Academic literature on the topic 'Inversion de température mésosphérique'

Canicules et fortes chaleurs induisent un stress thermique potentiellement accru en milieu urbain. Nous examinons ici la combinaison de ces différents éléments à Dijon, à partir d’un réseau dense de stations avec des mesures horaires sur la période 2014-2021. Pour cela, nous mettons en œuvre une analyse (i) de la circulation atmosphérique synoptique et locale et (ii) des déterminants géophysiques (occupation du sol et topographie). Les cinq canicules détectées persistent 4 à 5 jours et sont associées à des situations de blocage atmosphérique de large échelle favorisant le développement d’inversions thermiques. Sur les 24 nuits étudiées : 60% sont caractérisées par un Îlot de Chaleur Urbain (ICU) excédant +3°C, une inversion thermique souvent supérieure à 0,5°C/100 m et un vent faible (<2 m/s); 30% par un ICU plafonnant à +2°C, un gradient adiabatique et un vent non négligeable (>2 m/s); 10% par un faible ICU, une faible inversion thermique et des conditions de vent variables. Des statistiques comparables sont obtenues par jours de fortes chaleurs (105 jours). Canicules et fortes chaleurs sont associées à deux structures contrastées en fonction des conditions de vent. Un vent non négligeable (>2 m/s) contribue à ventiler l’excès de chaleur de la ville et à limiter le contrôle de la topographie. En résultent des températures très homogènes sur l’ensemble de l’aire d’étude. Au contraire, un vent faible (<2 m/s) maximise le contrôle de l’occupation du sol et de la topographie sur la température de l’air. En résulte un excès de chaleur en ville. La plaine, à l’est, est relativement plus fraîche que le plateau à l’ouest, de même qu’un axe traversant l’agglomération le long du talweg et du cours d’eau (vallée de l’Ouche). Cet axe frais naturel limite l’ICU ou, a minima, favorise de relatifs Îlots de Fraîcheur Urbains nocturnes. Cette étude montre la pertinence de l’analyse combinée d’un réseau de mesures de la température de l’air, de la circulation atmosphérique et des descripteurs géophysiques pour mettre à jour les déterminants de la température de l’air et la spatialiser.

Le tilapia du Nil est une espèce aquacole majeure dont la gamétogénèse est fortement modulée par la température. Ainsi, de nombreux travaux ont été consacrés à l’étude de l’influence des traitements thermiques sur la spermatogénèse chez cette espèce. Le présent article a pour objectif de faire un état des connaissances de l’influence de la température sur la spermatogénèse chez le tilapia du Nil. Les connaissances disponibles sur l’organisation testiculaire, l’évolution des cellules germinales et le rôle des cellules somatiques chez le tilapia de Nil ont d’abord été présentées. Les travaux relatifs aux effets de la température sur la spermatogénèse chez cette espèce ont ensuite été synthétisés à quatre niveaux à savoir l’influence des basses températures (≤ 20°C), les hautes températures (35°C) chez les mâles matures, les hautes températures de masculinisation (36°C) et les hautes températures stérilisantes (37°C). Les différents travaux concordent avec le fait que les basses températures compromettent l’évolution de la spermatogénèse chez le tilapia du Nil tandis que les hautes températures accélèrent la spermatogénèse chez les mâles matures. Il ressort également que l’influence des traitements thermiques d’inversions sexuelles ou de stérilisations sur les cellules germinales, serait corrélée avec la variabilité inter ou intra souche de la thermosensibilité de la différenciation sexuelle. English title: Influence of temperature on Nile tilapia spermatogenesis, Oreochromis niloticus (Linnaeus, 1758): a synthesis Temperature highly modulates gametogenesis of a Nile tilapia which is the major aquaculture species. Many studies have therefore been devoted to studying the influence of thermal treatments on spermatogenesis in this species. This article reviews what is known about the influence of temperature on spermatogenesis in Nile tilapia. Available knowledge on the testicular organization, germ cells evolution and the role of somatic cells in Nile tilapia was first presented. Studies on the effect of temperature on spermatogenesis in this species was then synthesized at four levels, namely the influence of low temperatures (≤ 20°C), high temperatures (35°C) in mature males, masculinization high temperatures (36°C) and high sterilizing temperatures (37°C). The various studies were consistent with the fact that low temperatures compromise the evolution of spermatogenesis in Nile tilapia, while high temperatures accelerate spermatogenesis in mature males. It is also evident that influence of heat treatments for sexual inversion or sterilization would be correlated with inter or intra-strain variability of thermosensivity in sexual differentiation.

La moyenne atmosphère s'étend de 10 à 90 km et englobe à la fois la stratosphère (10 à 50 km) et la mésosphère (50 à 90 km). L'équilibre présent dans la moyenne atmosphère est le résultat de la propagation verticale d'ondes atmosphériques de petites et grandes échelles redistribuant le moment angulaire à travers l'atmosphère. Ces ondes perturbent notablement le flux moyen lorsqu'elles se brisent, déposant ainsi leur quantité de mouvement et leur énergie, ce qui impacte la circulation générale. De plus, cette interaction onde-écoulement moyen est responsable de l'existence de phénomènes régissant la variabilité observée dans la moyenne atmosphère. Notamment, les deux plus marquants sont les échauffements stratosphériques soudains (ESSs) et les inversions de température mésosphériques (ITMs). Plus spécifiquement, les ESSs se manifestent en hiver par une augmentation de la température de la calotte polaire (40 à 60 K) et un affaiblissement du vortex polaire pouvant même inverser les vents d'ouest pour les cas les plus extrêmes. Un vortex polaire perturbé peut ensuite influencer la météo troposphérique au cours des mois suivants en générant, par exemple, des vagues de froid intenses. Les ITMs représentent une augmentation inattendue de la température (10 à 50 K) se produisant dans la mésosphère pendant plusieurs jours et s'étendant sur des milliers de kilomètres. De plus, les ITMs peuvent poser des problèmes importants pour la rentrée en toute sécurité des fusées, des navettes spatiales ou des missiles dans l'atmosphère suscitant davantage d'intérêt pour cet événement. Ainsi, pendant de nombreuses années, ces deux phénomènes ont été étudiés par la communauté scientifique cherchant à comprendre leur mécanisme d'apparition et leurs effets sur l'atmosphère. L'émergence de la technologie LiDAR et l'amélioration des produits de réanalyse archivant le climat passé ont rendu leur étude plus accessible.Dans cette thèse, l'objectif est d'apporter des avancées dans la compréhension et la description des phénomènes ESS et ITM grâce à de nouvelles observations LiDAR acquises à l'Observatoire de Haute-Provence (44°N, 6°E) et à la dernière génération de produit de réanalyse, ERA5, couvrant la période de 1940 à aujourd'hui. Pour commencer notre étude de ces phénomènes à travers les données ERA5, nous avons initialement évalué la capacité d'ERA5 à reproduire la variabilité dans la moyenne atmosphère en la comparant aux observations LiDAR. Nous avons constaté que la variabilité stratosphérique observée pendant l'hiver, y compris celle générée par les ESSs, est reproduite avec précision dans la réanalyse ERA5. Cependant, le modèle ne parvient pas à reproduire cette précision à la fois dans la stratosphère d'été et dans la mésosphère, quelle que soit la saison, en raison soit de l'absence ou de la simulation imprécise des événements ITMs. De plus, nous présentons de nouvelles observations de la température et du vent co-localisées pendant les événements ITMs et évaluons comment ERA5 simule le vent en présence de ITMs. Une décélération du vent se produit dans la même gamme d'altitude que l'augmentation de la température, ce qui confirme le rôle des ondes de gravité dans l'apparition de ce phénomène. À la lumière de ces résultats, la réanalyse ERA5 contenue dans la stratosphère et la troposphère a été utilisée exclusivement pour étudier, premièrement, les principaux déroulés de la stratosphère d'hiver modulés par le timing des ESSs, et ensuite, leurs liens verticaux tout au long des mois d'hiver. De manière intéressante, nous avons découvert qu'en hiver dans l'hémisphère nord, la stratosphère suit quatre scénarios distincts qui présentent des couplages stratosphère-troposphère différents. Notamment, nous avons identifié des précurseurs de surface notables associés à ces scénarios qui pourraient potentiellement avoir des applications pour la prévision saisonnière
The middle atmosphere spans from 10 to 90 km and comprises the stratosphere (10 to 50 km) and the mesosphere (50 to 90 km). The equilibrium in the middle atmosphere results from the vertical propagation of small- and large-scale atmospheric waves redistributing the angular momentum across the atmosphere. These waves notably perturb the mean flow when they break, depositing their momentum and energy impacting the general circulation. Moreover, this wave-mean flow interaction is responsible for phenomena governing the observed variability in the middle atmosphere. Notably, the two most dramatic are the sudden stratospheric warmings (SSWs) and the mesospheric inversion layers (MILs). Specifically, SSWs manifest in winter by increasing the polar cap temperature (40 to 60 K) and weakening the polar vortex, which can reverse the westerly winds for the most extreme cases. A perturbed polar vortex can then impact the tropospheric weather in the following months by generating, for instance, severe cold air outbreaks. MILs represent an unexpected increase in temperature (10 to 50 K) occurring in the mesosphere, lasting several days and spanning thousands of kilometers. Moreover, MILs can represent significant issues for the safe reentry of rockets, space shuttles, or missiles into the atmosphere, sparking more interest in this phenomenon. For many years, the scientific community has investigated these two phenomena to understand their mechanism of occurrence and their effects on the atmosphere. The emergence of LiDAR technology and improved reanalysis products archiving the past climate has made their study more accessible.In this thesis, the objective is to make advancements in the understanding and the description of SSW and MIL phenomena with new LiDAR observations acquired at the Observatoire of Haute-Provence (44°N, 6°E) and the last generation of reanalysis product, ERA5, lasting from 1940 until the present. To commence our study of these phenomena through ERA5 data, we initially evaluated the capability of ERA5 in replicating the variability in the middle atmosphere by comparing it with LiDAR observations. We found that the observed stratospheric variability during wintertime, including the one generated by SSWs, is accurately reproduced in ERA5 reanalysis. However, the model cannot replicate this accuracy in the summer stratosphere and mesosphere, regardless the season, due to either the absence or imprecise simulation of MIL events. Additionally, we present new co-located temperature-wind observations during MIL events and assess how ERA5 simulates wind in the presence of MIL. A deceleration in wind occurs in the same altitude range as the temperature enhancement, supporting the role of gravity waves in the apparition of this phenomenon. In light of these findings, the ERA5 reanalysis in the stratosphere and the troposphere was solely used to study the main winter stratosphere unfoldings modulated by the timing of SSWs and their vertical links throughout winter months. Interestingly, we discovered that during wintertime in the northern hemisphere, the stratosphere follows four separate scenarios with distinct stratosphere-troposphere couplings. We found notable surface precursors associated with these scenarios that could potentially have applications for seasonal prediction

Grâce aux progrès expérimentaux permettant d'étudier deux phénotypes qui sont d'un intérêt majeur dans la compréhension des capacités d'adaptation d'A. gambiae s.s. à son environnement. Les différences de résistance à la dessiccation mises en évidence entre les différents caryotypes liés à l'inversion chromosomique 2La et entre les formes moléculaires M et S offrent des pistes intéressantes pour l'identification de facteurs génétiques impliqués dans la divergence écologique au sein de ce complexe d'espèces
Thanks to progress in sequencing, the genomes of many organisms are known and available. Thus, functional genomics, the elucidation of gene function in sequenced genome, is currently booming. However, there is a gap between our growing knowledge in genetic and the current sparse information on phentoypic data ( "phenotype gap"). All organisms whose genome has been sequenced are facing this problem, including Anopheles gambiae.Anopheles gambiae sensu lato is a complex of sibling species, indistinguishable from a morphological point of view, present on almost the entire African continent. A. gambiae demonstrates an extreme environmental ubiquity and the characterization of phenotypes associated with adaptation to varying environments as well as the identification of genes involved in this adaptation is one of the main research axes in the post-genome area of this major malaria vector.We have studied some phenotypes associated with aridity and temperature in the nominal species of the A. gambiae complex. These two parameters are discriminent in the distribution of molecular forms and chromosomal inversions that characterize this species and may be involved in ecological divergence and speciation. We first measured desiccation resistance of adult mosquitoes of A. gambiae s.s. and we then studied the preferred temperatures of larvae in a choice device set-up (the shuttlebox). We compared the thermoregulation behavior and thermal preferences of a laboratory strain with field larvae of A. gambiae s.s. We also presented preliminary data on the preferred temperatures measured in field larvae of the S and M molecular forms.From a technical point of view, we improved an existing device for testing the survival of mosquitoes in highly desiccated conditions by coupling it with a video surveillance system, which help to increase the accuracy in determining the survival time, to avoid disturbing the system during the experiment and allow to test relatively large numbers of individuals. This study revealed a significant association between the 2La chromosomal inversion and resistance to desiccation in A. gambiae and highlighted the role of body size in the survival of this mosquito in dry environments.We also adapted a new device to study experimentally the thermopreference of A. gambiae s.s. larvae. The results showed that laboratory larvae and field M molecular form larvae had similar thermal preferences, consistent with the values of temperature usually found in natural breeding sites. In addition, the S molecular form larvae from southern Cameroon had preferences similar to those of northern Cameroon, regardless of karyotypes related to chromosomal inversions. In addition, the comparison of data for the M and S molecular forms larvae revealed that there was no significant difference in thermal preferences or in thermoregulatory behavior.Our results have contributed to the development of two experimental devices to study two phenotypes that are of major interest in understanding the adaptation of A. gambiae s.s. to its environment. The differences in desiccation resistance between the different karyotypes associated with the 2La chromosomal inversion and between the M and S molecular forms offer interesting new possibilities for the identification of genetic factors involved in their ecological divergence

Dans les procédés de mise en oeuvre des élastomères, la maîtrise de la cuisson des pièces est un enjeu important non seulement pour garantir la qualité dimensionnelle et mécanique des pièces mais aussi pour diminuer les temps d’immobilisation des outillages et réduire les consommations énergétiques. Les études qui portent sur la mise en oeuvre des élastomères montrent que la bonne prédiction des phénomènes thermocinétiques passe par une caractérisation précise des propriétés thermiques des mélanges à base de caoutchouc. Ce travail de thèse a pour objectif de développement d’un outil de mesure des propriétés thermiques du matériau dans les conditions de mise en oeuvre industrielles, c'est‐à‐dire dans les gammes de températures et pressions usitées. Après une présentation de l’état de l’art dans le premier chapitre, nous présentons dans le deuxième chapitre, les résultats de la caractérisation thermique et cinétique du mélange étudié, par les moyens de laboratoire. Le troisième chapitre est dédié à la conception et la réalisation du montage expérimental mis en place pour l’étude en montrant notamment les techniques utilisées pour le contrôle de la température et de la pression. Les mesures thermiques fines sont faites par une instrumentation originale dont la conception et la réalisation sont détaillées dans le quatrième chapitre. Les mesures issues du dispositif expérimental conçu et les résultats des estimations des divers paramètres thermiques en régime stationnaire et en régime transitoire font l’objet du dernier chapitre
In rubber compounds processing, mastery of parts vulcanisation is of great importance in order to ensure dimensional and mechanical qualities of the parts and to reducing the cycle time. Studies dealing with the rubber vulcanisation show that a good prediction of the thermokinetic phenomena requires accurate thermal properties measurements of the rubbers compounds. The aim of the present work is the development of a thermal properties measurement tool under industrial processing conditions in pressure and temperature. Following the state of art presented in chapter 1, we present, in chapter 2, a thermal and kinetic characterization of the studied rubber compound with laboratory devices. Chapter 3 deals with the design and the manufacturing of the experimental device with a detailed presentation of the temperature and pressures regulation systems. Thermal measurements are performed with an original instrumentation detailed in chapter 4. Measurements issued from the experimental device and the results of the thermal parameters estimation are presented and discussed in chapter 5

Ce travail porte sur la résolution d'un problème inverse de conduction de la chaleur. Il s'agit de l'estimation des températures sur la paroi interne d'un corps cylindrique à partir d'un nombre restreint d'observations de température en paroi externe. Nous construisons dans une première partie différents types de modèles directs susceptibles de nous aider à résoudre ce problème de mesure : modèle direct analytique, numérique et paramétrique. Les résultats prometteurs de l'estimation du profil de températures à l'intérieur du corps en utilisant des modèles paramétriques de comportement motivent l'étude plus approfondie de ces dernières. Par ailleurs, des travaux antérieurs qui portent sur d'autres applications avaient démontré que l'utilisation des fonctions paramétriques de comportement comme modèle direct peut conduire à des résultats très performants. La deuxième partie du travail est dédiée à la construction et à la discrimination entre plusieurs fonctions paramétriques candidates. Nous avançons quelques notions théoriques en vue de la construction des fonctions modèles. Nous démontrons l'intérêt de choisir une fonction modèle suivant l'objectif d'inversion dicté par l'application : estimation des paramètres, de la fonction modèle aux "points" inaccessihles ou d'une autre fonction des paramètres. Les critères proposés choisissent le "meilleur" modèle pour un objectif d'inversion fixé utilisant la notion d'information apportée par une expérience. Ces modèles de comportement pouraient être integrés dans les instruments de mesure utilisés dans l'évaluation non-destructive des températures ou d'autres grandeurs physiques
The general context of this work is the non-linear reconstruction of a mesurand or so-called the non-linear inverse problem with a very small data set. We are concerned with an inverse problem of heat conduction that deals with the determination of the internaI temperature from measured temperatures outside a heat conducting body. Ln order to solve this measurement problem, we propose different modelling techniques: analytical, numerical and the tehnique using external parametric models. Good existing results obtained from parametric estimation of temperature profiles lead us to study more deeply the external parametric models. Previous work has also demonstrated the interest of parametric functions as forward model for other applications. Those functions are simple to implement and result in good pelformance of the inversion process. We study the problem of construction of some candidates for parametric models. The discrimination between candidates is studied. Some theoretical notions for construction of parametric functions are advanced. We demonstrate that the choice of the parametric function depends on the significant quantity to estimate. This quantity could be the parameter vector, the model function in some points "inaccessible" to observation or an other parametric function. The proposed criteria choose the "best" function with respect to the inversion goal using the information gained in the experiment. The best model will be specific to the measurement goal and must be "sufficiently" close to real observations. Instruments for temperature measurement or other physical quantities measurement could include this type of model

La haute atmosphère, et plus précisément la région appelée MLT (Mesosphere Lower Thermosphere) qui se situeentre 60 et 110 km d'altitude, est le siège de processus divers (chimiques, radiatifs, dynamiques) dont l'étudeest cruciale pour la compréhension du climat et le développement des futurs modèles climatiques. Cette régionse caractérise entre autres par l'émission nocturne du rayonnement provenant d'atomes et de molécules (rayonnementnightglow) et permettant, grâce à l'observation au niveau du sol ou à partir de plateformes satellitaires,d'obtenir des informations sur ces processus. Il apparaît donc un grand intérêt à l'étude du rayonnement nightglow : l'observation des phénomènesimpactant le rayonnement dans la MLT avec pour finalité la compréhension du climat.L’objet de la thèse consiste à étudier les divers phénomènes dynamiques impliqués dans la variabilitédu rayonnement émis dans la MLT par l'espèce OH, qui est un des traceurs de la dynamique locale.Une campagne de mesure a été réalisé en collaboration avec le Latmos (Laboratoire atmosphères, milieux, observationsspatiales) et l’IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides) à l’Observatoirede Haute-Provence durant la nuit du 12 au 13 décembre 2017 concordant avec le pic d’activité des Géminides(chute de météores). Une caméra InGaAs SWIR (Short-Wave InfraRed) a imagé le rayonnement émis par lamolécule OH à 87 km d’altitude. Un lidar Rayleigh a permis de mesurer le profil de température en fonction de l'altitude et du temps et un réseau de microbaromètres a mesuré les fluctuations de pressions au sol.Le travail réalisé est concentré sur la détection et la propagation des infrasons dans la basse thermosphère produit à la surface et la propagation des ondes de gravité à travers la mésosphère perturbée lors d’une inversion mésosphérique.Le travail entrepris a permis de montrer l'impact important de l'inversion sur la propagation verticale des ondes de gravité et sur l'activité infrasonique
The upper atmosphere, and more specifically the region called MLT (Mesosphere Lower Thermosphere) which is situatedbetween 60 and 110 km in altitude, is the seat of various processes (chemical, radiative, dynamic) whose studyis crucial for the understanding of climate and the development of future climate models. This regionis characterized, among other things, by the nocturnal emission of radiation from atoms and molecules (radiationnightglow) and allowing, thanks to observation at ground level or from satellite platforms,to obtain information on these processes. There is therefore a great interest in the study of nightglow radiation : the observation of the phenomenaimpacting radiation in the MLT with the goal of understanding climate.The purpose of the thesis is to study the various dynamic phenomena involved in the variabilityof the radiation emitted in the MLT by the OH species, which is one of the tracers of the local dynamics.A measurement campaign was carried out in collaboration with Latmos (Laboratory of Atmospheres, Environments, Observations, etc.).and IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides) at the Haute-Provence observatoryduring the night of December 12 to 13, 2017 corresponding to the peak of activity of the Geminides.(meteor shower). An InGaAs SWIR (Short-Wave InfRared) camera imaged the radiation emitted by theOH molecule at an altitude of 87 km. A Rayleigh lidar measured the temperature profile as a function of altitude and time and an array of microbarometers measured fluctuations in ground pressure.The work is focused on the detection and propagation of infrasound in the lower thermosphere produced at the surface and the propagation of gravity waves through the disturbed mesosphere during a mesospheric inversion.The work undertaken has shown the important impact of the inversion on the vertical propagation of gravity waves and on the infrasound activity

The soil temperature is an essential parameter for the energy balance of the earth. Many methods have been developed to determine summer surface temperature, but the determination in the presence of snow is an ill-conditioned problem since it requires the differentiation of several temperatures (surface of snow, temperature gradient within the snowpack and temperature at the snow/soil interface). Our project was motivated by the need to improve the estimation of soil temperature, within the first centimeters of soil, under the snowpack.The passive microwave remote sensing could provide this information. We showed the potential of the passive microwave brightness temperature inversion at 10 GHz (derived from AMSR-E, version V5) for the estimation of the soil temperature by using a physical multilayer snow model (SNTHERM) coupled with a snow microwave emission model (HUT).The snow model is driven with measurements from meteorological stations (air temperature, precipitation, air relative humidity, wind speed) and data generated by the NARR meteorological reanalysis.The coupled model is validated with in-situ measurements and the retrieved soil temperatures are compared to those derived from the snow model and NARR.The overall root mean square error in the soil temperature retrieval is 3.29 K, which is lower than the error derived from models without the use of remote sensing. This validation must consider the fact that we are comparing temperatures from a point station to that corresponding to an area of 25 x 25 km on the satellite scale. We also show the possibility of mapping the soil temperature. This original procedure constitutes a very promising tool to characterize the soil under snow (frozen or not), as well as its evolution in locations where measurements are unavailable

Le principal objectif de ce travail de thèse est d'étudier la faisabilité de restitution des profils atmosphériques de température et d'humidité au-dessus des surfaces continentales à partir des mesures des sondeurs micro-onde passives et principalement des mesures AMSU-A et –B. En effet, si les mesures AMSU sont assimilées de façon opérationnelle au-dessus des océans, elles restent cependant, insuffisamment exploitées au-dessus des continents. L'émissivité des continents est souvent élevée (proche de 1.0) et très variable avec les caractéristiques de la surface. Par conséquent, il est difficile de séparer les contributions relatives de la surface et de l'atmosphère aux rayonnements mesurés par les capteurs satellites. Pour cette raison, une partie importante de ce travail a été consacrée à l'estimation de l'émissivité de surface aux fréquences AMSU (23-150 GHz) et aux angles d'observation de ces instruments (de -58° à +58° par rapport au nadir). Les calculs de l'émissivité de surface ont été menés sur le globe en utilisant les données non nuageuses de l'année 2000. Les émissivités AMSU ainsi obtenues ont été évaluées en examinant leurs dépendances angulaires et spectrales et par comparaison aux émissivités SSM/I. Toutes ces analyses ont permis le développement d'une paramétrisation de l'émissivité de surface valable pour des fréquences allant de 23 à 150 GHz et pour des angles d'observation satellite pouvant atteindre 58°. Par la suite et avec une bonne connaissance de la surface (émissivité et température de surface), la faisabilité de l'inversion des profils de température et d'humidité atmosphériques à partir des observations AMSU a été étudiée en réalisant une étude de contenu en information. Cette étude a montré que les mesures issues des instruments AMSU quand elles sont combinées avec des estimations fiables de l'émissivité et de la température de surface, permettent l'amélioration des restitutions de température et d'humidité atmosphériques surtout dans les basses couches.

Du fait de son impact sur le climat urbain, le suivi temporel du bilan radiatif urbain Q*, avec prise en compte de sa variabilité spatiale, est un axe de recherche en développement. Q* est la différence entre l'éclairement (i.e., rayonnement incident) et l'exitance (rayonnement sortant) sur le domaine spectral qui englobe l'essentiel du rayonnement solaire (i.e., courtes longueurs d'ondes ) et de l'émission thermique terrestre (i.e., grandes longueurs d'ondes). Les images satellites optiques fournissent une information unique et indispensable mais très partielle, car uniquement pour la configuration d'observation (direction de visée et bandes spectrales du capteur satellite), alors que Q* est une quantité intégrée sur toutes les directions de l'espace et sur l'ensemble des courtes (Qsw*) et grandes (Qlw*) longueurs d'onde. Ces intégrations appliquées aux images satellites sont très compliquées du fait de la complexité de l'architecture tridimensionnelle (3D) urbaine, et de l'hétérogénéité spatiale des propriétés optiques et températures des matériaux urbains. Durant cette thèse, une approche originale a été conçue pour effectuer ces intégrations et ainsi obtenir des séries temporelles de cartes de Q* à la résolution spatiale des images satellites utilisées (i.e., Sentinel-2, Landsat-8, etc.). Elle s'appuie uniquement sur un modèle de transfert radiatif 3D, des images satellites et une base de données géométriques urbaine incluant le relief, le bâti (i.e., immeubles, maisons, routes, etc.) et la végétation (i.e., arbres, pelouses, etc.). De manière schématique, le modèle de transfert radiatif DART (www.cesbio.ups-tlse.fr/dart), développé au CESBIO, est utilisé en mode inverse pour transformer des images satellites en cartes de propriétés optiques et de température de matériaux urbains, puis en mode direct pour calculer des cartes de bilan radiatif par bande spectrale satellite Q*Δλ. L'intégration spectrale des cartes Q*Δλ donne alors les cartes Q* recherchées. Toute série temporelle de carte Qsw* est alors générée efficacement à partir de cartes d'albédo direct (i.e., black sky albedo) et diffus (i.e., white sky albedo) pré- calculées par DART avec la base de données géométrique urbaine et des cartes de propriétés des matériaux dérivées de l'image satellite la plus proche. Ces cartes sont complétées par des données externes thermiques pour la construction des séries temporelles. Cette approche a été conçue et mise au point avec 3 villes de géométries et propriétés optiques très diverses : Londres (Royaume-Uni), Bâle (Suisse), et Héraklion (Grèce). Le projet H2020 URBANFLUXES de la Communauté Européenne a utilisé les cartes de Q* simulées pour estimer les flux urbains de chaleur anthropogénique via le calcul du bilan énergétique urbain à partir d'images satellites. La précision de l'approche développée a été évaluée via l'écart relatif EL des luminances des images DART et satellites (EL < 2% pour toute bande spectrale) et via l'écart relatif EQ* des bilans Q* simulés et mesurés par les tours de flux. En 2016, |EQ*|< 4.5% pour la série temporelle de 321 cartes de Q* de Bâle, et |EQ*|< 4.4% pour les 278 cartes de Q* de Londres. Cette possibilité de dériver d'images satellites des cartes précises de Q* est très prometteuse au vu de la disponibilité croissante des bases de données urbaines et des séries temporelles d'images satellites à haute résolution spatiale, et de l'amélioration des modèles de transfert radiatif 3D
Optical remote-sensing imagery provide a unique and very needed information, but still a partial one, because only in the observation configuration of the satellite sensor (i.e. viewing direction and spectral bands), whereas Q* is an integrated quantity over all the directions and over the whole shortwave (Qsw*) and longwave (Qlw*) spectral domain. These integrations applied to satellite images are very complicated because of the complexity of the urban tri-dimensional (3D) architecture, and because of the urban materials temperature and optical properties spatial heterogeneity. Over the course of this PhD, an innovative approach has been conceived in order to achieve those integrations and thus obtain temporal series of Q* maps at the spatial resolution of the used satellite sensors (i.e. Sentinel-2, Landsat-8, etc.). This approach is using solely a 3D radiative transfer model, satellite images, and a geometrical urban database including the topology, the urban constructions (i.e. buildings, roads, etc.) and the vegetation (i.e. trees, gardens, etc.). Schematically speaking, the radiative transfer model DART (www.cesbio.ups-tlse/dart), developed at CESBIO, is used in inverse mode in order to transform satellite images into urban materials optical properties and temperature maps, and then in direct mode in order to compute radiative budget Q*Δλ maps for each spectral band of the used satellite sensor. Then, the spectral integral of those Q*Δλ maps leads to the desired Q* maps. Each temporal series of Qsw* maps is then generated efficiently from direct albedo maps (i.e. black sky albedo) and diffuse (i.e. white sky albedo) pre-computed using DART from the geometrical urban database of the considered city and optical properties derived from the closest satellite image. These maps are complemented by external thermal data for the computation of the temporal series. This method has been conceived and refined using 3 cities with very varying geometries and optical properties: London (United- Kingdom), Basel (Switzerland), and Heraklion (Greece). The H2020 project URBANFLUXES of the European Community used the simulated Q* maps in order to estimate the urban anthropogenic heat fluxes using the derivation of urban energy budget computed from satellite imagery. The precision of the developed method has been estimated using the relative error ER between the radiance images simulated by DART and measured by satellite sensors (ER<2% for any spectral band) and the relative error EQ* between Q* simulated and measured by flux towers. For the year 2016, |EQ*|< 4.5% for 321 Q* maps over Basel, and |EQ*|< 4.4% for 278 London Q* maps. This capacity of deriving from satellite imagery precis Q* maps is really promising in light of the always increasing availability of urban geometrical databases, of high resolution temporal series of satellite images, and of the improvement of 3D radiative transfer modeling

La composition du manteau supérieur de la Terre et ses éventuelles variations latérales, sont abordées via ses propriétés élastiques. * Une première partie est consacrée à la détermination des constantes élastiques des minéraux périclase et forstérite, à haute pression et haute température, simultanément. Elle rtepose sur la mesure de la dépendance intrinsèque en température de ces constantes. Un modèle simple est ensuite proposé pour décrire la statistique d'orientation despopulations cristallines du manteau supérieur ; l'utilisation de bases canonique et l'harmoniques sphériques tensorielles permet une formulation compacte et un calcul très rapide des modules élastiques d'agrégats mantelliques. Finalement, est testée la sensibilité de certains observables sismologiques à la composition et à l'orientation préferentielle des minéraux. Une inversion partielle montre que la prise en compte de l'anisotropie sismique peut aider à discriminer les modèles pétrologiques
Questions relatives to the mineralogical composition of the Earth's upper mantle are tackled using its elastic properties. First we determine the elastic stiffnesses of periclase and forsterite at simultaneous high-pressure and high-temperature conditions, taking benefit of their intrinsic temperature dependence. A simple statistical model is then presented to describe the dependence. A simple statistical model is then presented to describe the effective elastic stiffnesses of upper mantle aggregates ; a compact formulation is obtained thanks to the use of canonical and tensor spherical harmonics bases. This then leads to quick calculations. Finally, synthetic tests are performed to determine the sensitivity of some seismological data to changes in composition and orientation parameters. An incomplete inverse problem shows that taking the anisotropy into account may help to discriminate between petrological models

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