Dissertations / Theses on the topic 'Impacts climatiques'

Lorsque des espèces à différents niveaux trophiques répondent aux changements climatiques à des rythmes différents, il peut en résulter une désynchronisation entre la phénologie des consommateurs et celle de leurs ressources. Les oiseaux migrateurs qui se reproduisent dans l’Arctique pourraient être parmi les espèces les plus touchées par une telle désynchronisation. Cette étude examine l’impact du réchauffement climatique sur les interactions entre la grande oie des neiges (Chen caerulesens atlantica) et les plantes dont elle s’alimente sur l’Île Bylot, Nunavut. À l’aide de petites serres, nous avons examiné l’impact d’un réchauffement sur la biomasse et la concentration en azote (un indice de qualité nutritive) des plantes utilisées par les oies. Nos résultats montrent qu’un réchauffement annuel mène à une augmentation de la biomasse végétale, mais que cette hausse est accompagnée d’un déclin plus rapide de la qualité nutritive des plantes. En effet, la concentration en azote des plantes des parcelles réchauffées était jusqu’à 14% plus faible que celle des parcelles témoins, et ce pendant la période de croissance des jeunes oies. Nous avons également montré qu’un indice satellitaire, le Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) peut être utilisé comme proxy afin de déterminer la date du pic de concentration en azote des plantes. En utilisant le NDVI, nous avons donc pu estimer la date de pic d’azote des années pour lesquelles nous n’avions pas de données empiriques sur la végétation. Finalement, nous avons analysé des données à long-terme sur le climat, la phénologie des plantes et la reproduction des oies afin d’examiner l’impact potentiel de la désynchronisation trophique sur la croissance des jeunes. Selon nos résultats, les oies ajustent seulement partiellement leur reproduction en fonction des changements annuels dans la disponibilité de nourriture de haute qualité. En conséquence, la masse et la taille structurelle des jeunes oies à l’envol étaient réduites lorsque la reproduction des oies était moins bien synchronisée avec le pic de qualité nutritive des plantes. Nos résultats supportent l’hypothèse que la désynchronisation trophique peut avoir des effets négatifs sur l’aptitude phénotypique des herbivores arctiques, et que ces effets pourraient s’accentuer avec l’augmentation prévue des températures à l’échelle globale.
When species at different trophic levels respond to climate change at different rates, this may lead to a trophic mismatch between the phenology of consumers and that of their resources. As polar regions are warming more rapidly than the rest of the planet, migratory birds breeding in the Arctic are expected to be among the species most affected by trophic mismatch in the wake of rapid climate change. This study examines the impact of climate warming on the interactions between an arctic herbivore, the greater snow goose (Chen caerulescens atlantica), and its food plants on Bylot Island, Nunavut, Canada. Using small greenhouses, we examined the impact of increased temperatures on plant biomass and a proxy of nutritive quality, nitrogen concentration, of graminoid plants used by geese during the brood-rearing period. This experiment showed that annual warming significantly increased biomass of graminoids but also led to an acceleration of the seasonal decline in plant nutritive quality and resulted in a decrease in the nitrogen concentration of plants by up to 14% during the period of gosling growth. We also showed that satellite-derived Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) can be used as a proxy to determine date of peak nitrogen concentration in some tundra plants, and can thus be a reliable measure of the early changes in the timing of the availability of high quality food for herbivores. Using NDVI, we were then able to estimate the date of peak nitrogen in years when we had no empirical data on plant phenology. Finally, we analysed long-term data on climate, plant phenology and the reproduction of geese in order to examine the potential impact of mismatched reproduction on the growth of young. We found that geese are only partially able to adjust their breeding phenology to compensate for annual changes in the timing of high quality food plants, and that gosling body mass and structural size at fledging was reduced when trophic mismatch was high. Our results support the hypothesis that trophic mismatch can negatively affect the fitness of arctic herbivores, and that it is likely to be exacerbated by rising global temperatures.

Cette thèse évalue les conséquences de différentes politiques climatiques sur la filière forêt-bois française. Nous partons du constat qu'en France, les politiques actuellement mises en place prennent, pour la plupart, la forme de mesures ciblées s'appuyant sur la substitution énergétique à travers une augmentation de la consommation de bois-énergie. Nous étudions les effets de ces politiques sur l'économie de la filière et sur l'évolution de la ressource et nous analysons les conséquences de deux mesures fictives alternatives : une politique de séquestration en forêt et une taxe carbone intersectorielle. Pour cela, nous développons un modèle bio-économique du secteur forestier français : French Forest Sector Model (FFSM) s'articule autour d'un module représentant l'économie de la filière bois en équilibre partiel et d'un module représentant l'évolution de la ressource forestière française. FFSM représente la consommation de 6 produits bois transformés, la production de 3 produits bois primaires et les échanges de ces produits entre les 22 régions françaises et entre la France et l'étranger. FFSM permet d'évaluer l'efficacité économique des politiques en estimant leur coût et en mesurant leurs impacts sur les variables économiques de la filière. L'efficacité environnementale des mesures étudiées est analysée en calculant les bilans d'émissions et en déterminant leurs conséquences sur l'évolution de la ressource forestière.

La surface de Mars a longtemps été considérée comme inactive de nos jours. Cependant, de nombreux phénomènes actifs ont été observés ces dernières années comme : des ravines, des tornades de poussières, des écoulements ou des taches sombres. La plupart d’entre eux sont encore inexpliqués et soulèvent de nombreuses questions au regard des conditions de surface existantes actuellement. Afin d’améliorer la compréhension de ces processus et en particulier des ravines, cette thèse a pour but d’en étudier certains par une approche pluridisciplinaire combinant l’analyse de données issues des missions spatiales martiennes et par une approche expérimentale. Les données de télédétection ont permis une analyse morphologique détaillée grâce aux images provenant de la caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) et de leurs MNT (Modèle Numérique de Terrain). Celles-ci ont été complétées par une analyse de la composition de la surface grâce aux données spectroscopiques CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars).Des études expérimentales visant à mieux comprendre l’effet de la pression et des mélanges fluides/grains sur des écoulements martiens ont également été réalisés. Les études morphologiques et compositionnelles réalisées dans l’hémisphère sud de Mars, ont permis d’arriver aux conclusions suivantes : i) Les ravines ont un fonctionnement saisonnier et se différencient entre elles par leur morphologie, leur taille, leur période d’activité, leur orientation et leur pente, ii) Certaines ravines saisonnières sont très récentes : elles se créent et disparaissent actuellement, alors que d’autres fonctionnent depuis une centaine d’années martienne, iii) Le CO₂ semble être le principal agent actif pour leur création, même si l’eau liquide et les saumures ne peuvent être écartées dans certains cas, iv) Les différences d’insolation et l’accumulation de matériel en amont de l’écoulement influencent l’activité des ravines saisonnières. v) Un fluide différent de l’eau peut créer et faire évoluer des sinuosités de nos jours sur Mars. Les expériences réalisées au cours de cette thèse ont montré que : i) Les écoulements d’eau en surface et sub-surface d’un milieu granulaire, vont avoir un impact morphologique plus important à basse pression (~ 7mbar) qu’à pression terrestre (~ 1000 mbar), ii) Il existe des modes de transport des sédiments atypiques à basse pression: un processus de « lévitation » (impliquant des fluides gazeux) et de la saltation. Les morphologies qui en découlent, peu courantes sur Terre, sont susceptibles d’intervenir sur Mars, iii) Des mêmes constituants d’un écoulement peuvent créer des morphologies et des dynamiques réellement différentes. Trois paramètres semblent jouer un rôle important sur la morphologie d’un écoulement : l’épaisseur de sédiment mobilisable, les différences de températures entre la surface et l’écoulement ainsi que la quantité de matériel écoulé. L’analyse dans cette thèse d’un grand nombre d’activités saisonnières ainsi que l’approche pluridisciplinaire utilisée ont permis de mettre en évidence des écoulements actuels reliés avec des processus exotiques. La détermination plus précise des conditions de formation de ces phénomènes actuels ne pourra se faire que grâce à l’acquisition de nouvelles données sur tous ces sites et sur plusieurs saisons. De nouvelles expériences en laboratoire permettant en particulier de mieux comprendre les processus liés au CO₂ sont également nécessaires
Mars surface has been considered like a currently inactive planet for a long time. Nevertheless, numerous active phenomena have been observed during the last few years such as: gullies, dust devils, dark and bright flows. Most of them are also unexplained and their formation processes are unclear under present Mars conditions. The aim of this PhD is to study some gullies to try to understand their formation processes on Mars at the present time. For this, martian spacecraft data were analyzed and experimental studies were performed. Thanks to HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) images and HiRISE DTM (Digital Terrain Models), a morphological study was carried out. This study has been completed by a spectroscopic study of the surface thanks to CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) data. Experiments were also performed with a mix of liquid and sand to try to understand the pressure impact on martians flows. Morphological and spectroscopic studies on the southern hemisphere of Mars lead us to conclude that: i) Gullies are seasonal. They have different morphologies, sizes, timing of activities, orientations, and slopes. ii) Gullies are young. They appear and disappear on present-day. Some of them are active since 100 years. iii) CO₂ frost seems to be a good candidate for gullies creation but a participation of liquid water can’t be excluded in some cases. iv) Insolation variations and material accumulations in the upper part of the flow influence the gullies activity. v) Sinuosities can be created by another fluid than liquid water today on Mars. Experiments performed during this PhD demonstrate that: i) Water flow in granular surface and sub-surface triggers higher morphological impact under Martian pressure (~ 7mbar) and Earth pressure (~ 1000 mbar). ii) Exotic sediment transport can be observed at low pressure (~ 7mbar): “levitation” (with gas) and saltation. The morphology and dynamics are influenced by 3 main parameters: the sediment thickness, the temperature variations between the surface and the flow and the amount of flow material. Several seasonal phenomena were analyzed with different approaches. This allowed us to observe and interpret present-day flows and exotic processes. More data and new experiments at low pressure (in particular with CO₂) will help us to better constrain and better understand the formation conditions of current seasonal activities on the Mars surface

Les terres cultivées représentent un cinquième de la surface émergée de la Terre. Elles fournissent des nutriments à l'homme, modifient le cycle biogéochimique et l'équilibre énergétique de la terre. L’évolution des terres cultivées dans le contexte du changement climatique et avec une intensification des actions anthropiques constitue un enjeu important pour la sécurité alimentaire et les exigences environnementales du développement durable. Le manuscrit de thèse s’inscrit dans cette thématique en exploitant les données de différentes sources et la modélisation numérique. Les données utilisées sont : les statistiques de rendements, les observations agro-météorologiques à long terme, les résultats des sites d’expérimentation avec du réchauffement, les jeux de données globales issus des processus de fusion ou d’assimilation, les données climatiques historiques et de projection future. La modélisation fait appel aux modèles statistiques et aux modèles de processus. Le manuscrit est composé d’une série de travaux de détection et d'attribution. Ils explorent la phénologie, le rendement et leurs réponses aux changements climatiques et aux pratiques de gestion. Ils sont soit sur l'échelle régionale soit sur l’échelle globale, en fonction de la disponibilité des données et de leur pertinence. Le chapitre 2 décrit la construction et l’utilisation d'un modèle statistique avec des données provinciales de rendement au Nord-est de Chine et des données climatiques historiques. Les résultats montrent un effet asymétrique de la température diurne sur le rendement du maïs. Le rendement du maïs augmente de 10.0±7.7% en réponse à une augmentation moyenne de 1oC pendant la saison de croissance quand il s’agit de la température minimale de nuit (Tmin), mais le rendement diminue de 13,4±7,1% quand il s’agit de la température maximale de jour (Tmax). Il y a une grande disparité spatiale pour la réponse à Tmax, ce qui peut s'expliquer partiellement par le fort gradient spatial de la température pendant la saison de croissance (R = -0,67, P <0,01). La réponse du rendement aux précipitations dépend aussi des conditions d'humidité. Malgré la détection d'impacts significatifs du changement climatique sur le rendement, une part importante de ses variations n’est pas expliquée par les variables climatiques, ce qui souligne le besoin urgent de pouvoir attribuer proprement les variations de rendement au changement climatique et aux pratiques de gestion. Le chapitre 3 présente le développement d’un algorithme d'optimisation basé sur la théorie de Bayes pour optimiser les paramètres importants contrôlant la phénologie dans le modèle ORCHIDEE-crop. L’utilisation du modèle optimisé permet de distinguer les effets de la gestion de ceux du changement climatique sur la période de croissance du riz (LGP). Les résultats du modèle optimisé ORCHIDEE-crop suggèrent que le changement climatique affecte la LGP différemment en fonction des types du riz. Le facteur climatique a fait raccourcir la LGP du riz précoce (-2,0±5,0 jour / décennie), allonger la LGP du riz tardif (1,1±5,4 jour / décennie). Il a peu d'effet sur la LGP du riz unique (-0,4±5,4 jour / décennie). Les résultats du modèle ORCHIDEE-crop montrent aussi que les changements intervenus dans la date de transplantation ont provoqué un changement généralisé de la LGP, mais seulement pour les sites de riz précoce. Ceci compense à la hauteur de 65% le raccourcissement de la LGP provoquée par le changement climatique. Le facteur dominant du changement LGP varie suivant les trois types de riz. La gestion est le principal facteur pour les riz précoce et unique. Ce chapitre démontre aussi qu'un modèle optimisé peut avoir une excellente capacité à représenter des variations régionales complexes de LGP
Croplands accounts for one-fifth of global land surface, providing calories for human beings and altering the global biogeochemical cycle and land surface energy balance. The response of croplands to climate change and intensifying human managements is of critical importance to food security and sustainability of the environment. The present manuscript of thesis utilizes various types of data sources (yield statistics, long-term agrometeorological observations, field warming experiments, data-driven global datasets, gridded historical climate dataset and projected climate change) and also modelling approaches (statistical model vs. process model). It presents a series of detection and attribution studies exploring how crop phenology and crop yield respond to climate change and some management practices at regional and global scales, according to data availability. In Chapter 2, a statistical model is constructed with prefecture-level yield statistics and historical climate observations over Northeast China. There are asymmetrical impacts of daytime and nighttime temperatures on maize yield. Maize yield increased by 10.0±7.7% in response to a 1 oC increase of daily minimum temperature (Tmin) averaged in the growing season, but decreased by 13.4±7.1% in response to a 1 oC warming of daily maximum temperature (Tmax). There is a large spatial variation in the yield response to Tmax, which can be partly explained by the spatial gradient of growing season mean temperature (R=-0.67, P<0.01). The response of yield to precipitation is also dependent on moisture conditions. In spite of detection of significant impacts of climate change on yield variations, a large portion of the variations is not explained by climatic variables, highlighting the urgent research need to clearly attribute crop yield variations to change in climate and management practices. Chapter 3 presents the development of a Bayes-based optimization algorithm that is used to optimize key parameters controlling phenological development in ORCHIDEE-crop model for discriminating effects of managements from those of climate change on rice growth duration (LGP). The results from the optimized ORCHIDEE-crop model suggest that climate change has an effect on LGP trends, but with dependency on rice types. Climate trends have shortened LGP of early rice (-2.0±5.0 day/decade), lengthened LGP of late rice (1.1±5.4 day/decade) and have little impacts on LGP of single rice (-0.4±5.4 day/decade). ORCHIDEE-crop simulations further show that change in transplanting date caused widespread LGP change only for early rice sites, offsetting 65% of climate-change-induced LGP shortening. The primary drivers of LGP change are thus different among the three types of rice. Management is predominant driver of LGP change for early and single rice. This chapter demonstrated the capability of the optimized crop model to represent complex regional variations of LGP. Future studies should better document observational errors and management practices in order to reduce large uncertainties that exist in attribution of LGP change and to facilitate further data-model integration. In Chapter 4, a harmonized data set of field warming experiments at 48 sites across the globe for the four most-widely-grown crops (wheat, maize, rice and soybean) is combined with an ensemble of gridded global crop models to produce emergent constrained estimates of the responses of crop yield to changes in temperature (ST). The new constraining framework integrates evidences from field warming experiments and global crop modeling shows with >95% probability that warmer temperatures would reduce yields for maize (-7.1±2.8% K-1), rice (-5.6±2.0% K-1) and soybean (-10.6±5.8% K-1). For wheat, ST was less negative and only 89% likely to be negative (-2.9±2.3% K-1). The field-observation based constraints from the results of the warming experiments reduced uncertainties associated with modeled ST by 12-54% for the four crops

Le changement climatique est un phénomène d'actualité dont les effets se font et se feront ressentir. Nous utilisons un modèle d'équilibre général calculable afin d'analyser l'impact des changements climatiques dans l'industrie forestière du Québec et d'évaluer l'ampleur des programmes d'adaptation sur les effets de ce dernier. Le modèle utilisé est un modèle statique permettant de mieux mettre en exergue les spécificités de transmission des effets des changements climatiques dans l'industrie forestière. Trois simulations sont réalisées afin d'effectuer cette analyse : une hausse de la productivité forestière, une baisse de cette même productivité et un programme d'adaptation. Outre les effets négatifs sur les écosystèmes des changements climatiques, nous trouvons un impact négatif non négligeable sur la foresterie du Québec. Ces changements occasionneront la baisse de la productivité des forêts et par la même une diminution du volume de bois récolté. Les industries forestières utilisant le bois comme intrant vont être directement affectées par cette baisse de matière première. Par les mécanismes d'équilibre général, la chute de la production de ces industries se répercute sur l'ensemble de l'économie de la province. Les programmes d'adaptation mis en place par le gouvernement et les différents groupes forestiers pourraient contribuer à atténuer ces effets négatifs.

Thèse (M. Ing.)--École de technologie supérieure, Montréal, 2005.
"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliogr.: f. [122]-125. Également disponible en version électronique.

Dans cette étude, fréquences et intensités des crues extrêmes pour la période '59-95' et l'horizon 2050 sont comparées. Les scénarios régionaux de climat 'présent' et 'futur' ont été élaborés à l'aide d'un générateur stochastique de climat et des variations calculées par 3 modèles climatiques globaux. Couplés à deux modèles hydrologiques continus calibrés pour le bassin de la rivière Châteauguay, les scénarios fournissent des séries de débits qui font alors l'étude d'analyse statistique. L'hiver, une diminution de près de 35% des débits de crues printanières est envisagée dans le scénario le plus chaud. La crue pourrait intervenir de 2 à 5 semaines plus tôt qu'actuellement. L'été, des variations, à la hausse et à la baisse, allant de +3,5 à -10% sont observées. Les incertitudes de l'étude et les améliorations envisageables sont analysées, comme le choix des scénarios, l'approche de mise à l'échelle ou l'utilisation des résultats des modèles climatiques globaux.

Les principaux objectifs du présent mémoire étaient de quantifier les distributions horizontales et verticales des flux azotés dans différents secteurs de la baie de Baffin et de la mer du Labrador ainsi que d’évaluer la réponse de ces processus à diverses perturbations expérimentales (exposition à la lumière, baisse de pH et enrichissement en ammonium) représentatives des changements actuellement observés dans l’océan Arctique. Contre toutes attentes, les flux azotés ont montré une réponse mineure aux traitements, impliquant toutefois une diminution locale de la nitrification en présence de lumière dans un secteur caractérisé par une fraction supérieure d’eau d’origine Atlantique. Ce dernier résultat suggère une réponse différentielle de la nitrification aux changements de régime lumineux résultant de la fonte des glaces. Les conclusions découlant de cette étude ont contribué à l’amélioration de notre compréhension du cycle de l’azote dans un contexte de changements climatiques rapides.

Les changements climatiques bouleversent toute la planète. Leurs impacts écologiques et socio-économiques sont une menace pour tous les pays, surtout ceux en voie de développement. Depuis 1990, la communauté internationale a pris conscience de ce phénomène et les pays développés sont pointés du doigt pour en être des responsables. Par conséquent, ils doivent fournir des efforts financiers et technologiques pour aider les pays les moins avancés à s’adapter. Aujourd’hui, les changements climatiques représentent un enjeu des relations internationales et sont abordés dans presque toutes les réunions internationales. Cependant, la gouvernance climatique mondiale peine à se mettre en place malgré les efforts accomplis par la communauté internationale. Les conférences sont le théâtre de rapports de force entre les États où prévalent les intérêts nationaux, souvent contradictoires. Les impacts des changements climatiques étant localisés, le Tchad apparaît comme un pays vulnérable, aux conséquences graves : avancée du désert, sécheresse, inondations, perte de biodiversité, appauvrissement des sols et diminution des ressources en eau, qui entrainent la baisse de la production agricole, l’insécurité alimentaire, les maladies, les conflits et les déplacements des populations. Bien que le Tchad soit mobilisé pour lutter contre les changements climatiques, il manque des capacités nécessaires pour relever ce défi. Cette thèse considère la zone sahélienne comme une des plus pertinentes pour l’analyse précise de ces impacts et pour la proposition de stratégies mieux adaptées pour lutter contre les changements climatiques. Il s’agit de mesures d’atténuation et d’adaptation qui consistent à mettre en œuvre des politiques nationales plus innovantes et plus ciblées, à créer de nouvelles infrastructures dans les secteurs des transports, des télé-communications, de l’énergie, et à impliquer l’ensemble des acteurs concernés
Climate changes are upseting the whole planet. Their écologic and socio-economic impacts are a real threat for all countries, principally the developping ones. Since 1990, the international community has becoming aware of this and the developped countries are clearly showned as being mainly responsible. Consequently, they have to financially and technologically strive in order to help the less advanced countries to adapt. Nowadays, the climate changes represent a big stake in the inter-national relationships, they are debated in almost all international meetings. However, the world climatic governing is difficult to establish by the international community. The conferences are dominated by the frequent oppositions of the States’ national interests. As the impacts of climate changes are specifically localised, Chad appears as a vulnerable country suffering dramatic conse-quences: progression of desert, dryness, flood, loss of biodiversity, empoverishment of soils and diminishing water ressources which imply the decreasing ot the agricultural production, food unse-curity, deseases, conflicts and deportation of population. Although Chad is mobilised to struggle against climatic changes, it lacks the necessary capacity to confront this challenge. This thesis con-siders the sahelian zone as one of the most relevant to precisely analyse these impacts and for pro-posal of efficient strategies adapted to act against climate changes. It is about measures of mitiga-tion and adaptation which consist in operating more innovative and more targeted national politics, in creating new infrastructures in the sectors of transport, telecommunications, energy and in in-volving all the concerned actors

Ce mémoire d'HDR est établi comme « un état des lieux » de mes travaux de recherche autour du thème « sédimentation continentale », et une présentation de mes perspectives de recherche. Il présente un bilan des travaux de recherche réalisés depuis la période post-doctorale. La question centrale est la suivante : quelle est la part relative du climat et de la pression anthropique dans l'érosion du domaine continental ?
Le Quaternaire est caractérisé par une oscillation rapide du climat entre des périodes glaciaires et interglaciaires. Depuis peu, l'étude des variations naturelles du climat, particulièrement celui de la période interglaciaire dans laquelle nous vivons, l'Holocène, a connu un regain d'intérêt avec la mise en évidence d'un réchauffement global de la planète dont l'origine est, au moins en partie, anthropique. Afin de pouvoir cerner et modéliser l'impact réel de l'Homme sur le climat, il est indispensable de connaître avec précision les paramètres forçant les variations climatiques naturelles et les effets de ces variations sur l'environnement, et en particulier les enregistrements sédimentaires puisque ceux-ci sont utilisés dans les reconstructions climatiques puis les modélisations du climat. Les bassins versants, de tailles variées, et l'échelle de temps étudiés permettent de suivre à très court, court et moyen terme uniquement l'effet du climat puis la mise en place de la pression anthropique et son impact dans différents contextes sédimentaires.
Les lochs, lacs et tourbières sont des sites dans lesquels les enregistrements sédimentaires sont généralement continus depuis le dernier maximum glaciaire (environ 20 000 ans) et souvent caractérisés par une résolution très fine. En revanche, les enregistrements sédimentaires en domaine alluvial et estuarien sont très réduits et fragmentés, mais non dénués d'intérêt. Il s'agit donc nécessairement de conduire une approche pluridisciplinaire. Au sein de cette thématique globale, mes activités de recherche sont centrées sur une approche minéralogique, granulométrique et géochimique de l'impact des variations climatiques et des phases d'anthropisation sur les sédiments. La question de la datation des sédiments est alors cruciale pour corréler entre eux des événements d'impact régional. C'est là qu'intervient la mise en évidence et la caractérisation de niveaux de téphras dont la dispersion régionale est instantanée à l'échelle des temps géologiques.

L’empreinte des activités humaines sur les milieux naturels commence à se faire sentir avec la révolution néolithique, il y a quelques 10.000 ans, aux débuts de l’Holocène. Dans le cadre de l’ANR PaléoSyr/PaléoLib et à partir d’archives sédimentaires prélevées dans différents contextes environnementaux (côtier, lacustre et fluviatile/marais), le but de ce travail est de mettre en évidence l’évolution des changements paléoenvironnementaux pour chaque site et d’en évaluer la part relevant respectivement des fluctuations climatiques et des activités humaines, afin de mieux comprendre la relation Homme- Environnement-Climat à l’Holocène. L’étude de ces différents contextes paléoenvironnementaux permet de contraindre temporellement le développement des premières influences humaines sur leur milieu naturel, et de préciser leur mode d’action, à l’aide de marqueurs biotiques (pollen) et abiotiques du sédiment. Les principales fluctuations environnementales enregistrées soulignent les hétérogénéités régionales de réponse aux forçages climatiques et permettent ainsi d’affiner nos connaissances aux échelles locale et régionale
The first sizeable consequences of human activities on the natural environment are thought to have taken place during the Neolithic revolution, at the beginnings of the Holocene, about 10,000 years ago. The aim of this study is to assess the respective role of climate fluctuations and human activities on the evolution of different environmental contexts (coastal, lake and fluvial / swamp) during this interval using sedimentary and palynological records, and hence improve our understanding of Human-Environment-Climate relationships during the Holocene. The study of these different paleoenvironmental settings through the use of both biotic (pollen) and abiotic (sediment geochemistry) markers allow to constrain the temporal development of the first human influences on the natural environment, and to determine their various modes of action (e.g. pastoralism, cultivation). The sequence of environmental changes reconstructed in this study hence highlights profound regional heterogeneities in the response of the studied areas to climatic and anthropic forcing and thus have important implications for our knowledge of the environment-human relationships at the local and regional scales

Alors que vient de se terminer la conférence sur les changements climatique de Bali, il devient de plus en plus certain que le réchauffement du climat aura des répercussions sur l'ensemble du globe, tout particulièrement sur les ressources hydriques. La rivière Châteauguay, située au sud-est de Montréal est particulièrement vulnérable aux inondations. En effet, la rivière est sous haute observation particulièrement au printemps, où les crues causent régulièrement des débordements de rivière. Ainsi, cette étude vise à évaluer l'impact des changements climatiques sur les plaines inondables du bassin versant de la rivière Châteauguay. Tout d'abord, une modélisation hydrologique du bassin versant a été effectué à l'aide d'observations relevées entre 1959 et 2003. Par la suite, neufs projections de changement climatique, issues de quatre modèles climatiques, sont utilisées pour perturber le climat présent. L'analyse fréquentielle de crues est utilisée pour comparer les crues printanières et les crues estivales/automnales passées avec celles des différents scénarios issus des séries futures de 2020 et 2080. En hiver, les modèles prévoient en moyenne pour 2020 des hausses de 1.7°C et de 7% des précipitations. Ces changements se répercutent sur la crue centenaire qui varie de -5% (ECHAM4) à +14% (CGCM3r) par rapport au passé simulé selon les scénarios de la famille A. Pour 2080, les changements s'intensifient avec des hausses de température de 5°C en moyenne et de précipitation de près de 30%. Les modèles sont moins consistants entre eux et les variations de la crue centenaire printanière vont de -87% à +48 %. L'été et l'automne, pour la période centrée sur 2020, les températures et les précipitations changent très peu avec 1.7°C et 3% respectivement. Tous les modèles, sauf le CSIRO, prévoient des diminutions des débits des crues. Le modèle ECHAM4 prévoit la plus forte diminution de la crue centenaire avec -15%. Pour 2080, tous les modèles sans exception prévoient des diminutions des débits de pointe, allant de -30% à -5%. Ces différences entre les réponses des modèles soulignent l'incertitude des modèles de circulation générale (MCG), tout particulièrement pour les études régionales. Un simulateur hydraulique permet ensuite de convertir les débits de pointe de crue obtenus à l'aide de la modélisation hydrologique, en niveau d'eau. Deux scénarios sont utilisés pour cartographier un tronçon de la rivière et évaluer l'impact des changements climatiques sur les plaines inondables de la rivière pour les crues printanières de 20 et 100 ans. Ces deux cartographies mettent en lumière que les résultats pour 2080 sont très incertains et qu'il n'est pas possible de conclure actuellement sur l'impact des changements climatiques sur les plaines inondables du bassin versant. L'utilisation de techniques de mise à l'échelle, soit statistique ou dynamique, pourraient augmenter la confiance que l'on accorde aux projections de changements climatiques pour le bassin versant de la rivière Châteauguay.

L'impact du changement climatique sur les climats régionaux et par suite sur les ressources en eau devrait être particulièrement prononcé en zones de relief. Les scénarios hydrologiques futurs nécessaires pour les études d'impact sont habituellement obtenus par simulation en forçant un modèle d'impact hydrologique (MH) par des scénarios météorologiques à haute résolution, obtenus par des Modèles de Descente d'Echelle Statistique (MDES) forcés par les sorties de modèles climatiques (GCM ou RCM). Ces MDES ont pour but de combler certaines lacunes des GCM ou RCM (biais et résolution insuffisante) compte tenu des exigences des modèles d'impact. Bien qu'un grand nombre de projections soit couramment réalisé à travers le monde, l'applicabilité de la chaîne de simuation GCM/MDES/MH en climat modifié est rarement questionnée. Nous présentons ici un cadre d'évaluation pour illustrer les possibilités et/ou les difficultés pour le transfert temporel de ces outils. Nous illustrons ensuite les incertitudes dans les projections météorologiques et hydrologiques futures qui peuvent résulter de cette transférabilité imparfaite. Les simulations et les évaluations sont réalisées pour le Haut Bassin de la Durance (3580 km2). Le modèle hydrologique SIM de Météo-France est adapté au contexte alpin. Nous considérons plusieurs configurations de 3 MDES développés au CERFACS, au LTHE, et à EDF, basées sur différents prédicteurs atmosphériques. 12 expériences climatiques issues du projet européen ENSEMBLES fournissent les champs de grande échelle pour la période 1860-2100. Dans ce contexte, les incertitudes associées aux MDES et aux GCM sont du même ordre de grandeur
The impact of global change on regional climates and in turn on water resources is expected to be especially pronounced in mountainous areas. Future hydrological scenarios required for impact studies are usually simulated by forcing an hydrological impact model (HM) with high-resolution meteorological scenarios, obtained from statistical downscaling models (SDMs) forced by climate models (GCMs or RCMs) outputs. These SDMs are expected to fill the gap between the poor resolution and the bias of climate models scenarios and the requirements of impact models. Although a number of projections are currently performed worldwide, the relevance of the simulation chain GCM/SDM/MH is rarely discussed. We present here an evaluation framework to illustrate the possibilities and/or the difficulties to transfer in time these algorithms. We next illustrate the uncertainties in future meteorological and hydrological projections that can result from this imperfect transferability. Simulations and evaluations are performed for the Upper Durance Basin (3580 km2). The hydrological model SIM from Météo-France is adapted for the alpine context. We consider several configurations of 3 SDMs from CERFACS, LTHE and EDF, based on different atmospheric predictors. 12 climatic runs from the ENSEMBLES european project provide the large scale fields for the 1860-2100 period. In this context, the SDMs and GCMs related uncertainties are of the same order of magnitude

Un enjeu scientifique majeur du XXIème siècle est de prédire l'impact du changement climatique sur le fonctionnement des écosystèmes. Dans les Océans, le plancton joue un rôle crucial dans la régulation du climat, les cycles biogéochimiques et la dynamique des réseaux trophiques marins. Le zooplancton transfert l'énergie depuis les producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs, tout en participant à la pompe à carbone biologique. Pourtant, les liens entre sa diversité et le fonctionnement des écosystèmes marins demeurent méconnus. Au cours de cette thèse, nous avons étudié la diversité taxinomique et fonctionnelle du groupe majeur du zooplancton, les copépodes, dans un point chaud de biodiversité : la Mer Méditerranée. Le travail effectué vise à: (i) définir de nouveaux groupes fonctionnels du zooplancton à partir de traits fonctionnels; (ii) tester si ces groupes possèdent des niches environnementales distinctes; et (iii) analyser comment le changement climatique pourra modifier la diversité des assemblages en Mer Méditerranée, et la diversité fonctionnelle associée. Un nouveau jeu de données de traits fonctionnels a été implémenté depuis la littérature afin de définir des groupes fonctionnels. Les occurrences des espèces ont été utilisées pour modéliser leurs niches environnementales. Puis, plusieurs modèles de niche ont été développés pour prédire l'évolution de la diversité α et β des assemblages de copépodes de la Mer Méditerranée sous divers scénarii de changement climatique. Finalement, les résultats sont discutés pour fournir une vision synoptique de l'impact du changement climatique sur la diversité fonctionnelle des copépodes en Mer Méditerranée
One of the 21st century’s greatest scientific issues is to predict the impact of climate change on the functioning of ecosystems. In the Ocean, the plankton plays a pivotal role in climate regulation, biogeochemical cycles, and marine food webs dynamics. The zooplankton transfer energy from primary producers to higher trophic levels, while actively exporting organic matter from the surface to the deep ocean. However, the links between zooplanktonic diversity and marine ecosystem functioning are still poorly understood. During this PhD project, we have studied the taxonomic and functional diversity of the major marine zooplanktonic groups, the copepods, in biodiversity hotspot: the Mediterranean Sea. This work aims to: (i) define new zooplankton functional groups based on functional traits of many copepod species; (ii) test whether said groups present distinct environmental niches; and (iii) explore how climate change may modify the diversity of Mediterranean assemblages, and the associated functional diversity. A new dataset of species functional traits was gathered from the literature and was used to identify functional groups. The species’ occurrences were used to model their environmental niches, thus highlighting the control of abiotic conditions on the distribution of species. Multiple niche models were implemented to predict the evolution of the α and β diversity of Mediterranean copepod species assemblages under different climate change scenarios. Finally, the results from this PhD are discussed to provide a synoptic vision of the impact of climate change on copepod functional diversity in the Mediterranean Sea

Un changement climatique global est attendu du renforcement de l'effet de serre par les activités humaines. Il se traduira par une montée du niveau de la mer et un changement de la tempétuosité. Les surcôtes résultantes auront un impact sur les systèmes littoraux cordon zone humide. C'est dans cette logique que nous avons étudié différents sites littoraux français. Ceux-ci ont tout d'abord été classés à l'échelle régionale, fonction de leur vulnerabilité apparente à une élevation du niveau marin et à une recrudescence des tempêtes futures. Les méthodes d'investigation sur le long terme (holocène) sont basées sur la lithostratigraphie et la granulometrie des dépôts arrière-cordon. Elles permettent de reconstituer les changements de la morpho-sédimentologie du système, selon l'élevation du niveau marin ; et pour les dernières décennies, fonction de la tempétuosité. À cette échelle de temps, la cinématique des cordons a été analysée afin de quantifier la relation pouvant exister entre les changements du milieu, du niveau marin et de la tempétuosité. À la lumière de l'évolution des systèmes de Corse et de Bretagne depuis la fin de la remontée post-glaciaire du niveau marin, mais également parfois à la lumière de la situation à l'éemien, des scénarios d'évolution future sont proposés. Des propositions de gestion sont envisagées pour réguler les impacts potentiels du futur changement global sur les systèmes cordon - zone humide étudiés.

Cette thèse présente une approche multidisciplinaire de la recherche sur la modélisation du changement climatique. Elle explore les limites du cadre actuel d'élaboration de scénarios prospectifs utilisé par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) et présente de nouvelles approches alternatives et complémentaires pour surmonter ces limites. À l'aide de Pathfinder, un modèle simple axé sur le climat et le cycle du carbone, on investit un espace inexploré par la gamme des modèles climatiques simples existants en incorporant les données les plus récentes et en inversant le processus usuel de génération des scénarios de changement climatique.Des perspectives d'amélioration de notre modèle sont ensuite identifiées en examinant la représentation de l'océan dans Pathfinder, en se concentrant sur le Nexus chaleur-carbone océanique et son rôle critique dans le cycle global du carbone et la réponse du climat aux émissions cumulées de CO2. Une comparaison est faite entre les représentations de l'interface carbone-chaleur océanique dans Pathfinder et les modèles du système terrestre les plus récents, mettant en évidence les divergences significatives et les implications potentielles pour les scénarios de réchauffement à venir.Après avoir présenté Pathfinder en détail, ma recherche examine tout d'abord les réductions d'émissions de CO2 physiquement nécessaires pour atteindre l'objectif de réchauffement global de 1,5C, en soulignant l'importance des émissions de CO2 provenant de l'utilisation des terres et du forçage non lié au CO2. Nous inversons ensuite la chaîne de causalité pour relier les impacts environnementaux aux activités anthropiques, ce qui constitue une approche unique. L'étude cartographie les espaces d'activités anthropiques compatibles avec certaines limites planétaires et introduit un cadre de modélisation qui tient compte du réchauffement climatique, de l'acidification des océans, de l'élévation du niveau de la mer et de la fonte de la banquise arctique.En outre, cette thèse examine le rôle des modèles d'évaluation intégrée dans la compréhension des coûts d'atténuation des émissions associés à ces scénarios climatiques. Elle explore l'impact des choix conceptuels dans ces modèles sur l'identification de scénarios d'atténuation robustes et examine les effets de l'incertitude physique et de l'équité intergénérationnelle.Ce manuscrit se termine par une appréciation des contributions clés de ma recherche doctorale à la modélisation du changement climatique, l'exploration de nouvelles frontières et opportunités dans le domaine, et de mon ressenti personnel sur le domaine de recherche. Dans l'ensemble, cette thèse représente une approche unique et innovante de la modélisation du changement climatique qui, je l'espère, fournira des outils pratiques pour l'évaluation et le développement de stratégies d'atténuation
This dissertation presents a multidisciplinary approach to climate change research. It explores the limitations of the current scenario-building framework used by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and presents new strategies for better understanding climate futures. Using Pathfinder, a simple model focused on climate and the carbon cycle, this research fills a gap in the range of existing simple climate models by incorporating the latest data and providing a backward, temperature-driven examination of climate change scenarios.Prospects for improvement are then identified by discussing the representation of the ocean in Pathfinder, focusing on the Ocean Heat-Carbon Nexus and its critical role in the global carbon cycle and the response of Earth's climate to cumulative CO2 emissions. A comparison is made between the representations of the Ocean Heat-Carbon Nexus in Pathfinder and state-of-the-art Earth system models, highlighting the significant discrepancies and potential implications for future warming scenarios.After introducing Pathfinder, my research first examines the CO2 emission reductions physically required to meet the 1.5C global warming target, emphasizing the importance of CO2 emissions from land use and non-CO2 forcing. We then reverse the causal chain to link environmental impacts to anthropogenic activities, which is a unique approach. The study maps the spaces of anthropogenic activities compatible with planetary boundaries and introduces a modeling framework that accounts for global warming, ocean acidification, sea level rise, and Arctic sea ice melt.Furthermore, this thesis examines the role of Integrated Assessment Models (IAMs) in understanding the costs associated with these climate scenarios. It explores the impact of conceptual choices in these models on the identification of robust mitigation pathways and examines the effects of physical uncertainty and intergenerational equity.This manuscript concludes with an appreciation of the key contributions of my doctoral research to climate change modeling, exploration of new frontiers and opportunities in the field, and personal insights into the research journey. Overall, this research represents a unique, innovative approach to climate change modeling that will hopefully provide practical tools for assessing and developing mitigation strategies

L'objectif de cette étude multimarqueurs est de fournir une meilleure compréhension du rôle joué par le système d'upwellings du Benguela vis à vis de la séquestration du carbone au cours des deux derniers cycles climatiques.
Les sédiments de la pente continentale namibienne sont riches en matière organique (MO) bien que les processus sédimentaires soient exclusivement hémipélagiques. La première partie de ce travail consiste en la détermination des mécanismes de préservation qui ont participé à la fossilisation de la MO dans la colonne d'eau et le sédiment et leur distribution du haut en bas de pente, au large de Lüderitz (25°6S). Les analyses moléculaires, spectroscopiques, pétrographiques et les pyrolyses révèlent que l'enfouissement de carbone organique était plus efficace pendant les périodes glaciaires du fait de flux de MO accrus vers le sédiment. Ces flux agissent positivement sur l'initiation de mécanismes de fossilisation tels que la sulfuration naturelle. Par ailleurs, des associations organo-minérales dans la colonne d'eau ont probablement été responsables de la protection pendant le transport d'une quantité non négligeable de MO, et assuré son accumulation sur la pente inférieure.
Les teneurs en carbone organique varient au rythme des cycles glaciaires-interglaciaires. La deuxième étape de l'étude est donc consacrée à l'estimation des effets des variations climatiques sur la paleoproductivité et les flux exportés. L'étude des signaux d15N, de la taille des particules lithogéniques et des contenus terrigènes et biogènes des sédiments montre que la productivité, soutenue par l'apport de nitrate en surface, n'est que partiellement controllée par la force des alizés. Les advections de masses d'eaux Angolaises, Indiennes et l'utilisation des nutriments en Antarctique conditionnent l'alimentation en nitrate et silicium, le rendement et la nature de la production primaire de l'upwelling à l'échelle des cycles climatiques.

Depuis plusieurs années, les pays du monde entier sont préoccupés par la question des changements climatiques et leurs impacts. En termes d’impacts, les pays qui les subiront le plus, sont les plus pauvres. En effet, ces pays sont déjà dans un état de fragilité que les changements climatiques contribueront à aggraver. Pour certains auteurs, pour que les efforts en termes d’adaptation soient concluant, il faut s’intéresser non pas aux impacts des changements climatiques en tant que tel, mais plutôt, aux impacts qu’ils ont sur ce qui a de la valeur pour les communautés qui les vivent. En effet, si les perceptions du bien-être déterminent les choix en matière de stratégie de subsistance par les individus et les ménages, et donc leurs priorités, les perceptions de la vulnérabilité aux changements climatiques détermineront les choix et les attitudes face aux changements dans le milieu. Cela est d’autant plus vrai dans le cas des pays en développement où le rapport à la nature revêt des aspects spirituels, psychologiques et culturels; sans oublier son rôle dans les activités de subsistance. Une grande partie de la population de ces pays dépendent de l’agriculture pour leur subsistance; et ces activités sont la plupart du temps dépendantes du climat. Haïti, pays insulaire, fortement exposé aux catastrophes climatiques, pauvre et dépendant de l’agriculture mérite une attention particulière. Cette étude vise à développer un cadre méthodologique qui permette d’analyser la question de la vulnérabilité aux changements sous différents aspects, à l’aide du cas du bassin versant de l’Artibonite. Elle part du constat que la plupart des études réalisées sur les changements climatiques dans le monde et en Haïti en particulier adoptent une approche descendante (peu holistique) et manquent surtout de considérer les aspects subjectifs, pourtant importants, que sont les perceptions des perceptions des personnes concernées par les changements. Cette recherche a utilisé une approche intégrée qui a tenu compte de l’échelle du locale (individus et ménages) que du régional (arrondissement); de données subjectives (perceptions) que de données plus « objectives ». Les méthodes de recherche utilisées sont les entrevues individuelles dirigées et non-dirigées, des entrevues de groupe non-dirigées, des guides d’entrevue et des questionnaires, ainsi que l’analyse statistique. Ainsi, elle a permis de montrer que la question des changements climatiques ne fait pas forcément partie des priorités des populations du bassin versant de l’Artibonite, contrairement à ce qu’on pourrait préjuger. Pourtant elles sont exposées aux changements et constatent des changements dans leur environnement. Elles n’attribuent pas forcément ces changements aux changements climatiques et cela se traduit par la quasi-inexistence de stratégies d’adaptation. Cependant, quand le lien est établi, elles décrivent avec précision les changements qu’elles vivent et identifient les facteurs qui selon elles influencent leur vulnérabilité. Ces facteurs sont le statut socio-économique, le clivage urbain/rural, le manque d’accès à certains biens et services. Tout cela rejoint les résultats issus du calcul d’un indice de vulnérabilité calculé de façon plus objective et à une échelle plus macro. La conclusion est que, pour que les efforts d’adaptation puissent être efficaces, il est important de tenir compte de ce qui importe le plus pour les populations concernées. Plus concrètement, il s’agira d’impliquer ces dernières dans les recherches visant à trouver des solutions à leurs problèmes et de se baser sur les ressources locales pour appliquer les solutions qui auraient été trouvées. De plus, dans un tel contexte de pauvreté, il est nécessaire que tout projet ou programme d’adaptation intègre le double objectif de réduction de la pauvreté et d’adaptation aux changements climatiques. Mots clés : eau, perceptions, représentations sociales, développement local, changements climatiques, vulnérabilité, vulnérabilité sociale, systèmes et moyens de subsistance, théorisation ancrée, SOLAP, bassin versant de l’Artibonite, Haïti et île d’Hispaniola.
Depuis plusieurs années, les pays du monde entier sont préoccupés par la question des changements climatiques et leurs impacts. En termes d’impacts, les pays qui les subiront le plus, sont les plus pauvres. En effet, ces pays sont déjà dans un état de fragilité que les changements climatiques contribueront à aggraver. Pour certains auteurs, pour que les efforts en termes d’adaptation soient concluant, il faut s’intéresser non pas aux impacts des changements climatiques en tant que tel, mais plutôt, aux impacts qu’ils ont sur ce qui a de la valeur pour les communautés qui les vivent. En effet, si les perceptions du bien-être déterminent les choix en matière de stratégie de subsistance par les individus et les ménages, et donc leurs priorités, les perceptions de la vulnérabilité aux changements climatiques détermineront les choix et les attitudes face aux changements dans le milieu. Cela est d’autant plus vrai dans le cas des pays en développement où le rapport à la nature revêt des aspects spirituels, psychologiques et culturels; sans oublier son rôle dans les activités de subsistance. Une grande partie de la population de ces pays dépendent de l’agriculture pour leur subsistance; et ces activités sont la plupart du temps dépendantes du climat. Haïti, pays insulaire, fortement exposé aux catastrophes climatiques, pauvre et dépendant de l’agriculture mérite une attention particulière. Cette étude vise à développer un cadre méthodologique qui permette d’analyser la question de la vulnérabilité aux changements sous différents aspects, à l’aide du cas du bassin versant de l’Artibonite. Elle part du constat que la plupart des études réalisées sur les changements climatiques dans le monde et en Haïti en particulier adoptent une approche descendante (peu holistique) et manquent surtout de considérer les aspects subjectifs, pourtant importants, que sont les perceptions des perceptions des personnes concernées par les changements. Cette recherche a utilisé une approche intégrée qui a tenu compte de l’échelle du locale (individus et ménages) que du régional (arrondissement); de données subjectives (perceptions) que de données plus « objectives ». Les méthodes de recherche utilisées sont les entrevues individuelles dirigées et non-dirigées, des entrevues de groupe non-dirigées, des guides d’entrevue et des questionnaires, ainsi que l’analyse statistique. Ainsi, elle a permis de montrer que la question des changements climatiques ne fait pas forcément partie des priorités des populations du bassin versant de l’Artibonite, contrairement à ce qu’on pourrait préjuger. Pourtant elles sont exposées aux changements et constatent des changements dans leur environnement. Elles n’attribuent pas forcément ces changements aux changements climatiques et cela se traduit par la quasi-inexistence de stratégies d’adaptation. Cependant, quand le lien est établi, elles décrivent avec précision les changements qu’elles vivent et identifient les facteurs qui selon elles influencent leur vulnérabilité. Ces facteurs sont le statut socio-économique, le clivage urbain/rural, le manque d’accès à certains biens et services. Tout cela rejoint les résultats issus du calcul d’un indice de vulnérabilité calculé de façon plus objective et à une échelle plus macro. La conclusion est que, pour que les efforts d’adaptation puissent être efficaces, il est important de tenir compte de ce qui importe le plus pour les populations concernées. Plus concrètement, il s’agira d’impliquer ces dernières dans les recherches visant à trouver des solutions à leurs problèmes et de se baser sur les ressources locales pour appliquer les solutions qui auraient été trouvées. De plus, dans un tel contexte de pauvreté, il est nécessaire que tout projet ou programme d’adaptation intègre le double objectif de réduction de la pauvreté et d’adaptation aux changements climatiques. Mots clés : eau, perceptions, représentations sociales, développement local, changements climatiques, vulnérabilité, vulnérabilité sociale, systèmes et moyens de subsistance, théorisation ancrée, SOLAP, bassin versant de l’Artibonite, Haïti et île d’Hispaniola.
For several years, countries around the world have been concerned about climate change and its impacts. In terms of impact, the countries that will suffer the most are the poorest. Indeed, these countries are already in a fragile state that climate change will contribute to worsen. According to some authors, that the efforts in terms of adaptation to be successful, we need to look not to the impacts of climate change as such, but rather, the impacts they have on what has value to communities lives. If perceptions of well-being determine individual and household livelihood choices and hence their priorities, perceptions of vulnerability to climate change will determine choices and attitudes to changes in the environment. This is especially true in developing countries where the relationship with nature is of spiritual, psychological and cultural; not to mention its role in subsistence activities. Much of the population of these countries depend on agriculture for their livelihoods; and these activities are most of time, climate dependent. Haiti, an island country, highly exposed to climate disasters, poor and dependent on agriculture deserves special attention. This study aims to develop a methodological framework to analyze the issue of vulnerability to changes in different aspects, using the case of the watershed of the Artibonite in Haïti. It starts from the observation that most of the studies on climate change in the world, and Haiti in particular, adopt a top-down and sectorial-based approach, and lack considering subjective aspects, yet important, as are the perceptions of people affected by the changes. This research used an integrated approach that took into account as much local (individuals and households) as regional; subjective data (perceptions) "objective" data. The research methods used are non-directed individual interviews and focus-group, and directed individual interviews. Thus, it has shown that the issue of climate change is not necessarily part of the watershed of the Artibonite population priorities, contrary to what one might anticipate. Yet, they are exposed to changes and experience changes in their environment. They do not necessarily attribute these changes to climate change and this is reflected in the virtual absence of adaptation strategies. However, when the link is established, they accurately describe the changes they live and identify which factors influence their vulnerability. These factors include socioeconomic status, urban / rural divide, lack of access to certain goods and services. All this joined the results from the social vulnerability index calculated more objectively and more at a regional scale. The conclusion is that, for adaptation efforts to be effective, it is important to consider what matters most to the people. More specifically, they should be involved in any research which aim to find solutions to their problems and; the implementation of any adaptation or coping strategy must rely on local resources. Moreover, in such a context of poverty, it is necessary that any adaptation project or program should integrate the dual objective of poverty reduction and adaptation to climate change. Keywords: water, perceptions, social representations, local development, climate change, vulnerability, social vulnerability, livelihoods, grounded theory, SOLAP, Artibonite watershed, Haiti and Hispaniola.
For several years, countries around the world have been concerned about climate change and its impacts. In terms of impact, the countries that will suffer the most are the poorest. Indeed, these countries are already in a fragile state that climate change will contribute to worsen. According to some authors, that the efforts in terms of adaptation to be successful, we need to look not to the impacts of climate change as such, but rather, the impacts they have on what has value to communities lives. If perceptions of well-being determine individual and household livelihood choices and hence their priorities, perceptions of vulnerability to climate change will determine choices and attitudes to changes in the environment. This is especially true in developing countries where the relationship with nature is of spiritual, psychological and cultural; not to mention its role in subsistence activities. Much of the population of these countries depend on agriculture for their livelihoods; and these activities are most of time, climate dependent. Haiti, an island country, highly exposed to climate disasters, poor and dependent on agriculture deserves special attention. This study aims to develop a methodological framework to analyze the issue of vulnerability to changes in different aspects, using the case of the watershed of the Artibonite in Haïti. It starts from the observation that most of the studies on climate change in the world, and Haiti in particular, adopt a top-down and sectorial-based approach, and lack considering subjective aspects, yet important, as are the perceptions of people affected by the changes. This research used an integrated approach that took into account as much local (individuals and households) as regional; subjective data (perceptions) "objective" data. The research methods used are non-directed individual interviews and focus-group, and directed individual interviews. Thus, it has shown that the issue of climate change is not necessarily part of the watershed of the Artibonite population priorities, contrary to what one might anticipate. Yet, they are exposed to changes and experience changes in their environment. They do not necessarily attribute these changes to climate change and this is reflected in the virtual absence of adaptation strategies. However, when the link is established, they accurately describe the changes they live and identify which factors influence their vulnerability. These factors include socioeconomic status, urban / rural divide, lack of access to certain goods and services. All this joined the results from the social vulnerability index calculated more objectively and more at a regional scale. The conclusion is that, for adaptation efforts to be effective, it is important to consider what matters most to the people. More specifically, they should be involved in any research which aim to find solutions to their problems and; the implementation of any adaptation or coping strategy must rely on local resources. Moreover, in such a context of poverty, it is necessary that any adaptation project or program should integrate the dual objective of poverty reduction and adaptation to climate change. Keywords: water, perceptions, social representations, local development, climate change, vulnerability, social vulnerability, livelihoods, grounded theory, SOLAP, Artibonite watershed, Haiti and Hispaniola.

L'objectif de cette étude multimarqueurs est de fournir une meilleure compréhension du rôle joué par le système d'upwellings du Benguela vis à vis de la séquestration du carbone au cours des deux derniers cycles climatiques. Les sédiments de la pente continentale namibienne sont riches en matière organique (MO) bien que les processus sédimentaires soient exclusivement hémipélagiques. La première partie de ce travail consiste en la détermination des mécanismes de préservation qui ont participé à la fossilisation de la MO dans la colonne d'eau et le sédiment et leur distribution du haut en bas de pente, au large de Lüderitz (25ʿ6S). Les analyses moléculaires, spectroscopiques, pétrographiques et les pyrolyses révèlent que l'enfouissement de carbone organique était plus efficace pendant les périodes glaciaires du fait de flux de MO accrus vers le sédiment. Ces flux agissent positivement sur l'initiation de mécanismes de fossilisation tels que la sulfuration naturelle. Par ailleurs, des associations organo-minérales dans la colonne d'eau ont probablement été responsables de la protection pendant le transport d'une quantité non négligeable de MO, et assuré son accumulation sur la pente inférieure. Les teneurs en carbone organique varient au rythme des cycles glaciaires-interglaciaires. La deuxième étape de l'étude est donc consacrée à l'estimation des effets des variations climatiques sur la paléoproductivité et les flux exportés. L'étude des signaux d15N, de la taille des particules lithogéniques et des contenus terrigènes et biogènes des sédiments montre que la productivité, soutenue par l'apport de nitrate en surface, n'est que partiellement contrôlée par la force des alizés. Les advections de masses d'eaux Angolaises, Indiennes et l'utilisation des nutriments en Antarctique conditionnent l'alimentation en nitrate et silicium, le rendement et la nature de la production primaire de l'upwelling à l'échelle des cycles climatiques.

Depuis quelques années, les changements climatiques sont au coeur des préoccupations de plusieurs États. Les impacts des variabilités climatiques se font de plus en plus sentir et cette réalité est avérée dans les pays en développement. Les pays pauvres sont particulièrement touchés par les impacts des changements climatiques, aggravant leur vulnérabilité aux intempéries. Une grande part de la population des pays dits du tiers monde dépend de l’agriculture comme principale activité de subsistance. Or, l’agriculture est très dépendante du climat. Ainsi, pour sa pauvreté, sa sensibilité, son exposition aux catastrophes naturelles et sa dépendance à l’agriculture, le Pérou mérite une attention particulière. Cette étude vise à élaborer une méthodologie d’aide à la décision mise à la disposition des coopératives agricoles dans un contexte de collaboration avec SOCODEVI (société de coopération pour le développement international). Cette méthodologie tend à identifier les vulnérabilités des membres ainsi qu’à identifier des stratégies d’adaptation vis-à-vis des changements climatiques et de prendre en compte cette dimension dans les outils de planification et d’interventions techniques des coopératives. L’étude a adopté une approche dite participative ce qui permettra d’adapter ce guide aux différents contextes dans lesquels il sera mis en oeuvre. Les résultats obtenus sont issus de groupes de discussion, d’entrevues semi-dirigées, de données tant subjectives (perceptions) qu’objectives (sources scientifiques), de cartographies participatives, de SIG et de cartographies. Cette recherche a entre autres permis de montrer que les changements climatiques ne sont pas considérés comme une priorité des membres des coopératives rencontrées dans le département d’Ancash. Bien qu’ils soient exposés et affectés par ces derniers, la présence de stratégie d’adaptation est presque inexistante. Dans ce mémoire, quelques pistes de suggestions seront ainsi proposées dans le cadre d’une méthodologie d’aide à la décision
Depuis quelques années, les changements climatiques sont au coeur des préoccupations de plusieurs États. Les impacts des variabilités climatiques se font de plus en plus sentir et cette réalité est avérée dans les pays en développement. Les pays pauvres sont particulièrement touchés par les impacts des changements climatiques, aggravant leur vulnérabilité aux intempéries. Une grande part de la population des pays dits du tiers monde dépend de l’agriculture comme principale activité de subsistance. Or, l’agriculture est très dépendante du climat. Ainsi, pour sa pauvreté, sa sensibilité, son exposition aux catastrophes naturelles et sa dépendance à l’agriculture, le Pérou mérite une attention particulière. Cette étude vise à élaborer une méthodologie d’aide à la décision mise à la disposition des coopératives agricoles dans un contexte de collaboration avec SOCODEVI (société de coopération pour le développement international). Cette méthodologie tend à identifier les vulnérabilités des membres ainsi qu’à identifier des stratégies d’adaptation vis-à-vis des changements climatiques et de prendre en compte cette dimension dans les outils de planification et d’interventions techniques des coopératives. L’étude a adopté une approche dite participative ce qui permettra d’adapter ce guide aux différents contextes dans lesquels il sera mis en oeuvre. Les résultats obtenus sont issus de groupes de discussion, d’entrevues semi-dirigées, de données tant subjectives (perceptions) qu’objectives (sources scientifiques), de cartographies participatives, de SIG et de cartographies. Cette recherche a entre autres permis de montrer que les changements climatiques ne sont pas considérés comme une priorité des membres des coopératives rencontrées dans le département d’Ancash. Bien qu’ils soient exposés et affectés par ces derniers, la présence de stratégie d’adaptation est presque inexistante. Dans ce mémoire, quelques pistes de suggestions seront ainsi proposées dans le cadre d’une méthodologie d’aide à la décision
For several years, climate change has been a major concern for many states. The impacts of this climatic variability are becoming more and more felt and this reality is proven in developing countries. Poor countries are particularly affected by the impacts of climate change, exacerbating their vulnerability to harsh weather. A large part of the population of so-called third world countries depends on agriculture as their main livelihood activity. Agriculture is very dependent on the climate. Thus, for its poverty, its sensibility, its exposure to natural disasters and its dependence on agriculture, Peru deserves special attention. This study aims to develop a decision-making methodology available to agricultural cooperatives in a collaborative context with SOCODEVI (International Development Cooperation Corporation). This methodology aims to identify members’ vulnerabilities as well as to identify adaptation strategies with regard to climate change and to take this dimension into account in the planning tools and technical interventions of cooperatives. The study has adopted a so-called participatory approach which will make it possible to adapt this guide to the different contexts in which it will be implemented. The results were obtained from focus groups, semi-directed interviews, both subjective (perceptions) and objective (literature) data, participatory mapping, GIS and mapping. This research has, among other things, shown that climate change is not a priority for members of cooperatives encountered in the department of Ancash. Although they are exposed and affected by them, the presence of coping strategies is almost non-existent. In this thesis, some suggestions will be proposed as part of a decision support methodology
For several years, climate change has been a major concern for many states. The impacts of this climatic variability are becoming more and more felt and this reality is proven in developing countries. Poor countries are particularly affected by the impacts of climate change, exacerbating their vulnerability to harsh weather. A large part of the population of so-called third world countries depends on agriculture as their main livelihood activity. Agriculture is very dependent on the climate. Thus, for its poverty, its sensibility, its exposure to natural disasters and its dependence on agriculture, Peru deserves special attention. This study aims to develop a decision-making methodology available to agricultural cooperatives in a collaborative context with SOCODEVI (International Development Cooperation Corporation). This methodology aims to identify members’ vulnerabilities as well as to identify adaptation strategies with regard to climate change and to take this dimension into account in the planning tools and technical interventions of cooperatives. The study has adopted a so-called participatory approach which will make it possible to adapt this guide to the different contexts in which it will be implemented. The results were obtained from focus groups, semi-directed interviews, both subjective (perceptions) and objective (literature) data, participatory mapping, GIS and mapping. This research has, among other things, shown that climate change is not a priority for members of cooperatives encountered in the department of Ancash. Although they are exposed and affected by them, the presence of coping strategies is almost non-existent. In this thesis, some suggestions will be proposed as part of a decision support methodology

La circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC) se compose d'un courant chaud vers le nord en surface et d'une branche froide vers le sud en profondeur. Elle apporte énormément de chaleur aux latitudes moyennes de l'hémisphère Nord et joue donc un rôle important dans la régulation du climat de la région de l'Atlantique Nord et au-delà. Cette thèse étudie le mécanisme moteur et les impacts climatiques de la variabilité centennale à multi-centennale de l'AMOC dans un modèle de la circulation générale de l’océan et de l’atmosphère. La variabilité de l'AMOC est amplifiée par les flux d’eau douce en Arctique, et est modulée par une rétroaction négative liée au transport d'eau douce à travers le détroit de Fram entre l'océan Arctique et l'Atlantique Nord, avec un changement avec un retard de plusieurs décades. La thèse étudie également les impacts climatiques de cette variabilité basse fréquence de l'AMOC et les changements du transport d'énergie associés. Dans le modèle, une forte AMOC induit un large réchauffement dans l'hémisphère nord et un déplacement vers le nord de la zone de convergence intertropicale dans l’Atlantique Nord. Les impacts climatiques de l’AMOC sont expliqués par l'augmentation du transport d'énergie océanique vers le nord induite par l'intensification de l'AMOC, causant un transport anormal d'énergie vers le sud dans l'atmosphère. Cette réponse dans l'atmosphère est amortie par les changements de la circulation océanique induite par le vent dans l’Indo-Pacifique
The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) consists of a warm northward current on the surface and a cold southward branch in the deep. It brings tremendous heat into the mid-latitudes in the Northern Hemisphere and thus plays an important role in governing the climate of the North Atlantic region and beyond. This thesis investigates the driving mechanism and climate impacts of a centennial to multi-centennial variability of the AMOC. The AMOC intensity is modulated by the delayed freshwater exchanges through the Fram Strait between the Arctic Ocean and the North Atlantic. The thesis also investigates the climate impacts of this low-frequency AMOC variability and associated energy transport changes. The impacts of a strong AMOC mainly include a wide warming in the Northern Hemisphere, a northward displacement of the intertropical convergence zone and more precipitations in the Northern mid-latitudes. The enhanced northward oceanic energy transport induced by intensified AMOC is compensated by the anomalous southward energy transport in the atmosphere, which leads to climate variations. This response in the atmosphere is damped by the Indo-Pacific Ocean

Il est reconnu que les aérosols atmosphériques d’origine anthropique ont eu un impact significatif sur le système climatique au cours des dernières décennies via leurs interactions avec le rayonnement et les nuages. Outre ces processus physiques bien connus mais mal compris, des études récentes ont fait état de fortes influences des aérosols sur le cycle du carbone, en particulier sur sa composante terrestre. Les changements du cycle du carbone vont alors modifier le climat par le biais de la rétroaction climat-carbone. On ne sait toujours pas bien dans quelle mesure les aérosols anthropiques perturbent le cycle du carbone terrestre. Cette thèse vise à quantifier et à attribuer les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle terrestre en utilisant une approche de modélisation. Au chapitre 2, un ensemble de simulations « hors ligne » utilisant le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE forcé par les champs climatiques de différents modèles climatiques de la génération CMIP5 ont été réalisées pour étudier les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle du carbone terrestre au travers de leurs impacts sur le climat. Les résultats indiquent une augmentation du puits de carbone terrestre de 11,6 à 41,8 PgC cumulé entre 1850 et 2005 en raison des aérosols anthropiques. L'augmentation de la production nette du biome (net biome production, NBP) se situe principalement dans les tropiques et les latitudes moyennes de l’hémisphère nord. Le refroidissement induit par les aérosols est le principal facteur à l'origine de cette évolution de la NBP. Aux hautes latitudes, le refroidissement induit par les aérosols a provoqué une diminution plus forte de la production primaire brute (gross primary production, GPP) que de la respiration totale de l'écosystème (total ecosystem respiration, TER), ce qui a entraîné une baisse de la NBP. Aux latitudes moyennes, la diminution de la TER due au refroidissement est plus forte que celle de la GPP, ce qui entraîne une augmentation nette de la NBP. Aux basses latitudes, la NBP a également augmenté en raison de l'augmentation de la GPP due au refroidissement, mais la diminution des précipitations régionales en réponse aux émissions d'aérosols anthropiques peut annuler l'effet de la température. Comme les modèles de climat sont actuellement en désaccord sur la manière dont les émissions d'aérosols affectent les précipitations tropicales, la modification des précipitations en réponse aux aérosols devient la principale source d'incertitude dans les changements de flux de C causés par les aérosols. Les résultats suggèrent qu'une meilleure compréhension et simulation de la manière dont les aérosols anthropiques affectent les précipitations dans les modèles de climat est nécessaire pour une attribution plus précise des effets des aérosols sur le cycle du carbone terrestre. Le chapitre 3 présente le développement et l'évaluation d'une nouvelle version du modèle ORCHIDEE appelé ORCHIDEE_DF. Par rapport à la version standard d’ORCHIDEE, ORCHIDEE_DF comprend un nouveau module de partitionnement de la lumière pour séparer le rayonnement solaire descendant en ses composantes directe et diffuse, ainsi qu'un nouveau module de transfert radiatif pour simuler la transmission du rayonnement diffus et direct dans la canopée, et différentier l'absorption de la lumière parles feuilles éclairées et ombragées. Le nouveau modèle ORCHIDEE_DF a été évalué à l'aide d'observations de flux par la méthode « eddy covariance » provenant de 159 sites de mesures sur le globe
Anthropogenic atmospheric aerosols have been recognized to have significantly affected the climate system through their interactions with radiation and cloud during the last decades. Besides these well-known butpoorly-understood physical processes in the atmosphere, recent studies reported strong influences of aerosols on the carbon cycle, especially its terrestrial component. The changes in carbon cycle will further alter the climate through the climate-carbon feedback. It remains uncertain how much anthropogenic aerosols perturb the land carbon cycle. This thesis aims to quantify and attribute the impacts of anthropogenic aerosols on the terrestrial cycle using a modeling approach. In Chapter 2, a set of offline simulations using the ORCHIDEE land surface model driven by climate fields from different CMIP5 generation climate models were performed to investigate the impacts of anthropogenic aerosols on the land C cycle through their impacts on climate. The results indicate an increased cumulative land C sink of 11.6-41.8 PgC during 1850-2005 due to anthropogenic aerosols. The increase in net biome production (NBP) is mainly found in the tropics and northern mid latitudes. Aerosol-induced cooling is the main factor driving this NBP changes. At high latitudes, aerosol-induced cooling caused a stronger decrease in gross primary production (GPP) than in total ecosystem respiration (TER), leading to lower NBP. At mid latitudes, cooling‐induced decrease in TER is stronger than for GPP, resulting in a net NBP increase. At low latitudes, NBP was also enhanced due to the cooling‐induced GPP increase, but regional precipitation decline in response to anthropogenic aerosol emissions may negate the effect of temperature. As climate models currently disagree on how aerosol emissions affect tropical precipitation, the precipitation change in response to aerosols becomes the main source of uncertainty in aerosol-caused C flux changes. The results suggest that better understanding and simulation of how anthropogenic aerosols affect precipitation in climate models is required for a more accurate attribution of aerosol effects on the terrestrial carbon cycle

Au cours des dernières décennies, la communauté scientifique s’est intéressée aux impacts des changements climatiques sur plusieurs aspects de notre environnement et de notre quotidien. Le présent mémoire continue dans cette voie en analysant les conséquences du climat changeant sur l’hydrologie de la région des Grands Lacs. Plus précisément, des modèles régionaux du climat servent d’outils pour projeter, dans le XXIe siècle, des variables reliées à la disponibilité en eau de cette région. La nécessité d’une telle étude n’a besoin d’aucune argumentation lorsque l’ampleur physique et sociale que représente le territoire touché est comprise. La région des Grands Lacs s’étend sur près de 780 000 km2 et une population de plus de 40 millions v habite. De plus, l’économie sur ce territoire représente plus de 200 milliards USD annuellement (MacKav et Scglcnicks, 2013). Une compréhension plus importante des impacts potentiels des changements climatiques sur l’hydrologie des Grands Lacs est donc de mise. Le travail de recherche se concentre sur certaines variables For décades now, the scicntific community lias been interested bv the impacts of climate change on several aspects of our environment and everyday life. The présent work continues in this trend bv assessing the conséquences on the hydrologv of the Great Lakes région. More precisely, régional climate models are used as tools to project, into the 21st century, several variables related to water availabilitv. The importance and relevance of such an analysis need no cxplaining when the physical and social scope of the studied area is understood. The Great Lakes région covers close to 780 000 km2 and is home to some 40 million people. Economi- callv, activities on this territorv are worth more than 200 billions USD each vear (MacKav et Scglcnicks, 2013). A greater understanding of the potential hydrological modifications brought upon this région bv climate change is thus undoubtedly needed. The focus of this work will be on variables that directly interact with water availabilitv of the lakes. Those are: ovcrlakc précipitation, ovcrlakc évaporation and land runoff inside the lakes’ watershed. Combined, the variables can vield an idea of the water budget in a lake and, bv the sanie token, a water level estimate. The first sections of this document will préparé the reader for Chapter 2, which contains an article presenting, aniong other things, the studv’s most interesting results. The remaining sections will cover other aspects of the studv that were not included in the article.

Ce travail de thèse traite du changement climatique dans le Pacifique Sud, d'ici à la fin du siècle dans le scénario RCP8.5 (=scénario le plus extrême équivalent à augmentation du forçage radiatif de 8.5W.m-2), à plusieurs échelles spatiales ((1) le Pacifique, (2) le Pacifique sud-ouest, (3) et la Nouvelle-Calédonie) et de ses impacts. Les projections climatiques des modèles CMIP5 comportent de nombreuses biais (e.g. double ITCZ, forte dispersion des patrons de changement de SST) dans cette région que nous nous sommes attachés à réduire. Pour ce faire nous avons utilisé un modèle atmosphérique régional (Weather Research and Forecast). (1) A cette échelle nous nous sommes intéressés au devenir de la zone de convergence du pacifique sud (SPCZ). Les simulations de changement climatique ont montré un possible assèchement (-30%) de la SPCZ piloté par des changements de circulation. (2) Nous nous sommes ici intéressés au devenir de la cyclogenèse du Pacifique Sud-Ouest. Les simulations de changement climatique nous ont permis de montrer une diminution de l'intensité des cyclones, une augmentation des précipitations cyclonique, ainssi qu'un possible effondrement du nombre de cyclone (-50%) du à une augmentation du cisaillement vertical du vent. (3) A cette échelle nous nous sommes focalisés sur l'évolution du climat Néo-Calédonien. Les simulations de changement climatique ont montré une diminution moyenne des précipitations de 20%, avec des contrastes très forts en fonction des régions (côte Est vs côte Ouest), ainsi qu'un doublement du nombre de vagues de chaleur. Enfin nous avons montré l'interet de ces simulations régionales pour des études d'impacts appliquées aux écosystèmes
In this thesis we are interested in the South Pacific climate changes, at the end of the 21st century under the RCP8.5 scenario (i.e. the most extreme scenario equivalent to a radiative forcing increase of 8.5W.m-2), at several spatial scales ((1) Pacific, (2) Southwest Pacific, (3) and New Caledonia) and in its impacts. The climate projections of the CMIP5 models include many biases (e.g. double ITCZ, strong intermodel variability of SST change patterns) in this region that we reduced by using a regional atmospheric model (Weather Research and Forecast). (1) At this scale we are interested in the future of the South Pacific Convergence Zone (SPCZ). Climate change simulations showed a possible drying (-30%) of SPCZ driven by circulation changes. (2) We are interested here in the future of the Southwest Pacific cyclogenesis. Climate change simulations have shown a decrease of cyclone intensity, an increase of cyclonic precipitation, and a possible collapse of the cyclones number (-50%) due to an increase of vertical wind shear. (3) And then we focused on the evolution of the New Caledonian climate. Climate change simulations showed a decrease of rainfall (-20%) in average, with very strong contrasts across regions (East coast vs West coast), as well as a doubling of the heat waves number. Finally, we showed the interest of these regional simulations for impact studies applied to ecosystems

Dans le passé, des inondations dans des municipalités du bassin de la rivière du Lièvre et de la rivière des Mille-Îles, située en aval du bassin, se sont produites. Dans ce contexte, une étude sur l’impact et l’adaptation aux changements climatiques pour le bassin versant de la rivière du Lièvre, située au Québec (Canada) et en aval de celui-ci, a été réalisée. Une méthodologie pour limiter les inondations de la rivière des Mille-Îles a été testée. Cette méthodologie vise aussi à respecter les contraintes de niveau et de débits à soutirer dans les trois réservoirs à forte contenance du bassin de la rivière du Lièvre (Kiamika, Mitchinamecus et Poisson Blanc). La méthodologie globale repose sur le couplage « MRCC-Modèle hydrologique-Modèle de gestion ». Premièrement, les projections climatiques (températures et précipitations) utilisées sont celles du modèle régional du climat canadien (MRCC), couplé au modèle de climat global canadien (MCGC). La simulation hydrologique a été réalisée avec le modèle hydrologique Hydrotel pour fournir les débits dans différents points du bassin versant à l’étude. Finalement, le modèle de gestion fait appel à un modèle d’optimisation non linéaire avec recours, qui optimise les débits à soutirer des réservoirs. L’étude a été réalisée en utilisant un outil de gestion de réservoirs créé spécifiquement pour ce projet. L’outil est composé de projections hydrologiques d’ensemble, d’un modèle d’optimisation, d’un réseau de neurones, et d’un modèle de bilan d’eau. Les simulations des opérations ont été réalisées au pas de temps journalier en considérant trois scénarios climatiques (historique, de référence et futur). Les critères de performance de vulnérabilité et de fiabilité ont été utilisés pour évaluer la performance des réservoirs. La réserve de crue est le volume d’eau à emmagasiner dans les réservoirs pendant les périodes de crue. L’analyse de la réserve de crue a été réalisée en évaluant la quantité d’eau qui pourrait être retenue dans les réservoirs du système hydrique de la rivière du Lièvre, pour atténuer les risques d’inondation de la rivière des Mille-Îles.

Le but de cette thèse est de comprendre le rôle des fronts de température de surface de l'océan (SST) dans les interactions océan-atmosphère sur la région du Gulf Stream (GS). Nous étudions la réponse de l'atmosphère aux fronts de SST localement, au sein de la couche limite atmosphérique marine (MABL), mais également dans la troposphère libre. Par ailleurs, nous quantifions l'impact des fronts de SST sur la circulation atmosphérique en Atlantique Nord et en Europe. Nous nous focalisons sur la saison d'hiver (Décembre-Janvier-Février), les contrastes de température entre l'océan et l'atmosphère étant les plus marqués durant cette saison, ce qui induit de forts échanges en termes de flux de chaleur turbulents. Dans cette optique, nous réalisons et analysons des expériences numériques basées sur le modèle atmosphérique global ARPEGEv6, forcé en surface par des données de SSTs observées à haute résolution (1/4°). Dans la première partie de cette thèse, nous étudions les deux mécanismes principaux proposés dans la littérature pour expliquer la réponse de l'atmosphère aux fronts de SST dans la région du Gulf Stream. Ces mécanismes sont ceux du mélange vertical et de l'ajustement de pression. Dans cette étude, nous utilisons deux ensembles de simulations réalisées avec deux configurations du modèle d'atmosphère ARPEGEv6 : une configuration basse résolution (140 km) et une configuration haute résolution (50 km). Nous étudions spécifiquement la réponse de la divergence du vent en surface, un prédicteur important de l'influence des fronts de SST sur la MABL. Là où les études antérieures utilisaient majoritairement des moyennes mensuelles pour étudier la réponse de la divergence du vent aux fronts de SST, nos résultats montrent le rôle clé des perturbations synoptiques atmosphériques pour moduler la contribution relative de chacun de ces deux mécanismes de la MABL, et pour générer de la divergence du vent de surface en hiver. Nous montrons plus particulièrement qu’une grande partie de la divergence du vent simulée en moyenne sur l’hiver est due aux épisodes cycloniques qui ont lieu au cours de situations extrêmes au-dessus de la région du GS. La comparaison des résultats entre la version haute et la version basse résolution du modèle atmosphérique, montre que l'impact de l'augmentation de la résolution du modèle est faible comparée à la variabilité interne climatique et aux incertitudes observationnelles. Afin de mieux isoler l'influence des fronts de SST sur l’atmosphère, nous avons réalisé des expériences idéalisées dans lesquelles les SSTs de la région du GS sont spatialement filtrées. Cette expérience « lissée » ("smooth") est comparée à une expérience de contrôle dans laquelle le même modèle d'atmosphère est forcé à l'échelle globale par des SSTs à très haute résolution (1/12°). La comparaison entre ces deux expériences montre que la variabilité liée à la zone de fronts de SST influence localement les mécanismes de la MABL, mais également la troposphère libre dans son ensemble. En particulier, la bande de précipitations sur le GS est atténuée dans l'expérience smooth. Un gradient de SST mieux résolu dans la région du GS affecte également les routes dépressionnaires et les transports de chaleur et d'humidité par les tourbillons atmosphériques. En particulier, on montre que les fronts de SST provoquent un décalage vers le nord des transports de chaleur et d'humidité par les tourbillons atmosphériques. Ceci est en accord avec un élargissement du courant jet. La réponse du jet la plus intense est située sur l'Atlantique Nord, mais est également visible sur le bassin Pacifique. On montre ensuite qu'en accord avec la réponse du courant jet, les régimes de temps en Atlantique Nord sont également influencés par la présence des fronts de SST [...]
This thesis aims at understanding the role of sea surface temperature (SST) fronts on air-sea interactions in the Gulf Stream region. We study the local response of the atmosphere to the SST mesoscale variability, not only within the marine atmospheric boundary layer (MABL), but also in the free troposphere. We also evaluate the impact of SST fronts beyond the Gulf Stream region, in particular on the North Atlantic atmospheric circulation and climate over Europe. We focus on the winter season (December-January-February), when air-sea contrasts and hence air-sea exchanges are the strongest. On this purpose, we perform and analyze numerical experiments, using the global atmospheric model ARPEGEv6 forced by observed daily SSTs at high resolution (1/4°). In the first part of this thesis we investigate two major MABL mechanisms responsible for the atmospheric response to the SST fronts over the Gulf Stream region. These mechanisms are the vertical mixing and the pressure adjustment mechanisms. Two sets of atmospheric simulations performed with two ARPEGEv6 configurations are considered: a low-resolution version (140 km) and a high resolution version (50 km). We analyze the response of the divergence of the near surface wind, because this is one of the main imprint of the MABL response to the SST front. While in most of previous studies monthly averages were used to study the response of the wind divergence to the SST fronts, our results highlight the key role of synoptic atmospheric perturbations on modulating the contribution of these two MABL mechanisms and hence on shaping the time-mean divergence of near surface wind. We show in particular that most of the winter-mean wind divergence simulated above the Gulf Stream region can be explained by the cyclonic anomalous circulation that occurs during extreme conditions of heat flux exchanges. The comparison of the results obtained with the high and low resolution versions of the atmospheric model shows that the impact of model resolution is small compared to internal climate variability and observational uncertainties in the Gulf Stream region. In order to better isolate the influence of the SST fronts on the atmosphere, we then performed idealized numerical experiments in which the SSTs are spatially filtered only over the Gulf Stream region. This "smooth" experiment is compared with a control experiment in which the atmospheric model is globally forced by very high resolution observed SSTs (1/12°). The comparison between these two experiments shows that SST fronts variability locally influence not only the MABL mechanisms, but also the free troposphere. In particular, the precipitation band over the Gulf Stream is decreased in the smooth experiment. A better resolved SST gradient in the Gulf Stream also yields changes in the storm-tracks and in the associated heat and humidity eddy transports. In particular, we find that the Gulf Stream SST front induces a northward shift of the eddy heat and humidity transports. This shift is consistent with a poleward shift of the jet stream. The jet response is maximum over the North Atlantic, but it is also noticeable over the Pacific basin. We show that together with the jet stream changes, weather regimes in the North Atlantic are also influenced by the SST fronts. As a result, the response of the large scale atmospheric circulation yields changes in temperature and precipitation over Europe, suggesting a non negligible influence of the Gulf Stream SST fronts downstream

Dans la région de Tahoua (Niger), qui fait partie du bassin des Iullemeden, le système aquifère multicouche profond du Continental Intercalaire/Hamadien (CI/H) représente une réserve essentielle. Il est utilisé pour l'alimentation en eau potable des populations, pour les besoins en eau des industries extractives, et pour l'abreuvage du bétail, en raison de la dégradation de la qualité et le très faible débit des nappes phréatiques, et de celles du Crétacé supérieur. Malgré quelques études hydrogéologiques classiques conduites sur ce système aquifère, il reste mal connu, notamment en ce qui concerne la répartition des différentes masses d'eau et leurs temps de résidence/renouvellement. Cette étude, principalement fondée sur une approche hydrogéochimique et isotopique, vise à améliorer les connaissances sur le système aquifère du CI/H afin d'optimiser sa gestion durable. Les données ont été obtenues à partir de cartes géologiques et des fiches techniques de forage, de diagraphie, et d'essais de pompage. En outre, des échantillons d'eau ont été prélevés dans 30 forages répartis régulièrement dans la zone d'étude (114 425 km2). Des paramètres (pH, t et CE) ont été mesurés in situ et les échantillons ont été acheminés au laboratoire GEOPS où des analyses chimiques (ions majeurs) et isotopiques (18O, 2H, 13C, 14C) ont été effectuées. À partir des coupes géologiques, la couche du CH est présente au-dessus des couches CI dans la partie sud de la région mais pas dans la partie nord. Cependant, la piézométrie est continue sur toute la région. Dans la partie située au nord (au-dessus de 16°N), les lignes d'écoulement sont dirigées des affleurements du CI (est) vers l'ouest, et dans la partie située au sud (au-dessous de 16°N), des affleurements du CH (nord-est) vers le sud-ouest. La teneur en isotopes stables de l'eau (vs V-SMOW) varie de -8 à -7 ‰ pour 18O et de -59 à -48 ‰ pour 2H dans la partie nord (CI) et de -6 à -5 ‰ pour 18O et - 51 à -41 ‰ pour 2H dans la partie sud (CH), montrant deux masses d'eau différentes. Toutes ces teneurs sont très inférieures à celles correspondant aux précipitations actuelles, qui ne contribuent donc pas significativement à la recharge. Ceci est en accord avec les "âges" des eaux souterraines (5 à 36 ka) calculés à partir des teneurs en 14C (1 à 57 pmC), qui sont également en bon accord avec la piézométrie. Ainsi, même si la piézométrie continue du système aquifère du CI/H indique que les pressions sont en équilibre entre les différentes couches, les caractéristiques géochimiques montrent des différences notables entre la partie sud, où la couche de CH est présente, et la partie nord, où elle est absente. Les échanges d'eau entre les différentes couches sont donc très limités. Dans toutes ces couches, les eaux souterraine sont vieilles (> 5ka) et ont été rechargées sous un climat plus frais qu'aujourd'hui. Il est probable qu'elles soient largement héritées de périodes humide du Pléistocène supérieur et de la "Période Humide Africaine" (~ 15-5 ka) et devraient être gérées comme une ressource fossile
In the region of Tahoua (Niger), which is part of the Iullemeden basin, the deep multilayer aquifer system of the Continental Intercalaire/Hamadien (CI/H) represents an essential reserve. It is exploited for the drinking-water supply for the local population, for the extractive-industry's water use and for the watering of cattle, because of the degradation of water quality and the very low flow in shallow aquifers and Upper Cretaceous aquifers. Despite some classical hydrogeological studies, this system remains poorly known, particularly with regard to the distribution of the different water bodies and their residence/renewal times. This study, mainly based on a geochemical and isotopic approach, aims to improve knowledge on the CI/H system in order to optimize its sustainable management. Data were obtained from geological maps, and data-sheets of drilling, pumping and logging test. In addition, water samples were collected from 30 boreholes regularly distributed over the study area (114 425 km2). Some parameters (pH, t and EC) were measured in situ and the samples were sent to the GEOPS laboratory where chemical (major ions) and isotopic (stable isotopes in water, 14C, 13C) analyses were performed. From geological cross-sections, the CH layer is present above the CI layers in the southern part of the region but not in the northern part. However, piezometry is continuous over the whole region. In the northern part (above 16°N), the flow lines are directed from the CI outcrops (east) to west and in the southern part (below 16°N), from the CH outcrops (east) to south-west. Stable isotope contents of water (vs V-SMOW) range from -8 to -7 ‰ for 18O and from -59 to -48 ‰ for 2H in the northern part (CI) and from -6 to -5 ‰ for 18O and -51 to -41 ‰ for 2H in the southern part (CH), showing two different water masses. All these values are much lower than those corresponding to present-day precipitation, which does not significantly contribute to recharge. This is in agreement with the groundwater "ages" (5 to 36 ka) calculated from 14C contents (1 to 57 pmC), which are also in good agreement with piezometry. Therefore, even if the continuous piezometry of the deep aquifer system of CI/H indicates that pressures are in equilibrium between the different layers, the geochemical features show noticeable differences between the southern part, where the CH layer is present, and the northern part, where it is absent. Thus, water exchanges between the different layers are very limited. In all these layers, groundwater is old (> 5ka) and was recharged under a cooler climate than at present. Probably, it is largely inherited from Upper-Pleistocene wet periods and from the "African Humid Period" (~15-5 ka) and should be managed as a fossil resource

Le système d'upwelling péruvien est l'un des systèmes marins côtiers les plus productifs de l’océan mondial. Le vent de surface le long de la côte est le principal moteur de l'upwelling. Cette thèse vise à étudier la variabilité du vent côtier et ses processus lors du réchauffement de la couche de surface, à différentes échelles de temps: (1) des échelles de temps interannuelles, correspondant aux événements El Niño, et (2) des échelles de temps multi-décadaires résultant du changement climatique régional. Une série de domaines emboités d’un modèle atmosphérique régional est utilisée pour simuler le vent de surface. Dans la première partie de la thèse, on étudie les processus responsables de l'augmentation, contre-intuitive, du vent observée au large du Pérou au cours de la période El Niño 1997-1998. Des expériences de sensibilité montrent que le réchauffement inh de la omogène des eaux de surface, plus important dans le nord, entraîne un gradient de pression accru le long côte, accélérant le vent. Dans une seconde partie de la thèse, l’évolution des vents côtiers est étudiée dans le scénario du «pire cas» du changement climatique RCP8.5. Forcés par le gradient de pression le long de la côte, les vents diminuent en été, tandis qu’ils s’accroissent en hiver, renforçant ainsi légèrement le cycle saisonnier
The Peruvian upwelling system is one of the most productive coastal marine systems of the world ocean. As in other upwelling systems, alongshore surface wind is the main driver of the coastal upwelling. This thesis aims to study the coastal wind variability and the processes responsible for it during the ocean surface layer warming conditions, at different time scales: (1) interannual time scales, corresponding to El Niño events and (2) multi decadal time scales resulting from regional climate change. A suite of regional atmospheric model embedded domains is used to simulate the surface winds. In the first part of the thesis, the counter-intuitive wind increase observed off Peru during the 1997-1998 El Niño is studied. Sensitivity experiments show that the inhomogenous alongshore surface warming, larger in the north, drives an enhanced alongshore pressure gradient that accelerates the alongshore wind. In the second part of the thesis, the evolution of coastal wind changes is investigated under the “worst case” RCP8.5 climate change scenario. Mainly driven by the alongshore pressure gradient, summer winds decrease whereas winter winds increase, thus slightly reinforcing the seasonal cycle

Dans le cadre du Protocole de Kyoto, l’Union Européenne et d’autres pays se sont engagés à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre (GES). Afin d’atteindre cet objectif, ils ont instauré un Système de Quotas d’Emissions Echangeables (SQEE) qui couvre l’industrie et le secteur électrique en particulier. Le SQEE plafonne les émissions de GES de ces secteurs, qui dans certains cas, sont exposés à une concurrence internationale. Toutefois, tous les concurrents ne sont pas confrontés aux mêmes coûts dus à la réglementation environnementale. Cette asymétrie peut conduire à des pertes de parts de marché et des fuites de carbone. Certain pays envisagent donc certaines mesures pour lutter ces effets négatifs. Les accords de réduction sectoriels ont un avantage qui nous semble décisif. Ils laissent ouvert la possibilité d’une participation à terme des entreprises situées dans les pays sans contraintes carbone dans les efforts de réduction d’émissions
Under the Kyoto Protocol, the European Union and other countries are committed to reduce their greenhouse gases (GHG). To this aim, they have established an Emissions Trading System covering the industry and the power sector, among others. ETS caps the GHG emissions of these sectors which, in some cases, are exposed to international competition. However, all competitors do not face similar costs due to environmental regulation. This asymmetry may lead to losses of market shares and carbon leakage. In response, these countries are considering possible measures to avoid carbon leakage. Despite their possible economic or political costs, sectoral agreements have potentially decisive advantages. They keep open the possibility of firms in developing countries and in countries without emission reduction targets to eventually take part in the abatement efforts

Le travail de recherche appliquée réalisé au cours du doctorat s’intéresse aux tempêtes hivernales à fort potentiel d’impact économique en Europe et comprend deux parties. La première partie vise à quantifier l’impact du changement climatique sur les tempêtes de vent hivernales extrêmes en Europe et s’appuie sur des données couvrant des périodes supérieures à 30 ans. La seconde partie du travail est plus opérationnelle et a pour objectif l’élaboration et la mise en place d’un outil de détection des tempêtes de vent hivernales en Europe à partir de prévisions météorologiques actualisées toutes les six heures. L’objectif général de la première partie du travail de recherche est d’apporter une vision moyen-terme de ce que pourraient être les tempêtes de vent hivernales en Europe au cours du XXIe siècle. Ce travail vient compléter la vision pour l’instant principalement court-terme du risque proposée par les modèles CatNat, utilisés par les (ré)assureurs pour connaître le coût du risque sur leur portefeuille. Au cours du travail de recherche, une nouvelle méthode a été proposée pour définir le potentiel de dommages associés à une tempête de vent en Europe. L’idée originale développée au cours du projet est l’utilisation de plusieurs variables capturant différentes échelles spatio-temporelles et prenant en compte la relation entre plusieurs variables caractéristiques d’un même cyclone extratropical. La recherche d’événements partageant une signature similaire et intense, simultanément dans la vorticité relative à 850 hPa, la pression au niveau de la mer et le vent de surface, conduit à la détection d’un nombre réduit d’événements. La comparaison du nombre d’événements qui constituent ce groupe et de leur intensité entre des données issues de réanalyses et celles issues de différentes simulations du climat futur peut apporter des réponses suffisantes aux compagnies d’assurance sur l’évolution de ce risque dans un climat dont les conditions climatiques sont différentes de celui d’aujourd’hui. Un premier article sur la méthode a été accepté dans le journal Natural Hazard and Earth Science System. La méthode a été appliquée aux données issues des modèles participant au projet CMIP5. Il s’agit d’évaluer la capacité des modèles de climat à reproduire les événements type « tempête de vent hivernales en Europe » et d’estimer l’impact du changement climatique sur la fréquence et l’intensité des tempêtes de vent hivernales en Europe. Un second article reprenant les résultats de cette étude est en préparation. La seconde partie de la thèse est focalisée sur le projet opérationnel Severe WIndstorms Forecasting Tool (SWIFT) dont le but est de développer un outil permettant, à partir de prévisions météorologiques issues toutes les six heures, de détecter un événement type tempête de vent pouvant causer des dégâts majeurs en Europe et de proposer aux entités du groupe AXA concernées une estimation du montant des pertes et du nombre de sinistres associés à l’événement à venir ainsi que leurs localisations
The research carried out during the PhD deals with winter windstorms with high economic damage potential in Europe and can be divided in two parts. The first part aims at quantifying the impact of climate change on European winter windstorms and relies on datasets covering long periods of time (>30 years) either in the past or in the future. The objective of the second part is to forecast potential losses and claims associated with an upcoming extreme windstorm by using forecast data updated every six hours. The overall objective of the first part is to provide a medium-term view of what could be the winter windstorms in Europe during the 21st century. It thus completes the short-term vision of the risk given by the Catastrophe Models used by the (re)insurers to assess the cost of the risk on their portfolio. A new methodology has been developed to define the damage potential associated with European winter windstorms. The novelty of the methodology relies in the use of several variables capturing different spatiotemporal scales and the coupling that exists between variables during the cyclogenesis. Seeking for events sharing a similar intense signature simultaneously in the relative vorticity at 850 hPa, the mean sea level pressure and the surface wind speed lead to the detection of a small group of events. Comparing the number of events that belong to this group and their intensity in reanalysis datasets and different simulations of the future climate can provide enough information to insurance companies on the potential evolution of this hazard in a future climate. A first paper on the methodology has been accepted in the journal of Natural Hazard and Earth Science System.The methodology has been applied to the datasets provided by Global Climate Models (GCM) participating to the CMIP5 project. The goal is to assess the ability of GCMs to reproduce winter windstorms in Europe and the potential impact of climate change on the frequency and intensity of such events. A second paper presenting the results obtained from this second study will be submitted.The second part of the PhD focuses on the project Severe WIndstorms Forecasting Tool (SWIFT). The objective is to develop an early warning tool that detects an upcoming winter windstorms in meteorological forecasts updated every six hours and provides interested AXA entities with an alert on the upcoming windstorm as well as an estimate of the potential losses and claims.The tool has been developed in parallel of the research project and consists in two modules. In the first module, particularly intense systems are detected in meteorological forecasts and the associated gust footprint is extracted. In the second module, wind speeds are translated into a loss and a number of claims thanks to vulnerability curves. When a system is detected, an alert is sent with the appropriate information on the event propagation and the associated loss. The tool has been running automatically for the 2013 – 2014 winter season and detected most of the events that passed over Europe

L’oxydation photochimique de la matière organique dissoute colorée (CDOM), et la production de CO2 qui en résulte, est maintenant reconnue comme étant un processus majeur dans le cycle du carbone dans le système ocean-atmosphère. L’Océan Arctique fait parti des environnements où ce processus risque de jouer un rôle de plus en plus important dans le contexte des changements climatiques à cause de : 1) l’augmentation du CDOM d’origine terrigène transporté à l’Océan côtier en réponse à la fonte du pergélisol et à l’augmentation du débit des rivières; 2) la diminution du couvert de glace estivale permettant au rayonnement solaire de pénétrer dans la colonne d’eau; et 3) l’augmentation du rayonnement ultraviolet (UV) dans cette région. Un modèle couplé « optique-photochimique » a été utilisé pour examiner le rôle de la photooxydation dans le cycle du carbone organique de l’Océan Arctique. Pour calculer la photoproduction de CO2 (PDIC), l’éclairement spectral incident, incluant les UV, a été modélisé avec un modèle de transfert radiatif nécessitant les concentrations de glace de mer, d’ozone, d’aérosols atmosphériques et le couvert nuageux observés par satellite entre 1979 et 2004. Les rendements quantiques apparents pour calculer la PDIC ont été déterminés en laboratoire sur des échantillons provenant de la Mer de Beaufort et du Fleuve Mackenzie. La contribution du CDOM au coefficient d’absorption totale ([aCDOM/at]), un paramètre clé du modèle, a été déterminée soit à partir des mesures in situ, soit dérivée des données de la couleur de l’océan à l’aide d’un nouvel algorithme empirique. Contrairement aux méthodes semi-analytiques trouvées dans la littérature, l’algorithme empirique proposé permet de séparer, à l’échelle régionale, les coefficients d’absorption du CDOM et des particules non-algales. Cependant, l’utilisation des données de la couleur de l’océan dans les hautes latitudes est souvent compromise par la présence de glace de mer qui contamine les données. Ce problème a été abordé dans le cadre de la présente étude, et une méthode a été proposée afin de détecter et éliminer les données contaminées par la glace de mer. Enfin, il a été démontré que les valeurs de PDIC sont similaires aux taux de carbone organique provenant de la production primaire marine qui est séquestré dans les sédiments océaniques; et que l’augmentation des UV et la diminution de la glace de mer estivale au cours des 26 dernières années a conduit à une augmentation de PDIC d’environ 15%. Ces résultats indiquent que la photooxydation joue un rôle significatif dans le cycle du carbone actuel, et que la diminution de l'étendue de la glace de mer, prévue par les modèles climatiques, risque d'amplifier significativement la reminéralisation photochimique du carbone organique dissous d'origine terrigène dans l'Océan Arctique
Photochemical oxidation of colored dissolved organic matter (CDOM), and the resulting production of CO2, is now known to be a significant process in the cycling of carbon in the ocean-atmosphere system. One environment where that process may play a major role in the context of climate change is the Arctic ocean because of: 1) the increasing amount of terrestrial CDOM released by the melting permafrost and brought to coastal ocean by rivers, 2) the decreasing summer ice cover that allows more solar radiation to penetrate the water column, and 3) the continuing increase in UV radiation over that region. A coupled optical-photochemical model was used to assess the role of photooxidation in the carbon cycle of the Arctic Ocean. To calculate the photoproduction of CO2 (PDIC), the incoming spectral irradiance, including UV, was modeled with a radiative transfer model that uses satellite observations of sea ice, ozone, aerosols and cloud cover covering the 1979 to 2004 period. In situ determinations of the apparent quantum yield for the photoproduction of CO2 made in the Beaufort Sea were used for the calculations. A key parameter in the model was the contribution of CDOM to the total absorption coefficient. It was either obtained from in situ measurements or derived from Ocean Color imagery using a new empirical algorithm. Unlike most semi-analytical approaches found in the literature, the proposed empirical algorithm provides a mean to separate CDOM absorption coefficient from nonalgal particles absorption coefficient at the regional scale. The use of Ocean Color remote sensing at high latitude is, however, compromised by the presence of sea ice that contaminates the data. This problem was addressed in the present study, and a method was proposed to detect and eliminate contaminated pixels. Finally, it was shown that the level of PDIC is similar to the level of sequestered rates of organic carbon in the ocean sediments, which was produced through marine photosynthesis; and that the increase in UV and decrease in summer sea ice over the last 26 years have led to an increased in PDIC by about 15%. These results indicate that the predicted trend of ongoing contraction of sea ice cover will greatly accelerate the photomineralization of CDOM in Arctic surface waters

Au cours du XXème siècle, les mesures marégraphiques ont permis d'estimer la hausse du niveau de la mer global à 1. 7 mm. A-1. Depuis deux décennies, les observations faites par les satellites altimétriques indiquent une hausse du niveau de la mer plus rapide, de 3. 2 mm. A-1 sur la période 1993-2011. Grâce à leur couverture quasi-globale, les observations spatiales ont aussi révélé une forte variabilité régionale dans la hausse du niveau de la mer qui dépasse de beaucoup la hausse moyenne globale dans de nombreuses régions du globe. Cette composante régionale qui s'ajoute à la hausse globale pour donner le niveau de la mer total local, est essentielle dans l'étude des impacts de la hausse du niveau de la mer sur les régions côtières et les îles basses. Dans cette thèse, nous analysons les observations de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer, nous proposons une reconstruction de cette variabilité régionale depuis 1950 (i. E. Avant l'avènement de l'altimétrie spatiale) et nous étudions ses causes et ses origines. Tout d'abord, nous proposons une reconstruction de la variabilité régionale du niveau de la mer dans le passé (avant la période altimétrique) en combinant des données marégraphiques avec les structures spatiales propres de l'océan déduites des modèles d'océan. Cette méthode permet de reconstruire le niveau de la mer en 2 dimensions depuis 1950, sur la majeure partie du globe, avec une résolution proche de celle de l'altimétrie spatiale. Ensuite, nous appliquons la méthode de reconstruction pour estimer la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer passée dans trois régions sensibles au réchauffement climatique : le Pacifique tropical, la mer Méditerranée et l'océan Arctique. Nous en déduisons pour ces régions la hausse totale ( régionale plus moyenne globale) du niveau de la mer local au cours des dernières décennies. Pour les sites où l'on dispose de mesures du mouvement de la croûte terrestre, nous évaluons la hausse local du niveau de la mer relatif (i. E. Hausse du niveau de la mer totale plus mouvement de la croûte local) depuis 1950. Le but est de permettre les études de l'impact local de la hausse du niveau de la mer aux échelles climatiques. Enfin, nous analysons l'origine de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer pour déterminer si elle est due à l'activité anthropique ou si elle résulte de la variabilité naturelle du système climatique. Nous nous focalisons sur le Pacifque tropical qui est marqué par une très forte variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer depuis 1993. Grâce a la reconstruction du niveau de la mer depuis 1950, nous montrons que cette variabilité régionale récente (17 dernières années) n'est pas stationnaire dans le temps mais qu'elle fluctue en lien avec une basse fréquence du mode de variabilité ENSO. Avec les modèles de climat du projet CMIP3, nous montrons de plus que cette variabilité régionale est essentiellement d'origine naturelle (variabilité interne du système climatique) et que l'impact anthropique y est trop faible pour l'instant pour y être détecté
Over the XXth century, tide gauge records indicate a rise in global sea level of 1. 7 mm. A-1. For the past two decades, satellite altimetry data indicate a faster sea level rise of 3. 2 mm. A-1 (period 1993-2011). Thanks to its global coverage, they also reveal a strong regional variability in sea level rise that is several times bigger than the global rise in many regions of the world. This regional signal, which must be added to the global sea level rise to compute the total sea level signal, is essential when assessing the potential impacts of sea level rise in coastal areas and low lying islands. In this thesis, we analyse the observed regional variability in sea level rise from satellite altimetry (since 1993), we propose a reconstruction of the past regional variability since 1950 (i. E. Prior to altimetry) and we discuss its causes (thermal expansion of the ocean plus land ice loss) and origins (from natural or anthropogenic origin). First, we propose a reconstruction of the sea level variations for the past decades (before the altimetry era) by combining tide gauge records with the principal spatial structures of the ocean deduced from ocean general circulation models. This method enables to reconstruct the 2 dimensional sea level variations since 1950 with a spatial coverage and resolution similar to the satellite altimetry ones. In the second part of this thesis, the reconstruction method is applied to estimate the past regional variability in three regions which are particularly vulnerable to sea level rise: the tropical Pacific, the Mediterranean sea and the Arctic ocean. For each region, the reconstruction gives an estimation of the total (regional component plus global mean) 2-dimensional sea level rise over the past decades. For the sites where vertical crustal motion monitoring is available, we compute as well the total relative sea level (i. E. Total sea level rise plus the local vertical crustal motion) since 1950. The objective is to provide estimates of the relative local sea level rise at climatic time scales to allow further studies on the coastal impacts of sea level rise. In the last part of this thesis, the question of the origins of the regional variability in sea level rise is addressed. We examine whether the regional variability in observed sea level rise since 1993 is a consequence of the anthropogenic activity or if it results essentially from the natural variability of the climate system. We focus on the Tropical Pacific where the regional variability in sea level rise is particularly strong since 1993. On the basis of the reconstruction of the sea level variations since 1950, we show that the recent regional variability in sea level rise observed by satellite (over the last 17 years) in this region is not stationnary. It fluctuates with time, following some low frequency of the ENSO climate mode of variability. With the CMIP3 climate models, we show that this regional variability is dominated by the natural variability of the climate system (essentially by the internal variability of the climate system) and that the signature of the anthropogenic activity is still too weak in this region to be detected

Les moustiques, vecteurs majeurs de maladies, sont sensibles aux précipitations nécessaires au développement de leurs stades immatures aquatiques, et aux températures qui conditionnent leur cycle de vie. Le changement climatique impacte la transmission des maladies vectorielles, telles que le paludisme, première maladie parasitaire mondiale, et la Fièvre de la Vallée du Rift (FVR), zoonose décimant les troupeaux, entraînant un risque sanitaire et causant des pertes économiques en Afrique.Les rapports du Groupe Intergouvernemental d'Experts du Climat (GIEC) présentent des projections climatiques pour le XXIème siècle avec différents scénarios d'émissions de gaz à effet de serre standards appelés « Representative Concentration Pathway » (RCP). Ceux-ci démontrent que d'ici 2080, avec le scénario RCP8.5, le risque de transmission du paludisme est estimé à la baisse dans la région du Sahel et à la hausse sur les plateaux est-africains, suite à l'augmentation des températures. Par ailleurs, les paléoclimats indiquent que la fonte des calottes de glace peut induire des changements climatiques abrupts. Cependant, les projections standards du GIEC ne considèrent pas une potentielle déstabilisation de ces calottes. L'Antarctique et le Groenland sont pourtant vulnérables aux dérèglements climatiques et une fonte rapide de ces calottes, même partielle, provoquerait des changements climatiques majeurs même en régions tropicales. Aucune étude n'avait jusque-là quantifié l'impact d'une fonte même partielle de celles-ci sur la distribution des moussons et sur le risque de transmission du paludisme et de la FVR en Afrique.Ce travail repose sur des simulations numériques du climat futur réalisées à partir du modèle climatique global couplé IPSL-CM5A-LR avec pour forçage radiatif le scénario RCP8.5. Des simulations de relâchement d'eau douce correspondant à la fonte accélérée et partielle des calottes polaires ont été réalisées avec différentes hypothèses de fonte :- pour le Groenland, un flux d'eau douce équivalent à une augmentation globale du niveau marin de 0.5, 1, 1.5 et 3m est libéré en Atlantique Nord ;- pour l'Antarctique, une quantité d'eau douce équivalente à une hausse globale du niveau des mers de 3m (fonte de tout l'Antarctique de l'Ouest) est relâchée au large de sa région Ouest.Ces apports d'eau douce ont lieu de 2020 à 2070, en flux continu.Cette étude a démontré que les impacts, océaniques et atmosphériques, liés à la fonte du Groenland sont plus forts sur le climat global, particulièrement sur les systèmes de mousson en Afrique, que ceux liés à la fonte de tout l'Ouest Antarctique, ce qui est certainement dû au courant circumpolaire. Par la suite, seuls les scénarios considérant une fonte partielle du Groenland ont été utilisés pour étudier leurs impacts potentiels sur le paludisme. Les températures et précipitations simulées et/ou observées permettent de piloter des modèles mathématiques du risque de transmission. Cinq modèles mathématiques de paludisme ont été utilisés. Une fonte accélérée du Groenland induit un décalage des zones de mousson américaines et africaines vers le sud. Le risque de paludisme augmente dans le sud de l'Afrique, diminue au Sahel et augmente modérément sur les plateaux d'Afrique de l'Est. Pour l'étude de la FVR, le modèle Liverpool Rift Valley Fever (LVRF) a été validé par pays en comparant les simulations, obtenues à partir des températures et précipitations journalières issues des réanalyses climatiques, avec différents jeux de données. Puis, un travail exploratoire a permis de déterminer une corrélation entre le risque de transmission simulé et les principaux modes de variabilité climatique régionaux (ENSO et DMI). Les résultats montrent que le modèle reproduit correctement les épidémies de FVR au Kenya, Somalie et Zambie, et plus modérément au Sénégal et en Mauritanie. Une augmentation du risque de FVR est montrée sur les zones épidémiques d'Afrique de l'Est lors du phénomène El Niño
Mosquitoes, major vectors of diseases, are sensitive to rainfall which is necessary for their immature aquatic stages, and to temperature which affects their development and life cycle dynamics. Climate change can therefore impact the transmission of vector-borne diseases such as malaria, the world's major parasitic disease causing over 600,000 deaths per year, and Rift Valley Fever (RVF), a zoonotic disease decimating herds, causing health risks and catastrophic economic losses in Africa.The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) report provides climate scenarios for the 21st century with different standard greenhouse gas emission scenarios, named Representative Concentration Pathway (RCP). By 2080, the risk of malaria transmission is estimated to decrease in the Sahel region and to increase in the East African Plateau as a result of rising temperatures under the RCP8.5 scenario. Although paleoclimate studies show that melting ice sheet can induce abrupt climate change, state of the art IPCC future projections do not consider such a potential rapid destabilisation of polar ice sheets. However, the West Antarctic and Greenland ice sheet are vulnerable to climate change and even a partial melting would cause major climatic changes, even in tropical regions. No study has yet quantified the impact of an abrupt melting of the ice sheets on the distribution of malaria and RVF. This work is based on future climate numerical simulations using the coupled global climate model IPSL-CM5A-LR with RCP8.5 as radiative forcing. Simulations of freshwater release, corresponding to the accelerated and partial melting of the polar ice sheets, were carried out with different melting assumptions:- for Greenland, a freshwater flux equivalent to a global sea level rise of 0.5m, 1m, 1.5m and 3m is released into the North Atlantic;- for Antarctica, a quantity of freshwater equivalent to a global sea level rise of 3m is released off its western part.These continuous water inputs are prescribed from 2020 to 2070.This study showed that the oceanic and atmospheric impacts of a partial melting of Greenland are stronger on the global climate, and particularly on monsoons, than those associated with the melting of West Antarctica, probably due to the effect of the circumpolar current. Subsequently, only scenarios considering a partial melting of Greenland were used to study their impacts on malaria. Simulated and/or observed temperature and precipitation were used to drive mathematical models of malaria transmission risk. Five mathematical malaria models were used. An accelerated melting of Greenland leads to a southward shift of the American and African monsoons. Malaria risk increases in southern Africa, decreases in the Sahel and increases moderately on the East African Plateau.For the study of RVF, the Liverpool Rift Valley Fever (LVRF) model was validated at country scale by comparing simulations driven by observed daily temperatures and rainfall from climate reanalyses with different health data sets. Then, a potential correlation between simulated RVF transmission risk and the main regional climate variability modes (ENSO and DMI) is shown over the Rift African region. The model correctly reproduces RVF epidemics in Kenya, Somalia and Zambia, and to a lesser extent in Senegal and Mauritania. RVF risk increases over the epidemic areas in East Africa during the El Niño phenomenon

Suite à la signature du Protocole de Montréal en 1987, la concentration atmosphérique des substances destructrices d’ozone (ODS) est en baisse. La couche d’ozone montre des signes de récupération (Morgenstern et al. 2008a). Toutefois, l’émission des gaz à effet de serre (GHG) est en augmentation et devrait affecter au cours du 21ème siècle la distribution et les niveaux d’ozone dans l’atmosphère terrestre. En particulier, la modélisation du climat futur montre des signes d’accélération de la circulation de Brewer-Dobson transportant l’ozone de l’équateur vers les pôles. L’ozone est un constituant chimique important de l’atmosphère. Bien que nocif dans la troposphère, il est essentiel à la vie sur Terre grâce à sa capacité d’absorption d’une grande partie du rayonnement ultraviolet (UV) provenant du Soleil. Des modifications dans sa variabilité temporelle ou géographique impliqueraient des changements d’intensité du rayonnement UV à la surface de la Terre (Hegglin et al. (2009), Bais et al. (2011)). Le rayonnement UV à la surface affecte toute la biosphère. Les interactions entre rayonnement UV et écosystèmes terrestres et aquatiques sont nombreuses. Ces interactions ont des effets sur les cycles biogéochimiques et engendrent des rétroactions positives et négatives sur le climat (Erickson III et al., 2015a). La capture du CO2 atmosphérique par photosynthèse des plantes terrestres en est un exemple (Zepp et al., 2007a). Dans l’océan la pompe biologique du CO2 par la photosynthèse du phytoplancton est aussi directement affecté par la variabilité du rayonnement UV (Hader et al., 2007a). Pour l’homme le rayonnement UV est nécessaire car il participe à la photosynthèse de la vitamine D (Holick et al., 1980), mais une surexposition à des niveaux d’intensité élevés du rayonnement UV est la cause principale du développement de cancer de la peau (Matsumura and Ananthaswamy, 2004). L’objectif de ce travail de thèse est d’analyser l’évolution possible du rayonnement UV au cours du 21ème siècle, en particulier aux tropiques sud, dans le cadre des modifications climatiques attendues. Une première partie de ce travail consiste à modéliser le rayonnement UV en ciel clair dans les tropiques grâce au modèle TUV (Madronich et al., 1998) et à comparer les résultats aux mesures sols réalisées à la Réunion. Cette première partie permet l’utilisation future du modèle aux tropiques avec un bon niveau de confiance. La sensibilité du modèle de transfert radiatif en fonction de différents paramètres d’entrée est analysée (section efficace d’absorption de l’ozone,spectre extraterrestriel du soleil, ...). Les sorties du modèle sont ensuite validées à partir de mesures UV spectral au sol obtenues grâce à un spectromètre BENTHAM DM300n. Un filtrage ciel-clair des données au sol est opéré à partir de mesures de flux et de l’algorithme de Long and Ackerman (2000). Les projections climatiques des indices UV (Mc Kinlay and Diffey, 1987) sont réalisées par la suite. Pour cela, on utilise les sorties de plusieurs modèles de Chimie-Climat participant à l’exercice d’inter-comparaison CCMI (Chemistry Climate Model Initiative), couplées aux modèle TUV, validé en première partie dans les tropiques. L’exercice CCMI consiste à projeter le climat et la chimie Terrestre jusqu’en 2100 selon différents scénarios. Ces sorties décrivant la chimie et physique de l’atmosphère servent d’entrée au modèle de transfert radiatif, on obtient alors le rayonnement UV jusqu’en 2100 pour différents scénarios. Une première analyse comparative de l’UV obtenue pour quatre scénarios d’émissions (RCP2.6/4./6.0/8.5, Meinshausen et al., 2011) est effectuée. La fin du travail consiste à étudier l’impact des ODS, GHG et aérosols sur l’évolution du rayonnement UV au cours du 21ème siècle, avec un focus particulier sur les tropiques de l’hémisphère sud
Following the 1987 Montreal Protocol, atmospheric concentrations of ozone-depleting substances are decreasing. The ozone layer shows signs of recovery. Nonetheless, greenhouse gases emissions (GHG) are rising et should affect the ozone distribution in the atmosphere. Ozone is an important due to his ability to absorb ultraviolet (UV) radiation. The goal of this work is to analyse the possible evolution of UV radiation through the 21st century, particularly in the tropics, for possible climate modification. The first part of this work is to UV in clear-sky in the tropics with the TUV (Madronich et al., 1998) model and to compare against ground-based observations made on Reunion Island. This validation allows the utilisation of TUV in the tropics with a good confidence level. The sensitivity of the model is analysed for multiple parameters. Modelling output is validated against spectral ground-based measurement. Climate Projection of UVI (Mc Kinlay and Diffey, 1987) are then realized with the use of output from model participating in the CCMI ( Model Initiative) exercise and the TUV model. CCMI output describes the chemistry and physics of the atmosphere through the 21st century for four climate scenarios (RCP2.6/4.5/6.0/8.5), they are used as input for the TUV model in order to obtain UV radiation. ODS, GHG and aerosols impact on UVI evolution is analysed

Les changements climatiques, au niveau de la variabilité du climat, se font ressentir un peu partout à travers le globe que ce soit par le décalage des saisons, une variation des précipitations ou l'augmentation des températures. Certaines régions telles que le delta du Gange-Brahmapoutre-Meghna subissent au quotidien les impacts de ces variations. Quatre grandes perturbations environnementales chamboulent cette dynamique dans cette grande région du delta du GANGE-BRAHMAPOUTRE-MEGHNA : le changement du régime des précipitations, la fonte des glaciers causée par la hausse des températures moyennes annuelles, l'augmentation du niveau marin moyen et les perturbations climatiques extrêmes ponctuelles. Ces perturbations transforment le trait de côte, d'une manière directe ou indirecte. Cette fragilité des berges devient problématique dans un environnement urbain à forte densité. Nos résultats mettent en évidence que, dans un contexte de variabilité climatique changeant et de densité de population croissante, la région du delta du GANGE-BRAHMAPOUTRE-MEGHNA souffre d'une perte de terre viable entraînant des déplacements de populations. Certaines villes ont connu une augmentation de leur population allant au-delà de 1000% sur la période de 1921-2011. L'analyse de photographies aériennes sur la période 2001- 2013 montre un accroissement de l'étendue des zones urbaines, mais aussi du mouvement des berges. Sur une période plus récente, on constate même que de nouveaux quartiers ont été construits dans les zones inondées de 2004.
Les changements climatiques, au niveau de la variabilité du climat, se font ressentir un peu partout à travers le globe que ce soit par le décalage des saisons, une variation des précipitations ou l'augmentation des températures. Certaines régions telles que le delta du Gange-Brahmapoutre-Meghna subissent au quotidien les impacts de ces variations. Quatre grandes perturbations environnementales chamboulent cette dynamique dans cette grande région du delta du GANGE-BRAHMAPOUTRE-MEGHNA : le changement du régime des précipitations, la fonte des glaciers causée par la hausse des températures moyennes annuelles, l'augmentation du niveau marin moyen et les perturbations climatiques extrêmes ponctuelles. Ces perturbations transforment le trait de côte, d'une manière directe ou indirecte. Cette fragilité des berges devient problématique dans un environnement urbain à forte densité. Nos résultats mettent en évidence que, dans un contexte de variabilité climatique changeant et de densité de population croissante, la région du delta du GANGE-BRAHMAPOUTRE-MEGHNA souffre d'une perte de terre viable entraînant des déplacements de populations. Certaines villes ont connu une augmentation de leur population allant au-delà de 1000% sur la période de 1921-2011. L'analyse de photographies aériennes sur la période 2001- 2013 montre un accroissement de l'étendue des zones urbaines, mais aussi du mouvement des berges. Sur une période plus récente, on constate même que de nouveaux quartiers ont été construits dans les zones inondées de 2004.

Les vagues de chaleur constituent une réelle menace pour l'Homme et son environnement. Sous l'effet du changement climatique, les vagues de chaleur deviendront plus fréquentes et intenses. Les conditions climatiques en Afrique de l'ouest rendent la région favorable aux vagues de chaleur. La première partie de ce travail a été consacrée au monitoring des vagues de chaleur dans 15 villes ouest-Africaines situées sur les régions côtière et continentale. Trois sources d'incertitude ont été identifiées dans la détection d'une vague de chaleur : la première est liée aux données de réanalyse, la seconde repose sur le choix du seuil utilisé pour la définition de la vague de chaleur, et la dernière est la méthodologie utilisée. Les vagues de chaleur nocturnes associées à Tw sont plus fréquentes que celles détectées avec AT,T2m,UTCI. Ceci montre que l'humidité joue un rôle important dans l'occurrence des vagues de chaleur nocturnes, augmentant ainsi le nombre d'événements concomitants (jour et nuit consécutivement) sur le nord du Sahel. La variabilité inter-annuelle des vagues de chaleur dans les différentes régions a mis en évidence pour les 3 indicateurs (AT,T2m,Tw) des années particulièrement chaudes avec une fréquence élevée d'événements: 1998, 2005, 2010, 2016, 2019 et 2020, correspondant pour la plupart aux années El Nino. La région GU est plus touchée par les vagues de chaleur au cours de la dernière décennie (2012-2020) que les régions CONT et ATL. Toutefois, les vagues de chaleur les plus persistantes et les plus intenses se produisent dans la région CONT. Un renforcement de la fréquence, de la durée et de l'intensité des vagues de chaleur est observé durant la dernière décennie. Dans la deuxième partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à l'aspect prédictibilité des vagues de chaleur. Une première étude de la prédictibilité des vagues de chaleur a été conduite en utilisant les modèles de prévision intra-saisonnière à saisonnière du CEPMMT et UKMO. Les modèles de prévision présentent de meilleures performances par rapport à une climatologie de référence, principalement pour les prévisions à court terme (deux semaines à l'avance) dans les trois régions. Les vagues de chaleur nocturnes sont plus prévisibles que les vagues de chaleur diurnes. D'après les valeurs de FAR obtenues, seulement 15 à 30% des jours de vague de chaleur prédits par les modèles sont effectivement observés dans les réanalyses, respectivement pour les semaines 5 et 2. Le modèle du CEPMMT émet moins de fausses alertes que UKMO pour les prévisions à court terme. Bien que les modèles démontrent des performances en matière de détection des vagues de chaleur par rapport à une climatologie de référence, leur capacité à prédire l'intensité des événements reste faible même pour de courtes échéances. La prédictibilité des vagues de chaleur a été effectuée en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique. La méthode BRF présente de meilleures performances par rapport aux deux autres. Le modèle BRF présente de meilleures performances pour la détection des vagues de chaleur par rapport aux modèles de prévision intra-saisonnière dans les trois régions.La prédictibilité des vagues de chaleur par méthode de prédicteurs de grande échelle tels que la dépression thermique Saharienne (SHL) a été abordée en utilisant deux modèles de prévision saisonnière du centre européen et Météo-France. Le but de cette étude est d'évaluer la représentation et la prévisibilité de la SHL à l'échelle saisonnière. Les modèles sont capables de représenter le cycle saisonnier moyen de la SHL et de capturer certaines caractéristiques de sa variabilité inter-annuelle comme la tendance au réchauffement observée durant les années 2010. En utilisant les outils de correction de biais, les résultats mettent en évidence la capacité des modèles à représenter la variabilité intra-saisonnière de la SHL,mais les performances des modèles restent faibles pour une échéance supérieure à un mois
Heat waves (HWs) are a real threat to humans and their environment. Due to climate change, heat waves will become more frequent and more intense. Climatic conditions in West Africa make the region more vulnerable to heat waves. West African cities are highly populated centers, and when it comes to the impact of heat waves on human activities, it's important to study these events at these scales. This study aims to monitor heat waves in major West African cities and evaluate their predictability in subseasonal to seasonal forecast models. The first part of this work focuses on monitoring heat waves in fifteen cities over West Africa located in coastal and continental regions. Three sources of uncertainty encountered in the heat wave detection process were identified: the first related to reanalysis data, the second to the choice of threshold used to define a heat wave, and the last to the methodology adopted. The inter-annual variability of heat waves in the different regions highlighted particularly hot years with a high frequency of heat wave events for all the three indicators AT, T2m,Tw: 1998, 2005, 2010, 2016, 2019 and 2020, mostly corresponding to El Nino years. The GU region has been more affected by heat waves over the past decade (2012-2020) than the CONT and ATL regions. However, the most persistent and intense heat waves occurred in the CONT region. An increase in the frequency, duration and intensity of heat waves has been observed over the last decade (2012-2020), probably due to global warming acting on extreme events." In the second part of this study, we focused on the predictability aspect of heat waves. A preliminary study of the predictability of heat waves has been carried out for the period 2001-2020 using subseasonal to seasonal forecast models from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) and the United Kingdom Meteorological Office (UKMO). The forecast models perform better than a reference climatology, particularly for short-term forecasts (up to two weeks) in all the three regions. Nighttime heatwaves are more predictable than daytime heatwaves. According to the FAR values, only 15 to 30% of the predicted heatwave days by the models are actually observed in the reanalyses, respectively for lead weeks 5 and 2. This suggests that the models overestimate the duration of heat waves compared with ERA5 reanalysis. ECMWF issues fewer false alarms than UKMO for short-term forecasts. Although the models show skills to detect heat waves compared to a reference climatology, their ability to forecast the intensity of events remains weak even for a short lead time. The predictability of heat waves was performed using machine learning methods. The BRF model demonstrated better heat wave detection skills than subseasonal forecast models in all the three regions. The BRF model considerably improves heat wave detection in forecast models, but on the other hand it generates a high rate of false alarms. The predictability of heat waves using large-scale predictors such as the Saharan Heat Low (SHL) was investigated using two seasonal forecast models: the fifth version of the European Center Seasonal Forecast Model "SEAS5" and the seventh version of the Météo-France Seasonal Forecast Model "MF7". The models show skills on the representation of the mean seasonal cycle of the SHL and capture some characteristics of its inter-annual variability, such as the warming trend observed during the 2010s. SEAS5 makes a more realistic representation of the climatic trend of the SHL compared to MF7. Using bias correction techniques, the results highlight the capacity of the models to represent the intra-seasonal variability of the SHL. Bias correction helps to improve the Continuous Ranked Probability Score (CRPS), but the skills of the model remain low for lead times beyond one month

Pour les pays du sous-continent ouest africain soumis depuis une trentaine d'années à un changement climatique sans précédent au XXème siècle, la modélisation de l'impact de la variabilité prévisible du climat sur les ressources en eau est fondamentale pour la planification des aménagements. L'objectif de ce travail est l'utilisation de simulation de pluies et d'évapotranspiration potentielle issues de scénarii climatiques en entrée de modèles hydrologiques, calés pour les grandes rivières d'Afrique de l'Ouest (Sénégal, Gambie, Sassandra) et Centrale (Logone-Chari), afin d'étudier la variabilité probable des ressources en eau au cours du XXIème siècle. Cette approche se fonde sur : - la connaissance de la variabilité des régimes pluviométriques et hydrologiques. Globalement, la période 1970-1998 est déficitaire et la décennie 90 témoignent de la persistance de la sécheresse. Ces déficits peuvent s'expliquer par une variation de l'espace couvert par la mousson s'inscrivant dans une dynamique à l'échelle de la circulation atmosphérique générale ; - l'évaluation d'outils de modélisation des régimes hydrologiques des grands cours d'eau régionaux. Deux modèles de bilans hydrologiques (GR2M et WBM), fonctionnant au pas de temps mensuel sur des grilles à la résolution du demi degré carré, ont été retenus. L'analyse de sensibilité modèles montre l'importance des précipitations et des états de surface dans la modélisation hydrologique. Cette évaluation souligne également la performance et la robustesse du modèle GR2M ; - le développement et l'application de scénarii climatique à partir des données issues des Modèles de Circulation Générale. Les sorties de modèles climatiques ne sont pas vraiment fiables mais les variations prévues peuvent être combinées aux observations pour générer des scénarii climatiques. L'utilisation des données de précipitations et de température du modèle HadCM3-A2, via deux scénarii climatiques, dans les modèles hydrologiques GR2M et WBM conduisent à la diminution des débits du Sénégal et de la Gambie, une augmentation suivie d'une diminution des débits du Sassandra et une augmentation des débits du Logone-Chari.

Le modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU est évalué et sa physique améliorée. L'analyse météorologique SAFRAN est tout d'abord validée en détail. Le modèle de surface ISBA est ensuite modifié pour mieux décrire la conductivité hydraulique dans le sol. Une stratégie de calibration est définie et appliquée à l'échelle de la France. Le modèle amélioré est finalement utilisé pour évaluer les impacts du changement climatique en région méditerranéenne. Un scénario d'un modèle de climat régional est désagrégé en utilisant deux méthodes différentes. L'étude montre que les incertitudes liées à la désagrégation sont importantes. L'incertitude au modèle d'impact est moindre, mais doit être prise en compte pour les extrêmes. Dans cette région les débits extrêmes et, parfois, moyens, augmenteront pendant la première moitié du XXIe siècle. A la fin du siècle le scénario indique une baisse des débits moyens décroisent et une stabilité des débits extrêmes, ce qui conduit à une augmentation de la variabilité
The SAFRAN-ISBA-MODCOU model is assessed and its physics are improved. The SAFRAN meteorological analysis is first validated in detail. The surface model ISBA is then modified to better describe the hydraulic conductivity in the soil. A strategy of calibration is defined and applied at the scale of France. The improved model is then used to assess the impacts of climate change in the Mediterranean region. A regional climate model is downscaled by two different methods. The study shows that the uncertainties related to the downscaling are important. Uncertainty related to the impact model is smaller, but must be taken into account for the extremes. In this region, the extremes of riverflows, and sometimes the means, will increase during the first half of the twenty-first century. At the end of the century, the scenario indicates a decline of the average of riverflows and the extremes will remain stable, leading to increased variability

Les eaux souterraines représentent environ 98% des eaux douces potentiellement disponibles pour l'homme sur notre planète, en faisant donc une ressource fondamentale de nos sociétés. Du fait du changement climatique et du fort lien existant entre le climat et le cycle de l'eau, une préoccupation légitime est née concernant l'impact potentiel de ce changement climatique sur les ressources en eau. À ce jour, des évidences de plus en plus nombreuses appuient le fait que les modifications des conditions climatiques se répercutent sur le cycle hydrologique. L'identification de la sensibilité des eaux souterraines aux variations climatiques est donc devenue indispensable. Or, le climat est un système hautement complexe dont les variations, contrôlées par de nombreux facteurs à la fois naturels et anthropiques s'effectuent sur toutes les échelles de temps. Les modifications climatiques ne sont donc pas un phénomène nouveau, les eaux souterraines ont par conséquent subi dans le passé les effets de ces variations climatiques, elles en subissent actuellement les changements et subiront celles à venir. Les travaux développés dans cette thèse ont abordé cette problématique visant à caractériser la sensibilité de la ressource en souterraine face aux variations climatiques. À l'aide de l'analyse de traceurs environnementaux à l'échelle régionale, les impacts d'évènements climatiques majeurs intervenus sur les derniers millions d'années (transgression marine et période glaciaire) sont mis en évidence au sein du système hydrogéologique actuel. Puis, à l'aide de modélisation hydrogéologique, l'impact du changement climatique est étudié à travers les relations particulières existantes entre l'eau souterraine et les compartiments de surface et l'océan. Toutes ces études mettent en avant la sensibilité de la ressource en eau souterraine aux variations climatiques en termes de qualité (salinisation) et de quantité (baisse des niveaux d'eau). Les ressources hydrogéologiques sont particulièrement sensibles aux variations climatiques et hydrologiques (modifications de recharge, intrusions eau de mer…) ainsi qu'aux facteurs non climatiques (activités humaines). La gestion de cette ressource nécessite donc de considérer à la fois les risques climatiques et non climatiques ainsi que de prendre en compte l'adaptation à long terme de ces systèmes
Groundwater resources represent approximately 98% of global freshwater resources available for humans on our planet; therefore groundwater is fundamental resource of our societies. Due to climate change and strong link between climate and the cycle of water, an understandable concern is appeared about the potential impacts of climate change on water resources. Nowadays, growing body of evidence supports the fact that changes in climatic conditions (temperature, precipitation, evaporation…) impact the hydrologic cycle and consequently groundwater resources. The identification of groundwater sensibility to climate variations has become essential. The climate is a highly complex system where its variations drive by many factors both natural and human occurs on all time scales. Climatic changes are not a new phenomenon, groundwater resources have already been impacted by effects of climatic variations, are impacting presently and will be in the future. The work carried out under this thesis covered this problematic to characterize the groundwater resources sensibility to climate variations. With the help of environmental tracers analyzed at the regional scale, impacts of major climate events occurred since the last millions years (marine transgression and glacial period) have been identified in the current hydrogeologic system. Then, support by hydrogeological modeling the impact of climate change has been studied through the specific relationships between groundwater and surface water bodies and ocean. All these studies highlight the important sensibility of groundwater resources to climate variations in terms of quality (salinization) and quantity (lower water levels). Hydrogeological resources are particularly sensitive to climate and hydrological variations (recharge changes, seawater intrusion…), as well as to non-climatic factors (human activities). Thus groundwater resources management needs to consider both climatic and non-climatic risks and the long-term adaptation of these systems

Cette thèse étudie les fuites de carbone et les pertes de compétitivité dans les industries énergie-intensives générées par des politiques climatiques inégales. Après une méta-analyse des études de modélisations évaluant les fuites de carbone en cas de politique climatique unilatérale avec ou sans Ajustements Carbone aux Frontières, nous utilisons de l'économétrie des séries temporelles pour établir l'absence de preuves de fuites de carbone opérationnelles liés à des pertes de compétitivité dues du Système Communautaire d'Échanges de Quotas d'Émissions (SCEQE) pour le ciment et l'acier. Ensuite, nous décomposons les émissions du secteur cimentier Européen en sept effets avec la méthode Log Mean Divisia Index, et montrons que les variations peuvent être attribuées principalement à l'effet d'activité. Les réductions d'émissions apportées par le SCEQE sont estimées à 2% entre 2005 et 2012 tandis que le montant des « profits de rente » est évalué à 3. 5 milliards d'euros. D'autre part, nous démontrons que l'industrie cimentière a réagi stratégiquement à l'introduction d'une nouvelle règle censée diminuer le nombre d'allocations gratuites pour les installations en sous-production. Les entreprises ont augmenté artificiellement la production dans certaines usines, générant des distorsions allant à l'encontre de la transformation bas-carbone du secteur. Enfin, nous discutons de réformes possibles pour le SCEQE et plaidons pour des allocations proportionnelles à la production pour le court terme
This thesis contributes to the literature on carbon leakage and competitiveness losses in energy intensive industries generated by uneven climate policies. After a meta-analysis of modelling studies assessing carbon leakage with or without Border Carbon Adjustments; we use time series econometrics and find no evidence of competitiveness-driven operational leakage due to the European Union Emissions Trading System (EU ETS) for steel and cement. Next, we decompose emissions the European cement sector into seven effects with a Log Mean Divisia Index method, and show that most of the variations can be attributed to the activity effect. Abatement due to the EU ETS is estimated at around 2% between 2005 and 2012 while the amount of « overallocation profits » is assessed at 3. 5 billion euros. Further, we demonstrate that the cement industry strategically reacted to the introduction of a new rule supposed to reduce free allocation in low-producing installations. Companies artificially increased production in some plants, generating distortions going against the low carbon transformation in this sector. We finally discuss possible reforms in the EU ETS and advocate for output-based allocation in the short term

Les projections climatiques analysées dans le cadre du travail du GIEC indiquent des augmentations de température allant de +2 à +6 °C d'ici 2100 en moyenne sur la surface terrestre. Un réchauffement d'une telle ampleur et d'une telle rapidité est inédit, et il est dû aux activités humaines. Malgré ce constat, une réduction des émissions de gaz à effet de serre ne semble pas se dessiner dans un délai raisonnable. Il est donc nécessaire de réfléchir à des stratégies d'adaptation pour limiter les impacts délétères du changement climatique. Le cycle de l'eau est directement impacté par ces changements climatiques, via une augmentation de la demande en eau de l'atmosphère qui pourrait entraîner une augmentation de l'évapotranspiration, et via un accroissement de la pression anthropique sur la ressource en eau, dont les réserves peuvent évoluer. En s'appuyant sur des simulations hydrologiques établies en contexte de changement climatique, les gestionnaires sont en mesure d'apprécier la magnitude des changements futurs. Néanmoins, l'utilisation de modèles hydrologiques repose sur l'utilisation d'hypothèses de stationnarité qui peuvent être mises à mal en contexte de changement global. L'objectif général de la thèse est de proposer des méthodologies permettant de mettre en place une modélisation hydrologique plus pertinente pour répondre à des problématiques de gestion durable de la ressource en eau que peuvent se poser des gestionnaires
The climate projections analysed in the IPCC reports indicate an increase in air temperature ranging from +2 to +6 °C on average by 2100. A warming of this magnitude and speed is unprecedented, and it is due to human activities. Despite this fact, a reduction in greenhouse gas emissions does not seem to be in sight within a reasonable time frame. It is therefore necessary to think about adaptation strategies to mitigate the deleterious impacts of climate change. The water cycle is directly impacted by climate change, through an increase in atmospheric water demand that could lead to an increase in evapotranspiration, and through an increase in anthropogenic pressure on water resources, whose reserves may change. By relying on hydrological simulations under climate change scenarios, stakeholders can assess the magnitude of future changes. However, hydrological models often rely on stationarity assumptions that may not be valid under global change. The overall objective of this thesis is to introduce methodologies that implement hydrological modelling frameworks more suited to deal with the challenges faced by stakeholders in sustainable water resource management

Les dérèglements climatiques engendrés par l’activité anthropique vont fortement perturber les écosystèmes naturels dans un futur proche. Les écosystèmes marins, déjà soumis à la forte variabilité de leur environnement, sont donc fortement menacés. Au sein de ces communautés, le phytoplancton a un rôle primordial dans les réseaux trophiques, ainsi que pour les processus régulant le climat. Comprendre l’évolution de ces communautés dans un monde en perpétuel changement est l’un des enjeux de l’océanographie. Parmi les facteurs influençant le phytoplancton, les virus jouent un rôle primordial de par leur capacité à induire une lyse cellulaire. Ils contrôlent ainsi la dynamique phytoplanctonique. Il est donc indispensable de comprendre comment l’impact des virus sur ces communautés va évoluer dans le contexte de changement climatique. Cette thèse explore ainsi le rôle de la température dans les interactions entre le phytoplancton et les virus grâce à une approche intégrée reliant expériences en laboratoire et modélisation mathématique. Dans notre travail, nous nous sommes intéressé plus particulièrement aux pico-eucaryotes du genre Micromonas. Dans une première étude, nous avons caractérisé la réponse à la température du genre Micromonas en étudiant 11 souches différentes. Nous avons montré le rôle primordial de la température sur l’écologie du phytoplancton. En particulier, nous avons démontré que la température océanique avait joué un rôle décisif dans l’évolution. Ainsi, nous avons pu prédire l’évolution de la biodiversité dans un océan en voie de réchauffement. Dans une deuxième étude nous avons montré que la température est un facteur clef dans le contrôle de la dynamique phytoplancton – virus. La température affecte notamment les taux de perte d'infectiosité et de dégradation des virus, ainsi que le taux de production de virus. En particulier, nous avons observé un changement de stratégie d’infection. Au-delà d’une température proche de la température optimale de croissance, les dynamiques deviennent plus complexes suggérant un changement de stratégie d'infection, qui passerait de lytique à chronique. Dans une troisième étude, nous avons modélisé ces interactions et avons pu reproduire les changements observés en fonction de la température. Nous avons discuté du rôle de la température sur les processus d’infection mis en jeux
Climate changes induced by human activities will deeply impact natural ecosystems. Marine ecosystems, leaving in a highly variable environment, are therefore threatened. Within these communities, phytoplankton have a primordial role in the trophic web and in the regulation of climate processes. Understanding the evolution of these communities in a warming world is an issue of oceanography. Among factor affecting phytoplankton dynamics, viruses play a key role through their capacity to lyse their hosts. They are therefore controlling the phytoplankton population dynamics. It is then crucial to understand how the viruses impact will evolve in a warming ocean. In this thesis we explore the impact of temperature on these interactions with an integrative method combining laboratory experiments and mathematical modelling. We focus on the pico-eukaryote genus Micromonas. In a first study, we have characterized the temperature response of the Micromonas genus by studying 11 different strains. We have shown the primordial role of temperature on the ecology of phytoplankton. In particular, we have demonstrated that ocean temperature has played a decisive role in evolution. Thus, we have been able to predict the evolution of biodiversity in a warming ocean. In a second study we showed that temperature is a key factor in controlling the phytoplankton - virus dynamics. The temperature affects in particular the rates of infectivity loss and of virus degradation, as well as the rate of virus production. In particular, we observed a change in infection strategy. Beyond a temperature close to the optimal growth temperature, the dynamics become more complex suggesting a change in infection strategy from lytic to chronic. In a third study, we have developed a mathematical model representing these interactions. The model efficiently reproduced the observed changes as a function of temperature. Finally, we discuss the role of temperature on the involved infection processes

Face aux changements climatiques actuels et à l'augmentation des populations, la vulnérabilité du sol et des services écosystémiques qu’il rend s’accroît. En particulier dans les zones climatiques méditerranéennes, les modèles météorologiques prévoient une augmentation des sécheresses estivales et une augmentation des températures accompagnées par l’apparition plus fréquente d’évènements extrêmes de type canicule et sécheresse. Ces événements, leur intensité, leur durée et la soudaineté avec laquelle ils arrivent, sont de nature à affecter la structure et la fonction des écosystèmes avec des conséquences principalement négatives sur leur biodiversité et leurs fonctions et services. Par ailleurs, l’apport de compost au sol pourrait constituer une solution pour prévenir et atténuer les effets des sécheresses et des canicules dans les agrosystèmes méditerranéens. Les objectifs de ce travail étaient de caractériser les effets à court et à long-terme de perturbations de type canicule et/ou sécheresse appliquées à un sol méditerranéen agricole (structures et fonctions des communautés microbiennes édaphiques) et d’étudier les impacts d’épandage préalable de composts sur la réponse à court et à long-terme de ces communautés microbiennes (structures et fonctions) vis-à-vis d’un événement extrême de canicule-sécheresse. Nos travaux nous ont permis d’évaluer l’influence de chacun des facteurs température élevée et sécheresse dans la perturbation canicule et sécheresse associées sur les paramètres microbiologiques et physico-chimiques du sol. Les effets de cette combinaison des deux perturbations a induit des réponses similaires à l’une ou l’autre des perturbations appliquées individuellement en bénéficiant des effets positifs et négatifs sur la communauté microbienne de chaque type de perturbation. Nous avons mis en évidence une durée seuil de la perturbation canicule-sécheresse sur la résistance de la communauté microbienne induisant un changement de structure taxonomique et fonctionnelle. Cette déstructuration de la communauté microbienne est durable et n’a pas permis de résilience. L’ajout préalable de composts de différents types au champ a amélioré la structure physico-chimique et stimulé les microorganismes indigènes du sol. Cependant, face à des perturbations de type canicule-sécheresse (telles que nous les avons testées), il semble que l’apport préalable de compost n’ait pas d’effets majeurs sur l’amélioration de la qualité du sol en terme de stabilité microbienne, mais que l’historique saisonnier influencerait cette stabilité
Current climate change and increasing populations’ growth enhance soil and ecosystem services vulnerability. Meteorological models predicted an increase in summer drought and higher air temperature with more frequent occurrence of extreme events like heat-waves and drought. Intensity and duration of these events may affect structure and functions of ecosystems and thereby the biodiversity and the functions of soil. The amendment of soils with composts could be an alternative to prevent and mitigate the effects of drought and heat waves in the Mediterranean agroecosystems. The objectives of this work were to characterize the effects of short and long-term high temperature and/or drought perturbation on soil Mediterranean microbial communities (structures and functions) and to study the impacts of compost amendment on short and long-term functional and taxonomic responses of microbial communities subjected to drought and high temperature. Our work allowed us to evaluate the influence of each factor (drought or high temperature) within the combined perturbation (drought and high temperature) on microbiological and physico-chemical soil properties. The effects of this combined perturbation induced similar or different responses of each of perturbations applied individually involving positive and negative effects on the microbial community. This work had shown threshold resistance duration inducing a change in taxonomic and functional microbial community structure after high temperature and drought perturbation. This abrupt shift in the community response did not allow resilience. Compost amendments improved the physico-chemical soil structure and stimulated indigenous soil microorganisms. However, it seemed that seasonal soil variations history rather than compost amendment influences soil microbial stability

L’océan Arctique, particulièrement sensible au changement climatique, a vu lors des dernières décennies une augmentation de sa température deux fois supérieure à la moyenne mondiale. Certains scientifiques prévoient la disparition complète de la banquise pour 2050. Du fait de la future disparition des algues de glace et de l’augmentation de la fonte du pergélisol, une réévaluation de leurs contributions respectives au stockage de CO2 est nécessaire. Dans cette étude, nous avons ainsi montré que les algues de glace possèdent une forte capacité de préservation dans les sédiments (et donc de stockage du CO2) due à l’incapacité de leurs bactéries à les reminéraliser. A l’inverse, les quantités grandissantes de pergélisol rejetées en mer sont fortement reminéralisables. L’effet conjoint de l’augmentation du rejet de CO2 lors de la dégradation du pergélisol et de la diminution de son stockage par les algues de glace devrait donc contribuer à une amplification du réchauffement climatique
With a rise in Arctic temperatures almost twice as large as the global average in recent decades, it is at high latitude that the effects of global warming are the most evident. Thus, some scientists have already predicted the complete disappearance of sea ice for 2050. Due to the future disappearance of ice algae and the increase of permafrost thawing, a reassessment of their respective contributions to CO2 storage was required. We have shown that unlike permafrost, ice algae are highly preserved in sediments (allowing CO2 storage) due to the inability of their bacteria to remineralize them. The combined effect of increasing discharge of permafrost by Arctic rivers and decreasing storage of ice algae due to the disappearance of sea ice should thus contribute to increase the global warming

" Quels sont les pré-requis pour étudier l'influence du changement climatique simulé par les modèles couplés globaux de la génération actuelle sur le système d'upwelling du Pérou-Chili?" constitue la question centrale de cette thèse de doctorat. Grâce à une approche de downscaling (descente d'échelle) dynamique réalisé avec le modèle ROMS (Regional Oceanic Modelling System) pour une configuration au 1/6° de type eddy-resolving (cad qui permet de représenter les tourbillons mésoéchelle), nous espérons comprendre les processus qui vont contrôler les changements futurs de la circulation océanique dans cette région influencée par ENSO (El Niño-Oscillation Australe). Une étude des mécanismes physiques qui contrôlent la variabilité de type ENSO dans les simulations PI (pré-industrielles) réalisées avec les CGCMs (Modèles Couplés de Circulation Générale) de l'ensemble multi-modèle du WCRP-CMIP3 (les " modèles du GIEC ") permet d'identifier les modèles les plus fiables en termes de variabilité équatoriale. Elle est basée sur l'utilisation d'un modèle couplé intermédiaire du Pacifique tropical avec une stratification moyenne et un forçage de vent prescrits, afin de pouvoir dériver explicitement les termes d'advection du bilan de chaleur de la couche de mélange. Cette analyse permet de classifier les modèles en fonction de leur processus ENSO dominant: zonal advective feedback ou thermocline feedback. Les modèles au feedback hybride comme dans les observations représentent le mieux les processus couplés qui contrôlent la variabilité de la TSM, ce qui nous conduit à faire l'hypothèse que ce sont ceux qui fournissent les indices de confiance les plus élevés en termes de prédiction de l'évolution d'ENSO avec le réchauffement global. Parmi eux, deux CGCMs (IPSL-CM4 et INGV-ECHAM4) reproduisent le mieux l'état moyen ainsi que la variabilité intrasaisonnière à interannuelle de la température et des courants à la frontière Ouest du domaine du Pérou-Chili (100°W) et sont donc retenus pour des expériences de downscaling sur la région du HCS (Système de Courant de Humboldt). Les sorties océaniques des simulations PI et 4xCO2 (quadruplement de CO2) réalisées avec ces CGCMs sont utilisées directement comme conditions aux frontières ouvertes du modèle ROMS, tandis qu'un produit de vent haute-résolution (~50km) dérivé des CGCMs au moyen d'une méthode de downscaling statistique ainsi que les flux air-mer issus des CGCMs sont utilisés pour fournir le forçage atmosphérique. Par ailleurs, une simulation régionale de contrôle est réalisée à l'aide de ROMS avec des conditions aux frontières (réanalyse globale ORCA05 ½°) et un forçage atmosphérique (vents du satellite ERS et flux de la réanalyse atmosphérique globale ERA-40) réalistes sur la période 1992-2000. Cette simulation sert de référence pour les simulations de changement climatique régional. Elle permet notamment de documenter l'impact des ondes de Kelvin équatoriales intrasaisonnières sur la variabilité près de la côte, et illustrer ainsi l'importance du forçage à distance d'origine équatoriale pour la dynamique régionale du HCS. Nos résultats montrent en particulier que la latitude critique du modèle est située 5 à 15 degrés plus au sud que celle prédite par la théorie linéaire des ondes libres baroclines, surtout pour les oscillations autour de 120 jours. Le modèle régional présente une variabilité du large significative au sud de la latitude critique théorique, ce qui est également le cas dans les données satellite, soulignant ainsi les limites de la théorie linéaire dans le Pacifique Sud Est. De manière plus générale, ce travail propose une méthodologie pour effectuer des expériences de downscaling du changement climatique, qui constituent le lien nécessaire entre simulations du réchauffement global à l'échelle planétaire et études d'impact sur les écosystèmes, la pêche, l'agriculture et la société à l'échelle locale. Le travail contribue également à améliorer notre compréhension de certains mécanismes d'intérêt pour de telles études du changement climatique à l'échelle régionale.

La variabilité hydro-climatique du bassin amazonien pendant les 40 dernières années est analysée pour la première fois à partir de données /in situ/ provenant de la totalité du bassin amazonien. L'importance des régions andines dans la variabilité pluriannuelle de l'hydrologie est mise en évidence. Ainsi, une diminution des débits d'étiage et le maintien de forts débits de crues dans le cours principal de l'Amazone, en particulier depuis le début des années 1990, sont liées à une forte diminution des pluies et des débits annuels dans le sud-ouest du bassin et à une augmentation des pluies et des crues dans le nord-ouest.
L'explication de la variabilité hydrologique fait appel à des indices océano-atmosphériques mensuels et à des types de temps quotidiens. Ceux-ci sont définis pour l' Amérique du Sud tropicale au moyen des données de réanalyses ERA40 et d'une méthode neuronale. Les caractéristiques et la succession des types de temps sont liées principalement au passage de perturbations extratropicales qui modifient l'orientation des flux méridiens à l'est des Andes et font alterner convergence et divergence dans le sud-ouest et le nord-ouest du bassin.
La fréquence des types de temps permet de reconstituer en partie les pluies et d'expliquer aussi bien la variabilité hydrologique aux pas de temps inter et pluri annuels que l'occurrence de crues et d'étiages exceptionnels.

La variabilité hydro-climatique du bassin amazonien est analysée pour la première fois à partir de données in situ provenant de cinq pays, pendant les 40 dernières années. Une diminution des débits d’étiage et le maintien de forts débits de crues dans le cours principal de l’Amazone, en particulier depuis le début des années 1990, sont liées à une forte diminution des pluies et des débits annuels dans le sud-ouest du bassin et à une augmentation des pluies et des crues dans le nord-ouest, c’est-à-dire essentiellement à la variabilité des régions andines. Pour expliquer la variabilité hydrologique nous avons recours à des indices océano-atmosphériques et aux types de temps en Amérique du Sud tropicale. Ceux-ci sont définis au moyen des données de réanalyses ERA40 et d’une méthode neuronale. Ils sont liés principalement au passage de perturbations extratropicales qui modifient l’orientation des flux méridiens à l’est des Andes et font alterner convergence et divergence dans le sud-ouest et le nord-ouest du bassin.

Le changement climatique pourrait avoir des conséquences importantes pour les ressources en eaux et les infrastructures hydrauliques. Le dimensionnement et le fonctionnement des réservoirs devraient ainsi être modifiés en prenant en compte des scénarios de changement climatique. Un modèle de dimensionnement coût-bénéfice d'un réservoir à l'échelle du bassin versant est appliqué en Grèce afin d'évaluer le coût de l'incertitude sur le climat futur et les dommages du changement climatique. Dans cette étude de cas, le coût de l'erreur est faible, et l'adaptation n'est pas efficace. Une méthodologie sur toute la région méditerranéenne, avec une modélisation générique à l'échelle des bassins versant est ensuite développée. Les réseaux de réservoirs et les liens réservoirs-demandes sont reconstruits et le fonctionnement coordonné des réseaux de réservoirs est déterminé, en utilisant uniquement des données disponibles à l'échelle globale. La méthodologie de reconstruction des liens est appliquée à l'irrigation et validée qualitativement sur l'Algérie. Le changement de fiabilité, avec adaptation des règles opérationnelles, sous changement climatique, semble être plus influencé par les changements de ruissellement que par les changements de demande. Les changements obtenus pour le Nil, l'Europe et le Moyen Orient ne sont pas très marqués, alors que les pays d'Afrique du Nord sous influence méditerranéenne comme la Tunisie ou l'Algérie voient une diminution importante de la fiabilité des apports d'eau pour l'irrigation