Dissertations / Theses on the topic 'Mer – Télédétection'

La pollution maritime est l’un des principaux accidents qui affectent l’environnement maritime pendant une longue période. Il est essentiel que les systèmes de détection et de surveillance des déversements d'hydrocarbures interviennent rapidement pour contenir le danger. Ces systèmes utilisent plusieurs techniques et capteurs, les plus récents étant ceux réalisés à distance à l'aide de systèmes satellitaires et aéroportés. L'Agence européenne pour la sécurité maritime (EMSA) a lancé en 2016 la nécessité d'utiliser un système complémentaire, utilisant des drones, aux systèmes de surveillance maritime actuels.Dans nos travaux, nous proposons l’utilisation des drones comme système de détection des déversements d’hydrocarbures. Le radar basé sur un drone permettra une évaluation rapide et le traitement des données en temps réel de la zone où le drapeau de possibles déversements est levé par des témoins. L' échographie en parallèle peut être utilisée pour couvrir une grande surface dans un moment critique. De plus, l' échographie à l'aide de drones offre une résolution spatiale élevée par rapport à un satellite et présente l'avantage principal d'un coût relativement réduit par rapport aux systèmes de détection aéroportés spécialisés. Les drones peuvent être désignés comme systèmes nadir (émission et réception à angle nul par rapport à la normale). Étant largement indépendants de la rugosité de surface, les rendements des systèmes nadir (ou quasi-nadir) bénéficieront de la prédominance de la diffusion spéculaire et permettront une détection même par vent très faible. Les mêmes conditions sont considérées comme inappropriées pour la détection à l'aide d'autres techniques récentes.Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche probabiliste qui utilise un radar à large bande d'aspect nadir pour les applications de détection de la pollution maritime. L’approche proposée combine un modèle de diffusion monocouche et des statistiques bayésiennes afin d’évaluer la probabilité de détection de marées noires, dans une plage plausible d’épaisseurs, sur l’eau de mer. Nous présentons un cadre d’algorithmes qui utilise des mesures de la valeur de réflectivité pour détecter les déversements de pétrole. L'infrastructure prend en charge une ou plusieurs mesures collectées à une ou plusieurs fréquences dans les bandes C et X. L'analyse des performances des trois types de détecteurs (simple, double et tri-fréquence) est effectuée. L'analyse des résultats obtenus à partir des interfaces de surfaces planes et rugueuses est également présentée.Nous complétons les algorithmes de détection par une nouvelle approche visant à estimer l’épaisseur de la nappe de pétrole. Nous présentons des estimateurs à probabilité unique, double et multifréquences maximum. Ces derniers utilisent l'algorithme de distance minimum euclidienne, dans des ensembles de constellation prédéfinis 1-D, 2-D ou K-D, sur des réflectivités simulées pour estimer l'épaisseur de la marée noire. Les algorithmes dérivés sont présentés et testés à l'aide d'une simulation de Monte-Carlo.Pour pouvoir passer aux prototypes et aux applications réelles, les résultats nécessitent une validation expérimentale. Par conséquent, nous présentons également une méthode rapide et efficace pour l'extraction à distance des coefficients de réflexion de puissance sur une structure multicouche modélisant un déversement d'hydrocarbures à la surface de l'eau de mer. Les résultats expérimentaux obtenus sont analysés et comparés à des calculs théoriques<br>Oil spill in sea water is one of the main accidents that adversely affect the maritime environment for a long period of time. It is crucial to have oil spill detecting and monitoring systems to have quick intervention to contain the danger. Such systems use several techniques and sensors, where most recent ones are those done remotely using satellite and airborne systems. The European Maritime Safety Agency (EMSA) launched in 2016 the need to use a complementary system, using drones, to the present satellite maritime surveillance systems.In our work, we propose the use of the drones for oil spill detection system. The drone-based radar will allow quick assessment and real time data processing of the area where the flag of possible spills is raised by witnesses. Parallelization in scanning can be used to cover large area in a critical time. Furthermore, scanning with drones provides high spatial resolution compared to satellite and with a principal advantage of relative low cost compared to dedicated airborne detection systems. Drones can be designated as nadir-looking systems (transmit and receive at zero angle from the normal). Being largely independent of surface roughness, the returns from nadir (or near-nadir) systems will benefit from the dominance of the specular scattering and allow detection even in very low wind conditions. The same conditions are considered to be unsuitable for detection using other recent techniques.In this thesis, we present a new probabilistic approach which uses nadir-looking wide-band radar for oil spill detection applications. The proposed approach combines a single layer scattering model with Bayesian statistics in order to evaluate the probability of detection of oil slicks, within a plausible range of thicknesses, on seawater. We present a framework of algorithms that utilize measurements of the reflectivity value to detect oil spills. The framework supports one or more measurements collected at single or multiple frequencies in the C-band and X-band. Performance analysis of all three types of detectors (single, dual- and tri-frequency) is done. The analysis for the results obtained from both flat- and rough- surfaces interface is also presented.We complement the detection-algorithms by a new approach targeting the estimation of the oil slick thickness. We present Maximum Likelihood single-, dual- and multi-frequency estimators. The latter use Minimum-Euclidean distance algorithm, in pre-defined 1-D, 2-D or K-D constellation sets, on simulated reflectivities to estimate the thickness of the oil slick. The derived algorithms are presented and tested using Monte-Carlo simulation.To be able to move forward to prototypes and real applications, the results need experimental validation. Therefore, we also present a fast and efficient method for the remote extraction of the power reflection coefficients on multilayer structure modeling an oil spill on the top surface of sea water. Experimental results obtained are analyzed and compared to theoretical calculations

Nous présentons un réseau de radiomètres optiques de terrain, appelés SIMBADA (Satellite Intercomparison for Marine Biology and Aerosol Determination - Advanced version), destinés à la vérification des observations spatiales de la couleur de l'océan. Le SIMBADA réalise en mer des mesures in situ des trois paramètres indispensables à cette vérification : l'épaisseur optique en aérosol, le modèle d'aérosols, ainsi que la réflectance marine. Le radiomètre, portable et autonome, emegistre un signal optique selon onze canaux (de 350 à 870 nm), et mesure l'épaisseur optique en aérosols et la réflectance marine de manière quasi-simultanée grâce à deux gains électroniques. D'autre part, il s'affranchit de la réflexion parasite de la luminance du ciel sur la surface par polarisation. Nous présenterons d'abord l'instrument de manière détaillée, ainsi que le travail réalisé sur la détermination des coefficients d'étalonnage avec l'estimation d'une dérive temporelle et l'utilisation simultanée des étalons solaire et photométrique. Ensuite, nous présenterons deux améliorations apportées à l'algorithme de traitement des données: la première concerne l'estimation du modèle d'aérosols à partir de la variation spectrale de leur épaiseur optique, et la deuxième concerne une correction appliquée aux mesures de réflectance marine pour les corriger de la perturbation éventuelle de petits moutons d'écume. Enfin, nous présenterons la base de données (2300 mesures) réalisée avec la mise en réseau d'une vingtaine de SIMBADA pendant trois ans<br>Nous avons comparé les mesures SIMBADA avec d'autres mesures in situ, réalisées par trois autres instruments de terrain reconnus. La première comparaison a montré que le SIMBADA et le système de photomètre/radiomètre SMSR/SPMR s'accordent à 6% sur l'estimation de l'éclairement descendant et que les deux instruments estiment la réflectance marine avec une erreur de 10 à 20% entre 410 et 560 nm, et de 60 à 80% au-delà; la deuxième a montré que le SIMBADA et le photomètre solaire MicroTops mesurent l'épaisseur optique en aérosols avec une précision de 0. 02 en valeur absolue; enfin, la troisième a montré que le SIMBADA et le spectroradiomètre TriOS s'accordent à 3% (9% pour les grandes élevations solaires) sur l'estimation de l'éclairement descendant, et que les deux instruments estiment la réflectance marine avec une erreur de 10 à 15% entre 410 et 560 nm, et de 20 à 35% au-delà. Ces différentes analyses ont permis de montrer que le SIMBADA réalise ses mesures avec une précision de 0. 001 en termes de réflectance à 443 nm, ce qui est inférieur aux exigences (0. 002 à 443 nm). Enfin, la base de données SIMBADA a été utilisée pour vérifier les observations spatiales de la couleur de l'océan réalisées par les capteurs MERlS/ENVISAT et POLDER-2/ADEOS-2, en estimant leurs erreurs sur l'estimation de la réflectance marine, puis en les comparant aux exigences de l'observation spatiale de la couleur de l'océan (0. 002 en termes de réflectance marine au-dessus de la surface à 443 nm). La comparaison SIMBADA/MERlS a révélé une erreur assez importante sur les réflectances marines dérivées de MERlS après correction atmosphérique (RMS de 0. 008 à 443 nm). La comparaison SIMBADA/POLDER-2 a révélé une erreur moins importante sur les réflectances marines dérivées de POLDER-2 après correction atmosphérique (RMS inférieur à 0. 004 à 443 nm)<br>D'autre part, une analyse plus détaillée a été réalisée sur la vérification des données MERlS. Premièrement, les erreurs sur l'estimation de l'épaisseur optique en aérosols et du modèle d'aérosols dérivés de :MERlS sont assez élevées. Deuxièmement, l'erreur sur l'estimation de la réflectance marine croît aux courtes longueurs d'onde utilisées pour la couleur de l'océan, et est sans doute attribuable à la précision des codes de transfert radiatif utilisés et au choix des modèles d'aérosols utilisés. Aucun paramètre géophysique ou climatique (vitesse du vent, élévation solaire, latitude,. . . ) ne semble être corrélé à cette erreur. Par ailleurs, on améliore l'estimation de la réflectance marine en appliquant aux données un critère de qualité (flag :MERlSPCD_1_13) : le RMS passe dans ce cas à 0. 005 à 443 nm. Toutefois, ce critère semble diminuer d'un facteur deux le nombre de pixels déclarés valides. Enfin, l'impact des erreurs de correction atmosphérique sur l'estimation de la concentration en chlorophylle a été évaluée en appliquant le même algorithme bio-optique (OC4v4) aux réf1ectances marines issues de MERIS et de SIMBADA. La précision estimée est de 60% (30% lorsque le flag MERlS PCD_l_13 est appliqué), chiffre auquel il convient d'ajouter la variabilté naturelle de l'algorithme géophysique

Le but de cette thèse est de proposer une représentation réaliste de la surface de la mer pour mieux simuler les grandeurs de télédétection au-dessus par le modèle de double échelle de l'Université Catholique de Louvain. Nous utilisons d'abord une méthode ''bulk'' pour calculer le flux de quantité de mouvement entre l'air et la mer. Cette méthode offre une bonne description spectrale des vagues dans la partie non couverte par du déferlement. Elle améliore, en réalité, la sensibilité des simulations sur la vitesse du vent et sur la stabilité atmosphérique qui se révèle importante à prendre en compte pour l'inversion du flux de quantité de mouvement à partir des mesures radiométriques. Ensuite, nous proposons un modèle permettant de tenir compte de la diffusion électromagnétique par les zones de déferlement. Ce modèle est unificateur car il utilise plusieurs approches existant déjà avant de les généraliser pour décrire de façon cohérente l'effet des fortes rugosités et de la couche d'écume, qui existent au sein des zones de déferlement, sur les simulations des mesures actives et passives<br>The aim of this thesis is to propose a realistic representation of the sea surface to improve simulations of remote sensing measurements above it using the double scale model of the University Catholique de Louvain. We use at first the ''bulk'' method to evaluate the momentum flux between air and sea. This method allows us to obtain a good distribution of the spectral density of waves in the regions that do not contain breaking waves, and improves the sensitivities of active and passive UCL simulations on wind speed and atmospheric stability. We showed that atmospheric stability must be taken into account in any algorithm for deducing the momentum flux using sea surface brightness temperatures. Then, we propose a model that takes into account the electromagnetic scattering by breaking zones. This model uses several approaches which exist in the literature. These approaches are generalised and gathered to obtain a unique model that estimates correctly the effects of ripples and foam coverage, composing any breaking zone, on both active and passive simulations

Le satellite SPOT avec une résolution de 10 mètres offre de nouvelles possibilités dans la fabrication des cartes topographiques. En effet, avec une telle résolution, SPOT permet la réalisation de cartes à moyennes et petites échelles et la restitution du relief grâce à ses images stéréoscopiques. Pour évaluer les performances cartographiques de SPOT dans les régions sub-méditerranéennes, deux zones expérimentales du sud algérien ont été choisies. La première porte sur un couple de clichés SPOT comprenant l'agglomération de Ghardaïa et la seconde sur deux segments stéréoscopiques adjacents couvrant une coupure cartographique au 1/200. 000 de 12000 km2 environ. Ces expérimentations ont permis : de définir les précisions obtenues et les échelles optimales des cartes ; d'affiner les différentes phases du processus de fabrication (équipement terrain spatiotriangulation, etc). De présenter une gamme de produits cartographiques (carte traditionnelle, carte sur fond d'image monochrome et en couleur) ; de faire une approche sur les coûts et les délais de réalisation cartographique<br>The satellite SPOT with a resolution of 10 meters offers new possibilities for making topographic maps. As expected, with such high resolution, SPOT enables to make maps at small and medium scales and the restitution of the topography, owing to its stereoscopic possibilities. To assess the cartographic performances of SPOT in the sub-mediterranean areas, two test-fields of southern Algeria have been selected. The first one concerus a SPOT model including the sub-urban area of Ghardaia and the second one deals with two stereoscopic tied strips covering a cartographic format of about 12000 km2 at a 1/200. 000 scale. These experiments allowed to : define the resulting accuracies and the optimum scales of the maps ; refine the different steps in the process of the map making (ground control, spatial triangulation, etc…) ; present a variety of cartographic products (classical map, monochrome and color image based maps, etc…) ; estimate the costs and times of a complete cartographic process

Notre travail s'intègre dans la tendance actuelle concernant le développement durable et la gestion intégrée des zones côtières. Plus précisément, nous nous sommes intéressés aux besoins de la communauté opérationnelle dépendante du littoral, et au développement et à l'évaluation de méthodologies ad hoc. Nous proposons un ensemble de procédures et d'outils de suivi et de simulation d'environnements littoraux, reposant sur l'utilisation conjointe de données de télédétection, de modèles numériques du transfert radiatif dans la mer et l'atmosphère et éventuellement de mesures in situ, permettant de dériver des informations pertinentes sur la distribution spatiale des propriétés optiques dans les eaux du cas II. Nous montrons que des méthodes robustes de traitement des images à haute résolution spatiale, facilement transposables d'un site à l'autre, sont au coeur du besoin pour un meilleur suivi du domaine littoral par télédétection. Nous dressons un panorama comparatif et critique des méthodes historiques et précisons le cadre opérationnel de leur application. Une analyse détaillée du transfert radiatif dans les eaux littorales turbides permet d'identifier les processus optiques prépondérants et dont la prise en compte est nécessaire à une modélisation satisfaisante de ces environnements. Nous proposons des approches innovantes reposant sur des solutions au problème inverse appliqué à l'optique marine. Ces procédures et méthodes sont intégrées dans un outil logiciel dédié, incluant différents modèles de simulation du transfert radiatif dans les eaux côtières, et un ensemble d'outils de traitement d'image de la couleur de la mer, adaptés au contexte de travail d'un utilisateur opérationnel. La robustesse des méthodes développées est évaluée au travers d'analyses de sensibilité. Cette approche nous a permis de prendre en compte les caractéristiques des capteurs futurs ayant un fort potentiel pour l'étude des zones côtières (MERIS, NEMO-COIS). L'intégration du prototype dans un Système d'Information Marin fournira à terme les conditions d'exploitation optimale de l'outil.

A partir d'une typologie physionomique standardisée, cette thèse entend proposer une méthode de cartographie des mangroves de l'Outre-mer français. Plusieurs jeux de données satellites sont ainsi exploités en vue (i) de déterminer l'extension des surfaces de mangroves, (ii) quantifier la fermeture de canopée, (iii) quantifier la hauteur de la canopée et (iv) identifier les principales espèces de palétuvier. La détermination des surfaces de mangroves se fait via l'exploitation des particularités spectrales des palétuviers dans le moyen-infrarouge visibles sur les images Landsat et Sentinel-2. La quantification de la fermeture de canopée est basée sur un algorithme doublement contraint (FCLSU) de démélengeage linéaire des pixels d'images très haute résolution Pléiades. La quantification de la hauteur de canopée a été effectuée quant à elle grâce à l'utilisation d'une analyse photogrammétrique d'un couple d'images panchromatiques stéréoscopiques WorldView-3 (0.3 mètres de résolution). Enfin, la discrimination des principales espèces de mangroves a été permise grâce à l'exploitation de relevés spectraux effectués sur le terrain et calibration des propriétés spectrales des différentes espèces visibles sur les images satellites<br>Based on a standardized typology, this thesis aims to propose a method for mapping the French Overseas mangroves. Several sets of satellite data are used to (i) determine mangrove extent, (ii) quantify canopy closure, (iii) quantify canopy height, and (iv) identify main species. Determination of mangrove extent was possible by using spectral characteristics of mangroves in the short wave infrared wavelength observed on the Landsat and Sentinel-2 images. Quantification of canopy closure is based on a fully constrained algorithm (FCLSU) of linear spectral mixture analysis of pixels of a very high resolution Pléiades images. Quantification of canopy height was performed using photogrammetric analysis of WorldView-3 stereoscopic panchromatic images (0.3 meters resolution). Finally, discrimination of main mangrove species was permitted through the use of spectral surveys and calibration of spectral properties of the different species observed on the satellite images

La diffusion atmosphérique des molécules et aérosols perturbe l'observation de la couleur depuis l'espace et nécessite l'utilsation d'un algorithme dit de correction atmosphérique. L'algorithme le plus usuel fait l'hypothèse d'aérosols non absorbants et suppose implicitement connu le profil vertical de la concentration en aérosols. Les observations par les capteurs spatiaux ont montré que ces hypothèses sont insuffisantes en particulier pour les zones survolées par le panache d'aérosols désertiques. Le travail présenté vise à développer un nouveau type d'algorithme basé sur l'observation multiangulaire. Nous avons simulé le signal, luminance normalisée ou réflectance, observé en haut de l'atmosphère en présence d'une couche d'aérosols localisés à une altitude variable. D'abord, nous présentons la modification du code de transfert radiatif, pour permettre l'introduction d'une couche localisée à une altitude déterminée, z. Les effets de l'altitude ont été évalués en distinguant la diffusion propre d'une absorption additionnelle. Les résultats obtenus, presentés ensuite montrent que les effets de l'absorption sont beaucoup plus importants que ceux de la diffusion. Les effets sont variables avec le modèle d'aérosol. L'effet d'absorption dépend peu du modèle d'aérosol, et varie de façon presque proportionnelle à l'épaisseur optique des aérosols en absorption, l'épaisseur optique moléculaire, l'altitude de la couche d'aérosols. Puis un algorithme original de correction de l'effet d'absorption atmosphérique est proposé. Enfin, nous avons évalué la précision du code de transfert radiatif sous les mêmes hypothèses. Il n'apparaît pas de biais qui soit supérieur à l'exigence de précision nécessaire à la correction atmosphérique pour l'observation spatiale de la couleur de l'eau, sauf quand la surface est agitée par le vent et quand les désaccords sont plus marqués.

De plus en plus de données satellitales ou aéroportées acquises au dessus de la surface de la mer sont disponibles notamment dans la gamme micro-ondes. Pour interpréter correctement ces données, il est nécessaire de disposer d'une part d'un modèle de diffusion qui soit capable de prendre en compte l'aspect multi-échelles de la surface de mer et d'autre part une bonne représentation spectrale de la surface de mer. Ces dernières années, plusieurs modèles de diffusion électromagnétiques unifiés (capables de prendre en compte la diffusion électromagnétique pour les petites et grandes vagues) ont été développés sous statistiques gaussiennes de la surface de mer. Cependant, ces modèles sont insuffisants pour interpréter les observations lorsque différents jeux de données (multi-bande et multi-incidence) sont confrontés. Le plus de cette thèse est de progresser dans une modélisation cohérente de ces données radar.La première étape est d'incorporer les aspects non-gaussiens de la surface de mer, connus pour influer significativement sur la section efficace de rétrodiffusion (SER). Cela est réalisé dans le cadre du modèle électromagnétique "Weighted Curvature Approximation " (WCA) en introduisant le kurtosis des pentes et en se limitant à la SER omnidirectionnelle et à la polarisation verticale.Ces corrections permettent une meilleure modélisation de la section efficace radar mais ne sont pas suffisantes pour obtenir un accord avec les données dans toutes les configurations (bande, incidence, vent). Cela suggère une amélioration nécessaire du spectre des vagues courtes, qui fait l'objet de la deuxième partie de ces travaux de recherche.Un nouveau spectre omnidirectionnel est calculé afin d'obtenir une meilleure modélisation de la SER omnidirectionnelle en polarisation verticale tout en respectant des contraintes a priori sur les pentes mesurées par des techniques optiques. Ce spectre s'avère assez semblable au spectre unifié d'Elfouhaily, avec quelques différences notables cependant dans la gamme des échelles décimétriques.

Cette thèse présente une approche novatrice d’analyse et d’observation de la structure de la communauté de phytoplancton à l'échelle mondiale et régionale à l'aide de données satellitaires (couleur de l‘océan et température de surface) et d'observations in-situ. L'approche est basée sur des méthodes neuronales de classification, telles que les cartes auto-organisatrices (SOM) calibrées sur une grande base de données globale formée de mesures satellitaires collocalisées avec des mesures in-situ. Nous avons d’abord développé une méthode d’estimation des pigments phytoplanctoniques secondaires appliquée à l’océan global à partir de mesures satellitaires. Ensuite nous avons réalisé une étude fine de la Méditerranée où les groupes phytoplanctoniques (PFTs) ont été identifiés. En se servant des mesures de profondeur de la couche de mélange (MLD) fournies par les flotteurs ARGO, de la température de surface de la mer (SST) et de la concentration en chlorophylle-a (Chla) satellitaire, nous avons déterminé sept bio-régions basées sur le cycle annuel de ces variables en utilisant une SOM modifiée. Enfin ces bio-régions ont été caractérisées en termes de PFTs. Les méthodes utilisées nous ont permis d’évaluer les incertitudes sur les pigments et sur les PFTs. L’ensemble des méthodes proposées dans la thèse permettent d’effectuer des études similaires dans d’autres régions<br>This thesis presents a novel approach to analyze and observe the phytoplankton community structure at global and regional scale using satellite data (Ocean colour and Sea surface temperature) and in-situ observations. The approach is based on neural network classification methods, such as Self-Organizing Maps (SOM) trained on a large global database composed of satellite observations collocated with in-situ measurements. First, we developed a method to estimate secondary phytoplankton pigments from satellite measurements in the global ocean. Then we focused our studies on the Mediterranean Sea. Phytoplankton groups (PFTs) were identified from the secondary pigments estimated in the first phase. We then characterized seven bio-regions by clustering annual cycles MLD obtained from Argo floats, SST and Chla by using an advanced SOM. At last, these bio-regions were characterized in terms of PFTs. The methods developed in this thesis allowed us to estimate uncertainties on secondary pigments and PFTs. The applicability of these methods are broad and can be used to investigate other oceanic areas

Mes recherches visent à mieux décrire et comprendre la variabilité des échanges air-mer de CO2 à l'époque actuelle et celle de la salinité dans l'océan de surface. Elles s'inscrivent dans les problématiques des programmes internationnaux SOLAS (‘Surface Ocean - Lower Atmosphere Study'), ‘Global Carbon Project' et CLIVAR (‘Climate Variability and predictability'). Une des originalités de mes recherches est de privilégier les mesures autonomes (satellitaires et sur bouée dérivante) pour des études à grande échelle. A mon sens, ce type de mesures présente l'énorme avantage d'offrir un échantillonnage spatio-temporel très vaste, très différent de celui des mesures in situ réalisées a partir de bateaux, par nature ponctuelles dans l'espace et dans le temps. En contre partie, les mesures acquises de façon autonome sont souvent plus difficiles à valider et concernent un nombre de paramètres plus restreint que celles acquises lors de campagnes océanographiques, peu de paramètres étant mesurables depuis l'espace ou sur bouée instrumentée. Cela m'a conduite 1) à avoir une activité importante de validation des mesures satellitaires, activité indispensable pour évaluer la qualité des estimations réalisées à partir de ces mesures et 2) à analyser des mesures in situ en vue d'identifier les processus responsables de la variabilité du CO2 océanique et de relier cette variabilité à des paramètres déductibles des mesures télédétectées. Cette approche m'a permis de déterminer la variation saisonnière et interannuelle du flux de CO2 intégré sur le Pacifique équatorial qui a servi à valider les estimations d'un modèle biogéochimique océanique et la variation saisonnière du flux de CO2 sur une large zone dans l'océan Sud (Sud de l'Australie, Nouvelle Zélande). Elle se poursuit dans l'océan Sud, avec les mesures de plus en plus nombreuses réalisées par des bouées dérivantes CARIOCA (CARbon Interface Océan Atmosphere). Dans les prochaines années, je souhaite approfondir la compréhension des mécanismes controlant la variabilité du CO2 dissous dans l'océan Sud et ceux responsables de la variabilité de la salinité dans la couche superficielle de l'océan. Du fait de son étendue, des sous-saturations régionales en CO2 de l'océan de surface et des vents forts qui y règnent, l'océan Sud est soupçonné d'être la région océanique qui absorbe le plus de carbone. Cependant, il s'agit d'une région mal connue, peu de mesures in situ étant effectuées dans cette zone à cause des conditions météorologiques extrêmes qui y règnent. Depuis 2001, 8 bouées dérivantes CARIOCA ont dérivé entre 42°S et 52°S, totalisant 44mois de mesures horaires de la pression partielle de CO2 (pCO2), de la température, de la salinité, de la fluorescence dans l'océan de surface, de la pression atmospherique et du vent réparties sur toutes les saisons. En outre, six nouvelles bouées seront déployées dans l'océan Atlantique Sud dans les trois prochaines années. Les zones et périodes échantillonnées par les bouées CARIOCA sont presque toujours sous saturées en CO2 par rapport à l'atmosphère. Nous avons identifié, à partir de corrélations entre pCO2 (mesurées soit par bateau, soit par les bouées dérivantes), la température, la salinité ou la teneur en chlorophylle télédétectée, plusieurs grandes régions (appelées ‘provinces biogéochimiques') caractérisées par des régimes de variabilité différents (dominés soit par le mélange, soit par l'activité biologique..). En outre, les mesures CARIOCA montrent une variabilité du CO2 océanique très importante à l'échelle kilométrique, variabilité inaccessible depuis les mesures bateau. Pour déterminer le flux air-mer sur de grandes zones de l'Océan Sud, la démarche proposée est la suivante : 1) déterminer les frontières de chaque province biogéochimique ainsi que leur variabilite saisonniere au moyen de mesures télédétectées et/ou de connaissances climatologiques, 2) identifier dans chaque province les processus dominant la variabilité à moyenne échelle du CO2 océanique et les paramétrer de façon empirique en fonction de quantités accessibles par télédétection, 3) caractériser, au moins de façon probabiliste, la variabilité à petite échelle. Cette démarche devrait conduire à une meilleure compréhension des processus contrôlant les flux air-mer de CO2 dans chaque province, à une meilleure estimation de la répartition spatio-temporelle des flux et fournir ainsi des éléments de validation pour les flux déduits de modèles biogéochimiques ou de modèles inverses atmosphériques. Elle conduira en outre à une meilleure description et compréhension de l'origine de la variabilité de la salinité de surface sur cette région. En parallèle aux études sur les flux air-mer de CO2, je me suis impliquée depuis 1999 dans des études prospectives sur la télédétection de la salinité de surface de la mer (SSS) par radiométrie hyperfréquence en bande L (longueur d'onde 21cm ; la pénétration de la mesure radiométrique en bande L est de l'ordre de 1cm). La SSS est contrôlée par les échanges d'eau douce à l'interface air-mer (bilan évaporation – précipitation), par l'advection océanique et le mélange de masses d'eau de salinité différentes. Actuellement la description de sa variabilité est très imparfaite du fait du faible nombre de mesures in situ. La télédétection par radiométrie en bande L permettra de multiplier les mesures mais, à cause du faible rapport signal sur bruit de la mesure radiométrique à la SSS, la précision attendue sur une SSS individuelle est de l'ordre de 1psu, bien moins bonne que celle accessible avec les instruments traditionnellement utilisés en mer. L'instrument SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) accepté par l'Agence Spatiale Européenne (ESA) devrait être lancé en 2007, l'instrument Aquarius accepté par la NASA devrait être lancé an 2009. L'objectif fixé pour les deux missions est d'atteindre une précision de 0.2psu pour des SSS moyennées sur 200x200km2, 10 jours. Au moyen d'un modèle d'émissivité que nous avons développé et d'un simulateur d'instrument, nous avons montré que cet objectif était réalisable avec les mesures SMOS à condition que les fortes contraintes imposées sur la précision absolue de la mesure radiométrique soient respectées et que la précision des corrections géophysiques soit particulièrement soignée (en particulier la correction de l'effet de rugosité de la surface de la mer). Je participe d'ici 2007, à des études visant à l'amélioration du modèle de transfert radiatif, à la définition des données auxiliaires et du modèle d'inversion devant être utilisés par l'Agence spatiale Européenne pour l'obtention de la SSS. Lorsque les premières mesures SMOS seront disponibles, je m'impliquerai, dans un premier temps, dans la validation des mesures afin de mieux appréhender les atouts et les défauts de ce nouveau type de mesures et d'optimiser leur utilisation pour des études scientifiques océaniques. Une fois ces mesures validées, je souhaite mettre à profit leur couverture synoptique pour mieux décrire la variabilité de la SSS, améliorer la compréhension des mécanismes qui en sont la cause et en déduire des améliorations sur les estimations de flux air-mer de CO2. En effet si pCO2 en un point donné est peu sensible aux phénomènes de dissolution/évaporation, il est par contre fortement dépendant de l'advection et des mélanges de masses d'eau différentes dont la SSS peut servir de traceur, comme par exemple l'advection de zones fortement dessalées dans le Pacifique équatorial ou les rejets de grands fleuves.

L'étude a pour objectif d'estimer la quantité de saumures produites dans Storfjorden, par rejet de sel lors de la formation des glaces de mer. Pour cela, nous avons couple des observations d'sar d'ers-2 des glaces de mer, avec des simples modèles de dérive et de production de glace et des observations in situ. A l'aide de relevés hydrographiques pré- et post-hivernaux, les masses d'eaux, leur transformation et les courants sont décrits, et en particulier, l'augmentation en salinité liée aux saumures, induisant une circulation thermohaline locale. L'observation de la couverture de glace pendant l'hiver 1997-1998 a montre l'évolution d'une vaste banquise côtière, couvrant la partie peu profonde au nord de 78\ n, et de polynies récurrentes qui s'ouvrent sous l'effet des vents du nord, de la banquise côtière jusqu'au seuil du fjord a 77\ n. Les images sar ont été classées manuellement en banquise côtière, polynie et floes de première année. Les estimations de la polynie ont été interpolées par un modèle de dérive de glace. Sa composition en eau libre et jeune glace a été déterminée en supposant l'accumulation du frasil en une couche mince de jeune glace sur le bord de la polynie. L'application d'algorithmes de production de frasil dans l'eau libre et d'épaississement de la jeune glace, de la banquise côtière et des floes permis d'estimer une production de 40 km 3 de glace, dont deux tiers sont formes à l'intérieur des polynies qui ne couvrent en moyenne que 15% du fjord. . .

Classiquement étudié par différentes disciplines scientifiques, le domaine de l'eau est au cœur des préoccupations environnementales contemporaines. En Europe, l'évaluation et le suivi de l'état écologique des "masses d'eau" sont désormais exigés par la législation communautaire, la directive cadre sur l'eau (DCE - 2000/60/CE) fixant des objectifs pour leur préservation ou leur restauration le cas échéant. Dans ce contexte, des expériences d'utilisation de l'imagerie satellitaire en appui au suivi écologique des eaux se sont succédées en Europe, notamment pour les masses d'eau côtières et pour les grands lacs. Malgré cela, la précision spatiale de l'imagerie utilisée pour ce type de suivi ne permet pas l'observation fine de secteurs littoraux très proches de la côte ou de lacs avec une surface réduite (par ex. inférieure à 5 km²). Pour ces espaces aquatiques particuliers, pourtant très nombreux, l'utilisation de la télédétection satellitaire est moins sollicitée. Cette recherche doctorale a été réalisée sur une zone littorale réunissant plusieurs de ces espaces aquatiques peu investigués par la télédétection satellitaire. Situé à la frontière orientale de l'Europe et à distance égale du pôle nord et de la ligne de l'équateur, le delta du Danube, en tant qu'espace naturel remarquable, bénéficie de différents statuts de protection (réserve de biosphère, site RAMSAR, patrimoine mondial naturel de l'UNESCO). Ceux-ci s'expliquent en grande partie par la forte diversité d'espaces aquatiques aussi bien sur la plaine deltaïque que sur la zone côtière adjacente (bras de fleuve, chenaux, lacs, baies, golfes, marais, îles-barrières). Ce continuum hétérogène, constituant l'hydrosystème du delta du Danube, et son prolongement en mer côtière, sont l'objet principal de ce doctorat. La notion d'échelle occupe une place centrale dans notre démarche d'analyse puisque l'on est à l'intersection de deux grands systèmes (le bassin versant du Danube et la mer Noire) dont les étendues sont de deux ordres de grandeurs plus vastes que celle du delta ; la dimension temporelle est aussi fondamentale dans la mesure où les processus de morphogénèse et de remaniement (naturels et anthropiques) se font fortement ressentir et se traduisent par une mobilité importante des formes de relief ainsi que des éléments de l'hydrographie deltaïque. Au delà des évolutions sur le moyen et long terme, la variabilité spatio-temporelle contemporaine des eaux au pas de temps intra-annuel (saisonnier et intra-saisonnier), jusque-là peu étudiée, a également été appréhendée dans cette thèse. Par son côté exploratoire, la mise en place d'une chaîne de traitements d'images satellitaires adaptée à l'étude des eaux deltaïques représente, en soi, l'objectif méthodologique principal de ce doctorat. Dans cette voie, différents lots d'images ont été mobilisés : en fonction des fluctuations du niveau d'eau du Danube, nous avons retenu la période 2006-2009, étudiée à travers un total de 85 images satellitaires, dont 52 à moyenne résolution spatiale (MERIS) et 33 à haute résolution spatiale (ALOS AVNIR-2, SPOT HRVIR, Landsat TM et ETM+) ; à ce premier lot s'ajoute une soixantaine de prises de vue "historiques" couvrant la période comprise entre 1972 et 2005 (capteurs de la série Landsat MSS, TM et ETM+), ainsi que, pour la période plus récente, cinq images Landsat TM de 2010 et 2011. Trois procédés distincts mais complémentaires ont été mis en œuvre pour traiter cet ensemble hétérogène d'images. L'analyse intégrée des résultats obtenus avec des données hydrologiques et météo-océanographiques nous a permis d'apporter des nouveaux éléments de compréhension sur le fonctionnement actuel et passé du delta du Danube.

Les écosystèmes côtiers sont parmi les plus productifs mais également les plus variables dans le temps et dans l'espace. La télédétection "couleur de l'eau" est un outil adapté à l'étude de la dynamique phytoplanctonique et à l'estimation de la production primaire dans de tels systèmes puisqu'il permet de d'obtenir à la fois une haute résolution spatiale et des mesures à haute fréquence temporelle. Le développement de l'imagerie satellitaire dans les eaux côtières (eaux du cas 2) nécessite simultanément la caractérisation : (i) de la dynamique phytoplanctonique, (ii) des propriétés bio-optiques des compartiments optiquement actifs de l'eau de mer (le phytoplancton, les substances jaunes et la matière particulaire non-phytoplanctonique) et (iii) de la variabilité des pparamètres photosynthétiques. C'est pour répondre à cet objectif que, durant l'année 2000, 5 campagnes en mer ont été effectuées à méso-échelle en Manche Orientale. D'un point de vue écologique, différents écosystèmes ("provinces") ont été discriminés sur une base hydrobiologique. Au niveau bio-optique, les spectres d'absorption des substances jaunes, du phytoplancton et de la matière particulaire non-phytoplanctonique présentent des dynamiques spatiales et saisonnières différentes, liées à des facteurs environnementaux et/ou à des facteurs biologiques. La variabilité des paramètres photosynthétiques a été appréhendée à différentes échelles de temps et d'espace afin de définir une stratégie adaptée à la réalisation d'un modèle de production primaire à méso-échelle pour la Manche orientale<br>The coastal ecosystems are among the most productive but also the most variable ones at both spatial and temporal scales. Remote sensing of "ocean colour" seems to be well adapted to study phytoplankton dynamics in such variable systems, due to its high spatial resolution and high temporal frequency. Remote sensing development in coastal waters (belonging to case 2 waters) requires simultaneously the characterization of : (i) the phytoplankton dynamics, (ii) the bio-optical properties of the optically active compartments of seawater (phytoplankton, yellow substances and non-phytoplankton particulate matter) and (iii) the variability of algal photosynthetic parameters. These points correspond to the objectives of our study, for which 5 mesoscale campaigns at sea were carried out in the eastern English Channel in 2000. At an ecological point of view, various ecosystems ("province") were discriminated on their hydro-biological characteristics. At a bio-optical point of view, the absorption spectra of yellow substances, phytoplankton and non-phytoplankton particulate matter present different dynamics (both at space and season scales), related to different environmental and/or biological factors. The variability of the algal photosynthetic parameters was studied on various spatial and temporal scales in order to define and adapted strategy for the mesoscale primary production modelling in the Eastern English Channel

L’objectif majeur de cette thèse réside dans l’étude de la structure des communautés phytoplanctoniques et de leurs propriétés photophysiologiques dans l’océan mondial, en vue d’applications satellitales. Dans un premier temps, nous avons étudié les relations entre le contenu en chlorophylle a de surface, [Chla]surf, tel qu’il peut être estimé via la couleur de l’océan et (i) la biomasse phytoplanctonique, (ii) sa distribution verticale et (iii) sa composition taxinomique, en terme de groupes phytoplanctoniques (micro-, nano- et picophytoplancton). Pour ce faire, nous avons analysé plus de 21 000 données pigmentaires, collectées dans des régions très variées de l’océan mondial. Confirmant les tendances générales connues (e. G. Le microphytoplancton se trouve préférentiellement dans les zones eutrophes, tandis que les petites cellules sont majoritaires dans les régions oligotrophes), cette analyse a conduit à l’élaboration d’une relation empirique globale, permettant de quantifier la biomasse, ainsi que la distribution verticale, de chacun des trois groupes phytoplanctoniques, à partir de la [Chla]surf. Dans un second temps, nous avons étudié la variabilité des propriétés photophysiologiques du phytoplancton en fonction (i) du statut trophique et (ii) de la composition des communautés phytoplanctoniques. Cette étude, basée sur l’analyse de 994 mesures de paramètres de courbes P vs E, a mis en évidence une alternative possible aux paramétrisations actuelles des propriétés photophysiologiques, généralement basées sur un (ou plusieurs) facteur environnemental. Nous avons également extrait des propriétés photophysiologiques spécifiques de chacun des groupes phytoplanctoniques, a priori représentatives de l’océan mondial. Finalement, les outils développés dans ce travail ont été utilisés en conjonction avec un modèle bio-optique de production primaire, couplé à des données de couleur de l’océan, nous permettant ainsi de proposer de premières estimations de la production primaire spécifique des trois groupes de phytoplancton<br>The main objective of this thesis focuses on the structure of phytoplankton communities and their photophysiological properties in the world ocean, in view of satellite applications. In the first part, we studied the relationships between near-surface chlorophyll content, [Chla]surf, as it can be assessed from ocean color and (i) the phytoplankton biomass, (ii) its vertical distribution and (iii) its taxonomic composition in terms of phytoplankton groups (micro-, nano- and picophytoplankton). In this objective, we analyzed more than 21 000 pigment measurements, collected in various regions of the world ocean. Corroborating well known general trends (e. G. Microphytoplankton are mostly found in eutrophic zones, while small cells predominate in oligotrophic regions), this study lead to a global empirical relationship, allowing the quantification of the biomass, as well as the vertical distribution, of each of the three phytoplankton groups, from the [Chla]surf. In the second part, we studied the variability of the phytoplankton photophysiological properties as a function of (i) the trophic status and (ii) the composition of phytoplankton communities. Based on the analysis of 994 measurements of P vs E curves parameters, this study points to a possible alternative to present parameterizations of photophysiological properties, which usually rely on one (or more) environmental factor. This also allowed us to extract photophysiological properties specific to each of the phytoplankton groups, a priori representative of the world ocean. Finally, the tools developed here were used in conjunction with a bio-optical primary production model, coupled with ocean color data, in order to estimate, for the first time, the primary production specific to the three phytoplankton groups

L'inversion des mesures du satellite SMOS par des réseaux de neurones pose plusieurs difficultés, liées principalement à la variabilité des angles d'incidence observés et à l'importance du bruit de mesure. Cette thèse propose des solutions à ces obstacles dans un cas réaliste, et montre qu'une approche neuronale peut être applicable à tous les pixels de l'océan pour restituer la salinité avec une bonne précision. Concernant le choix de la base d'apprentissage, nous montrons qu'une base équi-répartie en paramètres géophysiques permet de réduire notablement les biais systématiques sur la salinité restituée qui sont dus à l'importance du bruit de mesure. Par ailleurs, une technique de prolongation de l'apprentissage permet de faire disparaître la plupart de ces défauts dans une large gamme de latitude. Les travaux accomplis pendant cette thèse ont permis de définir la méthodologie à appliquer, en phase de vol, et de fixer l'architecture des réseaux d'inversion<br>Using neural networks to retrieve the sea surface salinity from the observed Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) brightness temperatures (TBs) is an empirical approach that offers the possibility of being independent from any theoretical emissivity model. We prove that this approach is applicable to all pixels over ocean, by designing a set of neural networks with different inputs. Besides, we demonstrate that a judicious distribution of the geophysical parameters in the learning database allows to markedly reduce the systematic regional biases of the retrieved SSS, which are due to the high noise on the TBs. An equalization of the distribution of the geophysical parameters, followed by a new technique for boosting the learning process, makes the regional biases almost disappear for latitudes between 40°S and 40°N, while the global standard deviation remains between 0. 6 psu (at the center of the swath) and 1 psu (at the edges)

La télédétection satellitaire et l'utilisation des photos aériennes ont été analysées et évaluées pour leur application à l'inventaire et au développement de l'écosystème récifal dans les zones littorales tropicales

Les aérosols atmosphériques influent sur le bilan radiatif terrestre en diffusant et absorbant le rayonnement incident (effet direct) et en modifiant le cycle de vie et les propriétés radiatives des nuages (effet indirect). Les interactions aérosols anthropiques - nuages - rayonnement constituent un forçage du système dont le signe et l'ordre de grandeur sont mal connus. Cette thèse étudie l'effet direct à partir d'observations satellitaires et de photométrie au sol. Elle aborde également plusieurs aspects de la modélisation des aérosols et de la surface dans les codes de transfert radiatif. Après avoir présenté les aérosols atmosphériques et leur impact climatique, on définit la perturbation des flux radiatifs due à l'effet direct des aérosols. Les outils utilisés par cette thèse sont le code de transfert radiatif Streamer qui, associé à une technique de reconstitution du signal, permet de simuler flux et réflectances, l'instrument satellitaire Polder, qui est multidirectionnel et effectue des mesures polarisées, et le réseau de photomètres Aeronet-Photons. On étudie tout d'abord l'impact sur la perturbation radiative directe des aérosols de deux simplifications souvent utilisées dans les calculs de transfert radiatif. Il est montré, à partir de mesures de la fonction de phase, que négliger la non-sphéricité des aérosols entraîne des erreurs importantes sur la perturbation radiative directe et sur l'inversion de l'épaisseur optique. La prise en compte de la surface océanique par son albédo entraîne également des erreurs par rapport à la prise en compte rigoureuse utilisant la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle. Pour estimer l'absorption par les aérosols, nous avons associé les inversions de Polder à un jeu d'albédos de diffusion simple issu de l'analyse de mesures Aeronet-Photons. L'algorithme utilisé permet d'identifier l'aérosol présent dans l'atmosphère en se basant sur les propriétés optiques déduites des mesures de Polder et sur la localisation géographique de la scène. Notre estimation de l'absorption en ciel clair est 2,5 Wm-2en moyenne globale sur les huit mois de données Polder. Nous présentons ensuite une méthode originale d'estimation de la perturbation radiative au-dessus des océans et en ciel clair à partir des réflectances de Polder. Grâce à l'utilisation de nombreux modèles d'aérosols, notre algorithme permet de défmir une incertitude. L'application sur les huit mois de mesures de Polder permet d'évaluer la perturbation radiative entre -6,8 et -7,8 Wm-2 en moyenne globale et sur huit mois. Une modification sera apportée à l'algorithme afm de mieux prendre en compte l'effet du vent sur la surface marine. La thèse se termine par une discussion sur l'estimation de la perturbation radiative directe au-dessus des continents, où la prise en compte de la surface est difficile.

On s'intéresse à la reconnaissance et à la cartographie des nappes d'hydrocarbures polluant la surface de la mer. Après avoir comparé les performances et les coûts des principaux capteurs disponibles dans ce domaine, on propose un premier type d'opérateurs de reconnaissance utilisant l'information multispectrale. Puis, on montre qu'il est possible d'obtenir également des cartes à partir d'images monochromatiques en utilisant l'information spatiale. Enfin, dans une partie consacrée à la synthèse d'images de nappes d'huile en mouvement, on décrit l'implantation des algorithmes proposes et leur test en vol sur un microcalculateur embarqué à bord d'un avion de surveillance maritime. Un tel système permet d'assister le pilote dans ses taches de reconnaissance et de guidage.

La télédétection optique est un outil précieux pour l'étude des écosystèmes marins. L'utilisation quantitative des séries temporelles obtenues et la cohérence de séries issues de capteurs différents sont conditionnées par un nécessaire travail de validation, des produits primaires radiométriques jusqu'aux élaborations en termes de stocks et taux biologiques. Les sorties d'un code de restitution des effets atmosphériques, utilisant les données SeaWiFS pour la détermination des propriétés optiques de la surface marine, sont analysées avec des mesures coi͏̈ncidentes recueillies à un site en Adriatique Nord. Les résultats sont mis en perspective avec ceux obtenus avec un code indépendant et d'autres capteurs (MODIS et MERIS). L'analyse est complétée par la comparaison des caractéristiques d'aérosols prévues par le code avec les mesures provenant d'un réseau d'instruments. Une application des produits satellitaux de biomasse, combinés avec une distribution spectrale de l'éclairement solaire à la surface, est l'estimation de la production primaire de l'océan global. Le code de calcul de la production primaire inclut la modélisation de la propagation spectrale de la lumière dans la colonne d'eau et son utilisation par le phytoplancton par l'intermédiaire d'une relation photosynthèse-lumière. Les paramètres de celle-ci ainsi que la structure verticale de la colonne d'eau sont définis par saison et par province biogéochimique. La comparaison avec les sorties de deux autres modèles de production primaire de référence fournit une première indication des incertitudes liées à ce genre d'estimations: un relatif accord en bilans globaux cache de fortes disparités spatio-temporelles. Une comparaison des sorties des modèles avec des mesures caractéristiques de divers sites permet de discuter certaines des sources d'incertitude.

Notre travail avait pour objectif d'apporter une contribution à l'amélioration des connaissances de l'environnement marin arctique. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à l'étude des structures océaniques de surface, à la fois biologiques et physiques, dans les mers de Barents et de Kara, ainsi que dans la partie sud-est de la mer de Barents, à partir de l'imagerie spatiale opérant dans le domaine du visible, du proche infrarouge et de l'infrarouge thermique. Des mesures in situ nous ont permis de valider les algorithmes utilisés pour le traitement des images et de nous guider pour l'interprétation de celles-ci. Nous avons montré quelles étaient les zones apparemment les plus productives sur le plan de la production primaire et à quelle période de l'année se produisait l'efflorescence phytoplanctonique. Nous avons aussi mis en évidence les principaux fronts thermiques et hydrologiques, les directions suivies par les glaces de mer, leur relation avec les courants de surface, ainsi que le transport des sédiments et des polluants au débouché des fleuves sibériens. L'objectif sous-jacent à notre travail était de déterminer quelles étaient les régions les plus sensibles et les plus exposées à une éventuelle pollution du milieu marin. Au terme de ce travail, nous constatons que deux régions sont particulièrement vulnérables. Au nord de la mer de Barents, la zone de la lisière des glaces abrite un écosystème particulièrement important pour l'ensemble de la chaine alimentaire arctique ; une quelconque pollution dans cette région pourrait, selon son occurrence, avoir des conséquences désastreuses, en raison de l'intensité et de la brièveté de la floraison phytoplanctonique. La partie sud-est de la mer de Barents, qui abrite elle aussi de nombreuses espèces animales, et où circulent des masses d'eau et des glaces potentiellement contaminées, constitue la deuxième zone à risques. Il serait donc souhaitable de porter les efforts de recherche sur l'étude de ces deux régions, qui, outre leur richesses biologique, suscitent des intérêts croissants de la part des compagnies pétrolières en raison des réserves importantes du sous-sol en hydrocarbures et gaz naturel<br>The overall objective of our work was to improve the knowledge of the arctic marine environment. Using satellite remote sensing operating in the visible, near infrared and thermal infrared, we studied oceanic surface structures over the Barents and Kara seas, as well as in the southern part of the Barents sea. In situ measurements obtained from oceanographic campaigns allowed us to validate the algorithms we used for image processing and helped us in analyzing the images. We studied both biological and physical oceanic structures. Concerning primary production, we showed in which areas and when phytoplanktonic bloom start to develop. We also emphasized the areas where thermal and hydrological fronts appear, sea ice drift and its relationship to surface currents, as well as the transport of sediments and associated pollutants by rivers and their outflow distribution patterns into the sea. The final goal of our work was to outline which areas of the eurasiatic arctic seas are the most sensitive and exposed if a pollution should occur. We finally concluded that two areas were particularly vulnerable: the marginal sea ice zone in the northern Barents sea that supports large part of the phytoplanktonic ecosystem, source of the food chain. Due to the intensity and very short timing of the phytoplanktonic bloom in that area, a pollution could have serious consequences there. Important exchange of water masses and ice, potentially contaminated, occur in the southeastern part of the Barents sea, which constitute a large refuge for marine mammals and migratory birds. Concerns about oil and natural gas exploitation should lead future investigations to focus on monitoring of both areas

La mesure du niveau de la mer par altimétrie satellitaire est perturbée par la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Un radiomètre micro-onde, sur les missions altimétriques, est chargé de corriger les mesures de ces perturbations. Les exigences quant à la qualité de cette correction, appelée correction troposphérique humide, sont particulièrement fortes pour l'étude des changements climatiques. Cette thèse a pour objet l'étude des corrections troposphériques humides utilisées dans le cadre des missions altimétriques Jason-1 et Envisat. L'objectif est de caractériser les incertitudes liées à la correction et d'identifier les potentielles anomalies présentes. L'étude faire ressortir une potentielle dérive dans l'étalonnage du radiomètre de la mission Jason-1 après 2008. Pour la mission Envisat, l'analyse met en avant des biais régionaux à l'approche des côtes. Ces derniers sont probablement liés au traitement de la donnée radiométrique<br>Measurements of the sea surface height are disturbed by the presence of water vapor in the atmosphere. A microwave radiometer, on altimetric missions, is used to correct the measurements from theses disturbances. Requirements on the quality of this correction, called the wet tropospheric correction, are stringent for the survey of climate changes. This thesis concerns the monitoring of the wet tropospheric correction used in the altimetry missions, Jason-1 and Envisat. The aim is to characterize uncertainties related to this correction and to identify potential anomalies. The analysis brings out a potential drift in the radiometer used on Jason-1, after 2008. For the Envisat missions, the presence of biases near coastlines suggests processing related issues

Résumé : Au-delà de tous débats scientifiques actuels, un constat unanime est certainement la réduction du couvert de glace dans l’océan Arctique, associé au réchauffement planétaire. La réduction du couvert de glace aura sans doute des impacts encore imprévisibles sur le milieu marin. Nous avons, dans ce contexte, traité des données satellitaires et des données de mesures de réalité de terrain de campagnes océanographiques dans la portion sud-est de la mer de Beaufort afin d’étudier les variabilités spatiale et temporelle de la biomasse phytoplanctonique et tenter de les relier aux processus physiques existants dans ce milieu. La mer de Beaufort étant fortement influencée par les eaux douces du fleuve Mackenzie, il était probable que les algorithmes de couleur de l’eau opérationnels actuels ne permettaient pas une estimation juste de la concentration de la chlorophylle-a (chl-a) et, par conséquent, de la production primaire qui est à la base de la chaîne alimentaire marine. L’analyse des données bio-optiques a confirmé cette hypothèse montrant une surestimation de la chl-a in situ par un facteur variant entre 3 et 5. La forte contribution de la matière organique colorée dissoute et des particules non-algales à l’absorption de la lumière apparaît comme la source principale de cette surestimation. Nous avons donc proposé des algorithmes adaptés ainsi que de nouveaux algorithmes utilisant deux rapports de bandes spectrales permettant une estimation plus précise de la chl-a dans le sud-est de la mer de Beaufort. Une comparaison entre des données de réalité de terrain et des images satellitaires a aussi montré que la réflectance normalisée à la surface de l’eau, de même que le rapport bleu-vert, étaient plus précis à l’aide des données du capteur SeaWiFS que de celles des capteurs MODIS et MERIS. Nous avons procédé à une analyse des patrons de chl-a et de température de surface pour cinq sous-régions géographiques dans la mer de Beaufort à l’aide de sept années de données satellitaires SeaWiFS et AVHRR (1998-2004). Les résultats ont montré que les variabilités spatiale, temporelle et interannuelle de la biomasse phytoplanctonique sont régies par plusieurs facteurs environnementaux affectant la stratification de la colonne d’eau, soit le forçage du vent, la dynamique de la glace, la température de l’air, l’ensoleillement et les courants marins. Une approche statistique basée sur le concept de provinces non statiques a permis de partitionner la mer de Beaufort en quatre provinces biophysiques distinctes, apportant un nouvel éclairage sur les propriétés biophysiques de cette mer. L'analyse des données a aussi permis de détecter une tendance à l'augmentation de la chl-a dans deux secteurs de la mer de Beaufort : le plateau du Mackenzie et la partie sud du golfe d'Amundsen. Finalement, une analyse de gradients spatiaux, effectuée à partir d’images de température de surface de l’eau a permis de détecter des fronts thermiques récurrents. Ces structures spatiales jouent un rôle majeur dans l’écosystème marin, en particulier en raison de leur impact sur le développement de la biomasse phytoplanctonique. Nous avons mis en évidence des nouvelles structures frontales sur le plateau du Mackenzie et dans la région de la polynie du cap Bathurst. Les nouveaux fronts détectés sont principalement reliés à des particularités bathymétriques de la région, à la présence du panache du fleuve Mackenzie ainsi qu’à la gyre de Beaufort. En conclusion, la réalisation de cette étude a permis de générer de nouvelles informations sur les interactions entre les processus physiques et biologiques, permettant ainsi de mieux appréhender les conséquences biogéochimiques et écologiques résultant des modifications climatiques dans la mer de Beaufort. // Abstract : The Arctic Ocean ecosystem is experiencing significant changes such as a drastic reduction in seasonal sea-ice cover linked to global warming. These changes are likely to modify the physics, biogeochemistry and ecology of this unique environment in ways that are yet to be understood. In this context, we processed satellite data and in situ measurements in the southeastern Beaufort Sea to explore the spatial and temporal variability of phytoplankton biomass and link it to existing physical processes in this region. The optical properties of the Beaufort Sea being under the influence of the Mackenzie River plume, it was likely that operational ocean color algorithms did not allow an accurate estimate of chlorophyll-a concentration (Chl-a) that is a key indicator of phytoplankton biomass and marine productivity. Analysis of bio-optical data confirmed this hypothesis showing an overestimation of Chl-a in situ by a factor of three to five. High contribution of colored dissolved organic matter and non algal particles to the blue light absorption appears as the source of that poor performance. We propose regionally adapted and new algorithms using ratio of two spectral bands allowing better accuracy estimation of Chl-a in the southeastern Beaufort Sea. A match-up analysis of coincident in situ data and satellite overpass showed that the normalized water-leaving reflectance and the blue-to-green ratio retrieval were more accurate for SeaWiFS data than for MODIS and MERIS data. We investigated temporal and spatial linkages between physical and biological parameters to infer the boundaries of biophysical areas in the Canadian Beaufort Sea. Monthly sea surface temperature (AVHRR) data and chlorophyll a data from SeaWiFS were collected over seven years in five geographical sub-regions in the Beaufort Sea (1998-2004). Results showed that the spatial, temporal and inter-annual variability of phytoplankton biomass are driven by several environmental factors affecting the stratification of the water column : wind forcing, ice dynamics, air temperature, irradiance and currents. A cluster analysis based on the concept of non-static provinces was used to define four biophysical provinces in this sea. Positive temporal trends were detected for Chl-a over two regions of the Beaufort Sea : the Mackenzie Shelf and the southern portion of Amundsen Gulf. Finally, an analysis of spatial gradients, using 11 years of sea surface temperature images, allowed the detection of recurrent thermal fronts. These spatial structures play a major role in the marine ecosystem, particularly because of their impact on the development of phytoplankton biomass. We highlighted new frontal structures on the Mackenzie Shelf and in the Cape Bathurst polynya area. These identified new fronts are mainly related to bathymetric features of the region, the presence of the Mackenzie River plume and the Beaufort Gyre. In conclusion, this study has generated new information on the interactions between physical and biological processes to better understand the biogeochemical and ecological consequences of climate change in the Beaufort Sea.

La synthèse de données à terre et en mer permet de préciser l'évolution géodynamique récente du domaine apulien, du nord de la mer Ionienne, du bassin Tyrrhénien et de ses bordures. La dorsale apulienne constitue un axe élevé séparant l'arc calabrais à l'ouest, de la terminaison nord-occidentale de l'arc hellénique à l'est. Les études de télédétection et de microtectonique mettent en évidence un morcellement de la dorsale apulienne ; celle-ci subit depuis le messénien une compression orientée SE-NW. L'arc calabrais entre obliquement en collision avec la dorsale apulienne au cours du plio-quaternaire. Les résultats de la campagne de forage ODP 107 ainsi qu'une synthèse bibliographique de la déformation microtectonique affectant les régions perityrrhéniennes permettent de proposer un schéma d'évolution géodynamique d'ensemble

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

Les océans et la banquise jouent un rôle important dans le système climatique et météorologique. Une future mission satellite en micro-ondes passives basses fréquences, conçue pour observer les régions polaires est actuellement à l’étude à l’Agence Spatiale Européenne pour l’expansion du programme Copernicus. Les observations satellites en micro-ondes passives permettent une observation de la surface de la Terre par tous temps, aussi bien de jour que de nuit. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’estimation des paramètres de surface de l’océan et de la banquise à partir des observations satellites micro-ondes passives basses fréquences. L’objectif est de développer de nouvelles méthodes d’estimation de ces paramètres qui soient plus efficaces et adaptées à la future mission satellite micro-onde passive CIMR (Copernicus Imaging Microwave Radiometer). La première partie de la thèse traite de l’estimation des paramètres océaniques tels que la température de la surface de la mer, la salinité et la vitesse du vent océanique. La deuxième partie traite de l’estimation des paramètres de la banquise tels que la concentration en glace, l’épaisseur de neige et la température d’interface neige-glace. Enfin, avec les méthodes développées dans cette thèse les performances de la mission CIMR sont évaluées et comparées à celles des missions actuelles<br>The oceans and sea ice play an important role in the climate and weather system. A future low-frequency passive microwave satellite mission designed to observe the polar regions is currently under study at the European Space Agency for the expansion of the Copernicus programme. Passive microwave satellite observations provide all-weather observation of the Earth surface, both day and night. In this thesis, we are interested in estimating ocean and ice surface parameters from low-frequency passive microwave satellite observations. The objective is to develop new methods for estimating these parameters that are more efficient and adapted to the future passive microwave satellite mission CIMR (Copernicus Imaging Microwave Radiometer). The first part of the thesis deals with the estimation of ocean parameters such as sea surface temperature, salinity and ocean wind speed. The second part deals with the estimation of sea ice parameters such as sea ice concentration, snow depth and snow-ice interface temperature. Finally, with the methods developed in this thesis, the performances of the CIMR mission are evaluated and compared with the current missions

Les travaux ont été effectués sur le golfe du Lion. Ils présentent des résultats combinés de l'interprétation d'images de satellites, obtenues dans l'infrarouge thermique (capteur AVHRR) et dans le domaine visible (capteur CZCS) avec des connaissances historiques et des mesures recueillies simultanément en mer. Ils permettent, d'une part, d'estimer la forte variabilité spatio-temporelle de la zone de dilution rhodanienne, en particulier sous l'influence du vent local et du débit du fleuve, et, d'autre part, d'observer la formation hivernale d'eau profonde dans le golfe du Lion. L'évolution saisonnière des zones de production dans le golfe du Lion est suivie à l'aide d'images de la concentration relative en pigments chlorophylliens et de la température de la mer. Le traitement d'images du spectre visible du satellite METEOSAT II permet l'estimation mensuelle de l'éclairement solaire global au niveau de la mer.

La télédétection de la couleur de l'océan représente un outil adapté à l'observation du phytoplancton avec des résolutions spatio-temporelles élevées et pouvant être adaptées à chaque cas d'étude. Plusieurs méthodes ont été développées ces dernières années afin de permettre la distinction de différents groupes de phytoplancton en utilisant les données des capteurs de la couleur de l'océan. Dans le cadre de cette thèse, on présente une nouvelle approche, appelée PHYSAT-SOM, qui se base sur l'application d'un algorithme de classification automatique non supervisée (SOM ou Self-Organizing Maps) à l'extraction de différentes formes et amplitudes de spectres d'anomalies de luminances (Ra ou Radiance Anomaly). Cette anomalie spectrale a été définie par Alvain et al. (2005), lors du développement de la méthode PHYSAT et il est actuellement admis que sa variabilité est reliée à celle de la composition des communautés phytoplanctoniques. L'utilisation des SOM vise à améliorer la caractérisation de la variabilité des Ra en termes de forme et amplitude ainsi que l'expansion du potentiel de leur utilisation à de grandes bases de données in situ de pigments. En considérant un même jeu de données de spectres de Ra, une comparaison entre la précédente version de PHYSAT et la nouvelle approche, basée sur SOM a montré qu'il est maintenant possible de couvrir toute la variabilité spectrale des Ra. Ceci n'était pas le cas avec l'ancienne approche du fait de l'utilisation de seuils, définis dans le but d'éviter les chevauchements entre les signatures spectrales des différents groupes de phytoplancton. La méthode basée sur SOM est pertinente pour caractériser une grande variété de spectres de Ra, de par sa capacité à gérer de grandes quantités de données et de sa fiabilité statistique. La première approche aurait pu, de ce fait, introduire des biais potentiels et donc, les possibilités de son extension à de plus grandes bases de données in situ étaient relativement restreintes. Par la suite, SOM a été utilisé pour classer les spectres de Ra fréquemment observés à l'échelle globale. Ces spectres ont ensuite été empiriquement reliés à différents groupes de phytoplancton, identifiés à partir de données in situ de pigments. Cette classification a été appliquée aux archives satellite du capteur SeaWiFS, permettant l'étude de la distribution globale de chaque groupe. Grâce à sa capacité à caractériser un large éventail de spectres de Ra et de gérer une plus grande base de données in situ, l'outil SOM permet de classer un nombre plus élevé de pixels (2x plus) que la précédente approche de PHYSAT. En outre, différentes signatures spectrales de Ra ont été associées aux diatomées. Ces signatures sont situées dans divers environnements où les propriétés optiques inhérentes affectant les spectres de Ra sont susceptibles d'être significativement différentes. Par ailleurs, les floraisons de diatomées dans certaines conditions sont plus clairement visibles avec la nouvelle méthode. La méthode PHYSAT-SOM offre ainsi plusieurs perspectives afin d'aller plus loin dans l'utilisation des données de la couleur de l'océan pour la détection des groupes de phytoplancton. On peut citer l'exemple d'une application future dans les eaux du Cas 2, moyennant une approche de normalisation adéquate du signal de luminances. Une étude préliminaire en Manche et Mer du Nord est présentée dans le dernier chapitre, montrant qu'il sera possible d'utiliser PHYSAT-SOM dans cet environnement optiquement complexe<br>Remote sensing of ocean color is a powerful tool for monitoring phytoplankton in the ocean with a high spatial and temporal resolution. Several methods were developed in the past years for detecting phytoplankton functional types from satellite observations. In this thesis, we present an automatic classification method, based on a neural network clustering algorithm, in order to classify the anomalies of water leaving radiances spectra (Ra), introduced in the PHYSAT method by Alvain et al. (2005) and analyze their variability at the global scale. The use of an unsupervised classification aims at improving the characterization of the spectral variability of Ra in terms of shape and amplitude as well as the expansion of its potential use to larger in situ datasets for global phytoplankton remote sensing. The Self-Organizing Map Algorithm (SOM) aggregates similar spectra into a reduced set of pertinent groups, allowing the characterization of the Ra variability, which is known to be linked with the phytoplankton community composition. Based on the same sample of Ra spectra, a comparison between the previous version of PHYSAT and the new one using SOM shows that is now possible to take into consideration all the types of spectra. This was not possible with the previous approach, based on thresholds, defined in order to avoid overlaps between the spectral signatures of each phytoplankton group. The SOM-based method is relevant for characterizing a wide variety of Ra spectra through its ability to handle large amounts of data, in addition to its statistical reliability compared to the previous PHYSAT. The former approach might have introduced potential biases and thus, its extension to larger databases was very restricted. In a second step, some new Ra spectra have been related to phytoplankton groups using collocated field pigments inventories from a large in situ database. Phytoplankton groups were identified based on biomarker pigments ratios thresholds taken from the literature. SOM was then applied to the global daily SeaWiFS imagery archive between 1997 and 2010. Global distributions of major phytoplankton groups were analyzed and validated against in situ data. Thanks to its ability to capture a wide range of spectra and to manage a larger in situ pigment dataset, the neural network tool allows to classify a much higher number of pixels (2 times more) than the previous PHYSAT method for the five phytoplankton groups taken into account in this study (Synechococcus-Like-Cyanobacteria, diatoms, Prochloroccus, Nanoeucaryots and Phaeocystis-like). In addition, different Ra spectral signatures have been associated to diatoms. These signatures are located in various environments where the inherent optical properties affecting the Ra spectra are likely to be significantly different. Local phenomena such as diatoms blooms in the upwelling regions or during climatic events(i.e. La Nina) are more clearly visible with the new method. The PHYSAT-SOM method provides several perspectives concerning the use of the ocean color remote sensing data for phytoplankton group identification, such as, the potential application of the method in Case 2 waters, using an appropriate nLw signal normalization approach. A preliminary case study in the English Channel and North Sea waters is presented in the last chapter of the thesis, showing the possibility of a future use of PHYSAT-SOM in these optically complex waters

L’eutrophisation des milieux marins côtiers, de plus en plus importante, représente un des impacts majeurs des activités humaines sur l’environnement. Les phénomènes d’eutrophisation sont en constante augmentation; ces dernières décennies ont vu le nombre de sites touchés augmenter de par le monde. La bande côtière bretonne est particulièrement concernée par ce phénomène. L’objectif de ce travail est multiple. Il vise d’abord à mettre en évidence et à quantifier l’impact et le rôle des apports en nutriments sur la production primaire et l’eutrophisation des milieux côtiers, de façon à suggérer des solutions ou des pistes d’amélioration. Ensuite, il a aussi un objectif de prévision à court terme de l’état biologique sur la zone. Pour atteindre ces objectifs, un modèle en temps réel a été mis en oeuvre, dont les résultats, comparés à des mesures satellitaires, sont présentés sur www. Previmer. Org. L’outil principal de ce travail est un modèle couplé physique/biogéochimie. La partie hydrodynamique est fournie par le code Mars3D (3D hydrodynamical Model for Application at Regional Scale) développé à IFREMER. Au code hydrodynamique Mars3D est couplé le modèle des cycles de l’azote, du phosphore et du silicium d’IFREMER. A ce modèle de base a été ajouté celui d’un genre spécifique de phytoplancton : le genre Pseudo-Nitzschia. Certaines espèces de Pseudo-Nitzschia sont réputées toxiques. En effet, ce phytoplancton a la capacité de synthétiser une toxine: l’acide domoïque. Cette toxine est responsable du syndrome ASP (Amnesic Shelltish Poisoning). Le modèle reproduit globalement les mêmes zones de toxicité que les mesures du REPHY, et donne des résultats encourageants<br>Eutrophication is more and more important in the coastal environment. It is one major impact of human activity on environment. The eutrophication phenomena are growing continuously. Over the last decades, the number of sites affected has been rising over the world. Eutrophication of French Brittany coastal shelf is a recurrent problem, always more worrying. The objective of this work is multiple: it aims at highlighting and understanding the impact and the role of the contributions in nutrients on the primary production and the eutrophication of the coastal environment. This work also has the ambition of identifying and understanding the causes of the phenomena and thus to make it possible to bring solutions or tracks of improvement. Lt also has an objective of short-term forecast of the biological state of the zone. This work led to the implementation of a real-time model, which results can be visualised and compared to satellite measurements on w. Previmer. Org. The main tool for this work is a coupled physical-biogeochemical model. The hydrodynamic part is provided by the code Mars3D (3D hydrodynamic Model for Application At Regional Scale) developed by IFREMER. The biogeochemical model of IFREMER, with its model of nitrogen, phosphorus and silicon cycles, is coupled to the hydrodynamic code Mars3D. We added to this basic model a specific kind of phytoplankton which can be harmful: Pseudo-Nitzschia. Indeed, this phytoplankton has the capacity to synthesize domoic acid which is a toxin responsible for the ASP syndrome (Amnesic Shellfish Poisoning). The model reproduces overall the same zones of toxicity as measurements of the REPHY, and gives encouraging results

L'énergie éolienne est une des composantes d'une politique énergétique permettant de réaliser un développement durable. Ces dernières années, des parcs éoliens offshore ont été installés. Ces parcs bénéficient d'un vent plus fort et plus régulier en mer que sur terre. Pour un choix judicieux des lieux d'implantation des parcs éoliens, il est nécessaire de disposer d'une cartographie du potentiel éolien. Ces cartes doivent être à haute résolution spatiale pour détecter les variations du potentiel à l'échelle d'un parc éolien. La cartographie du potentiel éolien se fait au travers de la description de la variation spatiale des paramètres statistiques caractérisant la climatologie du vent. Pour une estimation précise de ces paramètres statistiques, il est nécessaire d'avoir des mesures de vitesse et de direction du vent à haute résolution temporelle. Cependant, aucune source de données, actuelle, n'allie la haute résolution spatiale et la haute résolution temporelle. On propose une méthode de fusion de données permettant de tirer profit de la haute résolution spatiale de certains instruments de télédétection (les radars à ouverture synthétiques) et de la haute résolution temporelle d'autres instruments de télédétection (les radars diffusomètres). La méthode de fusion est appliquée à un cas d'étude et les résultats sont évalués. Les résultats montrent la pertinence de la fusion de données pour la cartographie du potentiel éolien offshore.

L'observation des surfaces océaniques depuis l'espace fournit des informations sur le contenu de l'eau en matières en suspension. Actuellement, les missions spatiales se donnent comme objectif la détermination de la concentration en pigments dans les océans. Cela nécessite la connaissance des mécanismes régissant le transfert du rayonnement solaire dans le système océan-atmosphère. Dans ce contexte, nous avons développé un code de calcul du transfert du rayonnement dans la couche atmosphérique et océanique. La validation de ce code a été conduite à partir d'inter-comparaisons avec des modèles existants et à partir de mesures. L'observation de la surface océanique depuis l'espace se fait à travers l'atmosphère qui est considérée comme un élément perturbateur. On s'emploie donc à corriger le signal des effets atmosphériques. Parmi les composants de l'atmosphère, les aérosols sont les plus difficiles à corriger car ils possèdent une variabilité spatio-temporelle importante ; il est alors préférable de les mesurer localement. Des mesures d'optique atmosphérique ont été réalisées dans le détroit du Pas-de-Calais dans le but de décrire les aérosols présents. L'analyse du rayonnement polarisé a permis d'identifier un mode de petites particules, correctement modélisé par les granulométries de Shettle. À partir de ces modèles, la composante atmosphérique du signal a été éliminée sur des images de l'instrument polder afin de disposer de la luminance à la surface de l'eau. Des mesures d'optique marine ont également été collectées en été et en automne. Les campagnes d'été étaient propices à la télédétection des pigments chlorophylliens alors que celles d'automne favorisaient la caractérisation des particules minérales. L'analyse conjointe des mesures marines et satellitaires a montré qu'une cartographie du milieu en matières en suspension est possible. Par ailleurs, les études de sensibilité effectuées dans ce travail ont montré que l'extraction des sédiments serait envisageable à partir des luminances polarisées<br>The observation of the sea surface from space proovides informations about the water content in suspended matter. Numerous sensors are launched in order to assess the pigment concentration in the open ocean (case I) as well as in the coastal waters (case II). Therefore, we need to understand the mechanisms which affect the solar beam in the ocean-atmosphere system. We thus developed a radiative transfer code for both atmosphere and coastal layer. The validation of this code was carried out first through an inter-comparison between existing models and second through truth measurements. The observation of the ocean is made throughout the atmosphere wich disturbs the pathways of the solar beam. We thus need to correct the signal for atmospheric effects. Among the components of the atmosphere, aerosols are the most difficult to remove because of their strong variability in time and space ; it is then useful to derive them locally. Atmospheric optical measurements were carried out in the Straits of Dover in 1994 ans 1995 in order to describe the aerosols. The analysis of the polarized radiation enabled to identify a mode of small particles, correctly represented by Shettle and Fenn’s size distribution. The atmospheric contribution to the signal has been removed using Shettleand Fenn’s models on POLDER airborne scenes to get the water leaving radiance. Marine optical measurements were also collected in the water column in summer and autumn. Summer experiments were favorable to remote sense chlorophyll pigments whereas autumn ones concerned mineral particles. The analysis of marine and satellite data showed that a map of suspended matter concentration was possible. Also the theoretical sensitivity studies conducted in this work revealed that the sediment signature could possibly be extracted from the polarized radiance

La salinité de surface de la mer (SSS) est un paramètre important pour la circulation océanique. Elle est cependant mal connue, car l'échantillonnage spatio-temporel des mesures in-situ est encore insuffisant, notamment dans l'hémisphère sud. La mission satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a été retenue par l'ESA en tant que « Second Earth Explorer Opportunity Mission » avec un lancement prévu en 2007. Le satellite sera équipé d'un interféromètre à ouverture synthétique en bande L (1. 4 GHz) qui mesurera des températures de brillances (TB), donnant accès à la SSS dans des pixels d'environ 40 km à l'échelle globale avec une répétitivité de 3 jours à l'équateur. L'objectif de ce travail est de quantifier à l'aide d'un simulateur (fourni par Ph. Waldteufel) la précision de la restitution de la SSS mesurée par SMOS. Pour cela les caractéristiques de l'instrument et de l'océan sont prises en compte, les modèles directs et les méthodes d'inversion disponibles aujourd'hui sont utilisés. A cette fréquence, les TB dépendent également de la température de surface de la mer (SST) et de la rugosité de surface (dépendant en première approximation du vent instantané W) et une connaissance a priori de ces paramètres, provenant de données auxiliaires, sera nécessaire. L'impact sur la salinité restituée des erreurs sur ces données auxiliaires (SSS, SST et W) et du bruit instrumental sur les températures de brillance mesurées est étudié. Il apparaît que l'erreur importante (1 psu rms en moyenne) sur la SSS restituée pour un pixel provient essentiellement des erreurs instrumentales sur les TB, de la SST et de l'incertitude sur le vent auxiliaire. Pour la plupart des applications océanographiques, le « Global Ocean Data Assimilation Experiment » (GODAE) préconise une précision de 0. 1 à 0. 2 psu pour des échelles de 200km et 10 jours. Lors de ce moyennage spatio-temporel, il s'avère que les données auxiliaires et leurs erreurs ont une très grande influence sur la qualité de la SSS moyennée. Nous avons montré, en utilisant un jeu de données auxiliaires indépendant de celui utilisé pour simuler les TB, que les erreurs sur ces données auxiliaires seront corrélées et que le moyennage à l'échelle GODAE ne réduirait pas autant que théoriquement annoncé l'erreur sur la salinité (0. 27 psu au lieu de 0. 08 psu). Ces résultats permettent cependant d'atteindre la précision requise par GODAE dans les zones d'eaux chaudes ou dans les zones où le vent est connu avec une bonne précision<br>The sea surface salinity (SSS) is an important parameter of the ocean circulation. Unfortunately, the spatio-temporal sampling of in-situ measurements is still to low. The satellite mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) was chosen by ESA as a Second Earth Explorer Opportunity Mission with launch scheduled in 2007. The SSS will be retrieved from the brightness temperatures measured by the interferometer radiometer. The goal of this work was to estimate, using a simulator (developed by Ph. Waldteufel), the precision of the SSS measured by SMOS. The characteristics of the instrument and the ocean were taken into account and state of the art available direct models and inversion methods were used. It showed the importance of the quality of the auxiliary data used in the SSS retrieval and brought out their impact on the error reduction from SSS averaging at the expense of the time-space resolution

L'activité volcanique Cénozoïque de la plaque arabique offre l’exemple d’un volcanisme intra-plaque développé dans un contexte géodynamique complexe. Après la construction des trapps basaltiques du plateau yémeno-ethiopien, vers 31 Ma, à partir de l’Oligocène terminal, une importante activité volcanique se développe, liée à la déchirure du bouclier arabo-nubien (l’ouverture de la Mer Rouge) et la convergence des plaques Arabique et Eurasienne (zone de suture du Bitlis-Zagros). Au nord de la plate-forme arabique, le volcanisme syrien s’implante dans un contexte général de compression, autour de la ceinture de plissement des Palmyrides et des zones de déformation adjacentes (graben de l'Euphrate et système de faille de la Mer Morte). Cette thèse porte sur l'évolution volcano-tectonique de la partie nord de la plaque Arabique, en particulier celle de la Syrie, combinant des études géochronologiques, géochimiques et morpho-structurales et modélisation géophysique. Notre analyse morpho-structurale de la province volcaniques de Harrat Ash Shaam (HASV), au sud des Palmyrides, a permis de caractériser numériquement plus de 800 cônes volcaniques monogéniques répartis entre le Sud Syrien, la Jordanie et le Nord de l’Arabie Saoudite. Cette étude de la distribution des cônes volcaniques, jointe aux données existantes sur l’épaisseur de la couverture sédimentaire traversée démontre que la corrélation négative constante entre l’intensité des éruptions volcaniques et la profondeur au socle est, de fait, influencée par le contexte tectonique. L’analyse normative de la distribution des cônes volcaniques, comparée à l'épaisseur des sédiments, est essentielle pour caractériser la tectonique d'extension dans des différentes zones. La télédétection, les observations sur le terrain, et notre base de données de plus de 40 nouvelles datations potassium-argon, entre 50 ka et 18 Ma, nous permettent de préciser l’évolution volcano-tectonique de la Syrie. Cette approche pluri-disciplinaire, appliquée au plateau du Al-Lajat, le champ volcanique le plus récent de HASV, nous a permis, d’abord, de proposer un modèle chronologique pour le processus d'altération en relation aux changements paléoclimatiques du Quaternaire. Elle a surtout permis de reconstituer l'évolution volcano-tectoniques du Nord de la plaque arabique, au cours du Cénozoïque et de situer différents styles d’extension responsables de l’activité volcanique. Le volcanisme commence à la fin de l’Oligocène et au Miocène inférieur, entre ~ 26 Ma et ~ 16 Ma, au sud des Palmyrides, dans la province de HASV, dans un contexte tectonique extensif. Du Miocène au Quaternaire, entre ~ 19 Ma et ~ 0,08 Ma, des champs volcaniques se développe au nord des Palmyrides, conséquence d’extensions tectoniques de second ordre. A partir du milieu du Miocène, la compression augmente et le développement magmatique se poursuit potentiellement dans une ambiance tectonique de rotation antihoraire. Au sud des Palmyrides cela correspond à l’activité volcanique constante au cours des 13 derniers millions d’années. Au nord, cette phase d’activité liée à la tectonique de rotation est concentrée dans l’espace et le temps ; elle correspond au Plateau d’Homs, dans le NW Palmyre, entre 6,3 et 4,3 Ma.Nous proposons un nouveau modèle d'évolution volcano-tectoniques pour la province volcanique de HASV. Il souligne le rôle essentiel joué par l'hétérogénéité de la lithosphère (sous les chaînes du Liban – anti-Liban et la zone de plissement des Palmyrides) dans la formation du volcanisme à partir du milieu du Miocène. Nos modèles géophysiques permettent d’estimer à ~150 km la profondeur moyenne de la limite lithosphère-asthénosphère. A l’analyse des données géochimiques des laves, la zone à l’ouest de HASV où cette limite apparaît moins profonde, à ~ 110 km, s’expliquerait par une anomalie thermique plutôt que par une remontée asthénosphérique. Géochimiquement, les laves Cénozoïques syriennes sont alcalines et sub-alcalines et présentent les caractères de magma émis dans un contexte continental intra-plaque. Ce sont des basanites et des téphrites, des basaltes, des andésites et des trachy-andésites basaltiques et des trachybasaltes. 30 échantillons des différentes provinces volcaniques syriennes montrent une variation significative des signatures des éléments traces incompatibles. Le processus de genèse de ces magmas montre une influence négligeable de la contamination crustale, et un effet de la cristallisation fractionnée limité à l'olivine et au clinopyroxène. Nos résultats montrent que les laves syriennes ont été produites par des taux variables de fusion partielle à partir de niveaux différents dans le manteau lithosphériques présentant localement des hétérogénéités. Le rapport LREE / MREE nous permet de montrer non seulement comment le degré de fusion partielle varie spatialement et temporellement au cours des derniers 18 Ma, mais encore d’illustrer comment varie le degré et le style de la tectonique au cours de cette période. L’une des conséquences de ce contexte tectonique pourrait être la migration d’hydrocarbures vers l’ouest du fait de l’extension crustale au Plio-Quaternaire dans la zone du graben de l’Euphrate à l’Est ; cette migration pourrait être guidée vers une zone de la croûte préalablement fracturée située au NW de la Syrie.En conclusion, le volcanisme cénozoïque de la Syrie résulte d’une tectonique extensive, influencée périodiquement par la convergence arabo-eurasienne, au nord et à l’est, convergence qui provoque des styles tectoniques de rotation ; cette tectonique contrôle la fusion partielle à différents niveaux dans le manteau. Le volcanisme du Nord de la plaque arabique se développe dans le cadre de l’ouverture de la Mer Rouge et débute en même temps que l’activité au sud de la mer Rouge. Il se poursuit jusqu’à la période historique, progressivement amorti vers le nord, l’extension étant contrariée par le cadre compressif à la marge Arabie-Eurasie<br>The Cainozoic volcanic activity in the Arabian plate offers an excellent opportunity to study the intra-plate volcanism related to a complex tectonic setting. After the emplacement of the Yemeni-Ethiopian continental flood basalt plateau, ~ 31 Ma, since the Late Oligocene, widespread volcanic activity has erupted, accompanying the separation of the Arabian-Nubian Shield (development of Red Sea rifting) and the convergence between the Arabian and Eurasian plates (building of the Bitlis-Zagros thrust belts). In the northern part of the Arabian platform, the Syrian volcanism has taken place in a general compressional context, surrounding the Palmyride fold belt and adjacent to other deformation zones (e.g. the Euphrates graben and Dead Sea fault system). This thesis focuses on the volcano-tectonic evolution of the northern part of the Arabia plate, particularly in Syria, and essentially combines geochronological, geochemical, and morpho-structural studies, in addition to supplementary geophysical models. Our morpho-structural analyses of the Harrat Ash Shaam volcanic province (HASV) to the south of Palmyride, digitally characterise more than 800 monogenic volcanic cones placed in Syria, Jordan, and Saudi Arabia. These new data, together with the availability of sediment thickness data, give rise to a new volcano-tectonic approach. This study shows that the consistent negative correlation between the intensity of volcanism and basement depth is influenced by the tectonic setting. The normative analysis of the distribution of volcanic cones in relation to sediment thicknesses is critical when comparing the extension of tectonics in different zones. Remote sensing imagery, field work and our &gt; 40 new K-Ar ages dataset ranging from ~0.05 million years (Ma) to ~18 Ma allow us to precise the Syria volcano-tectonic evolution through time. Regarding the youngest lava flows of HASV, the integration of the results makes it possible to suggest a chronological model for the alteration processes in relation to Quaternary palaeoclimatic changes. We reconstruct the volcano-tectonic evolution in Syria during the Cainozoic, and suggest different extension styles to explain the volcanism. It started during the Late Oligocene and the Early Miocene, between ~26 Ma and ~16 Ma to the South of Palmyride at HASV in an extensional tectonic context. From the Miocene to the Quaternary, between ~19 Ma and ~0.08 Ma, the volcanism developed to the North under second order extension tectonic conditions. Since the Mid-Miocene, the compression has increased and the magma erupted in relation with a possible counter-clockwise rotation tectonic relative motion. South of Palmyride it corresponds to the widespread eruptive phase during the last 13 Ma. To the North, this phase, linked to rotational tectonics appears concentrated in superficies and time; it corresponds to the Homs plateau, NW Palmyride, between 6.3 and 4.3 Ma. We suggest a new volcano-tectonic evolution model for the HASV. It highlights the essential role of lithosphere heterogeneity beneath Lebanon, in particular the anti Lebanon Mountains and Palmyride thrust belts, in triggering the Mid-Miocene volcanism. Our geophysical models estimate mean lithosphere – asthenosphere boundaries at about 150 km depth. According to geochemical data, the zone of shallowest depth ~110 km, W of HASV, could be the result of a thermal anomaly, instead of an asthenospheric upwelling. Geochemically, the Cainozoic Syrian lavas are alkaline and subalkaline rocks, typical of magma emitted in continental intraplate contexts. They are basanites and tephrites, basalts, basaltic andesites, basaltic trachyandesites, and trachybasalts. Thirty samples from different Syrian volcanic provinces show significant variation in terms of incompatible trace element signatures. Crustal contamination plays a negligible role in the process of magma genesis, as does crystal fractionation, essentially restricted to olivine and clinopyroxene. Our results show that the Syrian lava has been generated by variable rates of partial melting from different levels of a locally heterogeneous lithospheric mantle. The LREE/MREE ratio not only illustrates how the degree of partial melting was changed spatially and temporally during the last ~18 Ma, but it also illustrates how the degree and style of extension tectonics changed through time

Dans un contexte d'anthropisation croissante de la frange littorale, et d'intensification des risques côtiers, la mise en œuvre de politiques de Gestion Intégrée des Zones Côtières (GIZC) s'impose. Cette gestion se concrétise notamment par un suivi de l'évolution littorale, nécessitant des techniques adaptées à ce type d'environnement et permettant de mesurer les variations morphologiques mais également de mieux comprendre les processus mis en jeu. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de développement de méthodes d'observation et de quantification de l'évolution morphodynamique. Elle se focalise sur un suivi 3D à très haute résolution spatiale de l'interface Terre-Mer au niveau d'une plage sableuse, de l'échelle journalière à pluri-annuelle. Les méthodes proposées s'appuient sur des techniques de télédétection : stéréo-photogrammétrie depuis un drone hélicoptère, acquisitions au Scanner Laser Terrestre (TLS) et acquisitions au Sondeur Multi-Faisceaux (SMF) petits fonds sur les parties immergées de la plage. Pour chacune de ces techniques, nous avons élaboré un protocole spécifique d'acquisition et de traitement des données aboutissant à la génération de Modèles Numériques de Terrain (MNT), puis de MNT différentiels diachroniques. Cette approche multi-source permet de fusionner les données terre-mer (sur une frange s'étendant du haut de plage à 15 m de profondeur) et offre ainsi une vision synoptique des transferts de matière au sein du compartiment sédimentaire. Les techniques présentées ont été mises en oeuvre à la Plage de Porsmilin (Mer d'Iroise). Les résultats des levés récurrents ont fait l'objet d'une analyse de la variabilité morpho-sédimentaire à différentes échelles spatio-temporelles. Le suivi de la cellule sédimentaire a permis de déterminer la profondeur de fermeture à l'échelle annuelle et d'identifier les tendances saisonnières. Aux échelles spatio-temporelles plus fines, nous avons pu étudier l'évolution de figures sédimentaires telles que des bermes ou des croissants de plages. Autant que possible, chaque observation s'accompagne d'une identification du (des) forçage(s) hydrodynamique(s) sous-jacent(s).

Le rôle de la convection profonde dans l’intensification des cyclones subtropicaux méditerranéen est examiné dans le cadre de cette thèse. Alors que la plupart des cyclones méditerranéens présentent un cycle de vie barocline typique, où la cyclogenèse est principalement déclenchée par les perturbations situées dans la haute troposphère, le rôle de la convection profonde sur le développement des cyclones été jeu abordé jusqu’ici. Afin d'étudier la contribution de celle-ci sur l'intensification de neuf médicanes entre 2005 et 2018, l'accent a été mis sur le bassin méditerranéen central et oriental moins étudié, que ceux de la Méditerranée occidentale.Dans une première partie, la relation entre la convection profonde et la formation et l'intensification des cyclones est étudiée à l'aide de techniques de télédétection par une approche multi-satellites en utilisant des observations dans l’infrarouge et les micro-onde. Des observations provenant des radiomètres micro-ondes AMSU-B et MHS volant à bord de plusieurs satellites opérationnels (NOAA16 à NOAA19; MetOpA / B), ainsi que l'imageur visible et infrarouge SEVIRI installé à bord des satellites géostationnaires Meteosat-8 à 11 ont été utilisées. Les canaux humidité sondant autour de 183 GHz des capteurs AMSU / MHS et les canaux infrarouges de SEVIRI ont été utilisés pour détecter la convection profonde durant le cycle de vie des médicanes. De plus, le cisaillement vertical du vent et l'inclinaison du vortex ont été calculés en utilisant les réanalyses ERA5 afin d’étudier l'évolution de la structure du cyclone. Les résultats fournissent des informations inédites sur les relations entre la convection profonde et l'évolution des cyclones : ainsi il est montré que seule une fraction des cyclones étudiés subissent une activité convective intense près de leurs centres et qu’une convection profonde persistante dans les secteurs où le cisaillement est positif mène à des périodes d'intensification. L'activité convective des secteurs où le cisaillement est négatif n'est pas liée à des périodes d'intensification, tandis que les structures de courte durée de type ouragans se développent uniquement pendant l'activité convective symétrique ce qui peut conduire à une intensification des cyclones dans certains cas. En raison de ces comportements variés, les neuf médicanes étudiés ont été groupés en trois familles en fonction des caractéristiques de leur cycle de vie.Dans un deuxième temps, pour aborder l'impact de la thermodynamique à fine échelle en lien avec la convection profonde et expliquer l'activité convective observée, une modélisation atmosphérique a été effectuée. Pour cela on a utilisé le modèle de recherche et de prévisions météorologiques WRF à une résolution spatiale fine (3 km). Les simulations numériques ont été forcées par les réanalyses ERA5. Pour tenir compte des effets de la libération de chaleur latente pendant la convection profonde, des traceurs de vorticité potentielle (PV). De plus, une version modifiée de l'équation de tendance de pression a été utilisée pour post-traiter les résultats numériques afin d'étudier la dynamique atmosphérique liée à six médicanes. Les résultats ont montré que les changements d'intensité des cyclones n'étaient que partiellement expliqués par l'activité de la convection profonde, les facteurs principaux étant les champs de PV diabatique de basse couche induits et le chauffage diabatique. L'environnement barocline dans lequel ces cyclones se sont développés présentait finalement très peu de similitudes avec les cyclones tropicaux. Les résultats numériques appuient en partie notre hypothèse issue du travail mené sur les observations selon laquelle les médicanes feraient bien partie de la famille des cyclones méditerranéens, mais qu’ils possèdent également certaines caractéristiques particulières, à savoir la contribution des processus diabatiques et barocliniques lors de leur développement et au stade mature<br>The role of deep convection in the intensification of Mediterranean tropical-like cyclones is examined in this thesis. While most of the Mediterranean cyclones present a common baroclinic life cycle where cyclogenesis is mainly triggered by upper tropospheric systems, the role of deep convection on cyclones development has only been addressed by few studies in the recent past. In order to investigate the contribution of deep convection in the intensification of 9 Mediterranean tropical-like cyclones between 2005 and 2018, the emphasis has been put on the Central and Eastern Mediterranean basin where these cyclones have received less attention than those in the Western Mediterranean.In a first part, the relation of deep convection with cyclones formation and intensification is investigated using remote sensing techniques, through a multi-satellite approach, with observations in the infrared and microwave spectrum. Observations derived from the Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-B) and the Microwave Humidity Sounder (MHS) on several operational satellites (NOAA16 through NOAA19); MetOpA/B, as well as the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) onboard the geostationary satellites Meteosat-8 to 11 have been used. The humidity sounding channels around 183 GHz from the AMSU/MHS sensors and a method of infrared channel differencing from SEVIRI were used to detect deep convection during the Mediterranean tropical-like cyclones. Moreover, vertical wind shear and vortex tilt were calculated by ERA5 reanalysis data to study the cyclone structure evolution. Results provide new insights about the relations between deep convection and cyclone evolution, with only a fraction of the studied cyclones experiencing intense convective activity close to their centres and persistent deep convection in the upshear quadrants leads to intensification periods. Convective activity solely in the downshear quadrants is not linked to intensification periods, while short-lived hurricane-like structures develop only during symmetric convective activity, leading to cyclone intensification in some of the cases. For this reason, the Mediterranean tropical-like cyclones have been divided into 3 groups based on distinct differences during their lifetime.As a second step, to address the impact of fine-scale thermodynamics related to deep convection and explain the observed convective activity, atmospheric modeling is employed, using the Weather Research and Forecast model (WRF) with a fine spatial resolution (3 km). The numerical simulations are forced by ERA5 reanalysis data with a high temporal resolution. To account for the effects of latent heat release during deep convection, online potential vorticity (PV) tracers are used at every model time step. In addition, a modified version of the classical pressure tendency equation (PTE) is used to post-process the numerical results to study the atmospheric dynamics related to 6 Mediterranean tropical-like cyclones. Results show that cyclone intensity changes are only partly explained by deep convection activity, with an emphasis given on the diabatically-induced low-level PV fields and diabatic heating. The baroclinic environment into which these cyclones develop has very few similarities with tropical cyclones. The numerical findings partially support our hypothesis in the observational study that the Mediterranean tropical-like cyclones may be part of a continuous spectrum of Mediterranean cyclones, but they are also distinct differences among them, namely the contribution of diabatic and baroclinic processes at their developing and mature stages

Les cirrus couvrent en permanence 20 % de la surface terrestre et jouent un rôle important sur le bilan énergétique du système Terre - Atmosphère. Cependant, la modélisation de leurs interactions avec les rayonnements solaire et tellurique est encore incertaine. Ceci tient du fait que les particules cristallines qui les composent sont de forme et de taille extrêmement variables, ce qui rend impossible le calcul exact des interactions de chacune d'elles avec le rayonnement électromagnétique. Il faut alors développer un modèle microphysique "moyen" capable de restituer les propriétés radiatives de ces nuages. Un modèle de cristaux de glace conçu au laboratoire a été validé dans le domaine visible du spectre, avec une précision supérieure aux modèles existants dans ce domaine de longueur d'onde. Le travail effectué ici consiste maintenant à étendre la modélisation au domaine de l'infra- rouge moyen et thermique. Nous avons dans un premier temps intégré les propriétés optiques en infrarouge thermique de deux modèles microphysiques simples dans un code de transfert radiatif adapté à ce domaine de longueur d'onde. Nous avons ensuite confronté les résultats aux mesures effectuées pendant la campagne aéroportée FRENCH / DIRAC 2001, dédiée à l'étude des cirrus en infrarouge. Cette campagne a permis d'utiliser et de valider deux prototypes d'instruments opérant dans l'infrarouge moyen et thermique. La restitution des mesures en infrarouge thermique à partir des modèles s'est avérée correcte et une méthode de "split-window" a permis d'obtenir une information sur la microphysique du nuage. Parallèlement, nous avons utilisé notre modèle pour la simulation dans le domaine du moyen infrarouge avec un code de transfert adapté à ces longueurs d'onde. Les résultats ont montré un bon accord avec les mesures et une méthode à deux longueurs d'onde a permis de restituer une microphysique équivalente à celle déjà pressentie dans l'étude précédente. Des comparaisons avec des mesures in situ ont permis de valider la microphysique restituée par les modèles.

Une étude théorique des propriétés optiques des particules selon leurs caractéristiques physiques a permis de proposer une modélisation de l'absorption (effet de discrétisation), ainsi que de l'atténuation et de la diffusion de la lumière par le phytoplancton. De plus la variabilité de la relation concentration en pigments-production primaire a été examinée à partir des données in situ de diverses zones.

L’intérêt croissant pour l’étude de la morphogénèse des côtes à falaises a permis de mieux appréhender les environnements méso/macrotidaux, mais en délaissant les environnements microtidaux. Pour cette raison, nous proposons d’étudier, à partir d’une approche exploratoire multi-échelle, la dynamique érosive des côtes à falaises en Méditerranée à travers l’exemple de la région Provence-Alpes-Côte d’Azur. Le choix de ce territoire s’est justifié en réponse à une problématique relative à la gestion des risques côtiers identifiée par le Conseil-Régional-PACA qui a financé ce travail doctoral. Les principaux objectifs visent à caractériser d’une part l’ampleur relative des occurrences érosives en fonction de la variabilité temporelle des forçages météo-climatiques, et d’autre part le degré du contrôle géologique sur la morphologie côtière. Toute la difficulté de l’étude réside donc dans l’optimisation des fenêtres d’observation afin de distinguer les comportements érosifs. Nous proposons donc de tester l’apport de quatre méthodes permettant de définir si l’érosion se produit de manière (1) continue à l’échelle annuelle (levés LiDAR embarqués depuis un bateau), (2) chronique à l’échelle séculaire (orthophotographies aériennes) et (3) exceptionnelle voir (4) catastrophique sur les temps propres à l’Holocène et au Quaternaire (datations aux cosmogéniques in situ 36Cl et analyses morphométriques). Au regard des résultats mesurés et interprétés, il apparaît que l’activité gravitaire produite au cours du XXe siècle (érosion moyenne de l’ordre du cm.an-1) est très faible par rapport aux environnements méso/macrotidaux<br>Increasing interest in studying rocky cliff coastline morphogenesis allowed a better understanding of meso/macrotidal environments, but let microtidal environments apart. Thus we propose studying the dynamic of cliff coastlines erosion in Mediterranean in the South-East of France, through a multi-scale explorative approach. This doctoral work was supported by the region Provence-Alpes-Côte d’Azur, which identified a problematic in relation with coastal hazard management. The main objectives aim at characterizing on one hand how the temporal variability of meteorologic and climatic forcings affects the magnitude of erosion, and on other hand to which extent the geological setting controls the coastline morphology. The great challenge of this work therefore consists in optimizing the observation range in order discriminate erosive behaviours. Thus we propose assessing the contribution of four methods in determining whether erosion takes place (1) continuously at annual scale (boat-borne laser scanning surveys), (2) chronic at secular scale (aerial orthophographies)and (3) exceptional even (4) catastrophic over the characteristic timescales of Holocene and Quaternary (cosmic ray exposure dating from in-situ 36Cl and morphometric analysis). The interpretation of the results shows that erosion rate observed through the XXth century (order of magnitude of cm.y-1) is very low compared to meso/macrotidal environments. However at timescales ranging from pluri-secular (0.29 ka BP) to pluri-millenar (6.8 ka BP), exceptional storms surges of +3 NGF could initiate an erosion process resulting in the formation of horizontal shore platforms

L'augmentation continue des concentrations atmosphériques de CO2 due aux activités anthropogéniques est un des principaux facteurs responsable du changement climatique. De par leur forte propension à stocker ce CO2 anthropogénique, les océans jouent un rôle essentiel dans le cycle global du carbone. La quantification des échanges air-mer de CO2 et de leur variabilité à diverses échelles spatio-temporelles représentent encore aujourd'hui un défi majeur dans l'étude du cycle global du carbone. Alors que les flux air-mer de CO2 sont relativement bien quantifiés en milieu océanique, les études réalisées en milieu marin côtier demeurent insuffisantes au regard de l'importante variabilité spatio-temporelle de ces échanges et de la diversité de ces écosystèmes. L'objectif de cette thèse est de mener une étude approfondie de la dynamique du système des carbonates et des échanges air-mer de CO2 à de multiples échelles spatio-temporelles au sein des écosystèmes contrastés du plateau continental nord-ouest européen. Ces systèmes particulièrement dynamiques d'un point de vue biogéochimique présentent l'avantage d'être représentatifs des principales structures hydrographiques des marges continentales tempérés. A ce jour, les études portant sur la dynamique du CO2 dans les eaux de la partie occidentale du plateau continental nord-ouest européen restent peu nombreuses. Du cycle diurne à une échelle multi-annuelle, d'une station fixe au large de Roscoff au plateau continental nord-ouest européen, et d'échantillons d'eau de mer à des données satellitaires, cette thèse offre un aperçu exhaustif de la complexité de la dynamique du système des carbonates et des flux air-mer de CO2 en milieu côtier<br>The raise of atmospheric CO2 due to anthropogenic activities is a major driver of the climate change. The ocean plays a key role in the uptake of this anthropogenic CO2. The constraint of air–sea CO2 fluxes and their variability at various time and spatial levels remain a central task in global carbon cycle and climate studies. The contribution of open ocean to this uptake is presently rather well quantified, whereas the role of the coastal ocean to this process remains ambiguous due to the diversity and the high spatio-temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in these ecosystems. This PhD thesis investigated the spatial and temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in contrasted ecosystems of the north-west European continental shelf. These highly dynamic biogeochemical ecosystems host numerous key hydrographical structures (permanently well-mixed, seasonally stratified, frontal structures, estuarine) of temperate zones, in which the dynamic of the CO2 system were poorly documented. From tidal to multi-annual variability, from a fixed station off Roscoff to the north-west European continental shelf and from seawater samples to satellite data, this PhD thesis provides an integrative overview of the complexity of the CO2 system dynamics in coastal seas and the ongoing challenges to achieve

Le but de cette thèse est de montrer quels peuvent être les apports à l'étude de la dynamique océanique des données de télédétection spatiale dans l'infrarouge proche (1000 nm) et moyen 10000 nm). On présente tout d'abord le rayonnement observé (réflexion, émission). On examine les influences de l'état de la mer et de la présence de l'atmosphère entre l'océan et le capteur ou le soleil sur ce rayonnement. Le chapitre 3 aborde les relations entre les distributions spatiales et superficielles de température et de courant. Le courant peut être estimé à l'aide d'un couple de thermographies, soit par suivi de structures particulières, soit par résolution de l'équation de conservation de la chaleur. Des exemples sont donnés pour le courant Ligure, les tourbillons anticycloniques issus du Gulf Stream et les eaux au large de la côte est des Etats-Unis. Enfin, les densités de variance de température calculées en fonction de l'échelle à partir des thermographies, sont comparées aux spectres d'énergie cinétique résultants de théories de turbulence bidimensionnelle. Le chapitre 4 traite des images d'énergie réfléchie par la surface de la mer à partir desquelles sont dérivés l'état d'agitation de la mer et le champ de vitesse du vent. Grâce à un modèle de distribution statistique des pentes des facettes de vague, on examine le signal parvenant au radiomètre en fonction de l'état de surface et des géométries d'éclairement et d'observation, en s'attachant aux cas des satellites SPOT et Landsat. Par ailleurs, on montre que le champ du module de la vitesse du vent à la surface de la mer peut être calculé, à partir des images AVHRR à 1000 nm et qu'il se compare favorablement au champ obtenu d'après une carte d'isobares de surface. Le chapitre 5 est une application des résultats des chapitres précédents, à la connaissance de la dynamique de la couche superficielle de la mer Ligure. La circulation générale dans ce bassin et ses causes présumées y sont discutées. Les variations, les instabilités *du courant et les dissymétries saisonnières nord-sud de la répartition spatiale de ces instabilités et de leur amplitude sont mises en relief. La conclusion est consacrée à la synthèse des apports de la télédétection à la connaissance du milieu marin mis en évidence par les travaux présentés, synthèse particulièrement illustrée par l'exemple de la mer Ligure.

Les instruments, satellites ou systèmes aéroportés, actuellement utilisés pour la détection et la caractérisation d'hydrocarbure sur la mer sont basés sur des moyens optiques ou radars. Ces moyens présentent une performance dégradée due à une fréquence encore trop importante de fausses alarmes ou à un temps de traitement des données trop conséquent. Les méthodes de détection, d'identification et de quantification des fuites d'hydrocarbures offshores peuvent donc être améliorées en associant robustesse et réactivité. Cette amélioration suppose une compréhension approfondie des phénomènes océanographiques et électromagnétiques à l'œuvre dans cette scène particulière. La thèse s'appuie sur des données regroupant des images optiques et SAR aéroportées ou satellites ainsi que des mesures réalisées en laboratoire. Ce jeu de données permet de vérifier la cohérence des résultats obtenus par modélisation. L'objectif de la thèse est de distinguer une surface de mer polluée d'une surface de mer propre à l'aide de la signature électromagnétique de la surface totale puis de détailler le type et la quantité d'hydrocarbure présent. La thèse se divise en deux domaines, à savoir modélisation océanographique et modélisation électromagnétique. La modélisation océanographique intègre la simulation de la surface rugueuse imitant une surface de mer propre, et polluée. Cette surface de mer doit être générée sur une superficie importante et doit conserver une résolution restituant les petites vagues avec un temps de génération minimal. La partie électromagnétique est centrée sur les modèles asymptotiques de diffusion des ondes électromagnétiques par une interface rugueuse. Ces modèles sont adaptés au contexte de la thèse, complexité de la scène et rapidité du traitement, mais nécessitent plusieurs hypothèses pour être appliqués<br>Satellites or airborne systems currently used for the detection and characterization of oil slicks on sea surface are based on optical or radar means. These means have a lack of performance due to a too high frequency of false alarms or to an excessively long data processing time. The methods for detecting, identifying and quantifying offshore pollutant can therefore be improved by combining robustness and reactivity. This improvement implies an in-depth understanding of the oceanographic and electromagnetic phenomena at work in this particular scene. The thesis is based on data gathering aerial and satellite images and SAR as well as measurements carried out in laboratory. This dataset makes it possible to check the consistency of the results obtained by modeling. The objective of the thesis is to distinguish a polluted sea surface from a clean sea surface using the electromagnetic signature of the total surface and then to detail the type and quantity of pollutant. The thesis is divided into two domains, namely oceanographic modeling and electromagnetic modeling. Oceanographic modeling integrates the simulation of the rough surface imitating a clean or polluted sea surface. This sea surface must be generated over a large area with a thin resolution. The electromagnetic part is centered on the asymptotic models for the electromagnetic waves diffraction by a rough interface. These models are adapted to the context of the thesis, the complexity of the scene and the speed of processing, but require several hypotheses to be applied

La télédétection par satellite est aujourd'hui une composante à part entière de l'océanographie. Elle permet d'effectuer des mesures de vents, de température de surface (SST), de couleur de l'eau, de topographie, ... avec des couvertures spatiales et temporelles bien supérieures à celles obtenues par des méthodes in situ. Cependant, il n'existe pas à l'heure actuelle de mesure satellitaire de salinité de surface des océans (SSS), et celle-ci reste sous échantillonnée à la fois spatialement et temporellement. La salinité étant un paramètre important pour la circulation des masses d'eau océaniques, son observation globale et régulière constituerait un apport conséquent à l'océanographie physique. C'est pourquoi de nombreuses équipes scientifiques à travers le monde relèvent actuellement le défi technologique de la télédétection de la SSS par satellite, et particulièrement en Europe grâce à la mission de l'Agence Spatiale Européenne « Soil Moisture and Ocean Salinity » (SMOS). Au cours de ma thèse, j'ai étudié la faisabilité de la mesure de la SSS à l'aide d'un radiomètre hyperfréquence en bande L (i.e. fréquence = 1.4 GHz <=> longueur d'onde = 21 cm), en estimant les sources d'incertitude sur la SSS qui sera restituée dans le cadre de la mission SMOS. Pour cela, j'ai codé un modèle direct, qui simule les processus physiques intervenant depuis la surface océanique jusqu'à l'antenne du radiomètre. Ce modèle est constitué d'un modèle d'émissivité de la mer à « deux échelles » (i.e. on distingue les vagues selon qu'elles soient « grandes » ou « petites » par rapport à la longueur d'onde du radiomètre), et d'un modèle de transfert radiatif à travers l'atmosphère. Le modèle d'émissivité m'a permis d'estimer la sensibilité de la température de brillance (Tb) de l'océan aux paramètres géophysique océanique (i.e. SSS, SST, et rugosité de surface induite par le vent ou la houle), ainsi que l'incertitude sur cette sensibilité en comparant les résultats obtenus à partir de paramétrisations différentes. J'ai conclu de ces études que la sensibilité de la Tb à la SSS est relativement bien connue (de l'ordre de quelques dixièmes de Kelvin par psu) mais que l'effet de la rugosité est très incertain à cause de l'imprécision des modèles de spectre des vagues, alors que cet effet ne semble pas être négligeable (la sensibilité de la Tb au vent étant comprise entre 0.12 à 0.25 K/(m/s) selon le modèle de spectre). Le modèle de transfert radiatif m'a permis d'estimer les différentes contributions de l'atmosphère (atténuation des rayonnements la traversant et émission propre), ainsi que la sensibilité de ces contributions aux paramètres atmosphériques (i.e. profils de température, pression et humidité relative). En bande L, l'atmosphère est quasiment transparente (épaisseur optique ~ 0.01 néper) et sa température de brillance est de l'ordre de 2 K. Ces effets sont peu sensibles aux paramètres atmosphériques, particulièrement à la vapeur d'eau. Je présente aussi dans la thèse des comparaisons du modèle avec des mesures radiométriques en bande L récentes (campagnes WISE 2000, WISE 2001 et EuroSTARRS) ainsi que les conclusions sur la validité des différents modèles de spectre de mer étudiés.