Une carotte sédimentaire, couvrant les derniers 2500 ans, a été échantillonnée sur la marge continentale Ouest du Spitzberg dans le détroit de Fram (78,92°N 6,77°E, profondeur d'eau: 1497 m) avec pour objectif de reconstituer les variations hydroclimatiques à partir de l'analyse des assemblages de dinokystes. L'abondance relative des taxons de dinokystes ainsi qu'une analyse en composantes principales permet de distinguer une période de transition majeure à 300 ans cal. BP. Celle-ci est marquée par la disparition simultanée des taxons thermophiles Spiniferites mirabilis-hyperacanthus et Impagidinium sphaericum ainsi qu'une augmentation des taxons polaires-subpolaires Impagidinium pallidum et Pentapharsodinium dalei. Les températures de surface estimées suggèrent des conditions plus chaudes que celles de l'actuel (moyenne de 7°C en Été, soit une anomalie d'environ +2°C) jusqu'à 300 ans cal. BP malgré plusieurs phases de refroidissement vers 1700, 1500, 1200 et 800 ans cal. BP. Les derniers 300 ans se caractérisent par une tendance au refroidissement, avec des températures d'Été chutant de 7,6 à 3,5°C et un couvert de glace de mer atteignant 7 mois/an. Les résultats obtenus montrent que le couvert de glace de mer et la température de surface océanique dans la région du détroit de Fram sont sensibles aux variations hydroclimatiques, principalement liées au débit relatif des eaux chaudes et salées du courant Nord Atlantique pénétrant à l'Est et des eaux froides et déssalées sortant de l'Arctique, à l'Ouest. Nos données mettent également en évidence un optimum thermique vers 1320 ans cal. BP qui représenterait le seul intervalle des derniers 2500 ans pouvant être un analogue des conditions modernes post-AD 2000 et se singularisant par une absence du couvert de glace de mer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Holocène, Mers nordiques, Détroit de Fram, Conditions océaniques de surface, Dinokyste.

La mesure de température d'une surface et de son émissivité thermique constitue encore de nos jours, un défi de taille. D'un point de vue microclimatique, la température significative d'une surface est celle qui reflète l'état des échanges énergétiques qui y ont lieu.La radiométrie infrarouge thermique permet de lire la température de l'interface air-sol pour une couche infiniment petite de la surface (de l'ordre de quelques microns). Dans le cadre d'un système d'aide aux décisions en viabilité hivernale, nous avons défini un prototype de station de mesures mobiles. Cette station permet de déterminer, avec précision, la température radiative de la surface de la chaussée ainsi que de déterminer, avec un taux de succès de plus de 65 %, l'état de cette même surface. Par la conception de ce prototype, nous avons abordé le principe physique de la mesure de température de surface par radiométrie multispectrale infrarouge thermique. Ce travail aura permis d'évaluer une approche standard de mesure à bande spectrale unique (de 8 à 14 [mu]m). Dans la correction de la température radiative de surface, nous avons considéré trois méthodes distinctes.La première méthode utilisée est celle de l'algorithme TES (Gillespie et al., 1998). Cet algorithme établit le spectre d'émissivité, puis calcule une température de surface corrigée, en tenant compte de la réflexion du rayonnement thermique incident à la surface.La seconde méthode considérée est l'indice TISI (Li et al., 1999) qui consiste en un indice d'émissivité relatif indépendant de la température de la surface et qui tient compte du rayonnement incident à la surface.La troisième méthode est un indice de température relative (ITR) qui correspond au contraste normalisé des températures radiatives de surface. L'identification du type de surface a montré un taux de succès de 54,8 % pour les résultats de l'indice ITR, de 51,9 % pour les résultats de l'indice TISI et de 67,3 % pour les résultats de l'algorithme TES. Quant à la valeur de température corrigée, une vérification préalable ayant permis de déterminer la précision du TES à 0,5 [degrés Celsius], nous avons déterminé la précision relative des deux autres méthodes par rapport à celle du TES. Pour les deux méthodes TISI et ITR, la correction de température radiative a donné un écart moyen similaire de l'ordre de -1,2 [degrés Celsius], avec une étendue d'écart allant de -0,5 à -2,2 [degrés Celsius]. L'expérience réalisée a permis de présenter un prototype opérationnel de mesure de la température de surface permettant en même temps la caractérisation de la surface mesurée. L'extraction de ces deux types d'informations à partir d'une même série de mesures est une innovation.La banque d'émissivité spectrale mesurée sur le terrain est aussi une contribution de ce projet.

Résumé : Le phytoplancton, un ensemble de microorganismes photosynthétiques, est responsable de près de la moitié de la production primaire nette planétaire. Malgré son importance primordiale dans le cycle du carbone et du support de la vie marine, personne n'est encore en mesure d’expliquer la distribution du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, un paramètre intimement lié à la physiologie et à l'état de santé de ces organismes. Dans le but d'apporter des précisions quant au comportement du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle à l'échelle des océans, nous avons évalué l'influence d’un ensemble de paramètres environnementaux notamment l'éclairement de croissance et la température de surface des océans sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. De plus, nous proposons une nouvelle façon de calculer l’éclairement de croissance à partir de l'éclairement photosynthétiquement utilisable (éclairement pondéré en fonction de l'absorption du phytoplancton), moyen entre la surface et la profondeur de la couche de mélange. L’éclairement photosynthétiquement utilisable est privilégié puisqu'il est plus représentatif que l'éclairement photosynthétiquement actif (éclairement total entre 400 et 700 nm) généralement utilisé dans le calcul de l’éclairement de croissance. Plutôt que de calculer le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, ce qui est très complexe à faire de façon exacte en raison de multiples paramètres difficilement évaluables, nous calculons le χ [indice inférieur fluo], un indice équivalent, mais qui a l’avantage de ne pas faire des suppositions sur certains paramètres physiologiques et écologiques. Les résultats démontrent que le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle diminue quand l’éclairement de croissance augmente, ce qui suggère une augmentation de l’inhibition non photochimique de la fluorescence causée par une photoacclimation/photoadaptation du phytoplancton vivant dans un environnement d’éclairement important. Les résultats indiquent aussi que lorsque la température est sous 6°C l’impact sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est significatif. Sous cette température, un groupe de pixels a été identifié pour lesquels le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est essentiellement constant à des valeurs faibles. Ceci peut potentiellement pointer vers un plus large phénomène écosystémique/de communauté. Des simulations effectuées à partir d’une table de référence à trois dimensions (i.e., éclairement de croissance, température de surface des océans et concentration de chlorophylle) démontrent l’impact de ces paramètres sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. Le modèle a répliqué avec succès certaines zones de fort et de faible rendement. Les divergences entre les données simulées et observées indiquent probablement la présence d’autres processus physiologiques indépendants de la température et de l’éclairement de croissance. / Abstract : The current generation of Earth-orbiting sensors allows us to measure Sun-induced chlorophyll fluorescence. Coupled with phytoplankton absorption and incident irradiance, it is possible to derive the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. This information could be very helpful as the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence is influenced by algal photophysiology. Here we evaluate the influence of the growth irradiance and of the sea surface temperature on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Results show that with increasing growth irradiance, the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence decreases, pointing to an increase in non-photochemical quenching due to photoacclimation/photoadaptation by phytoplankton in high light environments. The sea surface temperature below 6°C was shown to have a significant impact on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Below this temperature, a group of pixels was identified for which the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence was essentially constant at low values. This could potentially point to a wider ecosystemic/community related phenomenon. Simulations with a three-dimensional lookup table (i.e., growth irradiance, sea surface temperature and chlorophyll concentration) demonstrate the impact of these parameters on the global distribution of the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. The model successfully reproduced some zones of low and high yield. Departures from the predicted values are likely pointing to physiological processes that are independent of temperature and growth irradiance.

Les objectifs de cette thèse sont la validation d’une méthodologie de détermination de la température de surface (LST) et de l’émissivité de surface (LES) à partir des radiances hyperspectrales du capteur IASI à bord du satellite METOP. Il s’agit de montrer la possibilité d’extraire ces deux paramètres d’un signal hyperspectral IRT télédétecté dans une approche physique. Le domaine spectral d'étude s'étend de 750 à 1250 cm-1 (8 à 13,3 μm) et la résolution spectrale est de l'ordre du 0,25 cm-1, inscrivant ainsi ce travail dans le giron de la radiométrie à très haute résolution spectrale infrarouge. Après une étude des méthodes de séparation existantes, la méthode SpSm (Spectral Smothness), est validée. Une étude de sensibilité aux erreurs aux bruits atmosphérique et instrumental est menée. La méthode SpSm est appliquée aux données IASI en conditions réelles pour l’année 2008 dans une zone spatiale couvrant l’Europe et le Nord d’ Afrique. Les résultats sont validés d’une part avec les produits MODIS et SEVIRI, et d’autre part avec les paramètres température et émissivité obtenus à partir des radiances SEVIRI et l’algorithme TISI. / This thesis focuses on the validation of a methodology for determining the surface temperature (LST) and surface emissivity (LES) from hyperspectral radiances from the IASI sensor on board of the European satellite METOP. We show that it is possible to extract these two parameters from a remotely sensed TIR signal using a physical approach. The spectral range under study extends from 750 to 1250 cm-1 (8 to 13.3 μm) and the spectral resolution is 0.25 cm-1, placing this work in the context of very high spectral resolution infrared radiometry. After studying the existing methods of separation, the SpSm method (Spectral Smothness), is validated. A study of sensitivity to atmospheric and instrumental noise is conducted. The SpSm method is applied to the IASI data in real conditions in 2008 in a spatial area that covers Europeand North Africa. The results are validated on one hand with the MODIS and SEVIRI products, and on the otherhand with temperatures and emissivities obtained from the SEVIRI radiances and the TISI algorithm.

La température de surface terrestre (LST) est un paramètre important dans les systèmes climatiques. Les données infrarouge thermique (TIR) contiennent un nombre d'information de la surface terrestre et de l'atmosphère sont des sources de l'information important pour estimer la LST à l'aide de télédétection. / Land surface temperature (LST) is an important parameter in climate systems. Hyperspectral thermal infrared (TIR) data, containing large information about the surface and the atmosphere, is an important source of information for retrieving LST by remote-sensing.

Les techniques de la télédétection thermique (TIR) ont été appliquées dans les études environnementales spécialement pour l’extraction de la température de surface. La télédétection infrarouge thermique (TIR) est la seule approche possible pour l’extraction de la température de surface (Coll & et al., 2005). De nombreux auteurs ont étudié la température de surface et ont proposé des algorithmes spécifiques pour son extraction à partir de l’image satellitale. (Abdellaoui A. , 1985a) propose un modèle de la relation température de surface-température de l’air près du sol en vue de l’extension spatiale des modèles d’analyse des paramètres de surface ; (Abdellaoui & et al., 1986) proposent un modèle global d’analyse du bilan d’énergie à l’interface sol-atmosphère qui permet d’extraire l’évolution journalière de la température de surface et de l’évapotranspiration ainsi qu’une valeur moyenne de l’inertie thermique; (Becker & Li, 1990) ont appliqué la méthode split-window sur la surface terrestre en prenant en considération l’émissivité de surface. (Sobrino & et al., 1996) ont développé un algorithme split-window pour l’estimation de la température de surface en donnant des coefficients de split-window adapté au capteur ATSR. (Gillespie & et al., 1998) ont appliqué la méthode TES qui utilise une approche de séparation de la température et de l’émissivité pour retrouver la température de surface. (Qin & et al., 2001a) ont trouvé utile de s’intéresser à une seule bande thermique en développant un algorithme mono-window pour l’extraction de la température de surface à partir des données Landsat TM6.Certains logiciels de traitement d’images classiques tels que ENVI, IDRISSI, ERDAS intègrent un module de génération d’une image température de surface en utilisant des paramètres de calibration et d’ajustement. Par ailleurs dans ces logiciels la température de surface ne représente qu’un petit élément dans un ensemble orienté surtout vers le visible. Notre objectif principal dans ce travail est d’élaborer un outil d’extraction et de traitement de la température de surface et son exploitation dans le suivi de l’évolution du paysage en nous basant sur des processus faisant intervenir la chaleur tels les îlots de chaleur ou l’assèchement par évaporation. Les algorithmes que nous développons dans ce travail utilisent un certain nombre de méthodes de calcul de la température de surface à partir des données satellitales ; ces algorithmes sont intégrés dans un module spécifique et accessible à partir d’une interface qui permet à l’utilisateur de choisir la méthode d’extraction la mieux adaptée à son étude / The techniques of thermal remote sensing (TIR) were applied in environmental studies especially for the extraction of the surface temperature. Thermal infrared (TIR) remote sensing is the only possible approach to retrieve LST (Coll & et al., 2005). Many authors have studied this parameter and proposed specific algorithms for its extraction from satellite imaging. (Abdellaoui A. , 1985a) proposed a model for the relationship of the air temperature near the ground for the spatial extension of surface-based parameters models; (Abdellaoui & et al., 1986) proposed a global analysis model of energy balance at the soil-atmosphere interface that extracts the daily changes in surface temperature and evapo-transpiration and an average value of thermal inertia; (Becker & Li, 1990) applied the split-window method on the earth's surface by taking into consideration the surface emissivity; (Sobrino & et al., 1996) have developed a split-window algorithm for estimating the surface temperature by providing split-window coefficients adapted to ATSR sensor. (Gillespie & et al., 1998) applied the TES method that uses a separation approach of the temperature and emissivity to find the surface temperature. (Qin & et al., 2001a) have found it useful to focus on a single thermal band by developing a single-window algorithm for extracting the surface temperature from Landsat TM6 Data.Some conventional image processing software such as ENVI, IDRISSI, ERDAS incorporate a module for generating a surface temperature image using the calibration and adjustment parameters. However, the surface temperature in these software represents only one small element of a set of outputs that are primarily dedicated to the visible rather than to the infrared spectrum. Our main objective in this work is to develop an extraction and processing tool for the surface temperature and its use for the monitoring of the landscape evolution. Using IDL as its image processing engine, our tool is equipped with graphical user interface and user-driven modules. The algorithms developed employ a number of methods to calculate the surface temperature based on satellite data; the interface allows the selection of the most suitable extraction method for the user’s study

Ces travaux ont pour objectif général d'améliorer la représentation spatio-temporelle des processus hydrologiques de surface à partir de modèles dont la complexité est adaptée aux informations disponibles par la télédétection multi-capteur/multi-résolution. Nous avons poursuivi des développements méthodologiques (désagrégation, assimilation, modélisation du bilan d'énergie) autour de l'estimation de l'humidité du sol dans le contexte de la gestion des ressources en eau dans les régions semi-arides. Récemment, des missions spatiales permettent d'observer l'humidité des sols en surface; notamment avec le capteur AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS) et la mission SMOS (Soil Moisture Ocean Salinity). Toutefois la résolution spatiale de ces capteurs est trop large (> 40 km) pour des applications hydrologiques. Afin de résoudre le problème d'échelle, l'algorithme de désagrégation DisPATCh (Disaggregation based on Physical and Theoretical Scale Change) a été développé en se basant sur un modèle d'évapotranspiration. Dans la première partie de thèse, l'algorithme est appliqué et validé sur le bassin du Murrumbidgee (sud-est de l'Australie) avec une résolution spatiale cible de 1 km à partir des données de LST (Température de surface) et NDVI (indice de végétation) issues de MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) et de deux produits d'humidité du sol basse résolution : SMOS et AMSR-E. Les résultats montrent que la désagrégation est plus efficace en été, où la performance du modèle d'évapotranspiration est optimale. L'étude précédente a notamment mis en évidence que la résolution temporelle des données DisPATCh est limitée par la couverture nuageuse visible sur les images MODIS et la résolution temporelle des radiomètres micro-ondes (3 jours pour SMOS). Dans la deuxième partie, une nouvelle approche est donc développée pour assurer la continuité temporelle des données d'humidité de surface en assimilant les données DisPATCh dans un modèle dynamique de type force-restore, forcé par des données météorologiques issus de ré-analyses, dont les précipitations. La méthode combine de manière originale un système variationnel (2D-VAR) pour estimer l'humidité du sol en zone racinaire et une approche séquentielle (filtre de Kalman simplifié) pour analyser l'humidité du sol en surface. La performance de l'approche est évaluée sur deux zones: la région Tensift-Haouz au Maroc et la région de Yanco en Australie. Les résultats montrent que le couplage désagrégation/assimilation de l'humidité du sol est un outil performant pour estimer l'humidité en surface à l'échelle journalière, même lorsque les données météorologiques sont incertaines. Dans la troisième partie, une méthode de correction des effets topographiques sur la LST est développée dans le but d'étendre l'applicabilité de DisPATCh aux zones vallonnées ou montagneuses qui jouent souvent le rôle de château d'eau sur les régions semi-arides. Cette approche, basée sur un modèle de bilan d'énergie à base physique, est testée avec les données ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer) et Landsat sur la vallée d'Imlil dans le Haut Atlas Marocain. Les résultats indiquent que les effets topographiques ont été fortement réduits sur les images de LST à ~100 m de résolution et que la LST corrigée pourrait être utilisée comme une signature de l'état hydrique en montagne. Les perspectives ouvertes par ces travaux concernent la correction/désagrégation des données de précipitations et l'estimation des apports par l'irrigation pour une gestion optimisée de l'eau. / This thesis aims to improve the spatio-temporal resolution of surface water fluxes at the land surface-atmosphere interface based on appropriate models that rely on readily available multi-sensor remote sensing data. This work has been set up to further develop (disaggregation, assimilation, energy balance modeling) approaches related to soil moisture monitoring in order to optimize water management over semi-arid areas. Currently, the near surface soil moisture data sets available at global scale have a spatial resolution that is too coarse for hydrological applications. Especially, the near surface soil moisture retrieved from passive microwave observations such as AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS) and SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) data have a spatial resolution of about 60 km and 40 km, respectively. In this context, the downscaling algorithm "DISaggregation based on Physical And Theoretical scale Change" (or DisPATCh) has been developed. The near surface soil moisture variability is estimate within a low resolution pixel at the targeted 1 km resolution based on an evapotranspiration model using LST (Land surface temperature) and NDVI (vegetation index) derived from MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) data. Within a first step, DisPATCh is applied to SMOS and AMSR-E soil moisture products over the Murrumbidgee river catchment in Southeastern Australia and is evaluated during a one-year period. It is found that the downscaling efficiency is lower in winter than during the hotter months when DisPATCh performance is optimal. However, the temporal resolution of DisPATCh data is limited by the gaps in MODIS images due to cloud cover, and by the temporal resolution of passive microwave observations (global coverage every 3 days for SMOS). The second step proposes an approach to overcome these limitations by assimilating the 1 km resolution DisPATCh data into a simple dynamic soil model forced by reanalysis meteorological data including precipitation. The original approach combines a variational scheme for root-zone soil moisture analysis and a sequential approach for the update of surface soil moisture. The performance is assessed using ground measurements of soil moisture in the Tensift-Haouz region in Morocco and the Yanco area in Australia during 2014. It is found that the downscaling/assimilation scheme is an efficient approach to estimate the dynamics of the 1 km resolution surface soil moisture at daily time scale, even when coarse scale and inaccurate meteorological data including rainfall are used. The third step presents a physically-based method to correct LST data for topographic effects in order to offer the opportunity for applying DisPATCh over mountainous areas. The approach is tested using ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer) and Landsat data over a 6 km by 6 km steep-sided area in the Moroccan Atlas. It is found that the strong correlations between LST and illumination over rugged terrain before correction are greatly reduced at ~100 m resolution after the topographic correction. Such a correction method could potentially be used as a proxy of the surface water status over mountainous terrain. This thesis opens the path for developing new remote sensing-based methods in order to retrieve water inputs -including both precipitation and irrigation- at high spatial resolution for water management.

Résumé: Les lacs occupent environ 30% du territoire dans le nord du Canada. Ils peuvent avoir d’importants impacts sur le climat qui ont un effet par la suite sur les propriétés thermiques des lacs. L’étude d’un lac doit généralement débuter avec un bilan calorifique de la surface. La différentiation précise que l’énergie disponible en flux de chaleur sensible ou latent est un élément crucial pour la compréhension des interactions entre les processus climatiques à une échelle régionale. Dans cette étude, le flux de chaleur sensible et le ratio de Bowen sont obtenus à partir des données de la télédétection. La méthodologie se base sur l’utilisation de données microondes (SMM/I) afin de calculer la température de la surface du sol avec la méthode de Fily et al. (2003) et Mialon et al. (2007). La caractérisation de la surface du sol est effectuée à partir de données satellitaires optiques (capteurs SPOT & VGT). Les paramètres météorologiques utilisés pour estimer les flux proviennent de la base de données du North American Regional Reanalysis (NARR). Les résultats présentent un portrait quotidien, mensuel et saisonnier de l’énergie sensible à l’interface sol-air par rapport à la fraction de la surface de plan d’eau (FWS). Nous comparons ensuite nos résultats avec les flux du modèle NARR et quelques mesures in situ. Quatre sites couvrants différents types de surfaces à travers le Canada ont été étudiés pendant les étés 1998 et 2000 (de juin à septembre) : le nord du Québec (toundra), les Territoires du Nord-Ouest (le Grand lac des Esclaves [ou, en anglais, Great Slave Lake. GSLJ et le bassin de la rivière Mackenzie), le Manitoba (zone humide) et le Labrador (taïga). Les résultats montrent que les flux d’énergie sensible satellitaires sont semblables aux flux estimés par le NARR lorsque la FWS est petit (sans lac) ou pour des zones avec de larges surfaces d’eau (Mackenzie Great Slave Lake), mais diffèrent lorsque la FWS augmente à l’intérieur d’un pixel. Ceci signifie que les modèles climatiques régionaux devraient considérer la proposition du territoire occupée par des étendues d’eau. Nous déduisons que les effets de la taille des lacs sont reliés aux conditions environnementales du milieu. Les résultats de la comparaison avec des mesures in situ pour le GSL et la zone humide sont encourageants. Le ratio de Bowen sur le site du bassin de la rivière Mackenzie montre qu’il y a une augmentation de la chaleur sensible durant la deuxième moitié de l’été en comparaison à la première moitié. Il y a ainsi un plus grand stress hydrique pendant la deuxième moitié de l’été. Cependant, il n’y a pas de patrons clairs en comparaison avec le site GSL. La comparaison entre les différents sites indique une variation énergétique annuelle minimale pour la zone humide. || Abstract: Lakes occupy roughly 30% of Canada's northern landscape. They can have important impacts on the climate, and climate modification will affect lake thermal properties. Study of a lake most generally begins with heat budget at its surface. Accurate partitioning of the available energy at the surface into sensible and latent heat flux is crucial to the understanding of interactions between climate processes on a regional scale. In this study, sensible heat flux and the Bowen ratio for the summer period are retrieved using reanalysis and remote sensing data. The methodology is based on the use of microwave data for retrieving land surface temperature (SSM/I) with the method of Fily et al. (2003) and Mialon et al. (2007). The land cover characterization is derived from remotely sensed optical data (SPOT VGT sensor). Some meteorological parameters used for retrieving flux are derived from the North American Regional Reanalysis (NARR) database. The results from this study present a picture of the daily, monthly and seasonally sensible energy over summer period at the land-air interface versus the Fraction of Water Surface (FWS). We compare our results with the NARR model's flux in addition to few in situ measurements. Four sites covering different land cover types across Canada were investigated during the 1998 and 2000 summers (June to September): Northern Quebec (tundra), Northwest Territories (Great Slave Lake, or GSL, and Mackenzie River Basin), Manitoba (wetlands) and Labrador (taiga). The results show that the satellite-derived sensible flux is close to the NARR flux estimate when the fraction of water surface is small (no lakes) and over large open water areas (Mackenzie Great Slave Lake), but differs when the FWS increases within the pixel. This means that regional climate models should take into account lake cover fraction. We infer that effects of the lake-size are closely related to surrounding environmental conditions. The results of the comparison with in situ measurements for Great Slave Lake (1998) and the Wetland site are encouraging. For the Mackenzie River Basin site, the results of the Bowen ratio show that there is an increase of sensible heat partition during the second half of the summer in comparison with the first half, meaning that there is more water stress over the second half of the summer than the first. But for the Wetland site, there is no clear pattern, and in comparison with GSL, temporal variation is less significant. Comparisons between different sites indicate minimum year to year energy variation for the Wetland area.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche entre le CEA et ARMINES (Centre LGEI/ Ecole des Mines d'Alès). Il vise à améliorer la connaissance des mécanismes physiques se produisant lorsque qu'une nappe de liquide (inflammable et/ou toxique stocké à pression atmosphérique) s'évapore suite à la rupture de son stockage. La démarche expérimentale employée consiste à réaliser un plan d'expériences visant à exprimer le débit d'évaporation initial d'une nappe sous différentes conditions initiales de température de liquide et de sol, sous différentes vitesse d'écoulement, de température d'air et selon différentes épaisseurs initiales de liquide. Les différents flux thermiques échangés entre la nappe et son environnement, la température de la nappe et le débit d'évaporation sont mesurés et quantifiés.Les débits d'évaporation expérimentaux sont confrontés à ceux prédits par les différentes corrélations disponibles dans la littérature. Deux analyses de sensibilité sont également réalisées sur ces corrélations et les résultats confrontés à ceux du plan d'expériences afin de vérifier si les corrélations attribuent le même poids aux différents paramètres expérimentaux que le phénomène en lui-même.Les relevés de température dans l'épaisseur de la nappe mettant en évidence la présence de cellules de convection naturelle est également étudiée. Par ailleurs, la température moyenne de la surface est déterminée à partir des différents flux thermiques échangés entre la nappe et son environnement.A l'aide des résultats obtenus, l'étude de plusieurs éléments a été réalisée: l'écart de prédiction sur les résultats des équations bilan thermique et massique selon la température employée pour les incrémenter, la nette différence de température entre la surface et le coeur du liquide, rarement prise en compte dans les modèles théoriques, le rôle prépondérant de la convection naturelle dans le phénomène d'évaporation.Un dernier chapitre étudie la dispersion de la température de surface (phénomène peu étudié dans la littérature) à l'aide d'une caméra thermique. Des zones de températures homogènes apparaissent alors dans le cas de l'essai mettant en oeuvre un écoulement de cavité au-dessus du liquide. La présence de différentes zones de température implique que la cinétique d'évaporation n'est pas uniforme sur la surface de la nappe. A partir de ces résultats, le coefficient de transfert de matière est étudié en fonction de la régression du niveau de liquide dans le bac et conclut à une diminution non modélisée par les corrélations existantes.

Le sondeur infrarouge hyperspectral IASI (Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge), développé conjointement par le CNES et EUMETSAT à bord du satellite européen Metop, permet, entre autres, le sondage de la température, de l'humidité ainsi que la restitution de paramètres de surface. Bien que l'on tire le meilleur parti de ces données sur la mer, leur utilisation est encore limitée au-dessus des terres dans le contexte de la prévision numérique du temps, à cause de l'incertitude plus grande sur l'émissivité et la température de surface (Ts). Ces erreurs se répercutent sur la qualité des simulations de transfert radiatif et empêche l'utilisation de ces mesures dans les modèles de prévision numérique du temps. Seuls les canaux non sensibles à la surface terrestre sont assimilés de façon opérationnelle, limitant ainsi le potentiel de sondage aux couches atmosphériques les plus élevées. Cette thèse a pour but l'amélioration de la description des paramètres de surface dans le modèle global ARPEGE de Météo-France en vue de l'assimilation des données du sondeur IASI sur les continents. Nous avons d'abord cherché à améliorer la modélisation de la surface (émissivité et Ts) sur les continents dans le modèle ARPEGE. Pour cela, différents atlas d'émissivité ont été intégrés dans ce modèle : l'un a été calculé à partir des données MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) par l'Université du Wisconsin et le second a été construit à partir des produits IASI de niveau 2 (L2) développés par EUMETSAT. La Ts a ensuite été restituée à partir de canaux de surface IASI en profitant d'une meilleure connaissance de l'émissivité de surface donnée par ces atlas. Ces Ts ont été évaluées par comparaison avec les produits MODIS de la NASA et les produits IASI L2 d'EUMETSAT. Ces comparaisons nous ont permis de sélectionner une combinaison de canaux qui fournit les meilleures estimations de Ts. L'utilisation d'une modélisation de surface réaliste a contribué à l'amélioration de la qualité des simulations de transfert radiatif pour les canaux sensibles à la surface. Les radiances IASI sensibles à la surface ont alors pu être assimilées sur les continents dans le modèle ARPEGE en ciel clair et en utilisant la paramétrisation de surface définie précédemment. Les impacts sur la qualité des analyses et des prévisions ont été étudiés. La prise en compte d'une émissivité et d'une Ts précises a permis d'augmenter significativement le nombre d'observations assimilées. Les principales améliorations concernent les prévisions de géopotentiel et de température pour des pressions inférieures à 400~hPa (en dehors des tropiques). Enfin, dans un cadre plus spécifique et climatologique, nous nous sommes intéressés à la validation de l'utilisation des données IASI en Antarctique durant la campagne Concordiasi. Cette étude a permis d'améliorer les profils inversés de température et de vapeur d'eau par comparaison avec les profils provenant du modèle. L'amélioration est particulièrement importante pour la température de surface. Dans ce cadre, les Ts restituées dans cette thèse ont été comparées à Concordia et au Pôle Sud avec des mesures in-situ et se sont révélées particulièrement précises à Concordia. / The Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI), on-board the EUMETSAT Polar System Metop satellite, is developed by CNES in the framework of a co-operation agreement with EUMETSAT. IASI enables, amongst other, infrared soundings of temperature, moisture and retrievals of surface parameters. However in the numerical weather prediction context, these observations are not as intensively used over land as they are over sea because of larger uncertainties about land emissivity and land surface temperature (LST). These uncertainties have an impact on the quality of radiative transfer simulation and hinder the use of these measurements in numerical weather prediction models. Only channels that are not sensitive to the surface are currently assimilated in operations, which limits the potential of sounding instruments to the highest atmospheric layers. This PhD aims to improve the description of land surface parameters in the ARPEGE global model of Météo-France to assimilate IASI data over land. First of all, we tried to improve the surface modelling (surface emissivity and LST) over land in the ARPEGE model. To this end, two emissivity atlases were integrated in this model. The first one is the emissivity climatology computed from the IASI Level-2 products from EUMETSAT and the second one is the global high spectral resolution infrared land surface emissivity database (called UWIREMIS) developed by the Space Science and Engineering Center at University of Wisconsin. Hence, the LST was retrieved from IASI surface channels using these atlases as input parameters in the radiative transfer model. These LSTs were compared to land LST products: the MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) products from the NASA and the IASI Level-2 products from EUMETSAT. These comparisons enabled us to choose the IASI channel combination that provided the best LST estimates. The use of a realistic surface modelling contributed to improve the quality of radiative transfer simulations for surface sensitive channels. Then, surface sensitive IASI radiances were assimilated over land in ARPEGE in clear sky conditions using the surface parameters as previously defined. The impact on analysis and forecast quality was studied. The use of good estimates of surface emissivity and LST significantly increased the number of assimilated observations. The main improvements are for geopotential and temperature forecasts for pressure levels lower than 400~hPa (except in the tropics and in the stratosphere). Finally, from a climatological point of view and within the more specific framework of the Concordiasi campaign, we assessed and validated the use of IASI data in Antarctica. The temperature and humidity retrieved in this particular study proved of better quality than the model profiles, as assessed against the sonde measurements. The improvement is particularly striking for surface temperature. In this framework, the LST retrieved in this PhD were compared with in situ measurements at Concordia and at South Pole station. These estimates are of a great accuracy at Concordia.