Dissertations / Theses on the topic 'Inversions de température'

La détermination sexuelle chez les vertèbres repose sur différents mécanismes génétiques et epigenetiques. Chez les vertebres hétérothermes, la détermination du sexe de l'embryon ou de la larve par la température existe dans de nombreuses espèces. Chez l'amphibien pleurodèles waltl, une température d'élevage de 32c inverse le sexe des larves femelles génétiques. Cette inversion est fonctionnelle et permet ainsi l'obtention de thermoneomales phénotypiques. Nous avons étudié les bases génétiques de la détermination du sexe chez le pleurodèle en recherchant des gènes homologues de sry, déterminant testiculaire des mammifères. Une séquence sox (sry-box containing gène) a été clonée chez le pleurodèle mais elle ne joue sans doute aucun rôle dans la détermination sexuelle. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'activité de l'aromatase chez le pleurodèle. La régulation de l'expression de cette enzyme, qui catalyse la conversion des androgènes en strogenes, constitue un événement-clef de la différenciation sexuelle chez les vertebres hétérothermes. L'activité aromatase a été étudiée dans les conditions de différenciation sexuelle normale et sous l'effet de traitements thermiques et hormonaux. Des traitements de larves en cours de différenciation sexuelle par divers inhibiteurs, comme des inhibiteurs de l'aromatase, ou d'hormones, comme l'stradiol et la dihydrotestosterone, ont également été entrepris. Les résultats obtenus montrent le rôle primordial de l'stradiol et de l'aromatase dans la différenciation sexuelle chez le pleurodèle. La dihydrotestosterone pourrait également intervenir de façon importante dans la différenciation male.

L'Arctique se réchauffe deux à trois fois plus vite que le reste de la Terre, et c'est donc une zone d'étude cruciale des sciences de l'atmosphère. Cette thèse a pour but d'étudier deux caractéristiques de la couche limite de l'Arctique (les nuages et les inversions de température en surface) et de déterminer leur impact sur le bilan d'énergie de surface en combinant observations et modélisation. Tout d'abord, une nouvelle statistique des caractéristiques nuageuses au-dessus de la banquise a été dérivée d'un ensemble de 1777 profils lidar obtenus au cours de la campagne Ice, Atmosphere, Ocean Observation Systems (IAOOS). Lors de cette campagne, les nuages étaient présents plus de 85% du temps de mai à octobre et l'épaisseur (optique et géométrique) des couches de nuages individuelles était maximale en octobre. Le forçage radiatif total des nuages en été a été était négatif pour les nuages optiquement minces, mais positif pour les nuages optiquement épais. Deuxièmement, l'impact des vitesses de vent sur le développement des inversions de température en surface en Arctique continental a été étudié. L'analyse des mesures de la campagne pré-ALPACA, qui a eu lieu à Fairbanks, Alaska, en hiver 2019, a montré qu'une circulation locale se renforce en conditions anticycloniques. Cet écoulement inhibe le développement de fortes inversions de température en alimentant la turbulence, même lorsque le refroidissement radiatif est très fort. La modélisation des inversions de température en conditions de ciel clair en lien avec la vitesse du vent a ensuite été étudiée, plus particulièrement en zones de couvert forestier. Un modèle analytique à deux couches de la couche de surface végétalisée a été développé. Ce modèle prévoit une diminution plus lente du gradient de température en fonction de la vitesse du vent par rapport à un modèle à une seul couche, et il est cohérent avec les observations menées à un site du réseau Ameriflux près de Fairbanks. En revanche, deux schémas de couche de surface de WRF se sont avérés imposer des limites excessives à la turbulence
The Arctic is warming at two to three times as fast as the rest of the Earth, and it is therefore a crucial area of study for atmospheric scientists. This thesis aimed to gain insight on two characteristics of the Arctic boundary-layer (clouds and surface based temperature inversions) and to determine their impact on the surface energy balance through a combination of novel measurements and modelling. First, a novel statistic of cloud frequency and characteristics over the Arctic sea-ice was derived from a set of 1777 lidar profiles obtained during the 5-year Ice, Atmosphere, Ocean Observation Systems (IAOOS) campaign. Clouds were found to occur more than 85% of the time from May to October and single cloud layers were optically and geometrically thickest in October. Total cloud radiative forcing over a typical summer cycle was estimated to be negative for optically thin clouds, but positive for optically thick clouds. Second, the impact of wind speeds on the development of surface-based temperature inversions (SBIs) in the continental Arctic was investigated. The analysis of measurements from the pre-ALPACA winter 2019 campaign that took place in Fairbanks, Alaska, showed that a local, likely topographically driven flow developed under anticyclonic conditions. This flow inhibited the development of strong SBIs by sustaining significant turbulence even under very strong radiative cooling. The modelling of clear-sky surface layer temperature inversions and their dependence on wind speed was then studied, with a focus on forest areas. A 2-layer analytical model of the vegetated surface layer was developed. This model exhibited a slower decrease of the SBI strength with wind speed compared to a 1-layer model, which was shown to be coherent with observations at an Ameriflux site close to Fairbanks. These models were then compared to two WRF surface layer schemes, which were found to place excessive limits on the turbulence, preventing the development of large temperature gradients

De nouvelles données paléomagnétiques ont été acquises dans le massif des Ardennes et Artois (Nord de la France et du Sud de la Belgique). Les calcaires dévoniens'et carbonifères présentent deux composantes de réaimantation portées par de la magnétite et la pyrrothite : une composante de basse température enregistrée au cours des dernières phases de plissement et une composante de haute température acquise au début des déformations. Des réaimantations post- et syn-pli sont également observables dans les grès rouges du Dévonien inférieur à hématite. Les directions des vecteurs paléomagnétiques sont principalement contrôlées par l'orientation des structures varisques. Les rotations dans les Ardennes sont limitées à des couloirs étroits qui sont le résultat de transtension locale. Les rotations dans l'Artois sont le résultat d'un raccourcissement oblique à la marge de continent. La chaîne de chevauchements des Ardennes et l' Artois n'a ainsi pas subi de rotation d'ensemble par rapport au Laurussia.

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

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

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.

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

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

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

Les mesures de la température de brillance des couverts végétaux s’appliquent à de très nombreux domaines comme la climatologie, l’hydrologie, l’agronomie, écologie. Son intérêt principal est de permettre d’accéder à l’estimation du bilan énergétique de la surface. Les mauvaises performances des modèles actuels en terme de restitution de la température de surface sont attribuées, en grande partie, à l'hétérogénéité des surfaces continentales. Les modèles actuels sont inaptes à rendre compte correctement des flux dans ces conditions (même éventuellement avec une correction de type kB-1). Les espoirs portent sur les modèles à deux sources qui traitent de façon différente les flux surface/atmosphère pour les sols et pour la végétation. Ce travail a permis de montrer que les paramètres structurels de la végétation comprenant l'indice de superficie foliaire, la distribution d'angle foliaire et l’indice de groupement exercent de grands effets sur la simulation du transfert radiatif dans le couvert végétal, et également sur la séparation des températures composantes du couvert végétal à partir des données multidirectionnelles dans les domaines visible et infrarouge thermique. Ce travail a aussi montré qu’il était possible d’amélioration la séparation des températures composantes du couvert végétal en utilisant la distribution d'angle foliaire et l’indice de groupement obtenus de données satellitaires. Un modèle analytique en tenant compte de la structure de la végétation a été développé et l'architecture optimale du réseau neuronal a été étudiée et proposée pour extraire les températures composantes du couvert végétal à partir des données multidirectionnelles dans les domaines visible et infrarouge thermique
The separation of component temperature is the basic step for the application of two-source algorithm. Multi-angular thermal infrared measurements provide a chance for the estimation of component temperatures (namely, soil and vegetation temperatures) with remotely-sensed data. The objective of this study is to explore the factors that affect the estimation of component temperatures and propose new algorithm for inverting the canopy radiative transfer models to compute component temperatures. The objectives of this dissertation include: (1) finding an appropriate candidate leaf angle distribution functions for modeling and inversion, (2) evaluating the scaling behavior of Beer's law and its effect on the estimation of component temperatures, (3) proposing an analytical model for directional brightness temperature at top of canopy, (4) retrieving component temperatures with neural network and simplex algorithms. The effects of leaf angle distribution function on extinction coefficient, which is a key parameter for simulating the radiative transfer through vegetative canopy, is explored to improve the radiative transfer modeling. These contributions will enhance our understanding of the basic problems existing in thermal IR remote sensing and improve the simulation of land surface energy balance. Further work can be conducted to continue the enhancement and application of proposed algorithm to remote sensing images

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

L'utilisation des radiomètres micro-ondes sur un satellite est un moyen puissant d'observation de l'atmosphère et de la surface terrestre. Ce travail décrit la mise au point d'un code numérique pour calculer la température de brillance observée par un radiomètre micro-onde depuis un satellite dans des conditions variées. Ce code est basé sur l'équation de transfert radiatif et dans une hypothèse d'atmosphère plane parallèle. La simulation de la température de brillance nous permet d'effectuer l'étude de sensibilité des signaux micro-ondes aux paramètres des nuages et des précipitations. Cette étude a prouvé la possibilité de retrouver certains de ces paramètres. Puis les algorithmes d'inversion d'essai ont été établis pour remonter à certains paramètres des nuages et à la température de surface de l'océan (en atmosphère nuageuse) à partir des mesures de radiométrie micro-onde. La comparaison entre les valeurs inversées et vraies montre qu'une certaine information concernant les nuages peut être extraite des mesures du sondeur micro-onde Météosat MMS qui est embarqué sur le satellite METEOSAT de seconde génération

Les nouvelles méthodes tomographiques, qui utilisent le calcul des noyaux de sensibilité 3D, emploient souvent comme modèles de référence des modèles VP , VS à grandes longueurs d’onde obtenus par des inversions linéarisées. Ces modèles sont basés sur de petites perturbations de modèles globaux 1D et sont utilisés dans un deuxième temps pour estimer les distributions de température et de composition. D’un point de vue sismologique, le degré d’hétérogénéité dans la zone de transition (350- 1000 km de profondeur), lié aux transitions de phase et aux mouvements de convection, peut être suffisamment important pour que le concept d’un modèle sismique 1D de référence soit remis en question. Un algorithme de Monte Carlo par chaînes de Markov a été implémenté. Il détermine directement de façon statistique l’état thermique et la structure anisotrope du manteau à partir des données de dispersion des ondes de surface de Love et de Rayleigh. Des courbes polynomiales de Bézier sont choisies pour la paramétrisation et produisent à la fois des modèles lisses et des discontinuités. La solution est décrite en termes de probabilités, ce qui permet de prendre en compte les incertitudes. La méthode est illustrée avec des courbes de dispersion synthétiques et réelles. Les résultats indiquent une distribution de température complexe au milieu de la zone de transition sous l’Océan Pacifique. La structure anisotrope détectée est en bon accord avec les études précédentes qui indiquent une anisotropie positive dans le manteau supérieur. En considérant peu de contraintes a priori, la zone de transition paraît isotrope, le long du trajet étudié. Mots-clés : inversion non-linéaire, ondes de surface, distributions de probabilité, zone de transition, température, anisotropie radiale, vitesse de phase
The new tomographic methods involving 3-D kernel computations often use, as reference models, 3-D large wavelength VP , VS models obtained by linearized inversions. These models are based on small perturbations of 1-D global models and are secondly used to derive temperature and composition distributions. From a seismological point of view, the degree of heterogeneity in the transition zone (350- 1000 km depth), due to phase transitions and convective motions, can be strong enough that the concept of a 1-D reference seismic model might be addressed. A Markov chain Monte Carlo algorithm was implemented. This directly determines the statistical thermal state and anisotropic structure of the mantle from the dispersion data of Love and Rayleigh surface waves. Polynomial Bézier curves are chosen for the parameterization and are able to explore both smoothly varying models and first-order discontinuities. The solution is described in probabilistic terms, allowing uncertainties to be fully accounted for. The method is illustrated with both synthetic data and real dispersion curves. The results indicate a complex temperature distribution in the mid-transition zone beneath the Pacific Ocean. The retrieved anisotropy structure agrees with previous studies indicating positive uppermost mantle anisotropy. Considering few a priori conditions, the transition zone appears to be isotropic, along the investigated path

Ce travail comprend deux parties essentielles: une partie théorique et une partie expérimentale. La partie théorique est consacrée à la mise au point d'un formalisme numérique (méthode de Newton-Raphson) en utilisant tes lois d'équilibre de la thermodynamique pour le calcul de la composition et les propriétés thermodynamiques des plasmas thermiques. Ce calcul a été appliqué pour différentes valeurs de pourcentages de CO2 afin de mettre en évidence l'influence de cette molécule sur les propriétés thermodynamiques du plasma du mélange Ar-CO2, à la pression atmosphérique.
La partie expérimentale constitue la partie principale et essentielle de ce travail. Nous avons mis au point la chambre à arc stabilisé par parois (type Maecker modifié) afin de disposer d'un arc stable dans le temps. Les méthodes de diagnostic du plasma sont basées sur la spectroscopie d'émission. Deux méthodes d'interpolation (polynôme, spline) pour le lissage des points expérimentaux sont comparées. Les profils de températures d'excitation sont détermines à partir des raies atomiques (argon, carbone, oxygène) et les profils de température de rotation à partir des spectres moléculaires observés, système de Swan C2(0,0) et système violet de CN(0,0).
Les principaux résultats expérimentaux obtenus montrent que :

-la composition locale du plasma n'est pas celte injectée,

- la température augmente en fonction du courant,

-le gradient de température diminue quand le courant augmente,

-les formes des profils des températures d'excitation sont modifiées pour le plasma du mélange Ar-CO2

-le gradient de température diminue quand on augmente te pourcentage de CO2,

- la formation d'un noyau à température élevée sur l'axe de la décharge et d'un début de palier entre 7 000k et 8 500 K,

- les températures de rotations sont vraisemblablement celtes de la périphérie.

Les séismes glaciaires ont des magnitudes Mw~5 et sont liés au vêlage d’icebergs instables volumineux (km3). Dans le but de caractériser la force à l’origine des signaux sismiques longue-période (10-100~s) mesurés lors de tels évènements, nous développons une méthode d’inversion de la fonction source et un modèle mécanique numérique du phénomène. Grâce à l’analyse détaillée des histoires de forces inversées, nous mettons en lumière l’existence de plusieurs phénomènes responsables de la génération du signal sismique, à savoir (1) une avalanche de glace déclenchée par le détachement d’un iceberg, (2) le vêlage et le basculement de l’iceberg qui applique une force horizontale normale au glacier, et (3) l’accélération de l’ice-mélange dans le fjord. On montre que la magnitude des séismes glaciaires ne peut être interprétée de manière simple car elle englobe plusieurs processus distincts. D’après les résultats de modélisation numérique, l’amplitude de la force générée par un iceberg tournant contre un terminus ne varie pas de manière linéaire avec le volume de glace mais est largement déterminée par plusieurs facteurs qui influent sur la dynamique du mouvement. Ceci démontre que, l’estimation de la perte de glace lors des séismes glaciaires ne semble pas évidente à partir de leur magnitude. La comparaison des forces inversées et modélisées montre que nous sommes capables de reproduire les signaux sismiques et d’accéder ainsi à la dynamique du phénomène. Les informations contenues dans les variations temporelles de la force de vêlage permettent notamment d’inverser chaque paramètre individuel du modèle et d’estimer ainsi les dimensions et le volume de glace détaché
Glacial earthquakes have magnitudes Mw~5 and associated to the calving of large-scale (km3) unstable icebergs. In order to characterize the force at the origin of long-period seismic signals (10-100~s), we develop a source inversion scheme and a numerical modeling of iceberg capsize. Thanks to detailed analysis of the inverted force histories, we reveal the existence of several phenomena responsible for the seismic signal generation, being (1) an ice-avalanche triggered by the detachment of a first iceberg, (2) the calving and capsize of icebergs which apply a horizontal force normal to the glacial terminus, and (3) the ice-melange acceleration in the fjord. This shows that the interpretation to the event magnitudes is not straightforward as they represent the energy that is released by distinct mechanisms. With mechanical numerical modeling of the phenomenon, we show that the force amplitude does not linearly scales with the iceberg volume but also depends on various parameters that control capsize dynamics. This implies that the calving-induced mass loss cannot be estimated from the glacial earthquake magnitude only. Nevertheless, by comparing between seismic inverted forces and the modeling results, we are able to reproduce seismic signals and access the event dynamics. Informations that are contained in the force histories enable to invert each model parameter and thus estimate the iceberg dimensions and then volume

Les observations satellitaires permettent d'estimer les valeurs de différents paramètres biogéochimiques à la surface des océans. D’une manière générale, les paramètres observés sont reliés à des grandeurs géophysiques de l’océan comme : les profils verticaux de concentrations en Chlorophylle-A, les profils de Salinité et de Température… La dimensionnalité de ces données environnementales est très grande, autant dans le cas des données de surface que des profils verticaux. A cause de leur grande dimensionnalité, et de la dynamique complexe qui relie ces données, il est difficile de modéliser leurs relations de façon linéaire. Il s'agit dans cette thèse d'élaborer une méthodologie d'inversion statistique des observations de surface afin de retrouver ces profils verticaux. La méthodologie développée et que nous avons nommée PROFHMM, fait appel aux Cartes Topologiques Auto-organisatrices pour pouvoir modéliser le problème sous forme d’une chaîne de Markov cachée. PROFHMM utilise les capacités topologiques des Carte Auto-organisatrices non seulement pour déterminer les états et la topologie de la chaîne de Markov cachée générée, mais aussi pour améliorer l’estimation des probabilités qui sont essentielles pour son fonctionnement. Sur les applications géophysiques que nous avons traité dans cette thèse, l’introduction des cartes topologiques auto-organisatrices se révèle un élément essentiel pour assurer les performances obtenues. Le manuscrit est structuré en quatre parties. La première partie présente les méthodes statistiques qui forment la base des méthodologies proposées dans cette thèse. Il s’agit des chaînes de Markov Cachées , de l’algorithme de Viterbi et des cartes topologiques auto-organisatrices. Chaque partie suivante représente un article : Le premier présente la méthodologie générale de PROFHMM, et traite de l’application qui porte sur la reconstitution temporelle des profils verticaux de Chlorophylle-A. Cette application permet de voir qu’il est possible de synchroniser des données issues de modèles numériques avec des données d’observation satellitaires. Le second article présente les résultats obtenus par l’application de PROFHMM pour reconstruire les données de la campagne ARAMIS à partir des données altimétriques AVISO et la température de surface fournie par la NOAA. Les performances obtenues prouvent qu’il est possible de synchroniser une dynamique océanique apprise par des données in-situ et des donnes de surface. Finalement, dans le troisième article nous présentons une modification à l’algorithme de Viterbi pour prendre en compte, durant la phase de reconstruction de trajectoires, une connaissance à priori sur la qualité des observations. La validité de l’approche est démontrée à partir d’expériences jumelles de reconstruction de séries temporelles de données surface
Satellite observations provide us with the values of different biogeochemical parameters at the surface layer of the ocean. These observations are highly correlated with the underlying vertical profiles of different oceanic parameters, such as the Chlorophyll-A concentration, the salinity and temperature of the water column… The sea-surface data and the vertical profiles of the oceanic parameters constitute multi-dimensional vectors. Due to their multi-dimensionality and the high complexity of the dynamics connecting these data sets, their links cannot be modeled linearly. In this thesis we present a methodology to statistically invert sea-surface observations in order to retrieve these vertical profiles. The developed methodology, named PROFHMM, makes use of Self Organizing Maps in order to render the inversion problem compatible with the Hidden Markov Model formalism. PROFHMM makes full use of the topological aspect of the Self Organizing Maps in order not only to generate the topology and states of the Hidden Markov Model, but also improve the estimation of the probabilities essential to the accuracy of the model. The use of the Self Organizing maps was essential in obtaining the results for the geophysical applications of PROFHMM presented in this manuscript. The manuscript was structured in three chapters, each consisting of an article. In the first one, the general methodology of PROFHMM is developed, then tested for the retrieval of vertical profiles of Chlorophyll-A by inverting sea-surface observations. This application demonstrated the ability to synchronize sea-surface data with the output data of numerical models. The second article presents the application of PROFHMM on the inversion of sea-surface data obtained from the AVISO and NOAA projects, in order to retrieve the vertical profiles of temperature over the rail of the ARAMIS mission. The performances obtained demonstrate the ability of PROFHMM to synchronize sea-surface data with in-situ measurements. Finally, in the third article, we present a modification to the Viterbi Algorithm in order to take into account an à priori knowledge of the quality of the observations when performing reconstructions. The proposed methodology, named PROFHMM_UNC, was applied for the reconstruction of the temporal evolution of sea-surface data, by taking into account the quality of the satellite observations used. The validity of the method was proven by performing a twin experiment on the outputs of a numerical model