Academic literature on the topic 'Processus nuageux'

La compréhension de nuage de points LiDAR consiste à reconnaitre les objets qui sont présents dans la scène et à associer des interprétations aux nuages d’objets qui le composent. Les données LiDAR acquises en milieu urbain dans des environnements à grande échelle avec des systèmes terrestres de télémétrie mobile présentent plusieurs difficultés propres à ce contexte : chevauchement entre les nuages de points, occlusions entre les objets qui ne sont vus que partiellement, variations de la densité des points. Compte tenu de ces difficultés, beaucoup de descripteurs tridimensionnels (3D) proposés dans la littérature pour la classification et la reconnaissance d’objets voient leurs performances se dégrader dans ce contexte applicatif, car ils ont souvent été introduits et évalués avec des jeux de données portant sur de petits objets. De plus, il y a un manque de comparaison approfondie entre les descripteurs 3D mis en œuvre dans des environnements à grande échelle ce qui a pour conséquence un manque de connaissance au moment de sélectionner le descripteur 3D le plus adapté à un nuage de points LiDAR acquis dans de tels environnements. Le présent article propose une revue approfondie des travaux portant sur l’application des descripteurs 3D à des données LiDAR acquises en milieu urbain dans des environnements à grande échelle avec des systèmes terrestres de télémétrie mobile. Les principaux descripteurs 3D appliqués dans de tels contextes sont ainsi recensés. Une synthèse de leurs performances et limites est ensuite effectuée de manière comparative sur la base des travaux disponibles dans la littérature. Enfin, une discussion abordant les éléments impactant le plus les performances des descripteurs et des pistes d’amélioration vient compléter cette revue.

Les nuages représentent un milieu de dissolution de nombreux composés chimiques à la fois sous la forme de gaz et de particules. Ces composés peuvent subir dans cet environnement multiphasique de nombreuses transformations complexes induites par le rayonnement solaire, les processus microphysiques ou encore l'activité des micro-organismes vivants dans les nuages. Cet article présente de façon résumée les activités d'observation et de recherche sur les nuages menées sur le site atelier du puy de Dôme au cours des 20 dernières années. Il se focalise plus particulièrement sur les développements méthodologiques tant en termes de prélèvements que de caractérisations du milieu et des processus de transformation. Ce travail est le résultat de la création d'un consortium unique regroupant des physiciens, des biologistes et des chimistes oeuvrant à une question commune autour du rôle des nuages dans les processus atmosphériques. Many chemical compounds coming from both the gaseous and particulate phases dissolve into cloud droplets. These compounds can undergo in this multiphasic environment many complex transformations induced by light, microphysical processes or even by the activity of microorganisms living in clouds. This article summarizes the observation and research activities on clouds sampled at the puy de Dôme site over the past 20 years. A particular focus is made to highlight methodological developments both in terms of sampling and characterization of the cloud medium and transformation processes occurring within it. This has been achieved by the creation of a unique consortium grouping together physicists, biologists and chemists working on a common question on the role of clouds on atmospheric processes.

Le relevé par Scanner Laser Terrestre (SLT) et le traitement de ces données, ou lasergrammétrie, est en pleine évolution depuis plusieurs années. Les domaines de l'architecture et de la sauvegarde du patrimoine culturel bénéficient de plus en plus des produits dérivés de cette technologie. L'apparition de la lasergrammétrie a permis l'inventaire, l'archivage et la modélisation tridimensionnelle des édifices et des sites. Toutefois, le processus de traitement des données brutes et de production des produits dérivés est long et parfois difficile. Des travaux de recherche ont alors permis d'automatiser certaines étapes de traitement. Dans le cadre de l'analyse de façades de bâtiments historiques, les approches de traitement automatique développées pour l'identification des plans et des détails, dont la phase de segmentation, sont généralement géométriques. Ces approches présentent cependant des limites dans l'identification des éléments de façades appartenant au même plan. Dans ce contexte, nous proposons un nouveau processus automatique de segmentation d'un nuage de points. Ce processus intègre l'ensemble des composantes du nuage de points à savoir les composantes géométriques et radiométriques - couleur et intensité laser. Nous présentons ensuite une nouvelle méthode de filtrage des résultats de segmentation basée sur la triangulation de Delaunay. L'étape finale consiste à détecter les contours des éléments segmentés en vue de l'établissement d'un modèle vectoriel. Cette méthode est testée sur des façades des anciennes Médinas au Maroc dont celle de la Médina de Casablanca. Nos résultats montrent l'importance d'intégrer toutes les composantes du nuage de points pour l'établissement du modèle vectoriel.

La synergie entre campagnes de mesures et modélisation numérique a permis de faire fortement progresser notre compréhension des interactions sol-végétation-atmosphère. Ces progrès ont conduit à l'élaboration du modèle de surface Isba développé par Joël Noilhan et utilisé aujourd'hui encore dans les modèles de prévision opérationnelle de Météo-France. Cet article vise à illustrer l'apport des campagnes de mesures dans l'amélioration de nos connaissances des processus en surface à travers trois exemples, Hapex-Mobilhy pour l'étude du bilan hydrique, Carbo-Europe pour l'étude du bilan en carbone et l'étude du brouillard sur l'aéroport Paris-CdG pour l'influence des conditions de surface sur les nuages bas. The synergy between field experiments and numerical modeling has allowed to significantly advance our understanding of soil-vegetation-atmosphere interactions. This progress led to the ISBA surface model developed by Joël Noilhan and used today in Météo-France's operational forecasting models. This article aims to illustrate the contribution of field experiments in improving our knowledge of surface processes through three examples: Hapex-Mobilhy, Carbo-Europe, and the study of fog at Paris-CdG airport.

L'analyse de 561 jours d'orage sur 6 années de données de l'imageur d'éclair 3D Saetta a permis d'identifier des nuages convectifs en région Corse présentant une structure électrique anormale et apparaissant par flux de sud de poussières désertiques africaines. L'explication physique des processus électriques apporte les bases pour comprendre ce que l'imageur permet de déduire sur la structure électrique des cellules orageuses. Des hypothèses microphysiques et radiatives conduisant à un faible contenu en gouttelettes d'eau surfondue à l'origine de cette électrisation anormale sont explorées en s'appuyant sur l'analyse du contexte en aérosols et des conditions météorologiques environnantes. The analysis of 561 days of thunderstorms over 6 years of data from the 3D lightning imager Saetta has allowed to identify convective clouds in Corsica region with an abnormal electrical structure and appearing by southern flow of African desert dust. The physical explanation of the electrical processes brings the basis to understand what the imager allows to deduce about the electrical structure of thunderstorm cells. Microphysical and radiative hypotheses leading to a low content of supercooled droplets at the origin of this abnormal electrification are explored by relying on the analysis of the aerosol context and the surrounding meteorological conditions.

La représentation des processus physiques associés aux surfaces continentales, incluant les échanges de chaleur, d'humidité et de quantité de mouvement avec l'atmosphère, ainsi que l'analyse des conditions initiales pour ses principales variables influencent de manière substantielle la prévision atmosphérique près de la surface, en plus d'avoir un impact sur la production de nuages et des précipitations. Comment les surfaces continentales sont-elles représentées dans les modèles de prévision numérique du temps ? Quelles sont les problématiques propres à la prévision numérique du temps dans cette représentation ? Ces questions sont examinées dans cet article en utilisant des exemples tirées du modèle Isba (Interactions solbiosphère-atmosphère) développé à Météo-France et du système d'assimilation de surface du Service météorologique du Canada. The representation of physical processes over land, including heat, humidity, and momentum exchanges with the atmosphere, as well as accurate initialisation of its main prognostic variables, has a substantial influence on numerical prediction of the near-surface atmosphere and on the formation of clouds and precipitation. How are continental surfaces represented in numerical weather prediction (NWP) models? What are the scientific issues specif ic to NWP for this representation? These are questions examined in this study using examples from the Isba (Interactions Soil-Biosphere-Atmosphere) land surface scheme developed at Météo-France and the land data assimilation system from the Meteorological Service of Canada.

Les systèmes aériens sans pilote, appelés encore drones, se présentent comme une nouvelle tendance dans le domaine de la télédétection et connaissent un essor sans précédent dans le domaine civil depuis le début de la dernière décennie. Ces systèmes permettent de combler plusieurs lacunes de la télédétection aéroportée. En effet, contrairement aux avions, les drones se caractérisent par une facilité et une rapidité de mise en oeuvre, et par l’acquisition d’images à très haute résolution spatiale. Ce mode d’acquisition à coûts d’opération très réduits offre également des vols à basses altitudes réduisant ainsi les nuisances atmosphériques et l’effet des nuages fréquemment présents dans les acquisitions aéroportées. Les drones sont utilisés en combinaison avec différents capteurs imageurs. Les capteurs hyperspectraux montés sur ce type de plateforme figurent parmi les solutions en émergence. Comme toute donnée de télédétection, les données d’imagerie hyperspectrale acquises depuis un drone doivent être corrigées des différentes distorsions et dégradations avant de pouvoir être exploitées. L’utilisation du drone est encore en phase d’exploration et n’a pas encore atteint sa maturité notamment lorsqu’il est combiné avec un capteur hyperspectral. En effet, peu de travaux ont été consacrés à l’étude de ce système et de ses capacités. Cet article propose de passer en revue les différents types de distorsion affectant les données hyperspectrales acquises depuis un drone ainsi que les prétraitements à mettre en oeuvre pour les corriger.

L’évolution côtière est complexe, notamment par la migration de la ligne de rivage et l’apparition successive de zones d’érosion ou d’accumulation. Les suivis quantitatifs des systèmes côtiers sont largement utilisés afin de comprendre leurs évolutions temporelle et spatiale. Plusieurs méthodes d’acquisition topographiques ont été utilisées (GNSS RTK, LiDAR aéroporté et LiDAR terrestre statique ou mobile) où chaque méthode présente des avantages et des inconvénients lors de suivis d’environnements côtiers. L’objectif de cet article est de quantifier la précision d’un système LiDAR mobile (SLM) terrestre et d’évaluer s’il peut répondre aux principaux défis des levés topographiques en milieu côtier qui consistent à réaliser des levés à une haute résolution temporelle, à moindre coût, tout en assurant une bonne précision altimétrique et une bonne résolution spatiale. Les résultats montrent que la résolution spatiale est centimétrique et que la précision altimétrique est de 0,039 m (RMS calculé sur 124 points de contrôle). La haute précision altimétrique et la haute résolution spatiale permettent de maximiser la précision des calculs de volume sédimentaire et ainsi diminuer les coûts associés à l’erreur de calcul, notamment lors de projets de recharge sédimentaire de plage. Cela permet aussi d’assurer le positionnement exact de limites marégraphiques et géomorphologiques. En comparaison à des profils topographiques obtenus par méthodes clas siques, la forte densité des nuages de points observés avec un SLM permet de cartographier des formes morphologiques de faible amplitude diminuant ainsi l’erreur due à l’interpolation.

La Atmósfera de Eliseo Reclus constituye una síntesis de los avances alcanzados en los diversos campos de la ciencia a mediados del siglo XIX. En este sentido, él no fue un investigador directo sino un recopilador del saber científico y de todos los descubrimientos con continuas referencias a los principales investigadores de su época. Integran su obra un estudio sobre los diversos gases que forman parte de la atmósfera y el sistema de circulación de los vientos; la formación de los ciclones y las leyes que rigen su movimiento; nubes, lluvia y temperatura y su reparto sobre las diversas partes del mundo, con contrastes entre los dos hemisferios, entre costas orientales y occidentales de los continentes, entre zonas costeras e interior y entre llanuras y montañas. [fr] L 'Atmosphere d'Elysée Réclus c onstitue une vraie synthese du développement des divers champs scientifiques auxquels atteignit la Science a la moitié du XIX' siecle. Dans ce sens i1 ne fut pas un vrai investigateur, mais un compileur de la connaisance scientifique et de les decouvertes des principaux savants de son époque. Cette oeuvre est composée d'une étude sur les divers gazes qui font partie de l'atmosphere, ainsi que sur le systeme de la circulation des vents; la formation des c yclons et les lois qui dirigent leur mouvement; les nuages, les pluies et la température, meme que son écart aux diverses parties du monde. Les contrastes entre les deux hemispheres, entre les cotes orientales et occidentales, entre les cotes et l'interieur et entre la plaine et les montagnes.

Le rôle des nuages sur la composition chimique atmosphérique est encore mal connu. Les composés chimiques présents sous forme de particules et de gaz sont transformés efficacement lors de leur passage dans le nuage par des processus photochimiques et microbiologiques. Les objectifs de ce travail de thèse étaient d’analyser l’efficacité de ces processus dans la transformation des composés chimiques à l’aide du modèle multiphasique de chimie du nuage CLEPS (CLoud Explicit Physico-chemical Scheme). Le premier travail a consisté à étudier la capacité oxydante du nuage sur la base de comparaisons entre des données expérimentales et simulées de vitesses de production du radical HO• pour des eaux nuageuses prélevées au puy de Dôme. Ces comparaisons ont montré que la photoréactivité du fer comme source de ce radical est surestimée par le modèle. Cela provient de la complexation du fer dans les échantillons naturels qui n'est pas considérée dans le modèle. Le modèle a également montré que la photolyse du peroxyde d’hydrogène représente la voie majoritaire dans la formation des radicaux HO•. Dans un second temps, les hypothèses formulées lors de la construction du nouveau mécanisme chimique en phase aqueuse CLEPS ont été validées par le biais d’expériences d’irradiation sur un composé cible, l’acide tartronique, réalisées en laboratoire et simulées avec le modèle. Le travail expérimental a confirmé la formation de l’acide glyoxylique prédite par le mécanisme en phase aqueuse du modèle. Ce dernier reproduit l’évolution temporelle des concentrations en acide tartronique et de son premier produit d’oxydation, l’acide glyoxylique mais sous-estime la formation de l’acide formique qui est un des produits finaux de l’oxydation de l’acide tartronique. Enfin, le modèle a été développé pour prendre en compte des vitesses de biodégradation mesurées en laboratoire. Le modèle permet de comparer l’efficacité des processus radicalaire et microbiologique dans la dégradation de quatre espèces chimiques en testant l’effet de paramètres environnementaux clés (température, flux actinique). L’activité biologique a été reconnue comme plus efficace dans le scénario estival que dans le cas hivernal et la contribution des microorganismes la nuit est dominante pour les deux scénarios. Un test de sensibilité a démontré que la contribution de l’activité microbienne dans la dégradation des composés chimiques est fortement accrue par rapport à la réactivité photochimique lorsque le fer est entièrement complexé
The role of clouds on the atmospheric chemical composition is still poorly known. The chemical compounds under the form of particles and gases are efficiently transformed in the cloud by photochemical and microbiological processes. The thesis objectives were to analyze the efficiency of these processes in the transformations of the chemical compounds using the multiphase cloud chemistry model CLEPS (CLoud Explicit Physico-chemical schema). The first work consisted in studying the cloud oxidizing capacity based on comparisons between HO• radical production rates for irradiated cloud water sampled at the puy de Dôme station determined experimentally in the lab data and modeled with CLEPS. These comparisons showed that the model overestimates the contribution of the iron photolysis in the production of HO• radicals. This is due to the complexation of iron in cloud water samples that is not considered in the model due to the lack of data. The model also showed that the photolysis of hydrogen peroxide represents the major source of the HO• radicals in the aqueous phase. Secondly, the new protocol for cloud aqueous phase oxidation of organic compounds developed to build the CLEPS model was validated based on irradiation experiments of a target compound, the tartronic acid that were simulated by the model. The experimental work confirmed the formation of glyoxylic acid predicted by the aqueous phase mechanism in the model. It reproduces the temporal evolution of the concentrations of tartronic acid and of its first oxidation product, the glyoxylic acid but underestimates the formation of formic acid which is one of final products of the tartronic acid oxidation. Finally, the model was developed to take into account biodegradation rates measured in the laboratory. The model allows comparing the efficiency of the chemical and microbiological processes for the degradation of four chemical species and testing the effect of key environmental parameters (temperature, actinic flow). The biological activity was recognized as more effective in the summer case than in the winter case and the contribution of microorganisms the night is dominant for both scenarios. A sensitivity test demonstrated that the contribution of the microbial activity in the degradation of the chemical compounds is strongly increased in comparison with the photochemical reactivity when the iron is supposed to be totally complexed

Dans l'atmosphère, la matière organique est omniprésente et joue un rôle important par son action sur le bilan radiatif de la Terre et par son impact sur la santé publique notamment dans les zones fortement polluées. A ce jour plus de 10000 Composés Organiques Volatils différents ont été identifiés dans l'atmosphère. Leurs propriétés physico-chimiques (solubilité, volatilité, réactivité, ...) sont variées et mal documentées. Leur distribution est perturbée par la présence de nuage qui représente un milieu réactif. L'objectif de cette thèse est d'évaluer la contribution des processus physico-chimiques sur la redistribution des COV à partir d'études numériques via le modèle de processus M2C2 (Model of Multiphase Cloud Chemistry). Les résultats sur les processus microphysiques en phase mixte ont montré que la rétention des composés chimiques dans les cristaux de glace qui grossissent principalement par givrage des gouttelettes de nuage, est un processus important dans la redistribution des espèces en phase gazeuse, comme la forme des cristaux (complexe ou sphérique). Par ailleurs, une intensité du givrage plus élevée entraîne un dégazage des composés chimiques dissous dans l'eau liquide nuageuse plus important et réparti sur une gamme de températures plus faibles dans le cas des cristaux complexes. La chimie en phase aqueuse du modèle M2C2 a été confrontée et calibrée avec des mesures effectuées lors d'expériences d'irradiations d'échantillons d'eau synthétique (i.e. de composition chimique connue). Ce travail a mis en évidence la complexité du système HxOy/fer et les incertitudes associées, notamment en présence de matière organique. Ces premières études ont montré la nécessité, dans le cas considéré, de prendre en compte la photolyse du complexe fer/oxalate à un seul ligand Fe(C2O4)+ et d'étudier expérimentalement la formation de complexes fer - acide formique en détail. Cette thèse aborde le développement de la chimie en phase aqueuse dans M2C2 en ajoutant les voies d'oxydation des composés organiques à deux atomes de carbone à partir de données expérimentales et d'analogie mécanistiques. Ce nouveau mécanisme a été testé sur un ensemble de scénarios académiques (urbain, rural et marin). Les résultats montrent, dans le cas d'un scénario urbain, que les COV influent sur l'évolution temporelle du radical hydroxyle en phase aqueuse à travers une modification importante de ses sources et de ses puits ; notamment par la présence de nouveaux complexes organiques avec le fer. Les alcools, transférés en phase aqueuse ne contribuent que très faiblement, par oxydation, aux aldéhydes dissous. Les aldéhydes sont issus principalement de la phase gazeuse. Enfin, les acides carboxyliques en phase aqueuse sont produits par oxydation des aldéhydes à un taux du même ordre de grandeur que celui de leur transfert de masse.

Cette thèse porte sur l’étude de la répartition des radionucléides dans l’atmosphère et de sa variabilité spatiale et temporelle. Les radionucléides objets de cette étude sont ceux mesurés par les stations du système de surveillance international (IMS) de l’Organisation du traité d’interdiction complète des essais nucléaires, et plus particulièrement les deux radionucléides naturels, 7Be et 210Pb, fréquemment utilisés dans l’étude du transport atmosphérique. L’outil principal est le modèle de circulation générale LMDz. Grâce à leur sources situées dans la haute troposphère et la stratosphère pour le 7be et dans la basse troposphère pour 210Pb, ces traceurs sont utiles pour évaluer les processus qui le redistribuent verticalement. Les tropiques constituent la région dont les concentrations à la surface sont le plus mal simulées par le modèle LDMz. Ce désaccord entre mesures et simulations met en évidence le besoin d’une meilleure représentation du transport dans les systèmes convectifs et une meilleure compréhension des processus physiques représentés dans le modèle. Nous avons développé une paramétrisation du transport des radionucléides et de leur élimination par la condensation à l’intérieur des nuages convectifs profonds et par les précipitations. Elle suit le modèle convectif d’Emanuel et a été développée dans le modèle de climat LMDz. L’analyse des différents processus affectant la distribution des traceurs dans le modèle 1D montre comment les processus convectifs et de précipitations de grande échelle combinent leurs effets. Les descentes précipitantes de la convection profonde déplacent du 7Be à la surface et en déposent peu dans la troposphère moyenne, les pluies de grande échelle éliminent le 7Be de toute la troposphère
This thesis focuses on the distribution of radionuclides in the atmosphere and of its spatial and temporal variability. Randionuclides, studied in this thesis, are thus from the International Monitoring System of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, particularly the two natural radionuclides 7Be et 210Pb which are frequently uses for atmospheric transport study. The main tool is the LMDz climate model. Thanks to the high/low tropospheric radionuclides sources, these tracers are useful for the evaluation of processes which affect its distribution. Tropics are the region where radionuclides surface concentrations are the worst simulated by the LMDz model. The disagreement between observations nd simulations underlines the need to a better representation of transport in convective systems et a better understanding of physical processes in the model. We developed a parametrization of transport of radionuclide and its removal by incloud condensation and by precipitation by convective clouds. The scheme follows closely the Emanuel moist convection scheme and has been developed in LMDz climate model. The analysis of the different processes affecting tracers distribution in the unicolum version of LMDz show how convective and large-scale processes combine their effects to move vertically tracers. Convective precipitating downdrafts move down 7Be at the surface, with the help of the evaporation of convective and large-scale precipitation, whereas large-scale condensation removes the radionuclide from the whole troposphere

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
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

Le travail de recherche effectué durant cette thèse s'intéresse à l'effet indirect des aérosols sur le climat. Certains aérosols, les noyaux de condensation nuageux, donnent naissance aux gouttelettes de nuage. En modifiant la nature chimique et la distribution des aérosols, on peut modifier la concentration des gouttelettes et, par conséquent, les propriétés radiatives des nuages et leur efficacité à produire des précipitations. Cet effet est particulièrement sensible dans les strato-cumulus marins. Pour modéliser cet effet dans un modèle de grande échelle, il est nécessaire de paramétrer l'interaction entre aérosols et concentration de gouttelettes nuageuses, la croissance des gouttelettes dans les nuages de couche limite et enfin l'interaction entre la microphysique et les propriétés radiatives des nuages. Cette étude porte sur la première étape : interaction aérosol/nuage. Tout d'abord, les mesures des propriétés physiques et chimiques des aérosols réalisées durant la campagne ACE-2 ont été analysées, dans le but de valider les mesures effectuées. . .

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.

Un modele unidimensionnel est developpe afin de simuler les electrisations des nuages chauds. L'originalite de ce modele reside dans le fait qu'il comporte un schema microphysique et electrique base sur la distribution conjointe de charges et de dimensions afin de simuler la distribution des charges electriques des particules nuageuses de dimensions differentes. Dans la premiere partie de cette etude, nous avons examine le temps necessaire pour le developpement de la distribution quasi equilibree de charges electriques du aux processus microphysiques. Ces simulations effectues a l'aide d'un modele 0-d montrent: 1) que la distribution quasi-equilibree de la charge electrique des gouttes s'etablit rapidement sous l'effet conjugue de la coalescence, de la collision partielle et de la rupture par collision; 2) que cette distribution peut etre normalisee par le champ electrique et la teneur en eau. Dans la seconde partie de l'etude, l'electrisation d'un nuage chaud est simulee en integrant ce schema microphysique dans un modele unidimensionnel de nuage. Les resultats de simulations ont ete analyses sous deux angles: 1) la verification de la normalisation de la charge et de la dimension sous un champ electrique evoluant avec le temps; 2) la comparaison de simulations avec les observations. Nous avons pu montrer que la normalisation de la charge electrique est possible, meme lorsque le champ electrique et la teneur en eau varient suivant le developpement du nuage: le temps caracteristique pour l'etablissement de la distribution quasi equilibree de charges electriques est plus court que celui de l'evolution des champs. La comparaison des resultats de simulations avec les donnees experimentales disponibles nous a permis de montrer: 1) que la repartition de la charge entre differents types de porteurs depend tres sensiblement du choix des mecanismes de generation de charges integres dans le modele; 2) que

Au vu de l'ampleur et de la diversité des rôles que joue le système nuageux dans l'ensemble des processus atmosphériques, le mode de formation des gouttelettes de nuage à partir de particules d'aérosols, ainsi que les mécanismes de croissance et d'interaction de ces dernières avec les composés gazeux environnants suscitent un grand intérêt au sein de la communauté scientifique. C'est dans ce cadre que cette étude s'est attachée à compléter notre connaissance des propriétés physico-chimiques des noyaux de condensation des nuages (CCN) et de leur influence sur la microphysique des gouttelettes. Une détermination expérimentale des propriétés des aérosols est en premier lieu à la base d'une classification simple des masses d'air rencontrées sur le site du puy de Dôme. Les masses d'air rencontrées sur ce site montrent une anthropisation principalement associée à une augmentation de sels inorganiques. La discrimination des familles de composés inorganiques et carbonées en diverses classes de tailles permet d'observer une répartition des espèces particulaires en mélange externe. Cette observation a des conséquences sur le comportement de ces particules lors de la formation d'un nuage. Un montage expérimental complexe (Counterflow Virtual Impactor, Round Jet Impacteur, Whole Air Inlet) permet d'observer, pour une même classe de taille, une incorporation des composés inorganiques solubles significativement plus élevée que l'incorporation des composés organiques carbonés. Une altération des aérosols à leur surface modifie plus en avant leur comportement hygroscopique. L'utilisation d'un modèle microphysique d'activation de CCN montre que l'accord entre les taux simulés et les taux mesurés sont grandement améliorés si l'hypothèse de mélange externe de particules modifiées à leur surface est prise en compte. Enfin, l'échantillonnage de la phase liquide du nuage associé aux mesures précédentes nous permet de conclure qu'aucune des phases (particulaire ou gazeuse) ne peut être négligée pour rendre compte de la composition finale des gouttelettes de nuage. Après évaporation de la gouttelette, le résidu solide est plus enrichi en nitrate qu'en sulfate par son passage dans le cycle nuageux.

Dans un contexte de réchauffement climatique, une compréhension des mécanismes atmosphériques influençant le bilan radiatif terrestre est nécessaire. Les nuages peuvent participer à un refroidissement mais des incertitudes demeurent sur ces systèmes qui sont encore mal connus (notamment la composition de leur fraction organique). Depuis toujours, seules les réactions chimiques et surtout celles radicalaires sont considérées comme importantes pour jouer sur la composition des nuages. Cependant la découverte de microorganismes métaboliquement actifs pose la question de leur rôle en tant que biocatalyseurs. Ces microorganismes sont en effet à même d'utiliser des molécules carbonées comme nutriments, de dégrader des molécules précurseur des radicaux (H2O2) et de se prémunir contre le stress oxydant. L'objectif de ce travail est de mesurer l'impact des processus photochimiques et biologiques sur la composition chimique du nuage. Pour cela, la quantification de •OH, le radical responsable de la réactivité diurne, et l’évaluation de l’impact des microorganismes sur cette concentration à l’état stationnaire ont été entreprises. Après un développement en milieu modèle, la méthode a été appliquée à des eaux atmosphériques (eaux de pluies et eaux de nuages). Les concentrations obtenues sont de l'ordre de 10-17 à 10-15 M et ne sont pas modifiées en présence de microorganismes. Ces concentrations sont plus faibles que celles obtenues dans les modèles de chimie atmosphérique, ceci peut s’expliquer par un manque de connaissance sur la matière organique. Pour mieux caractériser cette dernière, des composés aromatiques simples présents dans des eaux de nuages ont été identifiés, le phénol a été retrouvé dans les 8 échantillons analysés. Une étude approfondie sur sa dégradation a donc été entreprise. Nous avons montré que des transcrits d’enzymes intervenant dans sa biotransformation sont synthétisés par les bactéries in situ dans l’eau de nuage. De plus, 93% des souches bactériennes testées, isolées de ce milieu, dégradent le phénol. Pour évaluer l'impact relatif des processus de dégradation biotique et abiotique du phénol, une expérience de photobiodégradation avec une souche modèle (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28) a été entreprise. Ces deux processus interviennent avec une importance de même ordre de grandeur. Ces résultats suggèrent que les microorganismes et les radicaux interviennent dans la remédiation naturelle de l'atmosphère
In the context of global warming, more precise knowledge of atmospheric processes is needed to evaluate their impact on the Earth radiative budget. Clouds can limit the increase of temperature but this retroaction is not well understood due to a lack of knowledge of cloud media (like organic fraction composition). From the beginning of atmospheric studies, only chemical, especially radical, reactions was taken into account. However microorganisms metabolically active were found in cloud water arising questions about their role as biocatalyst. They are able to use carboxylic acids as nutriments, to degrade radical precursor (like H2O2) and to survive oxidative stress. The aim of this work is to quantify the impact of photochemical and biological processes on cloud chemistry composition. First, the concentrations of •OH, the most reactive radical, were evaluated and the influence of microorganisms on the concentrations were studied. A new method was developed in artificial medial before direct quantification of steady state •OH concentration in atmospheric waters (rain and cloud waters). Concentrations ranged from 10-17 to 10-15 M and did not change in presence of microorganisms. These measures were lower than concentrations estimated by chemical atmospheric models. A possible explanation was an underestimation of the main sink of this radical (organic matter). To better characterize this fraction, simple aromatic compounds were identified in cloud waters, phenol was found in the 8 samples analyzed. To go further, we studied phenol degradation in detail. Enzyme transcripts involved in phenol degradation were present in cloud water samples showing in situ activity of native bacteria. 93% of tested cultural strains, isolated from cloud waters, were able to degrade phenol. To quantify the relative contribution of radical versus microbial processes allowing phenol degradation, we performed photo-biodegradation experiment with a model strain (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28). Our results showed that these two processes participated equally to phenol degradation, suggesting that microorganisms and radicals can be involved in atmospheric natural remediation

Malgré les avantages économiques de l’informatique en nuage (ou cloud computing) pour les entreprises et ses multiples applications envisagées, il subsiste encore des obstacles pour son adoption à grande échelle. La sécurité des données sauvegardées et traitées dans le nuage arrive en tête des préoccupations des décideurs des directions des systèmes d'information. De ce fait, l'objectif principal de nos travaux de recherche lors de cette thèse de doctorat est de poser des bases solides pour une utilisation sûre et sécurisée du nuage. Dans un premier lieu, l’externalisation des processus métiers vers le nuage permet aux entreprises de réduire les couts d’investissement et de maitriser les couts d’exploitation de leurs systèmes d’information ; Elle permet aussi de promouvoir la réutilisation des parties (ou fragments) de ses processus métiers en tant que service cloud, éventuellement par des concurrents directs, afin de faciliter le développement de nouvelles applications orientés services ‘SOA’, ainsi la collaboration à l’échelle du nuage. Néanmoins, le fait de révéler la provenance d’un fragment réutilisé est considérée comme une brèche dans la vie privée et risque d’être dommageable pour l’entreprise propriétaire de ce fragment. Les techniques d’anonymisation des données ont fait leurs preuves dans le domaine des bases de données. Notre principale contribution dans cette partie est la proposition d’un protocole basée sur l’anonymisation des fragments de processus métiers afin de garantir à la fois, la vie privée de leurs propriétaires et la disponibilité de ces fragments pouvant être réutilisés dans le nuage. Les systèmes d’authentification biométriques permettent une authentification des individus avec une garantit suffisante. Néanmoins, le besoin en ressources informatiques ‘calcul et stockage’ de ces systèmes et le manque de compétences au sein des organismes freinent considérablement leurs utilisations à grande échelle. Le nuage offre la possibilité d’externaliser à la fois le calcul et le stockage des données biométriques à moindre cout et de proposer une authentification biométrique en tant que service. Aussi, l’élasticité du nuage permet de répondre aux pics des demandes d’authentifications aux heures de pointes. Cependant, des problèmes de sécurité et de confidentialité des données biométriques sensibles se posent, et par conséquent doivent être traité afin de convaincre les institutions et organismes à utiliser des fragments externes d'authentification biométriques dans leurs processus métiers. Notre principale contribution dans cette partie est un protocole léger ‘coté client’ pour une externalisation (sur un server distant) de la comparaison des données biométriques sans révéler des informations qui faciliteraient une usurpation d’identité par des adversaires. Le protocole utilise une cryptographie légère basée sur des algorithmes de hachage et la méthode de 'groupe de tests combinatoires', permettant une comparaison approximative entre deux données biométriques. Dans la dernière partie, nous avons proposé un protocole sécurisé permettant la mutualisation d’un Hyperviseur (Outil permettant la corrélation et la gestion des événements issus du SI) hébergé dans le nuage entre plusieurs utilisateurs. La solution proposée utilise à la fois, le chiffrement homomorphique et la réécriture de règles de corrélation afin de garantir la confidentialité les évènements provenant des SI des différents utilisateurs. Cette thèse a été réalisée à l'Université Paris Descartes (groupe de recherche diNo du LIPADE) avec le soutien de la société SOMONE et l'ANRT dans le cadre d'une convention CIFRE
Cloud computing has become one of the fastest growing segments of the IT industry. In such open distributed computing environments, security is of paramount concern. This thesis aims at developing protocols and techniques for private and reliable outsourcing of design and compute-intensive tasks on cloud computing infrastructures. The thesis enables clients with limited processing capabilities to use the dynamic, cost-effective and powerful cloud computing resources, while having guarantees that their confidential data and services, and the results of their computations, will not be compromised by untrusted cloud service providers. The thesis contributes to the general area of cloud computing security by working in three directions. First, the design by selection is a new capability that permits the design of business processes by reusing some fragments in the cloud. For this purpose, we propose an anonymization-based protocol to secure the design of business processes by hiding the provenance of reused fragments. Second, we study two di_erent cases of fragments' sharing : biometric authentication and complex event processing. For this purpose, we propose techniques where the client would only do work which is linear in the size of its inputs, and the cloud bears all of the super-linear computational burden. Moreover, the cloud computational burden would have the same time complexity as the best known solution to the problem being outsourced. This prevents achieving secure outsourcing by placing a huge additional overhead on the cloud servers. This thesis has been carried out in Université Paris Descartes (LIPADE - diNo research group) and in collaboration with SOMONE under a Cifre contract. The convergence of the research fields of those teams led to the development of this manuscrit

Audeguy’s Theory of Clouds reaches far beyond the cirrus, cumulus, stratus, and nimbus forms we know. The Krakatoa volcano was “the largest cloud ever recorded,” a natural bomb that was duplicated decades later by the grotesque mushroom cloud over Hiroshima, and the ashes rising from the chimneys of Auschwitz and other concentration camps. Humans have allowed themselves to be “denatured,” destroying themselves and the world in the process. There is an intimate relationship between the microcosm of the human body and the macrocosm of nature, neither of which we can fully understand: a “confrontation between the limitlessness of desire and the unthinkable infinity of nature” (Audeguy, Opera mundi 39). Audeguy’s protagonist Abercrombie is a true “erotologist,” obsessed by the mysterious connection between female bodies (microcosm) and clouds (macrocosm).