A radiation budget time series produced based on existing satellite data products highlights the necessity to consider terrain and clouds sub-pixel variability when working over heterogeneous areas such as the Tibetan Plateau. The analysis of the impact of spatial and temporal variability of clouds on solar radiation demonstrates that the surface irradiance estimation would benefit from using cloud distribution instead of cloud fraction and the significance of high temporal resolution. A new sub-pixel topographic correction method is proposed and shows that using high resolution digital elevation model improves the irradiance as well as the albedo retrieval. Two approaches are proposed to improve solar radiation budget estimates taking into account adequately the sub-pixel heterogeneity.

La nouvelle fenêtre spectroscopique dans le sub-millimétrique, ouverte par l’avènement del’observatoire spatial Herschel, a permis la détection d’espèces azotées simples, les hydruresd’azote NH, NH2 et NH3, dans les enveloppes froides de proto-étoiles. Ces enveloppes sontconstituées de gaz dense et froid caractéristique des conditions physico-chimiques des nuagesmoléculaires. L’observation d’hydrures d’azote dans de tels environnements a donc permis d’apporterde nouvelles contraintes sur la chimie interstellaire de ces nuages, et nous a donné enparticulier l’occasion de ré-explorer la chimie de l’azote.L’objectif de mon travail de thèse a été d’analyser en détail cette chimie interstellaire etprincipalement la formation en phase gazeuse d’espèces polyatomiques simples : les hydruresd’azote. Dans des conditions de gaz dense et froid (n = 104 cm−3, T = 10 K), la chimie de cesderniers est initiée par une chimie lente (la conversion de N en N2 par réactions neutre-neutre),contrairement à celles de ses analogues oxygénés et carbonés. Nous nous sommes particulièrementintéressés à cette étape de la chimie de l’azote, au vu des récents travaux théoriqueset expérimentaux menés par plusieurs équipes d’experts (Bordeaux, Besançon). De plus, lesrécents travaux concernant la conversion ortho-para de l’hydrogène moléculaire et les nouveauxcalculs de rapports de branchement de spins nucléaires pour les voies de production des hydruresd’azote dans leurs configurations ortho et para, menés à l’IPAG, nous ont permis d’entreprendrele calcul auto-cohérent des différentes symétries de spin des hydrures d’azote et de l’hydrogènemoléculaire. Nous avons ainsi pu développer un nouveau réseau chimique de l’azote, bénéficiantdes taux cinétiques les plus à jour pour les réactions critiques impliquées dans la chimie deshydrures d’azote.Ce nouveau réseau est utilisé pour modéliser l’évolution temporelle des abondances desespèces azotées dans des conditions de gaz dense et froid ( 103 < n < 106 cm−3, T ≤ 50 K).Les résultats à l’état stationnaire sont comparés aux observations de NH, NH2 et NH3, dans lesenveloppes froides de proto-étoiles de faible masse, en étudiant l’influence des abondances totalesen phase gazeuse du carbone, de l’oxygène et du soufre. Nos modèles chimiques reproduisent lesabondances des hydrures d’azote observés et leurs rapports pour un rapport C/O élementaire, enphase gazeuse, de ∼ 0.8 et à condition que l’abondance totale de soufre soit déplétée d’au moinsun facteur 2. Les rapports ortho/para prédits par nos modèles, pour NH2 et NH3, respectivement∼ 2.3 et ∼ 0.7, sont compatibles avec les observations de ces derniers dans des nuages diffusfroids. Les abondances des hydrures d’azote, dans des conditions de nuages sombres, sont donccohérentes avec une synthèse purement en phase gazeuse. De plus, nos résultats soulignent lefait que NH provient d’une voie de formation différente de celle de NH2 et NH3. NH vient de larecombinaison dissociative de N2H+ alors que la formation de NH2 et NH3 est principalementdue à la recombinaison dissociative de l’ion ammonium (NH+4 ), lui même molécule fille deN+. Ainsi, NH2 et NH3 procèdent de l’échange de charge dissociatif N2 + He+, tandis que NHprovient de la réaction N2 + H+3 . / The new spectroscopic window opened by the advent of the Herschel Space Observatory,has enabled the detection of simple nitrogen species, the nitrogen hydrides NH, NH2, and NH3,in the cold envelope of protostars. These envelopes are made of dense cold gas characteristicof the physico-chemical conditions of molecular clouds. The observation of nitrogen hydrides insuch environments has brought new constraints on the interstellar chemistry of these kind ofclouds, and gives, in particular, the opportunity to revisit the chemistry of nitrogen.The aim of my thesis was to comprehensively analyse the interstellar chemistry of nitrogen,focussing on the gas-phase formation of the simplest polyatomic species, namely nitrogen hydrides.Under dense, cold gas conditions (n = 104 cm−3, T = 10 K), the chemistry of theselatter is initiated by a slow chemistry (the conversion from N to N2 with neutral-neutral reactions),in contrast to their carbonated and oxygenated analogues. We have investigated andrevisited this specific part of the nitrogen chemistry in the light of recent theoretical and experimentalwork carried out by several expert teams (Bordeaux, Besançon). In addition, recentwork about the ortho-para conversion of molecular hydrogen and new calculations of nuclearspin branching ratios for the production pathways of nitrogen hydrides in their ortho and paraconfigurations conducted at IPAG, enabled us to treat self-consistently the different spin symmetriesof the nitrogen hydrides together with the ortho and para forms of molecular hydrogen.We were able to develop a new network of chemical nitrogen in which the kinetic rates of criticalreactions involved in the nitrogen chemistry have been updated.This new network is used to model the time evolution of the nitrogen species abundancesin dense cold gas conditions (T ≤ 50 K, 103 < n < 106 cm−3). The steady-state resultsare compared to observations of NH, NH2 and NH3 towards a sample of low-mass protostars,with a special emphasis on the influence of the overall amounts of gaseous carbon, oxygen, andsulphur. Our chemical models reproduced the nitrogen hydrides abundances and their ratios fora gas-phase elemental C/O ratio of ∼ 0.8, provided that the total amount of sulphur is depletedby at least a factor of two. Our predicted ortho-to-para ratios for NH2 and NH3, ∼ 2.3 and∼ 0.7 respectively, are in good agreement with the observations towards cold diffuse clouds.Then, in dark gas conditions, the nitrogen hydride abundances are consistent with a pure gasphasesynthesis. Moreover, our results are based on the fact that NH is coming from a differentpathway than NH2 and NH3. NH is the daughter molecule of N2H+, deriving from the reactionN2+H+3 , while NH2 and NH3 proceed from NH+4 , itself daughter molecule of N+, resulting fromthe dissociative charge exchange N2 + He+.

Les observations météorologiques depuis les satellites dans le domaine des micro-ondes sont actuellement limitées à 190 GHz. La prochaine génération de satellites météorologiques opérationnels européens (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG), em- portera un instrument, le Ice Cloud Imager (ICI), avec des fréquences sub-millimétriques jusqu’à 664 GHz, afin d’améliorer la caractérisation globale des nuages de glace. Pour préparer l’exploitation de ces nouvelles données, durant cette thèse, des travaux ont été effectués sur quatre axes complémentaires. Des simulations réalistes de transfert radiatif ont été réalisées de 19 à 700 GHz, pour des scènes météorologiques réelles, couvrant une grande variabilité des nuages en Europe. L’objectif était double : premièrement mieux comprendre la sensibilité des ondes millimétriques et sub-millimétriques à la phase glacée des nuages, deuxièmement créer une base de données robuste pour développer une méthode d’inversion statistique des caractéristiques des nuages de glace. Un code de transfert radiatif atmosphérique (Atmospheric Radiative Transfer Simulator ARTS) a été couplé avec des profils atmosphériques simulés par un modèle méso-échelle de nuage (Weather Research and Forecasting WRF), pour douze scènes européennes aux moyennes latitudes. Les propriétés de diffusion des hydrométéores (glace, neige, graupel, pluie et eau dans le nuage) ont été soigneusement sélectionnées, en particulier pour la phase glace, et la compatibilité avec la microphysique de WRF a été testée : le Discrete-Dipole approximation (DDA) est adopté pour calculer les propriétés diffusantes des particules de neige. Les simulations obtenues ont été systématiquement comparées avec des observations satellitaires coïncidentes d’imageurs et de sondeurs jusqu’à 200 GHz. L’accord entre les simulations et les observations montre la bonne qualité de la base de données, au moins jusqu’à 200 GHz... / The meteorological observations from satellites in the microwave domain are currently limited to 190 GHz. The next generation of European operational Meteorological Satellite (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG) will carry an instrument, the Ice Cloud Imager (ICI), with frequencies up to 664 GHz, to provide unprecedented measurements in the sub-millimeter spectral range, aiming to improve the characterization of ice clouds over the globe. To prepare this upcoming satellite-borne sub-millimeter imager, during this thesis, scientific efforts have been made on four complementary aspects. Realistic radiative transfer simulations have been performed from 19 to 700 GHz, for real meteorological scenes, covering a large variability of clouds in Europe. The goal was two fold, first to better understand the sensitivity of the microwave to sub-millimeter waves to the cloud frozen phases, and second, to create a robust training database for a statistical cloud parameter retrieval. The Atmospheric Radiative Transfer Simulator (ARTS) is coupled with atmospheric profiles from the Weather Research and Forecasting (WRF) model, for twelve diverse European mid-latitude scenes. The single scattering properties of the hydrometeors (cloud ice, snow, graupel, rain, and cloud water) are carefully selected, especially for the frozen phases, and compatibility with the micro- physics in WRF is tested: the Discrete-Dipole Approximation (DDA) is adopted for snow particles. The resulting simulations have been systematically compared with coincident satellite observations from imagers and sounders up to 200 GHz. The agreement between simulations and observations shows the good quality of the simulated training database, at least up to 200 GHz...