Dissertations / Theses on the topic 'Nuages de glace stratosphériques'
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Mouzay, Julie. "Etude de l'évolution photochimique des aérosols de Titan." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0473.
Abstract:
Cette thèse porte sur l’étude de l’évolution photochimique des aérosols présents dans la stratosphère de Titan. Au début de la saison automnale au pôle sud, la stratosphère, atteinte par des rayonnements FUV solaires, s’est refroidie et particulièrement enrichie en matériaux organiques : en aérosols, ainsi qu’en benzène (C6H6) et cyanure hydrogène (HCN), formés à haute altitude, qui ont été à l’origine de la formation de nuages de glace saisonniers. Expérimentalement, la photochimie de ces glaces, induite par des rayonnements UV similaires à ceux parvenant dans la basse stratosphère (l > 230 nm), conduit à la formation d’une phase volatile et d’une phase réfractaire qui représente en laboratoire un analogue des aérosols de la stratosphère de Titan formés par photo-polymérisation de glaces organiques. Nos résultats permettent de montrer que les propriétés spectroscopiques des analogues d’aérosols issus de la photolyse de glaces résultant de la condensation simultanée du benzène et du cyanure d’hydrogène sont similaires à celles des aérosols présents dans la stratosphère, d’après les données collectées par les spectromètres Cassini/VIMS et CIRS, à l’inverse des analogues produits par l’irradiation des glaces de benzène pur qui eux se différencient significativement des aérosols de la stratosphèreThis thesis deals with the study of the photochemical evolution of aerosols in Titan's stratosphere. At the beginning of the autumn season at the South Pole, the stratosphere, reached by FUV solar radiations, cooled and was particularly enriched in organic materials: aerosols as well as benzene (C6H6) and hydrogen cyanide (HCN), formed at high altitudes, and were responsible for the formation of seasonal ice clouds. Experimentally, the photochemistry of these systems, induced by UV radiations similar to those reaching the lower stratosphere (l > 230 nm), leads to the formation of a volatile phase and a refractory phase that represents experimentally an analogue of Titan stratospheric aerosols formed by polymerization of organic ice. Our results show that the spectroscopic properties of aerosols from the polymerization of ices of benzene mixed with hydrogen cyanide are more similar to aerosols present in the stratosphere, according to the data collected by the Cassini/VIMS and CIRS spectrometers, than those of aerosols produced by the irradiation of pure benzene ices
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Jouan, Caroline. "Les nuages de glace en arctique : mécanismes de formation." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00843520.
Abstract:
Les mécanismes de formation des nuages de glace arctiques durant la nuit polaire sont encore mal définis en raison de l'absence d'observations et de l'éloignement de cette région. Pourtant, leur influence sur les conditions météorologiques et sur le climat dans l'hémisphère nord est d'une importance primordiale ; et les connaissances sur la modification de leurs propriétés, liées à des processus d'interaction aérosol-nuage, doivent être améliorées. Les fortes concentrations d'aérosols en Arctique durant la nuit polaire sont associées au transport des aérosols anthropiques des latitudes moyennes jusqu'au pôle Nord. Les observations et les modèles montrent que cela peut conduire à un transport important de particules d'aérosol acidifiées. Les mesures en laboratoire et in situ montrent qu'à basse température (< -30°C), le revêtement d'acide sur les noyaux glaçogènes (IN) peut réduire leurs propriétés de nucléation de la glace. Par conséquent, leur concentration est réduite dans ces régions entraînant une plus faible concentration de plus gros cristaux de glace en raison d'une diminution de la compétition pour une humidité disponible similaire. De nombreuses mesures de terrain et par télédétection par satellite (CloudSat et CALIPSO) révèlent l'existence de deux types de nuages de glace (TIC) en Arctique durant la nuit polaire. Les nuages de glace de type 1 (TIC-1) ne sont visibles que par le lidar tandis que les nuages de glace de type 2 (TIC-2) sont perçus à la fois par le lidar et le radar. Les TIC-2 sont divisés en TIC-2A et TIC-2B. Les TIC-2A sont recouverts d'une fine couche de petits cristaux de glace non-précipitant (invisible par le radar) (TIC-1), tandis que les TIC-2B ne le sont pas. Ils sont caractérisés par une faible concentration de gros cristaux de glace. On suppose que la microstructure des TIC-2B est liée à l'acidification des aérosols. Pour vérifier cette hypothèse, des études de cas et des approches statistiques ont été combinées afin d'analyser le transport des aérosols et les propriétés des nuages de glace en Arctique. La première partie de la thèse enquête sur les propriétés microphysiques des TIC-1/2A et TIC-2B, en analysant des mesures aéroportées et satellitaires de cas spécifiques observés durant la campagne de mesures ISDAC (Alaska, Avril 2008). Pour la première fois, les microstructures des TIC-1/2A et TIC-2B en Arctique sont comparées en utilisant les observations in-situ des nuages. (...) La deuxième partie de la thèse enquête sur l'origine des masses d'air formant deux cas spécifiques de TICs ISDAC : TIC-1/2A (1 Avril 2008) et TIC-2B (15 Avril 2008), en utilisant des outils de trajectoire et des données satellitaires.
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Jumelet, Julien. "Etude des particules stratosphériques par couplage entre mesures Lidar et modélisation microphysique." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066449.
Abstract:
Les nuages stratosphériques polaires (PSC) jouent un rôle fondamental dans la destruction de l’ozone polaire. Toutefois les propriétés microphysiques de ces nuages ne sont pas encore bien caractérisées. De plus, les processus déterminant ces propriétés restent mal paramétrés dans les modèles de grande échelle. Cette thèse est consacrée à la restitution de la distribution en taille des PSC à partir d’observations lidar ainsi qu’à la comparaison de ces restitutions aux simulations d’un modèle de microphysique et de transport développé en parallèle. Dans la première partie de la thèse, la distribution en taille de PSC est estimée à partir des coefficients de rétrodiffusion lidar en utilisant une approche probabiliste, car le modèle optique est fortement non linéaire. Les comparaisons avec des mesures de taille in situ sont excellentes pour les particules sphériques. La même approche est ensuite appliquée à une détection de PSC durant une campagne de mesure lidar en Arctique. Les résultats mettent en évidence une forte variabilité spatio-temporelle de la distribution en taille, qui n’est pas proprement décrite dans les modèles à grande échelle. La deuxième partie de la thèse présente le couplage entre un modèle de transport haute résolution et un modèle de microphysique. Les premières comparaisons des simulations numériques avec les mesures lidar et les précédentes restitutions de distribution en taille sont très encourageantes. Un tel outil de simulation sera très utile dans l’analyse des premiers champs 3D de PSC mesurés par le lidar satellite CALIOP/CALIPSO.
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David, Christine. "Etude des nuages stratosphériques polaires et des aérosols volcaniques en régions polaires par sondage laser." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066821.
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Fierli, Federico. "Caractérisation des nuages stratosphériques polaires en Scandinavie : étude qualitative de leur impact sur l'air activé aux moyennes latitudes." Paris 6, 1999. http://www.theses.fr/1999PA066603.
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Tencé, Florent. "Apport de la mesure lidar dans l'étude des aérosols et nuages stratosphériques polaires et de leurs perturbations climatiques." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASJ004.
Abstract:
À mesure que la compréhension des interactions entre la chimie de l'ozone stratosphérique et le changement climatique progresse, les conséquences de l'évolution des températures autant que celui des perturbations de la charge stratosphérique en aerosols deviennent un sujet d'intérêt scientifique de premier plan.Il est bien établi que le volcanisme est la principale source d'aérosols stratosphériques et que les épisodes de volcanisme majeurs s'associent à des anomalies négatives d'ozone. Toutefois, l'effet à haute latitude d'une surcharge en aerosols soufrés, précurseurs des nuages stratosphériques polaires (PSC), reste mal connu.De plus, des injections stratosphériques d'aérosols carbonés sont observées lors d'importants feux sur les dernières années. Au Canada en 2017 et en Australie en 2020, des masses d'aérosols comparables à celles émises par le volcanisme modéré ont été rapportées. Cela continue de nourrir un fort intérêt scientifique, le carbone n'étant pas naturellement présent en stratosphère et les effets de son apport significatif sont encore à étudier. Aussi, il est attendu que le changement climatique favorise l'occurrence de feux majeurs, rajoutant la question des tendances à long terme de la charge en aérosols à la nécessité de caractériser finement l'effet d'une telle perturbation.Précurseurs de la destruction saisonnière d'ozone, les PSC, formés sur les aerosols, sont au coeur de ces enjeux. Le lidar est un instrument adapté à l'étude de ces phases condensées. À l'aide du lidar de la station française antarctique Dumont d'Urville (DDU) et des instruments spatiaux pertinents, cette thèse étudie les tendances et processus liés aux PSC et aux perturbations en aérosols stratosphériques.Les mesures acquises à DDU utilisent différentes classifications de PSC pour illustrer des processus fins uniquement accessibles par la géométrie d'un instrument sol. La paramétrisation des PSC repose sur une classification concise et representative, et la position côtière de la station est un atout de par la grande variabilité des observations de particules qu'elle permet. Une tendance du nombre de jours de PSC par an à DDU de 2007 à 2020 est établie par la combinaison de mesures lidar et de temperatures. Cette tendance, de -4,4 jours de PSC par an par décennie, est le reflet d'une tendance opposée des températures stratosphériques sur cette période. Cette dernière, récemment confirmée par d'autres études, questionne l'évolution long terme dans le contexte du changement climatique.Les feux australiens en 2020 ont injecté une masse inédite d'aérosols en stratosphère, dont une partie a été transportée jusqu'aux hautes latitudes australes. Le lidar de DDU a pu sonder ces aérosos de janvier à octobre 2020. Cela a permis une caractérisation riche des panaches au fil du temps. Leur présence au sein du vortex a été confirmée et pose la question délicate des intéractions entre aérosols carbonés et PSC. La forte destruction d'ozone reportée à DDU en octobre 2020 ne peut être comparée qu'à l'année 2015, marquée par une surcharge en aérosols due à l'éruption du Calbuco. Nous soulignons également l'enjeu technologique autour de la speciation des aerosols sur les signatures fines.Pour s'adapter aux questions scientifiques récentes, une campagne de terrain a permis l'évolution du lidar en place à DDU vers une source laser multispectrale infrarouge / visible / ultraviolet. Cette configuration offre de nouvelles possibilités, dont un accès à la granulométrie qui peut directement résoudre la speciation des aerosols et nuages. L'éruption historique survenue au Tonga en janvier 2022 a injecté une grande quantité d'aérosols, en partie détectés à DDU de février à septembre 2022. Cette thèse inclut donc des travaux sur cet événement utilisant l'instrumentation de campagne en tant que perspective technique et surtout scientifique pour l'étude des aerosols et nuages à haute latitudeAs the understanding of the interactions between stratospheric ozone chemistry and climate change progresses, the consequences of both temperature change and perturbations in stratospheric aerosol loading are becoming a topic of major scientific interest.It is well established that volcanism is the main source of stratospheric aerosols and that major volcanic episodes are associated with negative ozone anomalies. However, the high latitude effect of an overload of sulphate aerosols, precursors of polar stratospheric clouds (PSC), remains poorly understood.In addition, stratospheric injections of carbonaceous aerosols have been observed during major fires in recent years. In Canada in 2017 and Australia in 2020, aerosol masses comparable to those emitted by moderate volcanism were reported. This is of great scientific interest, as carbon does not naturally occur in the stratosphere and the effects of its significant intake are yet to be studied. Also, climate change is expected to favour the occurrence of major fires, adding the question of long-term trends in aerosol loading to the need to finely characterise the effect of such a disturbance.PSCs, formed on aerosols, are the precursors of seasonal ozone destruction and are at the heart of these issues. Lidar is a suitable instrument for studying these condensed phases. Using the lidar at the French Antarctic station Dumont d'Urville (DDU) and relevant space instruments, this thesis investigates trends and processes related to PSCs and stratospheric aerosol perturbations.Measurements acquired at DDU use different classifications of PSCs to illustrate fine processes that are only accessible through the geometry of a ground-based instrument. The parameterisation of the PSCs is based on a concise and representative classification, and the coastal location of the station is an advantage due to the high variability of the particle observations it allows. A trend in the number of PSC days per year at DDU from 2007 to 2020 is established by combining lidar and temperature measurements. This trend, of -4.4 PSC days per year per decade, reflects an opposite trend in stratospheric temperatures over this period. The latter, recently confirmed by other studies, raises questions about long-term trends in the context of climate change.The Australian fires in 2020 injected an unprecedented mass of aerosols into the stratosphere, some of which was transported to the high southern latitudes. The DDU lidar was able to probe these aerosols from January to October 2020. This allowed a rich characterisation of the plumes over time. Their presence within the vortex was confirmed and raises the delicate question of the interactions between carbonaceous aerosols and PSC. The high ozone depletion reported at DDU in October 2020 can only be compared to the year 2015, marked by an aerosol overload due to the Calbuco eruption. We also highlight the technological challenge around aerosol speciation on fine signatures.In order to adapt to recent scientific questions, a field campaign allowed the evolution of the lidar installed at DDU towards a multispectral infrared / visible / ultraviolet laser source. This configuration offers new possibilities, including access to granulometry that can directly resolve aerosol and cloud speciation. The historical eruption in Tonga in January 2022 injected a large amount of aerosols, partly detected at DDU from February to September 2022. This thesis therefore includes work on this event using field instrumentation as a technical and especially scientific perspective for the study of aerosols and clouds at high latitudes
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Montmessin, Franck. "Aspects microphysiques de l'atmosphère martienne : de la poussière aux nuages de glace d'eau." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010657.
Abstract:
De par l'influence radiative globale et permanente des poussières en suspension, la caractérisation microphysique de l'atmosphère martienne est un enjeu scientifique majeur. De plus, malgré un contenu humide restreint, des nuages de glace d'eau similaires aux cirrus terrestres se forment régulièrement. Au cours de cette thèse, le développement d'un modèle de microphysique a permis d'étudier la nature du couplage entre poussières, cristaux et vapeur d'eau. Essentiellement axés sur la structure verticale des brumes martiennes, nos travaux ont permis d'interpréter un jeu de données photométriques ayant abouti sur une estimation de la granulométrie de la poussière et des cristaux de glace. La conclusion de cette étude remet en cause le type de fonction jusqu'alors employée pour décrire le spectre en taille de la poussière, une hypothèse étayée par la structure des spectres de poussière observée dans les déserts sahariens. Par ailleurs, nous avons pu effectuer une analyse approfondie de l'impact de la nébulosité sur le cycle hydrologique martien. Notre introduction d'un schéma de nuages simplifié au sein d'un modèle de circulation générale a permis de quantifier le rôle considérable du transport de la glace atmosphérique sur la distribution géographique de l'eau. Cette étude s'inscrit dans la volonté actuelle de comprendre l'évolution de l'eau sur Mars. Liée à cette thématique, l'étude du cycle du deutérium est primordiale pour estimer la quantité d'eau s'étant échappée vers l'espace par le passé. Ce cycle est en partie contrôlé par un effet de fractionnement se produisant au sein des nuages qu'il nous a été possible d'étudier grâce à notre modèle microphysique. Nos résultats permettent de mieux comprendre la faible concentration en deutérium de la haute atmosphère dont l'observation a longtemps posé problème aux études théoriques passées.
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Caniaux, Guy. "Paramétrisation de la phase glace dans un modèle non hydrostatique de nuage : application à une ligne de grains tropicale : [thèse en partie soutenue sur un ensemble de travaux]." Toulouse 3, 1993. http://www.theses.fr/1993TOU30071.
Abstract:
Les lignes de grains sont des systemes precipitants de mesoechelle, dans lesquels les interactions entre dynamique et microphysique jouent un role important. Ces phenomenes ont fait l'objet de nombreuses etudes au cours des dix dernieres annees. Ainsi la plupart des mecanismes de base de ces systemes sont-ils suffisamment connus pour aborder les problemes lies au role des precipitations solides et aux interactions entre les differentes echelles qui les caracterisent. Dans cette etude, une parametrisation de la phase glace est developpee et incluse dans un modele non hydrostatique de nuage. Elle traite plusieurs types de particules et fournit une representation des processus de formation des precipitations et des echanges d'energie lies aux changements de phase. Les caracteristiques des differentes particules ont ete adaptees aux lignes de grains tropicales a partir d'observations et de tests de sensibilite portant sur leurs distributions. Ces experiences permettent d'obtenir une simulation bidimensionnelle tres realiste de la ligne de grains observee le 24 juin 1981 pendant la campagne copt81. Cette simulation est analysee avec de nombreux outils diagnostiques pour comprendre les interactions entre les champs microphysiques, de temperature, de pression et de mouvement et expliquer le role de l'enclume stratiforme sur la zone convective. La phase glace apparait indispensable pour developper la partie statiforme d'une ligne de grains, avec une ascendance et une subsidence de mesoechelle, un courant dirige de l'avant vers l'arriere et un courant oppose sous l'enclume. Cette circulation assure un transport d'air a faible flottabilite vers l'arriere et structure le champ de pression. L'evolution de ce dernier favorise l'existence d'une convergence vers 3 km entretenant cette circulation. Des bilans de source apparente de chaleur, humidite et mouvement apportent une contribution a la parametrisation de la convection
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Gosset, Marielle. "Une méthode radar bi-longueur d'onde pour la discrimination eau-glace dans les nuages mixtes." Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30140.
Abstract:
Ce travail presente et analyse une technique radar originale, a deux longueurs d'onde pour identifier l'eau et la glace dans les nuages mixtes. La methode exploite la difference des proprietes dielectriques de l'eau et de la glace. On montre que seule l'eau en phase liquide attenue sensiblement l'onde electromagnetique; en mesurant simultanement l'attenuation differentielle (entre les deux frequences) et la reflectivite radar, on peut quantifier les contenus en air liquide et en glace au sein du nuage. On aborde ensuite le probleme instrumental pour etablir les specifications d'un systeme bi-frequence optimal; il est demontre qu'un radar operant aux frequences 10 et 35 ghz satisfait le mieux aux criteres de sensibilite, de precision des mesures et d'encombrement. On analyse egalement les divers aspects a considerer pour la mise en uvre experimentale de la technique. On etudie les sources d'erreurs, on etablit un lien entre les caracteristiques instrumentales et la fiabilite des resultats. En particulier, l'existence d'un compromis entre la resolution spatio-temporelle du radar et la precision des mesures est mise en evidence. Pour valider la methode, on presente des simulations de sondages (10. 35 ghz) dans des milieux mixtes; ceci permet de determiner l'influence de la microstructure du nuage sur la qualite des resultats. Les resultats obtenus rendent tout a fait credible l'utilisation de la technique proposee
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Rivière, Emmanuel. "Modélisation physico-chimique de la stratosphère arctique : études des nuages stratosphériques polaires et des interactions entre composés halogénés et composés azotés." Orléans, 2001. http://www.theses.fr/2001ORLE2054.
Abstract:
Le travail présenté dans ce document s'inscrit dans le contexte de la diminution de l'ozone stratosphérique observée en région polaire, encore mal quantifiée par les modèles. Dans ce contexte général, nous nous focalisons sur deux processus importants de la stratosphère polaire : l'étude des nuages stratosphériques polaires (PSC), et celle des interactions entre composés halogénés et composés azotés. Pour se faire, le modèle lagrangien MiPLaSMO a été développé. Il contient un module détaillé de PSC, un module de chimie et un module de trajectoire. Concernant les PSC, les théories récentes de formation des nuages concernant le seuil de surfusion des particules liquides et la congélation en glace ont été validées. Nous avons également confirmé la nécessité de prendre en compte des ondes de montagne pour interpréter les mesures microphysiques en Arctique. L'impact des PSC d'onde de montagne sur l'activation du chlore semble significative. Concernant l'étude des interactions entre composés halogénés et composés azotés, nous avons montré, pour tous les cas étudiés, une sous-estimation systématique de NO2 par le modèle. Parallèlement, un accord entre mesures et modélisation de OClO est observé en dessous de 21 km. Au-delà un accord est possible dans le vortex si l'on tient compte des incertitudes sur les réactions chimiques faisant intervenir les NOx. En outre, une grande sensibilité de OClO envers NO2 est mis en évidence, due à la réaction BrO + NO2. On montre que résoudre la sous-estimation de NO2 dans les modèles impliquerait une sous-estimation des composés halogénés actifs. Cela met en évidence que les interactions ClOx-NOx sont mal comprises. Un accord simultané de OClO et de NO2 est possible lorsque ces interactions n'ont pas lieu (situation dénoxifiée) ou si le brome est maintenu sous forme active quand le NO2 simulé est en accord avec la mesure. Ces résultats encouragent à effectuer d'autres mesures simultanées de Cly et de NOy.
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Gaussiat, Nicolas. "Mesure du contenu en eau et en glace des nuages en phase mixte par radars multifréquences." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30216.
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Blanchard, Yann. "Analyse du potentiel de la radiométrie infrarouge thermique pour la caractérisation des nuages de glace en Arctique." Phd thesis, Université de Sherbrooke, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00753586.
Abstract:
Dans le contexte actuel de changements climatiques, il est crucial d'approfondir nos connaissances des nuages de glace fins (TIC) et de leurs paramètres intensifs et extensifs. Les TICs peuvent avoir pour effet de refroidir ou de réchauffer le climat, en fonction de leurs paramètres météorologiques et microphysiques. Ainsi, l'épaisseur optique (COD) et la taille des particules sont essentiels pour pouvoir simuler les nuages de glace dans les modèles climatiques. L'objectif de notre recherche est d'évaluer le potentiel des mesures radiométriques infrarouge thermique (IRT) afin d'inverser le COD et le diamètre effectif (Deff ) des particules des nuages de glace en Arctique. Une étude de la sensibilité des mesures IRT aux paramètres d'études a permis de conclure que le COD engendre des fortes variations en termes de température de brillance alors que la taille entraîne des variations du second ordre. Nous avons également précisé la sensibilité de l'IRT à d'autres paramètres tels que le contenu en vapeur d'eau, l'altitude et l'épaisseur du nuage, la forme des particules et leur type de distribution. En s'appuyant sur la sensibilité de l'IRT aux paramètres d'études, nous avons développé une méthode d'inversion basée sur une méthode de recherche de concurrence entre les mesures radiométriques et des simulations réalisées par un modèle de transfert radiatif, pour lesquelles varient le COD ainsi que Deff. L'étape de validation s'effectue avec les résultats d'inversion du LIDAR et du RADAR présents sur le site d'étude. La méthode d'inversion et la validation ont été appliquées sur 100 cas de TICs observés à la station polaire d'Eureka, Nunavut, Canada (80 N, 86 W). Les résultats présentés montrent une bonne inversion du COD et ont permis d'effectuer une classification des TICs en termes de TIC1 (pour les cristaux de Deff< 30 microns) et de TIC2 (Deff> 30 microns et jusqu'à 300 microns). Nous avons également testé l'influence des divers paramètres sur les résultats de l'inversion. Les résultats de l'inversion ont permis de classifier les TICs durant deux hivers. Au terme de cette recherche, nous avons proposé des perspectives d'application de la méthode d'inversion en insistant sur les originalités de ce travail.
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Rey-Hanot, Laurence. "Adsorption de gaz traces sur la glace : application à la chimie des nuages et du manteau neigeux." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10063.
Abstract:
Le but de ce travail est de contribuer a la comprehension des interactions entre les gaz traces et la glace, a la fois dans les nuages et dans la neige apres son depot au sol. Les gaz polaires tels que les acides, les aldehydes et les cetones peuvent interagir fortement avec la glace, notamment en s'adsorbant a sa surface. Dans les nuages, ce phenomene peut modifier la teneur atmospherique de ces composes et initier des reactions heterogenes, comme celles conduisant a la destruction de l'ozone stratospherique polaire. Dans la neige au sol, l'adsorption de gaz traces a la surface des cristaux va perturber la chimie de la basse troposphere et celle du manteau neigeux. Ainsi, ce phenomene va entrer en jeu dans la comprehension de la relation entre la composition de l'air et celle de la glace, appelee fonction de transfert air-neige, indispensable pour reconstituer la composition des atmospheres passees a partir des carottes de glace. Afin de contribuer a elucider ces problemes, nous avons etudie l'adsorption de hcl a 193 k et de l'acetone entre 193 et 213 k sur la glace. L'application des resultats a des situations atmospheriques necessite la connaissance des parametres physiques de la glace, tels que la surface specifique et la forme des cristaux. Nous avons donc egalement entrepris des mesures de surface specifique de la neige naturelle et de son evolution en fonction du temps. Nos resultats montrent que l'adsorption de l'acetone et de hcl sur la glace peut jouer un role determinant dans la composition de surface de la glace des nuages (pour hcl) ou de la neige au sol (pour l'acetone), modifiant ainsi la chimie des nuages ou du manteau neigeux. Les mesures de l'evolution de la surface specifique de la neige montrent que ce parametre est tres variable et que sa connaissance est indispensable pour la quantification du partage des composes traces entre l'air et le manteau neigeux, ainsi que pour l'extrapolation de ces donnees a la glace des nuages.
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Holz, Ralf. "Contribution à l'élaboration d'une climatologie globale des cirrus : étude de l'impact de la variabilité des propriétés optiques infrarouges des cristaux de glace sur la restitution du diamètre effectif à partir d'observations spatiales." Palaiseau, École polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0029.
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Galligani, Victoria Sol. "La radiométrie micro-onde et millimétrique pour la caractérisation et quantification des nuages de glace et de la neige." Observatoire de Paris, 2014. https://hal.science/tel-02095287.
Abstract:
Caractériser les nuages de glace et la neige à l'échelle du globe est capital pour l'estimation du bilan énergétique de la Terre et pour étudier le cycle hydrologique. L'estimation des quantités de glace dans l'atmosphère par télédétection satellite est encore à un stade peu avancé. La principale difficulté réside dans la variabilité spatiale et temporelle des propriétés microphysiques des particules glacées et dans la complexité de leur réponse radiative. Cette thèse contribue au développement de méthodes d'estimation de la phase glace dans les nuages, par observations satellites microondes et millimétriques, en apportant une meilleure compréhension de la sensibilité des mesures aux propriétés microphysiques de la glace et de la neige. Des observations micro-ondes et millimétriques actuelles sont analysées, puis interprétées avec l'aide de modèles de transfert radiatif, principalement pour des mesures passives (radiométrie), mais aussi actives (radar). Deux études principales ont été menées: (1) l'analyse et l'interprétation des signatures de diffusion polarisée observées au-dessus de nuages de glace et de neige, et (2) la simulation des réponses actives et passives micro-ondes pour des scènes réelles et leur évaluation avec des observations satellites. Des observations polarisées sont analysées pour la première fois au delà de 100 GHz avec l'aide de données Megha-Tropiques et sont interprétées grâce à des simulations de transfert radiatif. Le modèle de transfert radiatif est couplé à un modèle de nuage méso-échelle pour simuler des observations actives et passives pour deux scènes réelles et évaluer la sensibilité des simulations aux paramètres microphysiquesQuantification of the cloud frozen phase on a global basis is essential to fully capture and quantify the Earth energy budget and hydrological cycle. The estimation of frozen quantities from satellite remote sensing, however, is at a very early stage. The main reason is the complex variability of the cloud frozen phase and the lack of parameterizations of their microphysical properties, and thus radiative properties. This thesis contributes to the development of the ice cloud remote sensing, by providing a better understanding of the sensitivity of microwave and millimeter satellite observations to the microphysical properties of the frozen phase, specifically snow. Current microwave and millimeter observations are interpreted via radiative transfer simulations, mainly for passive observations, but active measurements are also considered. Two main studies are pursued: (1) the analysis and interpretation of specific polarized scattering signatures over ice and snow clouds, and (2) the simulation of realistic passive and active microwave responses over ice and snow clouds, and their evaluation with satellite observations. Polarized observations are carefully analyzed with ancillary data and are interpreted with radiative transfer simulations, including the first polarized passive observations above 100GHz with Megha-Tropiques. Finally, the radiative transfer model is coupled to a meso- scale cloud model to simulate consistently coincident active and passive observations of real scenes, and assess the sensitivity of active and passive simulations to the different microphysical parameters
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Wang, Die. "Millimeter and sub-millimeter satellite observations for ice cloud characterization : towards the ice cloud imager onboard MetOp-SG." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066366.
Abstract:
Les observations météorologiques depuis les satellites dans le domaine des micro-ondes sont actuellement limitées à 190 GHz. La prochaine génération de satellites météorologiques opérationnels européens (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG), em- portera un instrument, le Ice Cloud Imager (ICI), avec des fréquences sub-millimétriques jusqu’à 664 GHz, afin d’améliorer la caractérisation globale des nuages de glace. Pour préparer l’exploitation de ces nouvelles données, durant cette thèse, des travaux ont été effectués sur quatre axes complémentaires. Des simulations réalistes de transfert radiatif ont été réalisées de 19 à 700 GHz, pour des scènes météorologiques réelles, couvrant une grande variabilité des nuages en Europe. L’objectif était double : premièrement mieux comprendre la sensibilité des ondes millimétriques et sub-millimétriques à la phase glacée des nuages, deuxièmement créer une base de données robuste pour développer une méthode d’inversion statistique des caractéristiques des nuages de glace. Un code de transfert radiatif atmosphérique (Atmospheric Radiative Transfer Simulator ARTS) a été couplé avec des profils atmosphériques simulés par un modèle méso-échelle de nuage (Weather Research and Forecasting WRF), pour douze scènes européennes aux moyennes latitudes. Les propriétés de diffusion des hydrométéores (glace, neige, graupel, pluie et eau dans le nuage) ont été soigneusement sélectionnées, en particulier pour la phase glace, et la compatibilité avec la microphysique de WRF a été testée : le Discrete-Dipole approximation (DDA) est adopté pour calculer les propriétés diffusantes des particules de neige. Les simulations obtenues ont été systématiquement comparées avec des observations satellitaires coïncidentes d’imageurs et de sondeurs jusqu’à 200 GHz. L’accord entre les simulations et les observations montre la bonne qualité de la base de données, au moins jusqu’à 200 GHzThe meteorological observations from satellites in the microwave domain are currently limited to 190 GHz. The next generation of European operational Meteorological Satellite (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG) will carry an instrument, the Ice Cloud Imager (ICI), with frequencies up to 664 GHz, to provide unprecedented measurements in the sub-millimeter spectral range, aiming to improve the characterization of ice clouds over the globe. To prepare this upcoming satellite-borne sub-millimeter imager, during this thesis, scientific efforts have been made on four complementary aspects. Realistic radiative transfer simulations have been performed from 19 to 700 GHz, for real meteorological scenes, covering a large variability of clouds in Europe. The goal was two fold, first to better understand the sensitivity of the microwave to sub-millimeter waves to the cloud frozen phases, and second, to create a robust training database for a statistical cloud parameter retrieval. The Atmospheric Radiative Transfer Simulator (ARTS) is coupled with atmospheric profiles from the Weather Research and Forecasting (WRF) model, for twelve diverse European mid-latitude scenes. The single scattering properties of the hydrometeors (cloud ice, snow, graupel, rain, and cloud water) are carefully selected, especially for the frozen phases, and compatibility with the micro- physics in WRF is tested: the Discrete-Dipole Approximation (DDA) is adopted for snow particles. The resulting simulations have been systematically compared with coincident satellite observations from imagers and sounders up to 200 GHz. The agreement between simulations and observations shows the good quality of the simulated training database, at least up to 200 GHz
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Wang, Die. "Millimeter and sub-millimeter satellite observations for ice cloud characterization : towards the ice cloud imager onboard MetOp-SG." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066366/document.
Abstract:
Les observations météorologiques depuis les satellites dans le domaine des micro-ondes sont actuellement limitées à 190 GHz. La prochaine génération de satellites météorologiques opérationnels européens (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG), em- portera un instrument, le Ice Cloud Imager (ICI), avec des fréquences sub-millimétriques jusqu’à 664 GHz, afin d’améliorer la caractérisation globale des nuages de glace. Pour préparer l’exploitation de ces nouvelles données, durant cette thèse, des travaux ont été effectués sur quatre axes complémentaires. Des simulations réalistes de transfert radiatif ont été réalisées de 19 à 700 GHz, pour des scènes météorologiques réelles, couvrant une grande variabilité des nuages en Europe. L’objectif était double : premièrement mieux comprendre la sensibilité des ondes millimétriques et sub-millimétriques à la phase glacée des nuages, deuxièmement créer une base de données robuste pour développer une méthode d’inversion statistique des caractéristiques des nuages de glace. Un code de transfert radiatif atmosphérique (Atmospheric Radiative Transfer Simulator ARTS) a été couplé avec des profils atmosphériques simulés par un modèle méso-échelle de nuage (Weather Research and Forecasting WRF), pour douze scènes européennes aux moyennes latitudes. Les propriétés de diffusion des hydrométéores (glace, neige, graupel, pluie et eau dans le nuage) ont été soigneusement sélectionnées, en particulier pour la phase glace, et la compatibilité avec la microphysique de WRF a été testée : le Discrete-Dipole approximation (DDA) est adopté pour calculer les propriétés diffusantes des particules de neige. Les simulations obtenues ont été systématiquement comparées avec des observations satellitaires coïncidentes d’imageurs et de sondeurs jusqu’à 200 GHz. L’accord entre les simulations et les observations montre la bonne qualité de la base de données, au moins jusqu’à 200 GHzThe meteorological observations from satellites in the microwave domain are currently limited to 190 GHz. The next generation of European operational Meteorological Satellite (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG) will carry an instrument, the Ice Cloud Imager (ICI), with frequencies up to 664 GHz, to provide unprecedented measurements in the sub-millimeter spectral range, aiming to improve the characterization of ice clouds over the globe. To prepare this upcoming satellite-borne sub-millimeter imager, during this thesis, scientific efforts have been made on four complementary aspects. Realistic radiative transfer simulations have been performed from 19 to 700 GHz, for real meteorological scenes, covering a large variability of clouds in Europe. The goal was two fold, first to better understand the sensitivity of the microwave to sub-millimeter waves to the cloud frozen phases, and second, to create a robust training database for a statistical cloud parameter retrieval. The Atmospheric Radiative Transfer Simulator (ARTS) is coupled with atmospheric profiles from the Weather Research and Forecasting (WRF) model, for twelve diverse European mid-latitude scenes. The single scattering properties of the hydrometeors (cloud ice, snow, graupel, rain, and cloud water) are carefully selected, especially for the frozen phases, and compatibility with the micro- physics in WRF is tested: the Discrete-Dipole Approximation (DDA) is adopted for snow particles. The resulting simulations have been systematically compared with coincident satellite observations from imagers and sounders up to 200 GHz. The agreement between simulations and observations shows the good quality of the simulated training database, at least up to 200 GHz
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Peybernès, Nathalie. "Etude de l'adsorption de composés organiques volatils oxygénés sur des surfaces de glace entre 193 et 223 k. : application à la chimie des nuages de la haute troposphère." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13046.
Abstract:
La haute troposphère est caractérisée par ses basses températures. Dans cette région, les cirrus, composes majoritairement de particules de glace, couvrent environ 25 % de la surface terrestre. La glace qui compose ces nuages peut agir sur la composition en phase gazeuse par adsorption de gaz a la surface de la glace. Le but de cette thèse était d'estimer expérimentalement et théoriquement l'importance de l'influence des particules de glace contenues dans les cirrus sur les cycles d'oxydation des composés organiques volatils oxygénés dans la haute troposphère. Ce travail s'est déroule dans le cadre du programme européen CUT-ICE (Chemistry of the Upper Troposphere : laboratory studies of heterogeneous process on ICE). Pour cela, un réacteur a écoulement adapte à l'étude des interactions atmosphériques hétérogènes entre la phase gazeuse et la glace, a été conçu, mis en place et valide au cours de ce travail. Par la suite, l'adsorption sur des surfaces de glace de l'acétone, de la 2,3-butanedione, de l'éthanol et de l'acide acétique a été étudiée entre 193 et 223 k. Les isothermes d'adsorption obtenues lors de cette étude expérimentale permettent d'obtenir la capacité monocouche du compose étudié sur la glace et les énergies associées aux phénomènes d'adsorption. Dans le cadre de ce travail, une étude théorique de la dynamique et de la structure de l'éthanol a la surface de la glace par dynamique moléculaire. Les résultats théoriques sont en bon accord ceux déterminés expérimentalement, notamment en ce qui concerne la capacité monocouche et l'énergie d'adsorption. Cette étude théorique nous a également permis d'étudier le comportement de la molécule d'éthanol au voisinage de la surface de la glace. L'ensemble de cette étude (expérimentale et théorique) a permis d'estimer la répartition de ces polluants entre phases gazeuse et solide (particules de glace) a l'équilibre dans les nuages de la haute troposphèreThe Upper Troposphere (UT) defines a region of the atmosphere characterised by its low temperatures and where cirrus clouds cover a substantial portion (~25 %) of the earth's surface. The atmospheric pollutants can be adsorbed on ice crystals in cirrus clouds and eventually react on ice surfaces. The goal of this thesis was to estimate both experimentally and theoretically the influence of ice particles in cirrus clouds on oxidation cycles of the organic volatile compounds in the Upper Troposphere. This study was within the framework of the European project cut-ice (chemistry of the Upper Troposphere : laboratory studies of heterogeneous process on ice). First, a vertical coated wall flow tube (CWFT) has been constructed, tested and validated to study the gas-ice interactions of atmospheric interest. Afterwards, the adsorption on ice surfaces of acetone, of 2,3-butanedione, of ethanol and of acetic acid has been studied between 193 and 223 k. Adsorption isotherms obtained in this experimental work permit us to obtain the monolayer capacity of the studied compound on ice surfaces and the corresponding enthalpy. To complete the experimental approach, the dynamics and the structure of ethanol molecules on the ice surface was investigated by molecular dynamics. Our theoretical results are in good agreement with those determined experimentally, notably with regard to the monolayer capacity and the energy of adsorption. This theoretical study also permitted to better understand the behaviour of ethanol molecule in the neighbourhood of the surface of the ice. Finally, this work allowed us to estimate the partitioning of those pollutants between gaseous and solid (particles of ice) phases at equilibrium in the clouds of the Upper Troposphere
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Gazeaux, Julien. "Méthodes probabilistes d'extraction de signaux cachés appliquées à des problèmes de sciences de l'atmosphère." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00747464.
Abstract:
Ce travail de thèse est consacré à la problématique de l'extraction de signaux dans le domaine des sciences de l'atmosphère. Le point commun des problèmes considérés est la notion de détection et d'estimation de signaux cachés. L'approche par la modélisation probabiliste s'est avérée y être bien adaptée. Nous nous sommes attachés à répondre à différentes questions telles que : quel type d'information s'attend-on à trouver dans un jeu de données ? Le signal supposé caché se trouve-t-il réellement dans les données d'étude ? Comment détecter l'instant d'occurrence d'un phénomène, comment le caractériser (timing, amplitude ...) ? Si un tel signal est détecté, quelle (in)certitude est associée à cette détection ? Nous répondons à ces différentes questions au travers du développement de différents modèles probabilistes de détection d'évènements cachés. Nous nous sommes intéressés à différents modèles non stationnaires, dont deux sont notamment présentés dans un cadre multivarié. Au travers de trois modèles probabilistes décrivant des signaux cachés divers (rupture de variance, signaux éruptifs et changement de moyenne), nous avons aussi développé des méthodes associées de détection. Le premier modèle est appliqué à la détection de nuages stratosphériques polaires dans des profils lidar, le deuxième à des éruptions volcaniques dans des séries chronologiques de sulfate et enfin le troisième est appliqué à la détection de la date de l'onset de la mousson Africaine dans des données géophysiques liées à la dynamique atmosphérique et aux précipitations. Les différentes méthodes mises en place font appel à une variété de techniques de modélisation probabiliste allant de la maximisation de rapport de vraisemblance associée à des tests d'hypothèses à la résolution de filtres de Kalman dans un cadre non stationnaire et non linéaire pour la décomposition de séries multivariées couplée à la détection des signaux cachés. Les difficultés techniques liées à l'extraction de signaux cachés sont analysées et les performances des différents algorithmes sont évaluées. Les résultats obtenus confirment l'intérêt des méthodes probabilistes appliquées à ces problématiques de signaux cachés en sciences de l'atmosphère.
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Hemmer, Friederike. "Characterization of cirrus clouds from ground-based remote sensing using the synergy of lidar and multi-spectral infrared radiometry." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R050/document.
Abstract:
Il est maintenant bien établi que les cirrus ont un impact important sur le climat. Cependant, l'estimation de cet effet est difficile car notre connaissance des propriétés microphysiques de ce type de nuage est encore incertaine. L'objectif de cette thèse est donc d’améliorer notre compréhension de la microphysique complexe du cirrus composé principalement de cristaux de glace de forme irrégulière et d'estimer ainsi un contenu en glace (ice water content, IWC) plus précis. Pour cela, nous avons développé un algorithme permettant de restituer le profil vertical d'IWC du cirrus. La méthodologie considère une synergie entre les mesures d'un lidar et celles d'un radiomètre infrarouge thermique (IRT) effectuées depuis le sol, via une méthode d'estimation optimale. Ce travail s’est déroulé en trois étapes: (1) Le contenu en glace intégré verticalement (ice water path, IWP) est estimé à partir des mesures passives IRT. (2) L'information sur la distribution verticale d'IWC à l'intérieur du nuage est obtenue avec les mesures actives du lidar. Cette restitution dépend fortement du rapport entre la rétrodiffusion et l'extinction des cristaux de glace obtenu avec un modèle microphysique. La fonction de phase du modèle utilisée pour définir ce rapport ne prend pas en compte le pic de rétrodiffusion. Nous montrons que cette hypothèse aboutit à des résultats non réalistes par rapport aux mesures IRT. (3) Par conséquent, les deux types d’informations sont combinées en synergie pour estimer, lors de la restitution des profils verticaux d'IWC, un facteur correctif permettant de rendre compte de ce pic de rétrodiffusion. Finalement, les résultats et les hypothèses associées sont discutésThere is a broad consensus that cirrus clouds strongly influence the climate of the Earth. However, their net radiative effect is still poorly quantified nowadays due to an insufficient knowledge of their microphysical properties. This thesis aims to improve our understanding of the complex microphysics of this cloud type mainly composed of irregularly shaped ice crystals and thereby improve estimates of the ice water content (IWC). For this purpose, we developed an algorithm to retrieve vertical profiles of the IWC of cirrus clouds. The methodology combines the measurements of a ground-based lidar and a thermal infrared (TIR) radiometer in a common optimal estimation framework. It follows three steps: (1) An algorithm to retrieve the vertically integrated amount of ice (ice water path, IWP) from the passive TIR measurements is established. (2) The information about the vertical distribution of the IWC inside the cloud is obtained from the active lidar measurements. These retrievals strongly depend on the backscatter-to-extinction ratio of the ice crystals which is obtained from a bulk ice microphysical model. The scattering phase function of this model used to define the backscatter-to-extinction ratio assumes a flat ending without backscattering peak. We show that this assumption is unrealistic since it results in the retrieval of IWC profiles which are inconsistent with the TIR measurements. (3) Consequently, both types of measurements are combined in a synergistic algorithm allowing to estimate together with the IWC profiles a correction factor for the phase function in backscattering direction. Finally, the retrieval results and associated hypotheses are discussed
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Bénit, Jean. "Effets d'irradiation par des ions de grande énergie dans de la glace H₂O et applications astrophysiques." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112229.
Abstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale des effets induits par l'irradiation d'ions de grande énergie (0,1 à 4,5 MeV/uma) dans des glaces, fabriquées par condensation sous vide de gaz sur des supports refroidis à 80 K. Les ions émis pendant l'irradiation ont été analysés grâce à un spectromètre de masse par temps de vol. Les cibles ont été étudiées in-situ en infrarouge, par un spectromètre à Transformée de Fourier. Les principaux résultats concernent tout d'abord les processus conduisant à l'érosion des glaces induite par l'irradiation. Elle provient principalement de la dissociation des molécules constitutives des glaces, suivies de recombinaisons en composés volatils pouvant diffuser hors des cibles irradiées. On obtient ainsi des taux d'érosion très élevés, qui dépendent linéairement de l'épaisseur des cibles traversées par les ions incidents. Ceci atteste de ce que l'érosion se produit tout au long de la trace des ions dans la cible. En second lieu, il a été possible de suivre la désorption d'ions depuis la surface irradiée. L'ensemble des espèces ionisées ont été détectées, jusqu'à des masses supérieures à 400 uma. Un des résultats les plus marquants est l'abondance relative élevé d'amas ionisés de grande masse. Enfin, nous avons mis en évidence la synthèse de composés moléculaires nouveaux dans les glaces irradiées. L'ensemble de ces résultats a des implications astrophysiques directes. En particulier, ils permettent de rendre compte de la présence de composés moléculaires complexes dans de nombreux sites, dans le Système Solaire (comètes, satellites), dans les nuages interstellaires et les cavités stellairesThis thesis presents the study of radiation effects induced in H20 ice by MeV/u ions: desorption of ionized species, "erosion" of the irradiated film and molecular synthesis within the ice. The desorption is analysed by time of flight mass spectroscopy. We describe the mass spectra of the desorbed ions, both positively and negatively charged, up to 400 uma. The absolute yields are given, as well as their dependence with the energy and energy loss of the primary ions. The "erosion" of the ice is analysed by infrared spectroscopy, on line during the irradiation. Absolute yields are derived, as a function of the ions beam flux, the mass and energy of the ions, and the thickness of the samples. A linear dependence of the yield with the thickness is interpretated as follows: the erosion comes primarely from the dissociation of the molecules all along the ion tracks. Some astrophysical implications of the results are discussed in the framework of irradiation of icy material in a variety of environments: magnetospheres of giant planets, cometary nuclei, circumstellar shells and molecular clouds. Lt is emphasized that the irradiation by energetic ions plays a major role in cosmochemistry
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Mioche, Guillaume. "Validation des produits d'inversion des observations satellitaires CALIPSO/CloudSat pour la caractérisation des propriétés optiques et microphysiques des nuages de glace et en phase mixte." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719316.
Abstract:
Cette thèse s'inscrit dans les projets de validation des satellites CALIPSO et CloudSat de L'A-Train dédiés à l'étude des nuages, afin d'améliorer leur représentation dans les modèles de prévision du climat. La validation a consisté à mesurer les paramètres microphysiques et optiques des nuages au moyen d'instruments in situ aéroportés (PMS, Néphélomètre Polaire,CPI). Plusieurs campagnes ont été réalisées en région Arctique (ASTAR 2007 et POLARCAt) et en cirrus aux latitudes moyennes CIRCLE-2) au cours desquelles les observations in situ ont été colocalisées avec celles des satellites. La méthode de traitement du CPI a été améliorée pour la restitution des paramètres microphysiques et du facteur de réflectivité radar (Z). Concernant la validation de CLIPSO, deux situations en cirrus montrent un bon accord entre les coefficients d'extinction (sigma) in situ et restitués, validant ainsi les hypothèses dans l'inversion du lidar. Pour une autre situation, l'effet d'orientation de cristaux de forme plane et hexagonale conduit à des réflexions spéculaire du faisceau lidar et à une surestimation de sigma restitué. A l'opposé des valeurs in situ de sigma plus élevées que CALIOP sont observées lors d'une situation de cirrus avec des cristaux de grande dimension. Les effets de fragmentation de ces cristaux peuvent se traduire par la génération de petites particules avec pour conséquence une surestimation de sigma mesurée. Quant à la validation de CloudSat les résultats montrent un bon accord entre Z CloudSat at ZCPI. En revanche, les parammètres nuageux restitués sont largement surestimés en particulier dans les nuages mixtes où le schéma d'inversion basé sur la température est mal adapté
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Cazenave, Quitterie. "Development and evaluation of multisensor methods for EarthCare mission based on A-Train and airborne measurements." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLV020/document.
Abstract:
L'impact des nuages de glace sur le cycle de l'eau et le bilan radiatif est encore incertain en raison de la complexité des processus nuageux qui rend difficile l'acquisition d'observations adéquates sur les propriétés des nuages de glace et leur représentation dans les modèles de circulation générale. Les instruments de télédétection actifs et passifs, tels que les radiomètres, les radars et les lidars, sont couramment utilisés pour les étudier. La restitution des propriétés microphysiques des nuages (extinction, contenu en glace, rayon effectif, ...) peut être effectuée à partir d'un seul instrument ou de la combinaison de plusieurs instruments. L’intérêt de l’utilisation de synergies instrumentales pour restituer les propriétés nuageuses réside dans le fait que cela permet de réduire les incertitudes dues aux lacunes des différents instruments pris séparément. La constellation de satellites A-Train a considérablement amélioré notre connaissance des nuages. Depuis 2006, le lidar à rétrodiffusion visible CALIOP embarqué à bord du satellite CALIPSO et le radar nuage à 94GHz CPR embarqué à bord du satellite CloudSat ont permis l’acquisition de profils nuageux sur l’ensemble du globe et de nombreuses méthodes synergiques de restitution ont été adaptées à ces instruments. En 2021 sera lancé un nouveau satellite, EarthCARE, embarquant des instruments de télédétection de pointe, notamment ATLID, un lidar à haute résolution spectrale (HSRL) à 355 nm et un radar nuage Doppler à 94 GHz. La mission principale de ce satellite est de quantifier les interactions entre les nuages, les aérosols et le bilan radiatif de la Terre afin d'améliorer les prévisions météorologiques et des modèles climatiques. Grâce à son instrumentation avancée installée sur une plate-forme unique, cette nouvelle mission devrait fournir des observations sans précédent des nuages depuis l'espace. Cependant, pour ce faire, les algorithmes synergiques développés pour les mesures de l'A-Train doivent être adaptés à cette nouvelle configuration instrumentale. Au cours de ma thèse, je me suis concentrée sur l'algorithme Varcloud développé en 2007 par Delanoë et Hogan et basé sur une technique variationnelle. La première partie du travail a consisté à adapter certains paramètres du modèle microphysique de l’algorithme aux études récentes d’une large base de données in situ. En particulier, les questions de la paramétrisation du rapport lidar et du choix de la relation masse-diamètre pour les cristaux de glace ont été abordées. La deuxième partie de mon travail a consisté à adapter l'algorithme de restitution Varcloud aux plates-formes aéroportées. Les plates-formes aéroportées sont idéales pour préparer et valider les missions spatiales, permettant de réaliser des mesures sous-trace, colocalisées avec les instruments spatiaux. En particulier, le HALO allemand et le Falcon 20 français ont des charges utiles très complémentaires et sont parfaitement conçus pour la préparation et la validation de la mission EarthCare. Les deux avions embarquent notamment un lidar à haute résolution spectrale (355 nm sur le Falcon et 532 nm sur le HALO) et un radar Doppler à 36 GHz (HALO) et 95 GHz (Falcon). À l'automne 2016, une campagne aéroportée dans laquelle les deux avions étaient impliqués s'est déroulée en Islande, à Keflavik, dans le cadre du projet NAWDEX. Les mesures recueillies au cours de cette campagne fournissent un ensemble de données intéressant pour caractériser la microphysique et la dynamique des nuages dans l'Atlantique Nord, région qui présent un grand intérêt pour les missions Cloudsat-CALIPSO et EarthCARE. En outre, une série de vols communs avec observation de la même scène nuageuse par les deux plates-formes ont été réalisées, fournissant des données permettant d'étudier l'influence de la configuration instrumentale sur les propriétés des nuages de glace restituéesThe impact of ice clouds on the water cycle and radiative budget is still uncertain due to the complexity of cloud processes that makes it difficult to acquire adequate observations of ice cloud properties and parameterize them into General Circulation Models. Passive and active remote sensing instruments, radiometers, radars and lidars, are commonly used to study ice clouds. Inferring cloud microphysical properties (extinction, ice water content, effective radius, ...) can be done from one instrument only, or from the synergy of several. The interest of using instrumental synergies to retrieve cloud properties is that it can reduce the uncertainties due to the shortcomings of the different instruments taken separately. The A-Train constellation of satellites has considerably improved our knowledge of clouds. Since 2006, the 532nm backscattering lidar CALIOP on board the satellite CALIPSO and the 94GHz cloud radar CPR on board the satellite CloudSat have acquired cloud vertical profiles globally and many lidar-radar synergetic methods have been adapted to CloudSat and CALIPSO data. In 2021 will be launched a new satellite, EarthCARE, boarding state of the art remote sensing instrumentation, in particular ATLID, a High Spectral Resolution Lidar (HSRL) at 355nm and a Doppler cloud radar at 94 GHz. The main mission of this satellite is to quantify interactions between clouds, aerosols and the Earth's radiation budget in order to improve weather prediction and climate models. Thanks to its advanced instrumentation mounted on a single platform, this new mission is expected to provide unprecedented observations of clouds from space. However, to do so, the synergistic algorithms that were developed for A-Train measurements have to be adapted to this new instrumental configuration. During my PhD, I focused on the Varcloud algorithm that was developed in 2007 by Delanoë and Hogan, based on a variational technique. The first part of the work consisted in adapting some parameters of the microphysical model of the algorithm to recent studies of a large dataset of in-situ measurements. In particular, the questions of a parameterization of the lidar extinction-to-backscatter ratio and the choice of the mass-size relationship for ice crystals were addressed. The second part of my work consisted in adapting the Varcloud retrieval algorithm to airborne platforms. Airborne platforms are ideal to prepare and validate space missions, allowing for direct underpasses of spaceborne instruments. Moreover, German and French aircraft, respectively HALO and French Falcon 20 have very complementary payloads and are perfectly designed for the preparation, the calibration and the validation of EarthCare. Both aircraft board a high spectral resolution lidar (355 nm on the French Falcon and 532 nm on the HALO) and a Doppler radar at 36 GHz (HALO) and 95 GHz (Falcon). In fall 2016 a field campaign related to the NAWDEX project took place in Iceland, Keflavik with both aircraft involved. The measurements collected during this campaign provide an interesting dataset to characterize cloud microphysics and dynamics in the North Atlantic, which are of high interest regarding the Cloudsat-CALIPSO and EarthCARE missions. In addition, a series of common legs with the same cloud scene observed by both platforms were performed, providing data to study the influence of the instrumental configuration on the retrieved ice cloud properties
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Marchant, Benjamin. "Étude des propriétés optiques des cristaux de glace composant les cirrus : influence de la variabilité verticale de la distribution granulométrique des cristaux sur les propriétés radiatives de ces nuages." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10159.
Abstract:
Les nuages constituent une des principales sources d’incertitudes dans les modèles climatiques actuels. Ces incertitudes découlent de la difficulté à établir des paramétrisations permettant d’intégrer correctement les propriétés radiatives des nuages dans les modèles climatiques. Pour améliorer et optimiser ces paramétrisations il est nécessaire de collecter un grand nombre d’informations sur les grandeurs macrophysiques et microphysiques des nuages. La restitution de ces propriétés repose largement sur la comparaison de mesures satellitaires à des simulations réalisées à partir de modèles de transfert radiatif en atmosphère nuageuse. Cette étude est consacrée aux nuages de la haute troposphère de type cirrus dont l’une des caractéristiques est d’être principalement constitués de cristaux de glace non sphériques avec des formes et des tailles variées. Afin de comprendre les propriétés radiatives de ces nuages, il est donc nécessaire d’étudier au préalable les interactions du rayonnement électromagnétique avec ce type de cristaux. Pour cela, nous avons développé plusieurs algorithmes basés sur des approximations de l’optique géométrique et de l’optique ondulatoire. D’autre part, les propriétés radiatives de ces nuages dépendent de leurs caractéristiques macrophysiques et microphysiques, comme l’épaisseur géométrique et l’altitude, l’épaisseur optique, ainsi que la taille et la forme des cristaux qui le composent. Des campagnes aéroportées de mesures in situ ont révélé que ces nuages pouvaient également présenter une variabilité verticale importante de leur distribution granulométrique. Il est donc primordial d’évaluer l’impact radiatif de cette variabilité verticale pour établir si et comment elle doit ître prise en compte dans les modèles. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle de cirrus permettant de décrire cette hétérogénéité. Nous avons alors montré, à partir de l’évaluation de la sensibilité des propriétés radiatives de ces nuages au profil vertical, qu’il est important de prendre en compte cette hétérogénéité et comment retrouver certaines informations sur le profil vertical par télédétection passiveClouds are a major source of uncertainties in current climate models. These uncertainties arise from the difficulty to establish parameterizations to integrate properly the radiative properties of clouds in climate models. To improve and optimize these parameterizations, it is necessary to collect a large amount of information on macrophysical and microphysical cloud properties. The determination of these properties is mainly based on the comparison of satellite measurements to simulations from radiative transfer models in cloudy atmosphere. In this study, we investigate the radiative properties of cirrus clouds which are composed of ice crystals with various shapes and sizes. Thus, a correct representation of cirrus radiative properties depends on a good understanding of the scattering and absoption properties of ice crystals encountered in this clouds. For this, we have developped several algorithms for the calculation of the single scattering and polarization properties of differents ice crystals model. In addition, the satellite cirrus retrieval algorithms is based on the common assumption that the radiative properties of a cirrus cloud may be represented by a homogeneous cloud model with a specific ice crystal shape and a single particle size distribution. However, in situ observations of cirrus clouds have shown that the shapes and sizes of ice crystals may vary substantially with height within the clouds. So, it is necessary to assess the sensibility of cirrus radiative properties to vertical heterogeneity of ice crystal habit and size distributions. In a second part of this study, we have developed a cirrus cloud models that can account for this vertical heterogeneity. The results suggests that it is critical to take into account cirrus vertical heterogeneity in order to correctly model their radiative properties. Additionally, the results provide guidance for the development of new approach to infer vertical size distribution in ice clouds
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Champeau, François. "Paramétrisation des processus physico-chimiques de formation des nuages et étude de leurs impacts sur l'évolution de la composition chimique atmosphérique." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717866.
Abstract:
Ce travail porte sur le développement d'un module microphysique de nuages liquides et glacés dans un modèle de chimie multiphase (Leriche et al., 2001). Le modèle complet a été appliqué afin d'évaluer le rôle de ces nuages sur les teneurs en polluants atmosphériques. Les nuages modulent le transport horizontal et vertical des polluants ainsi que leur lessivage via les précipitations, ils sont aussi le siège de réactions chimiques complexes. En paramétrisant la répartition des polluants entre les différentes phases du nuage via des processus comme le givrage, la croissance des cristaux par dépôt de vapeur, la fonte et la collection des hydrométéores, il est montré l'importance de la phase glace et de la morphologie des cristaux dans l'évolution chimique du nuage. Des scénarios de formation nuageuse sont définis à partir de masses d'air continentale et / ou marine, pour voir l'influence de la capacité du nuage à précipiter sur la composition chimique des hydrométéores. Des tests sur la rétention et l'enfouissement pilotant les échanges avec la phase glacée lors du givrage et de la croissance par dépôt de vapeur respectivement ont été menés pour conclure au rôle majeur joué par la glace dans le bilan des espèces traces
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Champeau, François. "Paramétrisation des processus physico-chimiques de formation des nuages et étude de leurs impacts sur l'évolution de la composition chimique atmosphérique." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21748.
Abstract:
Ce travail porte sur le développement d'un module microphysique de nuages liquides et glacés dans un modèle de chimie multiphase (Leriche et al. , 2001). Le modèle complet a été appliqué afin d'évaluer le rôle de ces nuages sur les teneurs en polluants atmosphériques. Les nuages modulent le transport horizontal et vertical des polluants ainsi que leur lessivage via les précipitations, ils sont aussi le siège de réactions chimiques complexes. En paramétrisant la répartition des polluants entre les différentes phases du nuage via des processus comme le givrage, la croissance des cristaux par dépôt de vapeur, la fonte et la collection des hydrométéores, il est montré l'importance de la phase glace et de la morphologie des cristaux dans l'évolution chimique du nuage. Des scénarios de formation nuageuse sont définis à partir de masses d'air continentale et / ou marine, pour voir l'influence de la capacité du nuage à précipiter sur la composition chimique des hydrométéores. Des tests sur la rétention et l'enfouissement pilotant les échanges avec la phase glacée lors du givrage et de la croissance par dépôt de vapeur respectivement ont été menés pour conclure au rôle majeur joué par la glace dans le bilan des espèces traces
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Fontaine, Emmanuel. "Masse des cristaux de glace et facteurs de réflectivité radar dans les systèmes de nuages convectifs de moyenne échelle formés dans les Tropiques et la région de la mer Méditerranée." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22527/document.
Abstract:
Cette thèse s’intéresse à la variabilité de la relation mass-diamètre (m(D)) des hydrométéores en phase glace présents dans les systèmes convectif de moyenne échelle (MCS). Elle s’appuie sur une base de données acquise pour 4 types de MCS différents durant 4 campagnes de mesure aéroportée : (i) MCS de la mousson Africaine (Continent ; MT2010), (ii) MCS de l’océan Indien (MT2011), (iii) MCS de la Méditerranée (côtes ; HyMeX), (iv) MCS de la mousson Nord-Australienne (côtes ; HAIC-HIWC). La relation m(D) est calculée à partir de l’analyse combinée des images des hydrométéores enregistrées par les sondes optiques et les facteurs de réflectivité mesurés à l’aide d’un radar Doppler embarqués sur le même avion de recherche. Il est d’usage que la relation m(D) des hydrométéores soit représentée par une loi puissance (avec un pré-facteur et un exposant), qui doit être contrainte par des informations supplémentaires sur les hydrométéores. Une étude théorique sur les formes des hydrométéores à l’aide de simulations en 3 dimensions dans lesquelles les hydrométéores sont orientés aléatoirement et projeté sur un plan, permet de contraindre l’exposant β de la relation m(D) en fonction de l’exposant σ de la relation surface-diamètre (S(D)). La relation S(D) est aussi représentée par une loi puissance, et elle peut-être calculée pour une population d’images d’hydrométéores enregistrés par les sondes optiques. La variabilité de l’exposant est finalement calculée à partir de la variabilité de l’exposant σ déduis des images des hydrométéores. Ensuite le pré-facteur α est calculé à partir de simulations des facteurs de réflectivité, de sorte que les facteurs de réflectivité simulés soient égaux aux facteurs de réflectivité mesurés par le radar nuage le long de la trajectoire de l’avion dans les MCS. Des profils moyens en fonction de la température sont calculés pour les coefficients de la relation m(D), les distributions en tailles des hydrométéores et les contenus massiques de glace dans les MCS (CWC). Les profils moyens pour les quatre types de MCS sont différents les uns des autres. Pour les quatre types de MCS, il est montré que les variations des coefficients de la relation m(D) sont corrélées avec les variations de la température. Four types de paramétrisations de la relation m(D) sont calculées depuis l’analyses des variations des coefficients de la relation m(D). Le bénéfice apporté par l’utilisation de relation m(D) non constante contrairement à l’utilisation de relation m(D) avec α et β constant, est démontré en étudiant l’impact de toutes les paramétrisations de la relation m(D) sur le calcul des relations Z-CWC et Z-CWC-TThis study focuses on the variability of mass-diameter relationships (m(D)) and shape of ice hydrometeors in Mesoscale Convective Systems (MCS). It bases on data base which were recorded during four airborne measurement campaigns: (i) African monsoon’s MCS (continent; MT2010), (ii) Indian Ocean’s MCS (MT2011), (iii) Mediterranean’s MCS (costs; HyMeX), (iv) North-Australian monsoon’s MCS (costs; HAIC-HIWC). m(D) of ice hydrometeors are derived from a combined analysis of particle images from 2D-array probes and associated reflectivity factors measured with a Doppler cloud radar on the same research aircraft. Usually, m(D) is formulated as a power law (with one pre-factor and one exponent) that need to be constrained from complementary information on hydrometeors. A theoretical study of numerous hydrometeor shapes simulated in 3D and arbitrarily projected on a 2D plan allowed to constrain the exponent β of the m(D) relationship from the exponent σ of the surface-diameter S(D) relationship, which is likewise written as a power law. Since S(D) always can be determined for real data from 2D optical array probes or other particle imagers, the evolution of the m(D) exponent can be calculated. After that, the pre-factor α of m(D) is constrained from theoretical simulations of the radar reflectivity factor matching the measured reflectivity factor along the aircraft trajectory. Mean profiles of m(D) coefficients, particles size distributions and Condensed Water Content (CWC) are calculated in functions of the temperature, and are different for each type of MCS. For the four types of MCS, it is shown that the variability of m(D) coefficients is correlated with the variability of the temperature. Four types of m(D) parametrisations are calculated since the analysis of the variability of the m(D) coefficients. The significant benefit of using variable m(D) relations instead of a single m(D) relationship is demonstrated from the impact of all these m(D) relations on Z-CWC and Z-CWC-T fitted parametrisations
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Ovigneur, Bertrand. "Description des propriétés macrophysiques et microphysiques des nuages par télédétection active et passive : application à la campagne aéroportée FRENCH/DIRAC." Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2005/50376-2005-Ovigneur.pdf.
Abstract:
Les nuages sont l'une des principales sources d'incertitudes de la prévision du climat futur de la Terre. L'étude présentée vise à développer des méthodes affinant la description tant macrophysique que microphysique des nuages à partir de mesures aéroportées. Ces méthodes peuvent être à terme appliquées à des mesures spatiales du type de celles du train de l'espace, l'A -train. A cet effet, les mesures de deux radiomètres (POLDER et MiniMIR) et d'un lidar (LEANDRE) acquises pendant la campagne aéroportée FRENCH/DIRAC sont exploitées. Une méthode d'absorption différentielle est développée et utilisée pour corriger les mesures des deux radiomètres POLDER et MiniMIR de l'absorption par les gaz atmosphériques. POLDER, avec son large champ de vue, effectue une mesure radiométrique multidirectionnelle. La luminance multidirectionnelle d'une scène nuageuse est obtenue en la suivant sur plusieurs acquisitions successives de l'instrument. POLDER et LEANDRE permettent une évaluation de l'altitude des nuages. Le lidar fournit l'information la plus précise et peut permettre de discriminer les sommets et les bases de plusieurs couches nuageusesPar des méthodes stéréoscopiques ou basées sur l'absorption par le dioxygène, POLDER fournit une information sur l'altitude des nuages. Celle-ci est moins précise mais présente l'avantage de rendre compte du large champ spatial couvert par l'instrument. Les mesures polarisées de POLDER ou de LEANDRE permettent une estimation de la phase thermodynamique des nuages, mais par commodité, une méthode simple basée sur le rapport des luminances mesurées dans le visible et le moyen infrarouge par MiniMIR est développée et privilégiée dans cette étude. Finalement, une méthode d'estimation optimale est développée et mise en œuvre pour déterminer l'épaisseur optique des nuages et la dimension des particules qui les constituent à partir de mesures passives dans le visible et dans le moyen infrarouge. Comparée aux méthodes précédemment développées au laboratoire, cette méthode permet d'obtenir des précisions similaires sur les paramètres nuageux déterminés. Toutefois, elle offre l'avantage d'exploiter naturellement les mesures multidirectionnelles de POLDER ainsi que d'autres informations ou données auxiliaires. De part sa modularité, cette méthode pourrait permettre d'exploiter en synergie les mesures de l'A-train
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Tinel, Claire. "Restitution des propriétés microphysiques et radiatives des nuages froids et mixtes à partir des données du système RALI (RAdar-LIdar)." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004241.
Abstract:
Les nuages jouent un rôle important dans l'évolution de l'atmosphère météorologique et dans le contrôle du climat. Or leur représentation paramétrique dans les modèles numériques de prévision météorologique et climatologique n'est toujours pas validée à ce jour. La préoccupation de la communauté scientifique internationale d'être à même de mieux contrôler à l'échelle globale l'effet radiatif des nuages a stimulé plusieurs programmes spatiaux mettant en œuvre une combinaison radar-lidar (CLOUDSAT/CALIPSO et EarthCare). De telles expériences spatiales ont besoin de démonstrateurs aéroportés tels que RALI (système synergique RAdar nuage - LIdar), qu'il s'agisse de la mise au point des algorithmes de traitement de données, ou de la validation des produits de la mission spatiale. Ainsi, le projet RALI vise le développement et l'exploitation d'une combinaison instrumentale radar-lidar aéroportée ou au sol, pour documenter les profils verticaux des propriétés microphysiques, dynamiques et radiatives des nuages glacés non précipitants. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Dans un premier temps, un modèle inverse reliant les paramètres de télédétection aux paramètres nuageux a été construit. Ce modèle permet de s'affranchir de la forme de la distribution dimensionnelle des particules; il sert de base à l'application de l'algorithme synergique radar-lidar. Celui-ci, prenant en compte la variation verticale de la concentration des particules nuageuses, a également été développé. Des tests de simulation ont été effectués afin de déterminer sa robustesse, sa précision et les conditions optimales d'application. Les résultas obtenus sur des cas d'expérimentations instrumentales (Clare'98, Carl'99 et Clare'2000), comparés à des mesures in-situ microphysiques, ont montré sa capacité à restituer le rayon effectif des particules nuageuses, le contenu en glace et l'épaisseur optique des nuages sondés. L'algorithme est également capable de restituer le contenu en eau des couches de phase mixtes et sa capacité a été testée sur un cas d'altocumulus de Clare'2000.
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Petitjean, Mélanie. "Interactions des composés organiques volatils avec des surfaces de glace pure ou dopée représentatives des conditions atmosphériques rencontrées dans la moyenne et la haute troposphére : application à la chimie des nuages mixtes et des cirrus." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/PETITJEAN_Melanie_2010.pdf.
Abstract:
La Haute Troposphère (HT) est caractérisée par ses basses températures, allant d'environ 188 à 233 K et par la présence de cirrus, des nuages constitués uniquement de glace et pouvant recouvrir jusqu'à 25% de la surface de la Terre. Les nuages mixtes et les cirrus peuvent constituer des puits potentiels pour un certain nombre d'espèces gazeuses et éventuellement promouvoir des réactions hétérogènes ou photochimiques Dans ce travail, nous nous proposons, en déterminant les isothermes d’adsorption sur des glaces pure et dopée entre 253 et 203K, de fournir des informations quantitatives sur la distribution des espèces organiques entre les phases gazeuse et condensée, à des températures rencontrées à des altitudes moyennes et dans la HT. La présence de Composés Organiques Volatils Oxygénés (COVO) tels que les alcools, aldéhydes, cétones et les acides carboxyliques, dans la HT est bien établie. En raison du rôle prépondérant des composés carbonylés dans la formation de photooxydants tels que l’ozone, ce travail de thèse s’est focalisé en particulier sur l’étude de ces composés afin d'évaluer si le piégeage sur des cristaux de glace et/ou des gouttelettes surfondues pouvait constituer un puits significatif dans les conditions atmosphériques. Par ailleurs, d’autres molécules (hydrocarbures aromatiques) ont été étudiées afin de mieux comprendre les relations entre la structure de la molécule et sa capacité à s’adsorber. En outre, des simulations numériques ont permis d’apporter des détails au niveau moléculaire sur la structure tridimensionnelle de la couche d’adsorption. Les pressions de vapeur saturante de l’hydroxyacétaldéhyde et de l'hydroxyacétone ont été déterminées pour la première fois en fonction de la température, apportant des valeurs de référence pour de futures études de laboratoire et permettant d'estimer leurs distributions dans l’atmosphère entre les phases gazeuse et particulaireThe upper troposphere (UT) is characterized by its low temperatures, from 188 to 233 K and the presence of cirrus clouds. These clouds, composed of ice crystals, can cover up to 25% of the Earth's surface. Mixed and cirrus clouds may be a potential sink for many gaseous species and can promote heterogeneous or photochemical reactions. In this work, the establishment of the adsorption isotherms on pure or doped ice surfaces between 253 and 203 K, provides quantitative information on the partitioning of organic species between the gas and condensed phases at temperatures encountered at medium altitudes and in the UT. The presence of Oxygenated Volatile Organic Compounds (OVOC) such as alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids, in the UT is well established. As carbonyl compounds are involved in the formation of photooxidants such as ozone, this work has been focused on the study of these compounds. In addition, other molecules (aromatic hydrocarbons) have been studied to better understand the relationships between the structure of the molecule and its ability to be adsorbed on ice surfaces. Besides, computer simulations have led to some details at the molecular level on the three dimensional structure of the adsorption layer. This work has also allowed the determination of the vapor pressure of both hydroxyacetaldehyde and hydroxyacetone ,providing reference values for future laboratory studies and permitting estimation of their partitioning between the gas and particle atmospheric phases
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Cazenave, Quitterie. "Development and evaluation of multisensor methods for EarthCare mission based on A-Train and airborne measurements." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLV020.
Abstract:
L'impact des nuages de glace sur le cycle de l'eau et le bilan radiatif est encore incertain en raison de la complexité des processus nuageux qui rend difficile l'acquisition d'observations adéquates sur les propriétés des nuages de glace et leur représentation dans les modèles de circulation générale. Les instruments de télédétection actifs et passifs, tels que les radiomètres, les radars et les lidars, sont couramment utilisés pour les étudier. La restitution des propriétés microphysiques des nuages (extinction, contenu en glace, rayon effectif, ...) peut être effectuée à partir d'un seul instrument ou de la combinaison de plusieurs instruments. L’intérêt de l’utilisation de synergies instrumentales pour restituer les propriétés nuageuses réside dans le fait que cela permet de réduire les incertitudes dues aux lacunes des différents instruments pris séparément. La constellation de satellites A-Train a considérablement amélioré notre connaissance des nuages. Depuis 2006, le lidar à rétrodiffusion visible CALIOP embarqué à bord du satellite CALIPSO et le radar nuage à 94GHz CPR embarqué à bord du satellite CloudSat ont permis l’acquisition de profils nuageux sur l’ensemble du globe et de nombreuses méthodes synergiques de restitution ont été adaptées à ces instruments. En 2021 sera lancé un nouveau satellite, EarthCARE, embarquant des instruments de télédétection de pointe, notamment ATLID, un lidar à haute résolution spectrale (HSRL) à 355 nm et un radar nuage Doppler à 94 GHz. La mission principale de ce satellite est de quantifier les interactions entre les nuages, les aérosols et le bilan radiatif de la Terre afin d'améliorer les prévisions météorologiques et des modèles climatiques. Grâce à son instrumentation avancée installée sur une plate-forme unique, cette nouvelle mission devrait fournir des observations sans précédent des nuages depuis l'espace. Cependant, pour ce faire, les algorithmes synergiques développés pour les mesures de l'A-Train doivent être adaptés à cette nouvelle configuration instrumentale. Au cours de ma thèse, je me suis concentrée sur l'algorithme Varcloud développé en 2007 par Delanoë et Hogan et basé sur une technique variationnelle. La première partie du travail a consisté à adapter certains paramètres du modèle microphysique de l’algorithme aux études récentes d’une large base de données in situ. En particulier, les questions de la paramétrisation du rapport lidar et du choix de la relation masse-diamètre pour les cristaux de glace ont été abordées. La deuxième partie de mon travail a consisté à adapter l'algorithme de restitution Varcloud aux plates-formes aéroportées. Les plates-formes aéroportées sont idéales pour préparer et valider les missions spatiales, permettant de réaliser des mesures sous-trace, colocalisées avec les instruments spatiaux. En particulier, le HALO allemand et le Falcon 20 français ont des charges utiles très complémentaires et sont parfaitement conçus pour la préparation et la validation de la mission EarthCare. Les deux avions embarquent notamment un lidar à haute résolution spectrale (355 nm sur le Falcon et 532 nm sur le HALO) et un radar Doppler à 36 GHz (HALO) et 95 GHz (Falcon). À l'automne 2016, une campagne aéroportée dans laquelle les deux avions étaient impliqués s'est déroulée en Islande, à Keflavik, dans le cadre du projet NAWDEX. Les mesures recueillies au cours de cette campagne fournissent un ensemble de données intéressant pour caractériser la microphysique et la dynamique des nuages dans l'Atlantique Nord, région qui présent un grand intérêt pour les missions Cloudsat-CALIPSO et EarthCARE. En outre, une série de vols communs avec observation de la même scène nuageuse par les deux plates-formes ont été réalisées, fournissant des données permettant d'étudier l'influence de la configuration instrumentale sur les propriétés des nuages de glace restituéesThe impact of ice clouds on the water cycle and radiative budget is still uncertain due to the complexity of cloud processes that makes it difficult to acquire adequate observations of ice cloud properties and parameterize them into General Circulation Models. Passive and active remote sensing instruments, radiometers, radars and lidars, are commonly used to study ice clouds. Inferring cloud microphysical properties (extinction, ice water content, effective radius, ...) can be done from one instrument only, or from the synergy of several. The interest of using instrumental synergies to retrieve cloud properties is that it can reduce the uncertainties due to the shortcomings of the different instruments taken separately. The A-Train constellation of satellites has considerably improved our knowledge of clouds. Since 2006, the 532nm backscattering lidar CALIOP on board the satellite CALIPSO and the 94GHz cloud radar CPR on board the satellite CloudSat have acquired cloud vertical profiles globally and many lidar-radar synergetic methods have been adapted to CloudSat and CALIPSO data. In 2021 will be launched a new satellite, EarthCARE, boarding state of the art remote sensing instrumentation, in particular ATLID, a High Spectral Resolution Lidar (HSRL) at 355nm and a Doppler cloud radar at 94 GHz. The main mission of this satellite is to quantify interactions between clouds, aerosols and the Earth's radiation budget in order to improve weather prediction and climate models. Thanks to its advanced instrumentation mounted on a single platform, this new mission is expected to provide unprecedented observations of clouds from space. However, to do so, the synergistic algorithms that were developed for A-Train measurements have to be adapted to this new instrumental configuration. During my PhD, I focused on the Varcloud algorithm that was developed in 2007 by Delanoë and Hogan, based on a variational technique. The first part of the work consisted in adapting some parameters of the microphysical model of the algorithm to recent studies of a large dataset of in-situ measurements. In particular, the questions of a parameterization of the lidar extinction-to-backscatter ratio and the choice of the mass-size relationship for ice crystals were addressed. The second part of my work consisted in adapting the Varcloud retrieval algorithm to airborne platforms. Airborne platforms are ideal to prepare and validate space missions, allowing for direct underpasses of spaceborne instruments. Moreover, German and French aircraft, respectively HALO and French Falcon 20 have very complementary payloads and are perfectly designed for the preparation, the calibration and the validation of EarthCare. Both aircraft board a high spectral resolution lidar (355 nm on the French Falcon and 532 nm on the HALO) and a Doppler radar at 36 GHz (HALO) and 95 GHz (Falcon). In fall 2016 a field campaign related to the NAWDEX project took place in Iceland, Keflavik with both aircraft involved. The measurements collected during this campaign provide an interesting dataset to characterize cloud microphysics and dynamics in the North Atlantic, which are of high interest regarding the Cloudsat-CALIPSO and EarthCARE missions. In addition, a series of common legs with the same cloud scene observed by both platforms were performed, providing data to study the influence of the instrumental configuration on the retrieved ice cloud properties
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Jourdan, Olivier. "Caractérisation in situ des propriétés microphysiques et optiques des nuages : Contribution à l'amélioration des modèles de transfert radiatif et des méthodes d'inversion satellitales." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003911.
Abstract:
L'évaluation de l'impact des nuages sur le bilan radiatif du système Terre-atmosphère représente un intérêt majeur pour l'étude du climat et de son évolution. Cependant, compte tenu de la grande variabilité des propriétés morphologiques et microphysiques des particules nuageuses, la représentation des processus couplés microphysiques et radiatifs reste limitée dans la plupart des modèles de climat atténuant ainsi la crédibilité des scénarii prévisionnels proposés. Le développement de paramétrisations microphysiques capables de retranscrire correctement les propriétés radiatives des nuages requiert alors un grand nombre de mesures de leurs propriétés microphysiques et optiques à différentes échelles d'observation. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette étude en proposant une caractérisation fiable et précise des propriétés optiques et microphysiques de nuages de phases thermodynamiques différentes à l'aide de mesures in situ. L'exploitation de l'information déduite de la synergie entre différentes sondes aéroportées à une échelle d'observation fine permettra ensuite d'améliorer et de valider les algorithmes d'inversion appliqués aux mesures satellitales à une échelle globale. La quantification des relations entre propriétés microphysiques et propriétés optiques ou radiatives des nuages nous a, dans un premier temps, conduit à développer un modèle microphysique hybride basé sur une combinaison de particules sphériques d'eau liquide et de cristaux hexagonaux de rapport d'aspect variable. Bien que cette approche ne soit pas réaliste d'un point de vue microphysique, il a été montré que le modèle hybride était capable de simuler des propriétés optiques en accord avec les observations in situ, quelle que soit la phase thermodynamique du nuage. Dans un deuxième temps, une base de données regroupant une grande variété d'évènements nuageux a été construite à partir de mesures issues de différents instruments et campagnes d'observations. Une analyse statistique en composantes principales (ACP) a ensuite été implémentée sur les mesures de sections efficaces de diffusion volumique réalisées par le " Néphélomètre Polaire " aéroporté du LaMP. Elle nous a permis de regrouper les mesures en fonction de leur " signature " optique, révélatrices des variations des propriétés microphysiques des nuages au sein de la base de données. La classification des tendances observées dans l'espace des composantes principales a été rendue possible par l'utilisation d'un réseau de neurones (perceptrons multicouches). La complémentarité de l'ACP et des réseaux de neurones nous a ainsi permis de classifier l'ensemble des mesures en trois groupes de nuages de phases thermodynamiques différentes (nuages de gouttelettes d'eau liquide, nuages en phase mixte et nuages de cristaux de glace). Cette classification a ensuite été validée par des mesures microphysiques indépendantes réalisées par les sondes de la gamme PMS (FSSP-100 et 2D-C). Il fut ainsi possible d'extraire trois sections efficaces de diffusion volumique moyennes, documentées entre 15° et 155° à une longueur d'onde de 0.8 µm, représentatives des trois types de nuages identifiés. L'interprétation de ces indicatrices de diffusion, à partir d'une méthode d'inversion basée sur la modélisation physique des processus de diffusion par l'intermédiaire du modèle hybride, a montré que l'information contenue dans les mesures de diffusion était suffisante pour restituer la composition et les distributions dimensionnelles caractéristiques des trois classes de nuages. Cette assertion a ensuite été validée par le fait que les spectres volumiques inversés étaient en bon accord avec les granulométries obtenues à partir des mesures microphysiques directes du FSSP-100 et du 2D-C. Néanmoins, les résultats obtenus par ces analyses ne décrivent pas l'ensemble des propriétés de diffusion simple des nuages. La dernière étape a donc consisté à exporter l'information contenue dans les indicatrices de diffusion documentée entre 15° et 155° à une longueur d'onde de 0.8 µm vers les zones de diffusion avant et arrière puis de la projeter pour deux longueurs d'ondes du proche infra-rouge (1.6 µm et 3.7 µm), significatives pour la modélisation du transfert radiatif. A partir du modèle hybride de diffusion, des indicatrices de diffusion correspondant aux distributions volumiques restituées par la méthode d'inversion, ont ainsi pu être calculées entre 0° et 180° pour des longueurs d'ondes de 0.8, 1.6 et 3.7 µm. Cette procédure a été appliquée aux trois types de nuages ainsi qu'à des nuages de type cirrus dont l'impact radiatif reste encore mal appréhendé par la communauté scientifique. Des propriétés microphysiques et optiques moyennes ont ainsi pu être déterminées pour ces quatre catégories de nuages et nous ont permis de construire des tables d'interpolation représentatives et directement exploitables dans les algorithmes de restitution de paramètres nuageux utilisés en télédétection passive.
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Ikhenazene, Abd Raouf. "Étude d’analogues de suies d’avion : propriétés physico-chimiques et activité glaçogène." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R038.
Abstract:
Le secteur du transport aérien est de nos jours en plein essor, avec encore une augmentation du nombre de vols et de passagers au fil des ans. Cependant, cette croissance a des conséquences sur l’environnement car elle contribue à l’intensification des émissions de particules solides dans l’atmosphère. Ces dernières sont impliquées dans de nombreux processus physico-chimiques qui peuvent impacter le forçage radiatif atmosphérique, la formation des nuages et leur durée de vie. Dans ce travail, nous nous intéressons aux particules de suies analogues à celles émises par les moteurs d’avion lors de la combustion incomplète de carburant. Ces particules, une fois émises dans la troposphère, sont susceptibles de favoriser la formation des cristaux de glace en agissant comme noyaux glaçogènes, produisant ainsi une trainée de condensation pouvant persister et évoluer en nuage de type cirrus. Pour réaliser cette étude, nous avons développé le dispositif IDroNES (Ice and Droplet Nucleation Experimental Setup), que nous avons conçu pour étudier les phénomènes de nucléation par mode dépôt (la nucléation est induite directement à partir de la vapeur d’eau) à température et pression contrôlées. De manière à pouvoir interpréter l’activité des échantillons étudiés en tant que noyau glaçogène, une analyse détaillée des propriétés physico-chimiques (morphologie, structure et composition chimique) des particules de suies est effectuée en parallèle, principalement par micro-spectrométrie Raman et par analyses des données de la littérature existante sur ces mêmes échantillons. L’objectif est d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques des particules de suies et leurs capacités glaçogènesNowadays, the air transport sector is still booming with an increasing number of flights and passengers over the years. This has consequences for the environment because it contributes to the intensification of emissions of solid particles in the atmosphere. In fact, these particles are involved in many physical and chemical processes that can affect the atmospheric radiative forcing, or even the formation of clouds and their lifetime expectancy. Our work focuses on aircraft soot particles analogs, i.e., particles similar to those emitted by aircraft engines during the incomplete combustion of kerosene fuel. These particles, once released in the troposphere, act as nucleating agents and promote the formation of ice crystals. Hence, they favor the formation of contrails that may persist and further evolve into cirrus clouds. To assess how efficient different soot particles are at nucleating ice crystals upon water vapor exposure, we designed and developed IDroNES (Ice and Droplet Nucleation Experimental Setup). This device enables nucleation experiments to be performed in deposition mode at controlled temperature, pressure, and humidity ratios. To interpret ice nucleation activities of various soot samples, detailed analyses of their physico-chemical properties (morphology, structure and chemical composition) were performed using Raman micro-spectrometry and data provided in the scientific literature. The goal is to establish a link between the physicochemical properties of soot particles and their ice nucleation activity
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Coutris, Pierre. "Analyse des propriétés dimensionnelles et massiques des cristaux de glace pour l’étude des processus microphysiques dans les systèmes convectifs à méso-échelle." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC007/document.
Abstract:
L’étude des propriétés et processus microphysiques caractérisant la phase glace permet de mieux définir le rôle des nuages dans le cycle de l’eau et sur bilan radiatif de l’atmosphère. Les modèles atmosphériques et les codes d’inversion des données de télédétection utilisent des paramétrisations établies à partir de mesures in situ. Ces mesures servent également des besoins industriels en lien avec la problématique du givrage en aéronautique. L’étude présentée se base sur les données de deux campagnes aéroportées réalisées dans le cadre de la collaboration internationale HAIC-HIWC, ciblant les zones à fort contenu en glace que l’on peut observe rau sein des systèmes convectifs à méso-échelle (MCS) tropicaux. Sur la question des relations « masse-diamètre » (m - D) d’abord, une nouvelle approche est présentée. Basée sur la résolution d’un problème inverse, elle permet de restituer la masse des cristaux à partir de mesures colocalisées classiques en s’affranchissant de la traditionnelle hypothèse de loi puissance, et montre que cette dernière ne permet pas de représenter correctement les propriétés massiques de populations de cristaux hétérogènes (morphologie et tailles différentes) typiques des MCS. La variabilité horizontale des distributions de tailles permet d’étudier le vieillissement de l’enclume d’un point de vue microphysique et de souligner le rôle essentiel du processus d’agrégation dans l’élimination des petits cristaux apportés dans la haute troposphère par la convection profonde et dans la formation d’agrégats supra-millimétriques, précurseurs glacés des précipitations stratiformes. Les relations m - D restituées permettent d’identifier des régimes microphysiques distincts et ouvre la voie aux développement d’une paramétrisation de la masse volumique des hydrométéores en fonction de critères environnementauxThe detailed characterization of ice cloud microphysics is key to understand their role in theEarth’s hydrological cycle and radiation budget. The developement of atmospheric models and remote sensingalgorithms relies on parametrisations derived from in situ measurements. These measurements are also usedby the aviation industry to handle the problem of ice crystal icing. This PhD work presents an analysis of themass and size properties of ice crystals observed in high ice water content areas embedded in tropical mesoscaleconvective systems (MCS) during two airborne field campaigns of the HAIC-HIWC international project.A new approach is developped to derive mass-size relationships (m - D) from size distributions and icewater contents. The retrieval is formulated as an inverse problem which waives the power law constraint, aclassical assumption that proves to be an oversimplification when applied to heterogeneous populations of iceparticules typical of MCS anvils.The horizontal variability of size distributions and the aging of MCS anvils is described in terms of microphysicalprocesses. The importance of the aggregation growth process is emphasized as it efficiently removessmall ice particles brought into the upper troposphere by deep convection and significantly contributes to theformation of large agregates, precusor of the stratiform precipitations. The analysis of mass properties revealsthat distinctive microphysical regimes may be identified from the m-D relationship retrieved in various conditions.It paves the way toward a statistical model of the effective density of ice particles as a function of environmentalparameters
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Hiron, Thibault. "Experimental and modeling study of heterogeneous ice nucleation on mineral aerosol particles and its impact on a convective cloud." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2017. http://www.theses.fr/2017CLFAC074/document.
Abstract:
L’un des enjeux principaux dans l’appréhension de l’évolution du climat planétaire réside dans la compréhension du rôle des processus de formation de la glace ainsi que leur rôle dans la formation et l’évolution des nuages troposphériques. Un cold stage nouvellement construit permet l’observation simultanée de jusqu’à 200 gouttes monodispersées de suspensions contenant des particules de K–feldspath, connues comme étant des particules glaçogènes très actives. Les propriétés glaçogènes des particules résiduelles de chaque goutte sont ensuite comparées pour les différents modes de glaciation et le lien entre noyau glaçogène en immersion et en déposition est étudié. Les premiers résultats ont montré que les mêmes sites actifs étaient impliqué dans la glaciation par immersion et par déposition. Les implications atmosphériques des résultats expérimentaux sont discutés à l’aide de Descam (Flossmann et al., 1985), un modèle 1.5–d à microphysique détaillée dans une étude de cas visant à rendre compte du rôle des différents mécanismes de glaciation dans l’évolution dynamique du nuage convective CCOPE (Dye et al., 1986). Quatre types d’aérosol minéraux (K–feldspath, kaolinite, illite et quartz) sont utilisés pour la glaciation en immersion, par contact et par déposition, à l’aide de paramétrisations sur la densité de sites glaçogènes actifs. Des études de sensibilité, où les différents types d’aérosols et modes de glaciation sont considérés séparément et en compétition, permettent de rendre compte de leurs importances relatives. La glaciation en immersion sur les particules de K–feldspath s’est révélée comme ayant le plus d’impact sur l’évolution dynamique et sur les précipications pour un nuage convectifOne of the main challenges in understanding the evolution of Earth's climate resides in the understanding the ice formation processes and their role in the formation of tropospheric clouds as well as their evolution. A newly built humidity-controlled cold stage allows the simultaneous observation of up to 200 monodispersed droplets of suspensions containing K-feldspar particles, known to be very active ice nucleating particles. The ice nucleation efficiencies of the individual residual particles were compared for the different freezing modes and the relationship between immersion ice nuclei and deposition ice nuclei were investigated. The results showed that the same ice active sites are responsible for nucleation of ice in immersion and deposition modes.The atmospheric implications of the experimental results are discussed, using Descam (Flossmann et al., 1985), a 1.5-d bin-resolved microphysics model in a case study aiming to assess the role of the different ice nucleation pathways in the dynamical evolution of the CCOPE convective cloud (Dye et al., 1986). Four mineral aerosol types (K-feldspar, kaolinite, illite and quartz) were considered for immersion and contact freezing and deposition nucleation, with explicit Ice Nucleation Active Site density parameterizations.In sensitivity studies, the different aerosol types and nucleation modes were treated seperately and in competition to assess their relative importance. Immersion freezing on K-feldspar was found to have the most pronounced impact on the dynamical evolution and precipitation for a convective cloud
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Thibert, Emmanuel. "Thermodynamique et cinétique des solutions solides HCl-H2O et HNO3-H2O : implications atmosphériques." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00755697.
Abstract:
Le but de notre travail est de contribuer à la compréhension des interactions entre les gaz acides et la glace, à la fois pendant la phase atmosphérique de la glace, c'est à dire dans les nuages, et dans la neige après dépôt au sol. Les gaz polaires en général, et les acides en particulier, interagissent fortement avec la glace dans la quelle ils peuvent se dissoudre. Dans les nuages, ces interactions peuvent modifier fortement la composition de l'air, et ce point reste une inconnue majeure en chimie atmosphérique. La compréhension de la relation entre la composition de l'air et celle de la glace, appelée fonction de transfert air-neige, est également indispensable pour reconstituer la composition des paléoatmosphères à partir des carottes de glace. Afin de contribuer à élucider ces problèmes, nous avons étudié l'incorporation dans la glace des composés gazeux HCI et HN03. Les compositions à l'équilibre thermodynamique des solutions solides HCl-glace et HN03-glace, en fonction de la température et de la pression partielle du gaz, ont été obtenues expérimentalement en mesurant les profils de diffusion du gaz dans des monocristaux de glace. A -15 °C, le coefficient de diffusion est de l'ordre de 10-12 cm2/s pour HCI et de 10-10 cm2/s pour HN03. A la même température, sous une pression de 6 x 10-3 Pa, HN03 est environ 25 fois moins soluble que HCI avec pour solubilité respectives de 2,2 x 10-7 et 5 x 10-6 fraction molaire. Ces données ont été appliquées à différents phénomènes d'intérêt atmosphérique. Dans le cadre de la fonction de transfert air-neige, nos résultats ont été comparés à des données de terrain obtenues au Groenland. Il apparaît que, dans les flocons de neige, HCI en solution solide n'est pas en équilibre avec HCI en phase gazeuse. La teneur en HCI dans la neige est déterminée par des facteurs cinétiques lors de la formation des cristaux. Les résultats concernant HN03 suggèrent en revanche que, dans les flocons analysés, HN03 est en équilibre avec la phase gazeuse sans doute grâce à sa cinétique de diffusion plus rapide. Suite à ces résultats, nous avons proposé un mécanisme d'incorporation des gaz dans la glace lors de la croissance des cristaux. Celui-ci suggère que la relation liant la composition atmosphérique à la composition de la glace des nuages est fortement influencée par la dynamique atmosphérique et, en particulier, par les paramètres température et vitesse de refroidissement lors de la phase de formation du nuage. Les données obtenues au laboratoire intéressent aussi le domaine de l'hydrologie appliqué à la composition des eaux de fonte des neiges. Les résultats sur les solubilités de HCI et de HN03 et leur localisation probable dans le névé en cas de sursaturation expliquent semi quantitativement le phénomène observé d'élution préférentielle de l'ion nitrate par rapport à l'ion chlorure.
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Delestre, Barbara. "Reconstruction 3D de particules dans un écoulement par imagerie interférométrique." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2022. http://www.theses.fr/2022NORMR116.
Abstract:
Pour de nombreuses applications industrielles ou environnementales, il est important de mesurer la taille et le volume de particules de formes irrégulières. C'est par exemple le cas dans le cadre du givrage des aéronefs qui se produit durant les vols, où il est nécessaire de mesurer in-situ la teneur en eau et la teneur en glace dans la troposphère afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons montré que la reconstruction 3D d'une particule peut se faire à partir d'un ensemble de trois images interférométriques de cette particule (sous trois angles de vue perpendiculaires). Cela peut être fait en utilisant l'algorithme de réduction d'erreur (ER) qui permet d'obtenir la fonction f(x,y) à partir des mesures du module de sa transformée de Fourier 2D |F(u,v)|, en reconstruisant la phase de sa transformée de Fourier 2D. La mise en œuvre de cet algorithme nous a permis de reconstruire la forme de particules irrégulières à partir de leurs images interférométriques. Des démonstrations expérimentales ont été réalisées à l'aide d'un montage spécifique basé sur l'utilisation d’une matrice de micro-miroirs (DMD) qui génère les images interférométriques de particules rugueuses programmables. Les résultats obtenus sont très encourageants. Les volumes obtenus restent assez proches du volume réel de la particule et les formes 3D reconstruites nous donnent une bonne idée de la forme générale de la particule étudiée même dans les cas les plus extrêmes où l'orientation de la particule est quelconque. Enfin, nous avons montré qu'une reconstruction 3D précise d'une particule rugueuse "programmée" peut être effectuée à partir d'un ensemble de 120 images interférométriquesFor many industrial or environmental applications, it is important to measure the size and volume of irregularly shaped particles. This is for example the case in the context of aircraft icing which occurs during flights, where it is necessary to measure in situ the water content and the ice content in the troposphere in order to detect and avoid risk areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, extended range of sizes studied [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we showed that the 3D reconstruction of a particle can be done from a set of three interferometric images of this particle (under three perpendicular viewing angles). This can be done using the error reduction (ER) algorithm which allows to obtain the function f(x,y) from the measurements of the modulus of its 2D Fourier transform |F(u,v)| , by reconstructing the phase of its 2D Fourier transform. The implementation of this algorithm allowed us to reconstruct the shape of irregular particles from their interferometric images. Experimental demonstrations were carried out using a specific assembly based on the use of a micro-mirror array (DMD) which generates the interferometric images of programmable rough particles. The results obtained are very encouraging. The volumes obtained remain quite close to the real volume of the particle and the reconstructed 3D shapes give us a good idea of the general shape of the particle studied even in the most extreme cases where the orientation of the particle is arbitrary. Finally, we showed that an accurate 3D reconstruction of a "programmed" rough particle can be performed from a set of 120 interferometric images
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Rey, Hanot Laurence. "Adsorption de gaz traces sur la glace : application à la chimie des nuages et du manteau neigeux." Phd thesis, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765137.
Abstract:
Le but de ce travail est de contribuer à la compréhension des interactions entre les gaz traces et la glace, à la fois dans les nuages et dans la neige après son depôt au sol. Les gaz polaires tels que les acides, les aldehydes et les cétones peuvent interagir fortement avec la glace, notamment en s'adsorbant à sa surface. Dans les nuages, ce phénomène peut modifier la teneur atmosphérique de ces composés et initier des réactions hétérogènes, comme celles conduisant a la destruction de l'ozone stratosphérique polaire. Dans la neige au sol, l'adsorption de gaz traces à la surface des cristaux va perturber la chimie de la basse troposphère et celle du manteau neigeux. Ainsi, ce phénomène va entrer en jeu dans la compréhension de la relation entre la composition de l'air et celle de la glace, appelée fonction de transfert air-neige, indispensable pour reconstituer la composition des atmosphères passées à partir des carottes de glace. Afin de contribuer à élucider ces problèmes, nous avons etudié l'adsorption de hcl à 193 k et de l'acétone entre 193 et 213 k sur la glace. L'application des résultats à des situations atmosphériques nécessite la connaissance des paramètres physiques de la glace, tels que la surface spécifique et la forme des cristaux. Nous avons donc également entrepris des mesures de surface spécifique de la neige naturelle et de son évolution en fonction du temps. Nos résultats montrent que l'adsorption de l'acétone et de hcl sur la glace peut jouer un rôle déterminant dans la composition de surface de la glace des nuages (pour hcl) ou de la neige au sol (pour l'acétone), modifiant ainsi la chimie des nuages ou du manteau neigeux. Les mesures de l'évolution de la surface spécifique de la neige montrent que ce paramètre est très variable et que sa connaissance est indispensable pour la quantification du partage des composés traces entre l'air et le manteau neigeux, ainsi que pour l'extrapolation de ces données à la glace des nuages.