Academic literature on the topic 'Processus convectifs'

Contrairement aux carottes de glace polaires, les variations isotopiques dans les carottes de glace tibétaines compliquent l'interprétation des signaux de température. L'une des principales raisons est que dans les régions de mousson aux latitudes basses et moyennes, les isotopes de l'eau sont influencés par des processus convectifs et nuageux. Il est nécessaire de mieux comprendre le comportement des isotopes de l'eau et les contrôles dynamiques impliqués dans la transpiration et la convection de l'humidité. Des observations in situ à grande échelle et des profils verticaux des isotopes de la vapeur pendant la convection seraient utiles, mais ces données sont rares. Le but de cette thèse a été de documenter les variations horizontales, verticales et temporelles de la mousson d'Asie de l'Est. D’abord, afin de documenter les variations horizontales près de la surface et saisonnières de la composition isotopique stable de l’eau en Chine, nous avons effectué des observations in situ des isotopes de la vapeur d'eau sur une vaste région de la Chine (plus de 10 000 km) pendant les saisons de pré-mousson et de mousson, à l'aide d'un système de mesure des isotopes de la vapeur d'eau nouvellement conçu et installé sur un véhicule. Nous avons constaté que les variations spatiales de la vapeur δ18O sont principalement contrôlées par la distillation de Rayleigh le long des trajectoires des masses d'air pendant la saison de pré-mousson, et sont fortement influencées par différentes sources d'humidité, les processus de recyclage continental et la convection le long du transport de l'humidité pendant la saison de la mousson. Ces résultats donnent un aperçu de la distribution spatiale et de la variabilité saisonnière de la composition isotopique de l'eau en Asie de l'Est et de leurs facteurs de contrôle, et soulignent la nécessité d'interpréter les enregistrements proxy dans le contexte du système régional et des sources d'humidité. Ensuite, pour mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent la distribution verticale des isotopes de la vapeur et sa variabilité intra-saisonnière et saisonnière, nous avons observé les profils verticaux des isotopes de la vapeur de l'atmosphère jusqu'à la haute troposphère (de la surface du sol à 3856 m jusqu'à 11000 m d'altitude) de juin à octobre dans le sud-est du plateau tibétain à l'aide d'un drone spécialement conçu à cet effet. Pour l’échantillonnage, nous avons utilisé des sacs d’air, mais avons rencontré des problèmes de perméabilité généralement associés à ces sacs. Pour corriger ces problèmes, nous avons développé un modèle de diffusion et en avons calibré les paramètres avec des expériences de laboratoire. Ceci nous a permis de documenter pour la première fois que la distribution verticale des isotopes de la vapeur d'eau atmosphérique pendant toute la période de la mousson jusqu'à la haute troposphère, avec une résolution verticale et une gamme d'altitudes sans précédent. Nous constatons que les profils verticaux de la composition isotopique de la vapeur d'eau reflètent une combinaison de processus à grande échelle, en particulier la convection profonde et le recyclage continental le long des trajectoires, et les processus convectifs locaux, en particulier le détrainement convectif et la sublimation des cristaux de glace. Les variations saisonnières et intra-saisonnières observées sont généralement cohérentes verticalement, en raison du fort mélange convectif vertical et du détrainement convectif local de la vapeur provenant des basses couches, et reflètent les variations de convection profonde le long des trajectoires<br>Unlike polar ice core records, the isotope variations in Tibetan ice cores challenge the interpretation of temperature signals. One of the main reasons is that in monsoon regions at low and middle latitudes, water isotopes are influenced by convective and cloud processes. A deeper understanding of water isotope behavior and the dynamical controls involved in moisture transpiration and convection is needed. Large-scale in-situ observations and vertical profiles of vapor isotopes during convection would be helpful. However, such data are rare. The aim of this thesis was to document horizontal, vertical, and temporal variations in the isotopic composition of water in East Asian monsoon region. First, to document the horizontal and seasonal variations of water isotopes near the surface across China, we made in-situ observations of near-surface vapor isotopes over a large region (over 10000 km) across China in both pre-monsoon and monsoon seasons, using a newly-designed vehicle-based vapor isotope monitoring system. We found that the observed spatial variations of vapor δ18O are mainly controlled by Rayleigh distillation along air mass trajectories during the pre-monsoon period, but are significantly influenced by different moisture sources, continental recycling processes, and convection along moisture transport during the monsoon period. These results provide an overview of the spatial distribution and seasonal variability of water isotopic composition in East Asia and their controlling factors and emphasize the need to interpret proxy records in the context of the regional system and moisture sources. Second, to better understand the physical processes that control the vertical distribution of vapor isotopes and its intra-seasonal and seasonal variability, we observed the vertical profiles of atmosphere vapor isotopes up to the upper troposphere (from the ground surface at 3856m up to 11000m a.s.l.) from June to October in the southeastern Tibetan Plateau using a specially-designed unmanned-aerial-vehicle (UAV) system. For the sampling, we chose to carry air bags on UAVs as a portable sampling device, but encountered the permeability problem commonly associated with these bags. To corrected for this problem, we developed a diffusion model with diffusion parameters calibrated through laboratory experiments. This allows us to document for the first time the vertical distribution of atmospheric water vapor isotopes across the entire monsoon period up to the upper troposphere, boasting an unprecedented vertical resolution and altitude range. We find that the vertical profiles of water vapor isotopic composition reflect a combination of large-scale processes, in particular deep convection and continental recycling along trajectories, and local convective processes, in particular convective detrainment, and sublimation of ice crystals. The observed seasonal and intra-seasonal variations are generally vertically coherent, due to the strong vertical convective mixing and local convective detrainment of vapor originating from the low levels, and are mainly due to deep convection along trajectories

La formation rapide des precipitations dans les cumulus est un phenomene encore mal explique. Plusieurs hypotheses ont ete avancees dont la contribution de noyau ultra geants, une efficacite de collison entre gouttelettes renforcee et l'elargissement des spectres de gouttelettes. Notre etude est consacree plus particulierement a la caracterisation des distributions dimensionnelles de gouttelettes dans les regions de nuage non melangees, a leur elargissement et a l'analyse de la distribution spatiale des gouttelettes a micro-echelle, source potentielle d'elargissement. De recentes mesures in-situ montrent que les spectres de gouttelettes dans les cellules adiabatiques sont plus larges que ceux prevus par la theorie classique de croissance par diffusion de vapeur. Une telle particularite implique que le champ de sursaturation n'est pas uniforme dans les ascendances non melangees. Un grand echantillon d'observations effectuees dans de telles regions est analyse et l'elargissement spectral est represente par la fonction de densite de probabilite de l'integrale de la sursaturation. Il est montre que la dispersion dans cette fonction augmente lineairement avec la valeur moyenne, et une parametrisation simple de l'elargissement des spectres est proposee. Cette variabilite dans l'integrale de la sursaturation peut provenir des heterogeneites dans la distribution spatiale des gouttelettes. Des mesures a tres fine echelle sont analysees pour caracteriser la statistique du comptage des particules. Celle-ci montre que les gouttelettes sont distribuees aleatoirement dans l'espace. Les effets des heterogeneites resultantes sur l'elargissement spectral sont estimes avec un modele conceptuel qui prouve qu'ils ne sont significatifs que pour des valeurs irrealistes du temps de vie des heterogeneites. De recentes simulations numeriques des effets inertiels des gouttelettes dans les structures de micro-echelle de la turbulence sont alors testees. Il est montre que le modele qui produit un elargissement significatif genere des repartitions spatiales de gouttelettes dont les proprietes statistiques sont irrealistes. Nos resultats indiquent que la concentration preferentielle des gouttelettes ne contribue pas a l'elargissement des spectres, du moins tel qu'il est decrit actuellement par les modeles numeriques.

Le declenchement rapide des precipitations dans les nuages convectifs est encore mal explique. La theorie de la condensation predit en effet des distributions dimensionnelles de gouttelettes etroites alors que la formation des embryons de precipitation necessite des spectres larges avec de grosses gouttelettes. La mesure in situ des distributions dimensionnelles de gouttelettes est essentielle pour mieux comprendre la microphysique nuageuse. La campagne de mesures scms etait ainsi dediee a l'etude de la formation des precipitations dans les petits cumulus chauds (sans phase glace). La premiere partie de ce manuscrit est consacree a la validation des mesures collectees pendant scms, ou de nouveaux instruments etaient utilises. La principale difficulte est qu'il n'existe pas de standard absolu pour etalonner les instruments. Notre methodologie de validation s'appuie sur la comparaison des resultats obtenus dans des conditions variees, afin d'etudier et d'identifier les limites des differents instruments bases sur des principes de mesure differents (compteur de particules, integrateur, capteur a fil chaud). Dans la seconde partie de ce travail, nous utilisons les mesures ainsi validees pour etudier la formation des grosses gouttelettes a partir des processus de melange entre l'air nuageux et son environnement plus sec. Nous developpons une nouvelle methode d'analyse pour caracteriser la nature statistique du melange, homogene ou heterogene. Il est montre que le concept heterogene fournit une description satisfaisante de ses proprietes statistiques. Nous nous appuyons sur ce resultat pour construire un modele simple d'evolution des spectres de gouttelettes dans les cellules melangees, a concentration constante. Les conditions qui favorisent la formation des gouttes suradiabatiques sont identifiees. Les resultats du modele sont ensuite confrontes aux mesures.

La convection profonde joue un role essentiel dans la circulation de l'atmosphere en redistribuant l'energie tropicale excedentaire vers les couches superieures de l'atmosphere et en favorisant les mouvements horizontaux de grande echelle. Une des manifestations de la convection profonde se presente sous la forme des systemes convectifs de mesoechelle (mcs) responsables d'une grande partie des precipitations terrestres. L'objectif de ce travail est l'etude du mcs du 12 decembre 1992 observe durant l'experience toga-coare realisee sur le reservoir d'eaux chaudes du pacifique ouest, zone cle dans la dynamique climatique. Au cours de cette etude, trois echelles de mouvement ont ete distinguees. L'echelle synoptique constitue l'environnement de la perturbation. La part des forcages dynamiques de cette echelle sur le cycle de vie du mcs etudie a ete quantifiee a partir des sorties du modele du cepmmt. La moyenne echelle correspond en general a l'echelle du phenomene (quelques centaines de kilometres carres) et permet d'avoir une vue d'ensemble des processus dynamiques et thermodynamiques gouvernant le systeme convectif et de mettre en evidence les liens existant entre celui-ci et son environnement. Les donnees utilisees pour acceder a cette echelle de mouvement sont issues de radars aeroportes. Elles ont ete cumulees sur des temps assez longs de facon a couvrir une zone d'echantillonnage la plus etendue possible. La comprehension des mecanismes de formation et d'evolution du systeme passe par l'analyse des donnees radar a l'echelle convective. Les domaines de restitution plus petits couvrent des zones distinctes du systeme telles que parties convectives et stratiformes permettant la description precise de la circulation d'echelle convective. Une etude des interactions entre les differentes echelles de mouvement a egalement ete menee ainsi qu'une comparaison des resultats de travaux anterieurs sur les mcs avec ceux issus de cette etude.

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 environnementaux<br>The 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

La qualité des données sismiques du satellite CoRoT ouvre de nouveaux horizons dans l'étude de la structure interne et de l'évolution des étoiles. Mon travail de thèse a consisté à l'analyse et à l'interprétation des spectres d'oscillations de pulsateurs de type solaire observés au sol et depuis l'espace, en particulier avec le satellite CoRoT. L'objectif de l'analyse d'un spectre d'oscillations est de déterminer les paramètres des modes propres de l'étoile (fréquences propres, amplitudes, durées de vie). Au sein du DAT (groupe en charge de l'analyse des pulsateurs de type solaire observés avec CoRoT), j'ai contribué à adapter aux objets étudiés une méthode utilisée avec succès pour extraire les paramètres des modes du Soleil. J'ai appliqué cette méthode à l'analyse des cinq premiers pulsateurs de type solaire observés avec CoRoT. Un soin particulier a été consacré à l'étude de la significativité des pics détectés, qui a permis de conforter la détection de modes mixtes dans le spectre de l'étoile HD 49385. Dans le cadre de mon travail de modélisation et d'interprétation, j'ai recherché les informations qu'apportent les paramètres sismiques sur la structure du cœur de certaines des étoiles analysées. Ces étoiles possèdent (ou ont possédé) un cœur convectif, dont les caractéristiques dépendent des processus de transport des éléments chimiques (e.g. l'overshooting), aujourd'hui mal décrits par les modèles théoriques. J'ai modélisé trois pulsateurs de type solaire de masses et de stades évolutifs différents, dont les paramètres sismiques permettent de sonder le cœur et donc de contraindre observationnellement les processus de transport. En particulier, la détection dans l'étoile HD 49385 de modes mixtes en croisement évité m'a amené à étudier l'apport de ce type de mode à la compréhension de la structure du cœur.

Les étapes de mélange sont souvent délicates à appréhender, car il subsiste encore des lacunes sur les lois dynamiques qui régissent ces opérations. De ce fait, la prédiction de l’homogénéité d’un mélange de poudres nécessite encore de nombreux essais. Dans ce travail de thèse, nous nous attachons à développer une méthodologie qui permet de contribuer au développement de modèles prédictifs dans les mélangeurs de poudres tout en mettant en évidence des invariants possibles pour les changements d’échelle sur ces procédés. Ainsi nous avons étudié l’agitation de poudres, avec différentes résistances à l’écoulement, dans un mélangeur convectif planétaire de type Triaxe® d’une contenance de 48 L. Des mesures de propriétés rhéologiques à l’échelle du laboratoire (rhéomètre FT4, voluménomètre) sont effectuées afin de mieux comprendre le comportement des poudres à l’échelle du mélangeur. Un mélangeur convectif prototype a été conçu dans le cadre de cette thèse. Cet appareil polyvalent constitué d’une cuve cylindrique transparente et agité par un mobile constitué de quatre pales, permet de visualiser les régimes et les mécanismes d’écoulement tout en effectuant des mesures rhéologiques. Deux régimes d’écoulement ont été identifiés (roulement, cataracte), ainsi que trois mécanismes (convection, diffusion et avalanche). Ces mécanismes ont permis d’établir un modèle stochastique, dont les paramètres ont été évalués expérimentalement pour une poudre à écoulement libre et pour une poudre cohésive<br>Mixing systems are usually difficult to understand, because there is a lack of knowledge concerning dynamic laws ruling these operations. Thus, nowadays, several tests are needed to predict properly the homogeneity of a powder mix. Throughout this PhD work, a method is developed to build predictive models for powder mixers and to bring out possible invariants for scale switching on these processes. Thus the stirring of powders is studied using different flow resistances within a 48L capacity Triaxe®, a convective planetary mixer. Rheological properties measurements are done at labscale (FT4 rheometer, volumenometer) for a better understanding of powder behavior at a wider mixer scale. A prototype blender has been built for this work. This polyvalent device, made of four blades and of a transparent vessel, allows to observe flow regimes and mechanisms, and to do rheological measurements. Two flow regimes have been identified (rolling, cataracting) and three flow mechanisms (convection, diffusion and avalanching). These mechanisms allowed to do stochastic modelling, for which parameters have been evaluated with experiments for free-flowing and cohesive powders

La Mousson Africaine est un système complexe, qui présente des variations interannuelles très importantes. Ces variations se traduisent par des fluctuations considérables des précipitations. Avoir une meilleure compréhension du système complexe qu'est la mousson peut permettre de mieux cerner les mécanismes qui influencent la production des précipitations sur le Sahel. La première partie de ce travail consiste en une comparaison entre deux saisons de mousson aux régimes de précipitations différents afin d'extraire les caractéristiques communes et différentes, pour les appliquer à l’étude de la saison de mousson de la campagne AMMA. Cette étude est complétée par une compréhension des processus dynamiques et thermodynamiques qui sont à l'origine du déclenchement de l'Onset de la mousson, et qui permettent l'installation des conditions favorables au développement des précipitations sur le Sahel. Le second volet est basé sur les mécanismes physiques qui entrent en compte dans le cycle de vie des lignes de grains sur le Sahel. Enfin, la dernière partie traite de l'impact des systèmes de méso-échelle sur leur environnement en terme de bilan de chaleur et d'humidité.

En aquesta tesi s'aborda l'estudi de la turbulència convectiva, a partir d'un treball experimental realitzat a l'estany de Banyoles. Més concretament, els objectius s'emmarquen en dues categories diferents. En la primera, es pretén sistematitzar el marc teòric-conceptual de la turbulència i més concretament de la turbulència convectiva, el qual es troba molt dispers a la bibliografia i sovint enfocat des de perspectives prou diverses. Dins aquest primer objectiu també es pretén sistematitzar tot un conjunt d'eines experimentals de tractament de dades que ens permetran obtenir els valors de les velocitats de dissipació de l'energia cinètica turbulenta i de la variància de temperatura de forma automàtica y obtenir els fluxos turbulents. També volem abordar la caracterització del les escales turbulentes, pel que treballarem amb l'escala de Thorpe i utilitzarem l'anàlisi d'ondetes del senyal de microstructura tèrmica. Dins la segona categoria d'objectius, aquests aplicats directament a l'estany de Banyoles, es pretén aplicar els conceptes desenvolupats al primer objectiu en dos sistemes convectius, un de tipus plomall i l'altre del tipus multidifusiu. Dins aquest context, en els dos primers capítols es presenta teòricament com s'obtenen els fluxos turbulents i s'introdueixen els fenòmens convectius, i en el tercer i quart capítols es descriuen tot un conjunt d'eines d'anàlisi experimental que ens serviran per a l'estudi del cas concret de la convecció al fons de l'estany de Banyoles.

Au cours de la diagenese, les transformations mineralogiques induites par les mouvements du fluide sont susceptibles de modifier les caracteristiques geophysiques des aquiferes et des reservoirs sedimentaires. Cette these a pour but (i) de contribuer a la modelisation mathematique de ces processus et (ii) d'appliquer ces modeles a deux cas d'interet geologique : l'aquifere du dogger du bassin de paris et les reservoirs greseux affectes par des circulations thermo-convectives