Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportement<br />de diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

On sait aujourd'hui que les processus stratosphériques jouent un rôle important dans le système climatique et leur étude est donc de grande importance pour la communauté scientifique. Les changements à long terme observés dans la stratosphère comprennent l'augmentation des gaz à effet de serre, de la vapeur d'eau, la diminution de l'ozone et un refroidissement systématique de cette région de l'atmosphère pendant les deux dernières décennies (1980-2000). Cette recherche est dédiée à la quantification des changements à long terme de la structure thermique et dynamique de la stratosphère et à l'attribution des causes des changements observés, et en particulier l'effet de la diminution de l'ozone stratosphérique. Le travail a été mené pour les vingt dernières années, où des mesures globales de la stratosphère existent; les analyses effectuées ont été ensuite couplées avec des simulations GCM pour quantifier le rôle de la diminution de l'ozone sur les changements à long terme observés. Trois bases de données (températures mensuelles) résultant d'analyses de données satellitaires et/ou de radiosondages ont été considérées : la base TOVS/3I fournit une description de la basse stratosphère à haute résolution spatiale pour une période de 8 ans; la base FUB a une résolution spatiale moins bonne mais est disponible pour une période plus longue; enfin, la base SSU/MSU couvre les vingt dernières années et surtout la totalité de la stratosphère, mais avec une résolution verticale plus faible. Un modèle de régression linéaire multiparamétrique, qui permet de séparer l'effet de la variabilité naturelle de la tendance à long terme, a été utilisé. Dans un premier temps, une analyse détaillée de l'impact des différents facteurs de variabilité de la température stratosphérique été réalisée. Les forçages considérés sont: l'Oscillation Quasi-Biennale (QBO), l'ENSO, la variabilité de 11 ans associée au cycle solaire, et le mode de variabilité extratropicale connu sous le nom d'Oscillation Arctique (AO). Nous montrons tout d'abord que l'amplitude de la réponse de la température à ces forçages peut être du même ordre de grandeur que les tendances calculées. Ensuite, les tendances de la température sont décrites en fonction de l'altitude, de la latitude et de la saison; elles montrent un refroidissement général de la stratosphère, avec une amplitude maximale en moyenne globale dans la haute stratosphère de l'hémisphère nord (de l'ordre de 3 K/décennie); le refroidissement se réduit dans la moyenne stratosphère pour atteindre 1 K/décennie en moyenne globale dans la basse stratosphère (mais avec une structure fortement dépendante de la latitude). L'analyse des températures nous permet aussi de mettre en évidence, de façon indirecte, un affaiblissement de la circulation moyenne de la stratosphère. Pour étudier le rôle de la diminution d'ozone stratosphérique sur les champs dynamiques et thermiques, nous avons enfin considéré deux ensembles de simulations GCM de type « transitoire »; en entrée des simulations, le premier ensemble considère les conditions prévalant avant la diminution de l'ozone, alors que le deuxième inclut les tendances d'ozone observées en moyenne zonale et mensuelle (dite « simulation ozone »). Les tendances de température simulées ont été comparées entre elles. Les résultats indiquent que la diminution de l'ozone stratosphérique est responsable du refroidissement observé à hauteur de 60% dans la haute stratosphère et de 30% dans la basse stratosphère. Si le refroidissement de la haute et moyenne stratosphère est bien reproduit par les simulations ozone, dans la basse stratosphère il est sous-estimé, très probablement à cause de l'effet des tendances de vapeur d'eau, qui n'ont pas été prises en compte dans les simulations. Le refroidissement pendant le printemps Arctique dans la basse stratosphère est observé, mais non complètement reproduit. Enfin, les simulations ozone indiquent une modification dans l'activité des ondes qui se propagent dans la basse stratosphère, observée à travers l'étude de la composante verticale du flux d'Eliassen-Palm.

L'objectif de cette thèse est l'étude de la variabilité interannuelle en Atlantique Tropical: nous étudions les rôles des processus couplés liés à la dynamique linéaire et ceux liés à l'influence de la variabilité du Pacifique Tropical de type El Niño. Les résultats obtenus suggèrent que la variabilité associée aux propagations d'ondes de Kelvin et de Rossby joue un rôle essentiel dans l'ajustement océanique au forçage par le vent et plus généralement dans les processus couplés océan-atmosphère en Atlantique Équatorial. Les résultats de simulations couplées montrent que l'énergie dans la bande de fréquences 1-3 ans est en partie liée aux interactions locales air-mer, tandis que la variabilité associée au Pacifique Tropical domine les basses fréquences (3-7 ans). Nos résultats soulignent la complexité du système océan-atmosphère en Atlantique Équatorial, dont la prédictibilité dépend fortement de la variabilité du Pacifique Tropical et de la variabilité atmosphérique intra-saisonnière.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le saumon Atlantique fait partie du patrimoine écologique et économique du bassin de l’Adour. Dans le cadre de la gestion actuelle du saumon dans ce bassin, l’origine natale des géniteurs, le taux de retour des individus d’origine piscicole, le taux de homing sur chaque sous-bassin ou encore le soutient par des géniteurs extérieurs au bassin de l’Adour sont des thématiques qui restent sans réponses. Ce projet propose donc de tester le potentiel de la géochimie des otolithes sur le saumon Atlantique du bassin de l’Adour. Nos travaux démontrent que la variation géographique de la composition chimique de l’eau dans 12 rivières colonisées par le saumon, associée à un enregistrement dans l’otolithe proportionnel à la signature géochimique du milieu de vie, permettent de discriminer l’origine géographique des individus. La combinaison des signatures élémentaires (Sr:Ca et Ba:Ca) et surtout l’isotopie du Sr (temporellement plus stable et sans fractionnement biologique) dans les otolithes améliore la précision du classement à l’échelle de la rivière de développement. En se basant sur la transmission de signatures géochimiques (élémentaires et isotopiques) transgénérationelles entre la femelle reproductrice et les otolithes des embryons produits par cette dernière, nous avons discriminé avec succès les individus nés en rivière de ceux nés en pisciculture. Le classement des géniteurs (180 individus) selon leur rivière natale a confirmé que le sous bassin du gave d’Oloron, et plus particulièrement le gave d’Ossau, reste le lieu qui produit le plus de saumon de retour. De façon non négligeable, le gave de Pau contribue lui aussi au renouvellement de la population (10 d’origine piscicole et 6 d’origine naturelle). 18 saumons sur 180 sont issus de l’alevinage (soit 10%); la majorité s’étant développée dans le sous-bassin du gave de Pau. Par ailleurs, nous avons mis à jour l’existence de périodes au cours de la vie des juvéniles (changements de milieu: sac vitellin—milieu extérieur et pisciculture—rivière) durant lesquelles l’enregistrement du Ba dans l’otolithe n’est pas en relation avec la chimie de l’eau. L’originalité de notre approche est d’avoir étudié l’influence des facteurs endogènes et environnementaux chez des poissons ayant vécu dans le milieu naturel ou ayant séjourné en milieu naturel contrôlé. Nos travaux mettent l’accent sur la complexité de l’intégration du rapport Ba:Ca dans l’otolithe et démontrent l’utilité des éléments traces et des isotopes du Sr comme « tag naturel » pour distinguer l’origine natale du saumon Atlantique. / The Adour basin holds one of the largest populations of Atlantic salmon in southern Europe exploited by commercial and sport fisheries. Determining the relative contributions of individual rivers and hatcheries to the Adour basin populations becomes crucial to understand key sources that contribute the most to its persistence. We successfully used Sr:Ca, Ba:Ca and 87Sr:86Sr ratios as natural tags for determining the natal origins of adults from 12 tributaries. Success in discriminating between fish from different sites was greatest using Sr isotopes since the latter remained relatively constant across years at a given location. Geochemical signatures from core regions of the otolith were also used to identify fish from hatchery or naturally spawned sources. The predominance of adults spawned in the Ossau River among returning adults corresponded with long-term juvenile production trends in the Ossau River. Despite the limited upstream accessibility of the Pau River, our study demonstrated that Atlantic salmon recruits can successfully leave this river to join the adult population in the Adour basin. We observed relatively clear separation between hatchery and wild juveniles using both Sr:Cacore (wild > 2.5 and hatchery < 0.80) and 87Sr:86Srcore (wild < 0.710 and hatchery > 0.710). The return of hatchery reared fish as adult spawners represented 10% of the total sampled fish we analyzed. Almost all adults, previously identified as belonging to the Ouzom River, were hatchery produced. Adults originated from the Pau River were either wild or hatchery reared fish. We also conducted field controlled experiments that characterized the elemental uptake process in juvenile Atlantic salmon otoliths during freshwater residency. Physiological effects influenced Ba deposition. Ba:Ca otolith profiles from hatchery-reared and field collected fish were characterised by a peak at yolk absorption mark. Hatchery-reared fish stocked in a river also displayed a peak of Ba:Ca following transfer which was not related to the water chemistry. Our experiment revealed a 20-day lag time between initial Ba:Cawater changes and Ba:Caotolith saturation. Results suggested that such effects should be considered during any attempts to determine rivers of origin of Atlantic salmon based on otolith elemental composition or reconstruct the movement of individual fish among and within streams.

Le système du Courant de Californie (CCS) est l'un des grands systèmes d'upwelling de bord est de la planète, caractérisés par un régime saisonnier de vents qui provoque des remontées d'eaux profondes (upwelling côtier), riches en nutriments, favorisant une forte activité biologique. À long terme, l'écosystème du CCS révèle des alternances de dominance de communautés marines, encore inexpliquées. L'objet de cette thèse est de comprendre l'effet de la variabilité pluriannuelle des vents sur la structure et le fonctionnement des premiers maillons trophiques de l'écosystème du CCS à partir d'études de processus reposant sur une approche numérique. Une première étude a permis de montrer que l'upwelling côtier et le transport côte-large ont une variabilité à basse fréquence fortement corrélée à celle de la tension de vent parallèle à la côte et au mode North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), mis en évidence récemment et connu pour capturer une part de la variabilité à basse fréquence des vents d'upwelling et de la chlorophylle dans le CCS. Une étude fine de ces vents a permis de mettre en évidence une relation forte entre leur variabilité saisonnière et le mode NPGO, avec une modulation temporelle du déclenchement de la saison d'upwelling du CCS. L'impact d'un tel déphasage de l'upwelling sur un écosystème planctonique a pu ensuite être testé. À la côte, l'écosystème répond directement à un scénario d'upwelling précoce par une productivité plus forte. Au large, les incidences sur l'écosystème s'opèrent via les processus de transport côte-large. L'effet sur le zooplancton est plus prononcé que sur le phytoplancton et est susceptible d'affecter les niveaux trophiques supérieurs.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les bandes de fréquences utilisées conventionnellement pour les systèmes fixes de télécommunication par satellites (bandes C et Ku i.e. 4-15 GHz) sont congestionnées. Néanmoins, le marché des télécommunications civil et de défense accuse une demande de plus en plus importante en services multimédia haut-débit. Par conséquent, l'augmentation de la fréquence porteuse vers les bandes Ka et Q/V (20-40/50 GHz)est activement étudiée. Pour des fréquences supérieures à 5 GHz, la propagation des signaux radioélectriques souffre de l'atténuation troposphérique. Parmi les différents contributeurs à l'affaiblissement troposphérique total(atténuation, scintillation, dépolarisation, température de bruit du ciel), les précipitations jouent un rôle prépondérant. Pour compenser la détérioration des conditions de propagation, des techniques de compensation des affaiblissements (FMT: Fade Mitigation Technique) permettant d'adapter en temps réel les caractéristiques du système en fonction de l'état du canal de propagation doivent être employées. Une alternative à l'utilisation de séries temporelles expérimentales peu nombreuses est la génération de séries temporelles synthétiques d'atténuation due à la pluie et d'atténuation totale représentatives d'une liaison donnée.Le manuscrit est organisé autour de cinq articles. La première contribution est dédiée à la modélisation temporelle de l'affaiblissement troposphérique total. Le deuxième article porte sur des améliorations significatives du modèle de génération de séries temporelles d'atténuation due à la pluie recommandé par l'UITR.Les trois contributions suivantes constituent une analyse critique et une modélisation de la variabilité des statistiques du 1er ordre utilisées lors des tests des modèles de canal. La variance de l'estimateur statistique des distributions cumulatives complémentaires de l'atténuation due à la pluie et de l'intensité de précipitation est alors mise en évidence. Un modèle à application mondiale paramétré au moyen de données expérimentales est proposé. Celui-ci permet, d'une part, d'estimer les intervalles de confiance associés aux mesures de propagation et d'autre part, de quantifier le risque en termes de disponibilité annuelle associée à la prédiction d'une marge de propagation donnée. Cette approche est étendue aux variabilités des statistiques jointes. Elle permet alors une évaluation statistique de l'impact des techniques de diversité de site sur les performances systèmes, tant à microéchelle(quelques kms) qu'à macro-échelle (quelques centaines de kms). / Nowadays, C and Ku bands used for fixed SATCOM systems are totally congested. However, the demand of the end users for high data rate multimedia services is increasing. Consequently, the use of higher frequency bands (Ka: 20 GHz and Q/V 40/50 GHz) is under investigation. For frequencies higher than 5 GHz, radiowave propagation is strongly affected by tropospheric attenuation. Among the different contributors, rain is the most significant. To compensate the deterioration of the propagation channel, Fade Mitigation Techniques (FMT) are used. The lack of experimental data needed to optimize the real-time control loops of FMT leads tothe use of rain attenuation and total attenuation time series synthesizers. The manuscript is a compilation of five articles. The first contribution is dedicated to the temporal modelling of total impairments. The second article aims at providing significant improvements on the rain attenuation time series synthesizer recommended by ITU-R. The last three contributions are a critical analysis and a modelling of the variability observed on the 1st order statistics used to validate propagation channel models. The variance of the statistical estimator of the complementary cumulative distribution functions of rainfall rate and rain attenuation is highlighted. A worldwide model parameterized in compliance with propagation measurements is proposed. It allows the confidence intervals to be estimated and the risk on a required availability associated with a given propagation margin prediction to be quantified. This approach is extended to the variability of joint statistics. It allows the impact of site diversity techniques on system performances at small scale (few kms) and large scale (few hundred of kms) to be evaluated.