Tesis sobre el tema "Forçage physique"

Écoulement d'un fluide visqueux incompressible entre deux cylindres coaxiaux en rotation uniforme. Étude en fonction du nombre de Reynolds, du rapport des rayons des cylindres et du rapport des vitesses angulaires, de l'interaction d'un mode axisymétrique stationnaire et d'un mode non-axisymétrique instationnaire et de l'interaction de deux modes non-axisymétriques instationnaires. Modification de la forme de l'un des cylindres de façon périodique. Conséquences de cette perturbation pour les différents modes

La zone côtière marseillaise présente de forts contrastes. Elle est soumise à de nombreux apports en nutriments et matière organique par le Rhône, les rejets urbains (Marseille) et l'atmosphère. L'objectif de ce travail était de développer, valider et utiliser un modèle tridimensionnel couplé physique-biogéochimique afin d'étudier la réponse de l'écosystème aux différents forçages hydrodynamiques (upwelling, tourbillon anticyclonique marseillais, intrusion du Courant Nord...) et notamment la modulation des apports naturels et anthropiques associés. Le développement du modèle a permis de mettre en évidence la nécessité de bien représenter l'hydrodynamique et les rejets terrestres plutôt que d'augmenter la complexité du modèle biogéochimique dans cette zone côtière. L'étude des simulations réalistes, d'images satellites et de mesures issues de campagnes en mer a fourni des informations sur les caractéristiques spatiales et temporelles de la zone côtière. Cette zone présente des variations saisonnières très marquées, ainsi qu'une forte variabilité journalière due à une succession de forçages hydrodynamiques et terrestres très intenses et de courte durée. Les informations acquises au cours de cette thèse, notamment grâce au calcul de bilans de matière, ont permis de proposer une hiérarchisation de l'impact des évènements étudiés sur la biogéochimie à l'échelle de la baie de Marseille et de la zone côtière. Finalement, les forçages hydrodynamiques ont comme principal effet d'exporter les perturbations anthropiques et terrigènes au large ce qui permet de maintenir l'état oligotrophique dans une majeure partie de la zone côtière, hormis à proximité de l'embouchure du Rhône
Marseille coastal zone is a contrasted area which is submitted to many inputs of nutrients and organic matter by the Rhone, by discharges from the Marseille city and the atmosphere. The objective of this study was to develop, validate and use a 3D coupled physical/biogeochemical model to study the impact of different hydrodynamic forcings (upwelling, anticyclonic eddy (ME), intrusion of the Northern Current ...) on the ecosystem, in particular the modulation of natural and anthropogenic inputs by these forcings. In this coastal zone, model development highlighted that improving the accuracy of hydrodynamics and terrestrial input was more benefit rather than complicating the biogeochemical model. Comparison with field measurements showed that even if the model have some defaults, it reproduces well enough chlorophyll-a and nutrients. The study of realistic simulations, satellite images and sea campaigns measurements provided information on the spatial and temporal characteristics of this coastal zone. This area is characterized by seasonal variations, but also by a strong daily variability due to very intense and short-lived hydrodynamic and terrestrial forcings. The information acquired during this thesis, including through the use of mass budgets, allowed to propose a hierarchy of the impacts on the biogeochemistry of the studied events occurring across the Bay of Marseilles and the coastal zone. Finally, hydrodynamic forcings appeared to mainly export the anthropogenic and terrigenous inputs offshore which maintained the oligotrophic state in most of the coastal zone, except near the mouth of the Rhone River

La partie nord du Système du courant de Humboldt (NSCH) couvre moins de 0.1% de la surface océanique mondiale mais produit plus de poisons, en particulier d'anchois du Pérou (Engraulis ringens), par unité de surface que n'importe quelle autre région du monde. Bien que ce système produise suffisamment de macrozooplancton pour alimenter les populations de poisson fourrage, le manque d'informations sur ce compartiment limite nos capacités d'étude. L'objectif de cette thèse est d'étudier la dynamique de la distribution spatiotemporelle de la biomasse en macrozooplancton du NSCH en relation avec l'environnement physique et les poissons fourrage, à différentes échelles. Pour ce faire une méthode acoustique bi-fréquences a été développée et appliqué à des séries de données acoustiques historiques. Des informations à haute résolution ont ainsi pu être extraite sur la biomasse et les patrons de distribution du macrozooplancton, de la galathée pélagique 'munida', des poissons et des autres compartiments. Cette méthode nous a également permis d'estimer l'extension verticale de la communauté épipélagique (ZVEEC). Nous avons démontré que ZVEEC coïncide avec la limite supérieure de la zone de minimum d'oxygène (ZMO), ce qui permet de produire des donnés spatialisées à haute résolution de la limite supérieure de la ZMO et d'estimer le volume d'habitat de l'anchois. Notre estimation de biomasse en macrozooplancton, environ quatre fois supérieures aux estimations antérieures, est en accord avec les découvertes récentes sur l'écologie trophique des poissons fourrage du NSCH et fournit des éléments étayant les théories actuelles sur l'origine de la haute productivité en poissons du NSCH. L'étude des impacts des structures physiques de submeso- et mesoéchelle sur la distribution du macrozooplancton supporte l'hypothèse d'une structuration de type 'bottom-up'. Nous avons également mis en évidence l'impact de la structuration spatiale du macrozooplancton sur la distribution des poissons fourrage. Les données physiques et biologiques à haute résolution obtenues grâce à cette étude ouvrent de nouvelles perspectives pour réaliser des études écologiques intégrées à échelles multiples et pour calibrer les modèles biogéochimiques, trophiques ou End-to-End
The Northern Humboldt Current system (NHCS) represents less than 0.1% of the world ocean surface but produces more fish, mainly Peruvian anchovy (Engraulis ringens), per unit area than any other region in the world. Although this system produces enough macrozooplankton to feed its high production of forage fish, the paucity of information on zooplankton hampers research in the system. The objective of this study was to investigate the multiscale dynamics of the spatiotemporal distribution of the macrozooplankton biomass off Peru in relation to the physical environment and their fish predators. For that a bi-frequency acoustic method was developed and applied to extract, from historical acoustic data, high-resolution information on the biomass and the patterns of distribution of macrozooplankton, the pelagic red squad 'munida', fish and other marine compartments. This method also allows estimating the vertical extension of this epipelagic community (ZVEEC). We demonstrated that ZVEEC coincide with the upper limit of the oxygen minimum zone (OMZ), which allowed both producing high-resolution spatial data of the upper limit of the OMZ and estimating the volume habitat of anchovy. The estimated macrozooplankton biomass was about four times higher than previously reported. This estimate is in agreement with the recent findings on forage fish trophic ecology and supports the current hypotheses explaining the NHCS high fish production. The study of the impacts of the submeso- and mesoscale physical structures on macrozooplankton provided evidence of the bottom-up physical effect on the distribution of macrozooplankton biomass. We also found further evidence of the structuring bottom-up effect that macrozooplankton exert on forage fish. The high-resolution biological and physical data obtained in this study opens new perspective to perform integrated multiscale ecological studies and to calibrate biogeochemical, trophic and End-to-End models

Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportement de diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale
The present work focuses on improving the atmospheric forcing function used to drive ocean general circulation hindcasts of the last five decades. First, the behavior of the main parameterizations used to estimate surface fluxes that provide surface boundary conditions to OGCMs is studied in detail. The NEMO ocean/sea-ice model is then used at a 2° coarse resolution to validate atmospheric datasets especially designed to drive the DRAKKAR hierarchy of high-resolution models. These new datasets include, over the period 1958-2004, corrected surface atmospheric fields from ERA-40, a modified satellite radiation product from the ISCCP, and precipitation fields merging different global products. Relevant diagnostics tend to confirm that the simulation of several key features of the ocean circulation are significantly improved while driving DRAKKAR models with these new forcing sets

Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportement
de diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

En plus du cycle saisonnier du vent, les systèmes d'upwelling de bord Est des océans subissent des fluctuations à des échelles de temps plus courtes, intrasaisonnières ou synoptiques. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'impact d'une intensification ou d'une relaxation du vent synoptique sur une période de 5 à 10 jours sur la dynamique et l'écosystème planctonique du secteur d'upwelling du sud Sénégal (SSUS). Ce système possède un plateau continental particulièrement peu profond et est situé au sud de l'abrupte péninsule du Cap-Vert, qui casse la continuité de la ligne de côte. Notre objectif est d'apporter des connaissances supplémentaires sur ce système d'upwelling côtier qui, malgré son importance, a reçu peu d'attention, en particulier aux échelles de temps synoptiques. Pour étudier cela, nous développons une expérience de modélisation qui consiste à appliquer une intensification et une relaxation idéalisées du vent synoptique à un ensemble d'états climatologiques du SSUS. Les fluctuations synoptiques ont un impact sur toutes les variables dynamiques et façonnent des anomalies robustes des structures spatiales à l'échelle du système et à la méso-échelle. En appliquant un bilan de chaleur de la couche mélangée, nous identifions l'importance des processus horizontaux et l'importance très localisée des processus verticaux dans la variabilité du SSUS. Aussi, nous constatons que les biomasses planctoniques oscillent dans l'espace et le temps en réponse aux fluctuations synoptiques. La perturbation atmosphérique est amortie lors de sa propagation vers les niveaux trophiques supérieurs de l'écosystème. La réponse de l'écosystème planctonique est complexe et hétérogène sur le plateau, avec un comportement distinct sur le plateau interne. Un bilan des diatomées révèle que leur biomasse est principalement contrôlée par la production primaire, le broutage du zooplancton et la mortalité-agrégation. L'équilibre entre ces processus est responsable des réponses oscillatoires de la biomasse des diatomées aux événements synoptiques. Toutes les variables dynamiques et biogéochimiques présentent de modestes asymétries entre les réponses d'intensification et de relaxation du vent. Cela supporte l'hypothèse selon laquelle la variabilité synoptique a un impact seulement modeste sur l'état moyen climatologique. Les implications de nos résultats pour les futures questions de recherche sont discutées, notamment l'importance des observations biogéochimiques et les avancées de la modélisation des écosystèmes planctoniques
In addition to the wind seasonal cycle, Eastern Boundary Upwelling Systems undergo fluctuations at shorter synoptic to intraseasonal time scales. This thesis focuses on the impact of synoptic wind intensifications and relaxations with a period of 5-10 days on the dynamics and planktonic ecosystem of the South Senegalese Upwelling Sector (SSUS). This system is located south of the sharp Cape Verde peninsula which acts as an abrupt coastline break and has a particularly shallow continental shelf. We aim to bring additional knowledge on this important coastal upwelling system that has received little attention, especially at synoptic time scales. To investigate this, we develop a modeling framework that involves applying idealized synoptic wind intensification and relaxation to an ensemble of climatological SSUS states. Synoptic fluctuations impact all dynamical variables out of their intrinsic variability range and shape robust anomalies of SSUS-scale and mesoscale spatial patterns. Using a mixed layer heat bud- get over the shelf, we identify the importance of horizontal processes in the SSUS heat variability and the very localized importance of vertical processes. Plankton biomass are found to oscillate in space and time in response to synoptic wind fluctuations. The atmospheric perturbation is damped during its propagation towards the upper trophic levels of the ecosystem. The response of the planktonic ecosystem is complex and heterogeneous over the shelf, with a distinctive inner shelf behavior. A diatoms budget reveals that their biomass is primarily controlled by primary production, zooplankton grazing and mortality-aggregation. The balance between these processes is responsible for the oscillatory responses of the diatoms biomass to synoptic wind events. All dynamical and biogeochemical variables exhibit modest asymmetries between wind intensification and relaxation responses. This brings support to the hypothesis that synoptic variability has a modest net impact on the climatological mean state. The implications of our results for future research questions are discussed, including the importance of biogeochemical observations and advances in plankton ecosystem modeling

La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves
The representation in numerical models of dense shelf water formation and interaction between sea ice, ocean, and atmosphere are essential for realistic simulation of bottom water mass and thermohaline circulation. The purpose of this work is to improve the representation of basic processes controling the formation and modification of shelf dense water in Antarctic like sea ice, ice shelves and forcing fields in NEMO ocean/sea-ice model. Series of realistic simulations show that fine tuning for the sea ice model, ice shelf parametrization, and katabatic winds correction have a positive impact on simulated sea ice, polynya and shelf water properties. However, these improvements are not able to correct all initial flaws. Other simulations are carried out, to test the effect of adifferent atmospheric forcing obtained from a regional downscaling of global reanalysis ERA40 in Antarctic area, performed with a regional mesoscale atmospheric model. This work shows that turbulent atmospheric variables (temperature, humidity and wind) have a strong positive impacts on sea ice and shelf water properties. This impact is greater that the tuning, parametrization and correction performed previously. Nevertheless, great effort are yet necessary to produce the regional forcing fields that sea-ice and ice shelves require

La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves

Le dépôt de particules sur une paroi joue un rôle significatif dans les procédés polyphasiques fluide-solides, tels que la séparation inclusionnaire dans les poches d'acier liquide en métallurgie secondaire qui permettent de contrôler la propreté du métal avant solidification. L'objectif de ce travail est d'étudier le dépôt turbulent et la capture de particules sur une paroi, dans des situations où la turbulence au sein de la couche limite est produite à la fois par la contrainte pariétale et par les forces d'agitation du bain liquide loin de cette paroi. Les simulations sont mises en œuvre à l'échelle mésoscopique, en considérant des particules ponctuelles mais avec une turbulence complètement résolue. Un code de simulation maison a été développé, utilisant une méthode de Boltzmann sur réseau pour résoudre la dynamique de l'écoulement et en appliquant un forçage linéaire isotrope pour générer artificiellement la turbulence loin de la paroi. Le suivi lagrangien de particules permet enfin d'établir un couplage faible entre le mouvement des particules et l'écoulement turbulent. Ces techniques numériques ont été appliquées à la simulation directe d'une couche limite turbulente dans laquelle les particules de taille plus petite que l'échelle de Kolmogorov sont introduites. Les mécanismes de dépôt pour des aérosols ont été analysés et une loi statistique de vitesse de dépôt en fonction du nombre de Stokes a été extraite et comparée à la littérature. L'ensemble de ces simulations permet une meilleure compréhension des mécanismes de dépôt et de capture, en fonction de la turbulence du fluide au sein de la couche limite et des propriétés des particules. De plus, les résultats préliminaires obtenus pour des particules hydrosols, qui correspondent à des conditions qui prévalent pour des inclusions dans les poches d'acier liquide, ont montré que l'outil numérique peut être appliqué à l'étude quantitative de la capture inclusionnaire aux parois des réacteurs métallurgiques
Deposition of particles on a wall plays a significant role in fluid-solid processes such as inclusions recovery from liquid steel in ladle furnace, that controls inclusion cleanliness upstream from solidification. The aim of this work is to study the turbulent deposition and capture of particles on a wall, in a situation where turbulence in the boundary layer originates both from wall shear and from agitation in the external flow. In a ladle furnace, such an agitation would result from bubble injection. A framework for simulations at mesoscopic scale in which particles are represented as points but the turbulence is fully resolved has been developped using an in-house solver, where a Lattice Boltzmann Method (LBM) solves flow dynamics and linear isotropic forcing generates artificial turbulence. Lagrangian Particle Tracking (LPT) is used to achieve one way coupling between particle motions and turbulent flow. These numerical methods were applied to Direct Numerical simulation (DNS) of a fully developed turbulent boundary layer in which particles smaller than the Kolmogorov length scale are introduced. The deposition mechanisms in aerosol conditions have been analyzed and quantified into a statistical law for deposition velocity in terms of Stokes number, and validated against data from the literature. Such simulations have provided a better understanding of deposition and capture mechanisms, depending on the turbulent flow in a wall boundary layer and on particle physical properties. Also, preliminary simulations in hydrosol conditions that match actual ladle operation have shown that the framework developed in this work can be applied to investigate inclusion behavior in secondary steel-making although statistical analysis in this work focused on aerosols

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations
We analyse the variability of winter upper circulation in the southern Bay of Biscay from satellite and in situ observations and numerical simulations based on the SYMPHONIE code. We aim to get a better insight on the high frequency dynamics (a few hours to a few days) due to atmospheric forcing and estimate the adequacy of available tools to observe and simulate these processes. We first determine whether a coastal altimetric dataset (based on TOPEX/Poseidon and Jason-1 alongtrack data) can detect occurrences of a slope current (the Iberian Poleward Current, IPC). The results show the ability of altimetry to monitor IPC pulses under any atmospheric conditions or when the SST signature is weak, that makes it as an essential component for the IPC observing system in addition to satellite SST and mooring data. Then, we analyse the ocean response to storm Klaus that occurred on January 24th 2009 and its representation in a numerical simulation. More specifically, we characterize the response in temperature and salinity and the vertical mixing processes, the response in surface currents and the surge associated to the windstorm. The realism of the numerical simulation to represent these processes is evaluated by comparisons with satellite and in situ observations. Besides, a large part of the study is dedicated to improve the numerical simulations making several tests on parametrisations

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations.

Les travaux présentées visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéeroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5Kjour-1 et 4Kjour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5 K jour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle. Il conduit à des modifications non seulement sur la température et l'humidité, mais également sur la force et la direction du vent. Ces modifications engendrent des changements significatifs sur le système de la mousson, comme nous avons pu le montrer à partir de simulations numériques effectuées à l'aide d'un modèle de méso-échelle. Plus précisément, la présence d'aérosols désertiques entre 1 et 4 km d'altitude est à l'origine d'un chauffage radiatif non négligeable possédant un cycle diurne à l'origine de modifications des gradients de température non seulement verticaux mais également horizontaux. Le panache d'aérosols ainsi observé au nord du Jet d'Est Africain (AEJ, African Easterly Jet) se montre propice à une augmentation des gradients verticaux de vent à l'origine de l'intensification de l'AEJ. La présence de ce panache produit également un renforcement de la structure périodique en vent. Plus bas en altitude, la dépression thermique et les vents associés sont intensifiés, du fait également, de la modification des gradients de température associés à la présence du panache d'aérosols. Le dernier volet de ces travaux porte sur la détection de ces aérosols dans l'infra-rouge au dessus du continent Africain à des fins de suivi et de prévision en utilisant les températures de brillance satellitaires. La méthode proposée de " pseudo-correction " de la vapeur d'eau sur les différences de température de brillance (BTD10-12 micromètres), permet une différenciation optimale des aérosols et des nuages au-dessus du continent. La méthode mise au point est particulièrement efficace au sud de 14°N (région Soudanienne où le couvert végétal est non négligeable), i.e. une partie du continent Africain au-dessus de laquelle très peu d'informations sont fournies par les radiomètres classiquement utilisés pour la détection des poussières.

Le phytoplancton constitue un des premiers maillons du réseau trophique et génère jusqu'à 50% de la production primaire mondiale. L’étude du phytoplancton et de son environnement physique nécessite des observations ayant une résolution inférieure à la journée et au kilomètre, ainsi que la prise en compte des types hétérogènes de données impliquées et des structures de dépendance spatio-temporelles des écosystèmes marins.Cette thèse s’applique à développer des méthodes statistiques dans ce contexte en s’appuyant sur des technologies comme la cytométrie en flux automatisée. Les développements théoriques ont porté sur les modèles de cytométrie en flux automatisée profonds (DGMM) introduits par Viroli et McLachlan (2019). Afin de mieux caractériser les niches écologiques du phytoplancton, nous avons étendu ces modèles aux données mixtes (présentant des variables continues et non continues) souvent présentes en océanographie. Une méthode de clustering a ainsi été proposée ainsi qu’un algorithme de génération de données mixtes synthétiques.Concernant l'étude haute fréquence à proprement parler, des réseaux neuronaux convolutifs ont été introduits pour traiter les sorties de cytométrie en flux et étudier six groupes fonctionnels du phytoplancton en zone littorale et en océan ouvert. Des réactions différenciées et reproductibles de ces groupes ont été identifiées à la suite d'événements impulsionnels induits par le vent, soulignant l'importance du couplage entre la physique et la biologie. À cet égard, une méthode de détection de rupture a été proposée pour délimiter les zones épipélagique et mésopélagique, proposant ainsi une nouvelle base pour le calcul de budgets carbone mésopélagiques
Phytoplankton are one of the first links in the food web and generate up to 50% of the world's primary production. The study of phytoplankton and their physical environment requires observations with a resolution of less than a day and a kilometer, as well as the consideration of the heterogeneous types of data involved and the spatio-temporal dependency structures of marine ecosystems.This thesis aims to develop statistical methods in this context by using technologies such as automated flow cytometry. Theoretical developments focused on Deep Gaussian Mixture Models (DGMM) introduced by Viroli and McLachlan (2019). To better characterize phytoplankton ecological niches, we extended these models to mixed data (exhibiting continuous and non-continuous variables) often found in oceanography. A clustering method has been proposed as well as an algorithm for generating synthetic mixed data.Regarding the high-frequency study itself, convolutional neural networks have been introduced to process flow cytometry outputs and to study six functional groups of phytoplankton in the littoral zone and the open ocean. Differentiated and reproducible responses of these groups were identified following wind-induced pulse events, highlighting the importance of the coupling between physics and biology. In this regard, a change-point detection method has been proposed to delineate epipelagic and mesopelagic zones, providing a new basis for the calculation of mesopelagic carbon budgets

Les vésicules sont des gouttes immergées dans un fluide externe visqueux, dont le rayon vautquelques dizaines de micromètres et entourées par une membrane imperméable constituée de lipides, dont l’épaisseur est approximativement 4 nm. La membrane d’une vésicule est un systèmeoriginal du point de vue mécanique : celle-ci présente à la fois des propriétés fluides (les lipidespeuvent s’écouler librement le long de la membrane, mais la surface est incompressible locale-ment) et des propriétés solides (la membrane résiste à la flexion). Les propriétés spécifiques de lamembrane rendent ce système à la fois très déformable et très contraint.Ce manuscrit s’intéresse à la modélisation d’une vésicule soumise à des efforts extérieurs d’o-rigine hydrodynamique, dans le régime de Stokes. Une attention particulière est consacrée à lasituation d’une vésicule qui sédimente. Cette situation est étudiée analytiquement dans le régimedes faibles déformations. Il est montré que plusieurs familles de solutions stationnaires non triv-iales existent, grâce aux propriétés spécifiques de la membrane. L’étude de la sédimentation d’unevésicule est poursuivie par le développement d’un code numérique capable de simuler de grandesdéformations. Pour cela, des méthodes numériques originales de calcul de prise en compte de laflexion et de l’incompressibilité surfacique sont développées. Ce code permet d’étudier la forma-tion d’un tube à l’arrière d’une vésicule en sédimentation. Ces tubes sont de fins (rapport d’aspecttypique longueur/rayon ∼ 100) cylindres connectés à la vésicule d’origine. Il est montré que cesformes tubes sont des formes stationnaires. Un modèle théorique est proposé et comparé auxsimulations numériques. Ce modèle met en lumière l’importance particulière de la tension dansces formes. Une modélisation mécanique basée sur un milieu de Cosserat surfacique courbé estégalement présentée, et permet d’identifier la contribution de la flexion au tenseur des contraintes.Cette contribution est un ingrédient indispensable pour comprendre les formes tubes
Vesicles are drops of radius of a few tens micrometers, bounded by an impermeable lipidmembrane of approximately 4 nm thickness, and embedded in an external viscous fluid. Thevesicle membrane is an original system from the mechanical point of view : it presents bothincompressible fluid properties (the lipids can flow freely along the membrane, but membraneis incompressible locally) and solid properties (the membrane resists to bending). The specificproperties of the membrane make the system very deformable and very constrained at the sametime.This manuscript deals with the modelisation of a vesicle subjected to external stresses of hydrodynamical origin, in the Stokes regime. A particular attention is paid to the situation of asettling vesicle. This situation is studied analytically in the small deformation regime. It is foundthat several families of non-trivial stationnary shapes exist, owing to the specific properties ofthe membrane. The study of a settling vesicle is pursued by the development of a numerical codeable to deal with large deformations. Original numerical methods are developped to deal with thecomputation of the bending and with the surface incompressibility constraint. This code permitsto study the formation of tether at the rear of a settling vesicle. These tethers are thin (typicalaspect ratio : length/radius ∼ 100) cylinders of membrane connected to the original vesicle. Itis shown that these tethered shapes are stationary shapes. A theoretical model is proposed andcompared to numerical simulations. This model shows the particular importance of tension inthese shapes. A mechanical modelling based on a curved Cosserat surface is also presented, andpermits to identify the bending contribution to the stress tensor. This contribution is a salientingredient to understand tethered shapes

Nous développons et utilisons un code numérique capable de modéliser efficacement des écoulements d'eau multidimensionnels et transitoires en milieux variablement saturés, hétérogènes et anisotropes, en étendant le champ des applications à un ensemble macroporeux, et composites, à différentes échelles locales ou régionales. L'approche utilisée pour gérer les différents écoulements est un modèle à une seule équation générique, calquée sur l'équation de Richards. De nombreux couplages d'écoulements sont ainsi réalisés de façon implicites. Les différentes composantes du modèle hydrologique sont testées et validées par des expérimentations numériques, certains processus faisant l'objet d'une étude plus approfondie. Afin de paramétrer le modèle hydrologique, nous analysons les modèles fonctionnels de propriétés hydrauliques des milieux (sols), d'où nous tirons quelques méthodes pour estimer les paramètres, indirectement à partir de la texture, et les distribuer spatialement (ex. : krigeage). Nous étudions ensuite les écoulements en milieux variablement saturés, poreux et macroporeux (grossiers, superficiels). Nous utilisons des lois de perte de charge et des propriétés (dynamiques et cinétiques) spécifiques à ces milieux. Les milieux macroporeux sont aussi utilisés pour modéliser les écoulements 3D de nappes libres avec apports et extractions. Nous étudions enfin avec le même modèle, les écoulements verticalement intégrés plans de nappes souterraines (Boussinesq) et superficielles (équation d'ondes diffusantes dérivée de Saint-Venant). Ces études numériques sont appuyées dans certains cas par des calculs analytiques et par l'étude des lois de comportement globales des systèmes (tarissement de nappe ; échanges nappe/rivière lors d'une crue ; réponse d'un sol à une pluie variable). Au total, le modèle ainsi construit peut être utilisé pour analyser des écoulements couplés au sein des hydrosystèmes à diverses échelles et dans de nombreuses configurations hydrologiques en termes de conditions limites, conditions initiales, forçages spatio-temporels et propriétés des différents milieux.

L'influence des filaments de basse pression sur les fluctuations de la puissance globale injectée dans un écoulement turbulent de Von Kármán contrarotatif est étudiée. La stratégie expérimentale consiste à piloter les servomoteurs actionnant les batteurs à vitesse angulaire constante ou à couple constant. Dans le premier cas, la régulation face aux forces de traînée turbulente se fait sur les couples délivrés. Dans le second, il s'agit d'un contrôle naturel de l'écoulement sur les dispositifs de forçage. On met ainsi en évidence l'influence du mode de forçage sur les fluctuations de la puissance injectée. L'analyse des mesures locales (vitesse et pression) montre que les propriétés des petites échelles des écoulements ainsi produits sont les mêmes. L'extraction de la moyenne de phase de la puissance injectée conditionnée par la détection d'un filament aboutit au scénario du transfert d'énergie associé. Un modèle expliquant les différences entre les deux modes d'injection est proposé
The influence of low pressure filaments on the fluctuations of the global power injected in a Von Kármán turbulent flow is studied. The experimental strategy consists in operating the servomotors that drive the counter-rotating stirrers either at constant angular velocity or with a constant torque. In the first case, the regulating system responds to the turbulent drag forces by correcting the torque delivered. In the second case, there is a natural control of the flow on the forcing devices. The influence of the forcing modes on the fluctuations of the power injected is outlined by this method whereas the analysis of local quantities (velocity and pressure) show no differences in the small scale properties of the turbulent flows hence produced. Extracting the phase average of the injected power conditioned by the presence of a filament leads to the scenario of the corresponding energy transfer process. A model explaining the differences between the two injection modes is suggested

La mer Méditerranée est caractérisée par une circulation rapide des masses d’eau, des concentrations faibles en nutriments avec un fort gradient d’oligotrophie, et une acidification plus rapide que pour l’océan global. Les Eaux Levantines Intermédiaires (LIW) reliant les deux bassins sont marquées par un minimum d’oxygène (O2). Les variabilités du contenu en O2, des nutriments et du carbone inorganique restent méconnues du fait de leur faible densité d’observation. Le développement et la validation d’une méthode neuronale CANYON-MED, spécifiquement conçue pour la Méditerranée, ont permis de dériver nutriments (nitrates, phosphates, silicates) et variables du système des carbonates (alcalinité totale, carbone total et pH) à partir de variables systématiquement mesurées (pression, température, salinité et O2, position spatio-temporelle). La dynamique du minimum d’O2 dans la LIW face à la variabilité des processus de ventilation des eaux intermédiaires en Méditerranée nord-occidentale a été étudiée sur la période 2012-2020. L’application de CANYON-MED a permis la description des tendances en nutriments et carbonates dans cette zone, face au phénomène intermittent de convection profonde. L’importance de la convection sur la ventilation des masses d’eau, et sur les tendances des nutriments et d’acidification sont mises en évidence, dans un contexte de stratification accrue par le changement climatique. Enfin, la ventilation de la LIW a été explorée dans sa zone de formation (le bassin Levantin) à l’aide de flotteurs Argo sur la période 2018-2019, nuançant l’injection d’O2 dans le patch de mélange
The Mediterranean Sea is characterized by rapid circulation of its water masses, low nutrient concentrations with a strong oligotrophy gradient, and a more rapid acidification than the global ocean. The Levantine Intermediate Waters (LIW) that connect the two basins are marked by a minimum of oxygen (O2). Variability in O2 content, nutrients, and inorganic carbon remain poorly understood given their low density of observation. The development and validation of a neural method CANYON-MED, specifically designed for the Mediterranean Sea, allowed to derive nutrients (nitrates, phosphates, silicates) and carbonate system variables (total alkalinity, total carbon and pH) from systematically measured variables (pressure, temperature, salinity and oxygen, position in time and space). The dynamics of the O2 minimum in the LIW in the face of variability in intermediate water ventilation processes in the northwestern Mediterranean was studied over the period 2012-2020. The application of CANYON-MED allowed the description of nutrients and carbonate trends in this area, in response to the intermittent deep convection phenomenon. The importance of convection on the ventilation of water masses, as well as on nutrient and acidification trends are thus highlighted, in a context of increased stratification by climate change. Finally, the ventilation of the LIW has been explored in its formation area (Levantine basin) using Argo floats over the period 2018-2019, nuancing the injection of O2 in the mixing patch

L'hydrodynamique du Golfe du Lion, situé en Méditerranée Nord Occidentale, fait intervenir de nombreux processus physiques, présentant des échelles de variabilité spatiale et temporelle très hétérogènes. La plupart de ces processus sont générés en réponse aux conditions atmosphériques et en particulier au forçage du vent. Ce travail de thèse contribue à la compréhension de cet impact sur les processus de petit échelle et met en évidence l'intérêt de la haute-résolution de ces forçages. Dans un premier temps, une étude de processus a permis de mettre en évidence l'influence du vent sur la génération d'un tourbillon méso-échelle situé à l'Est du golfe, pécédemment observé par radars HF. Les influences respectives de la bathymétrie, des effets de flottabilité et de la circulation générale ont également été évaluées à l'aide de configurations idéalisées du modèle hydrodynamique MARS3D. Dans un deuxième temps, différents modèles atmosphériques, de résolutions différentes, ont été comparés en tant que forçage d'un modèle hydrodynamique réaliste du Golfe du Lion. D'un point de vue énergétique, les mouvements inertiels de la couche de surface, les oscillations de la thermocline et la variabilité méso-échelle de l'océan sont amplifiés avec le modèle atmosphérique haute- résolution AROME. Cette étude également permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité spatiale du vent pour la génération de l'upwelling au Nord du plateau et les intrusions le long de la côte Ouest.

L’apparition de structures spatiales est un phénomène universel. En optique non linéaire, générer des structures transverses et contrôler leur dynamique est important non seulement d’un point de vue fondamental mais aussi d’un point de vue des applications. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette logique de caractérisation et manipulation des structures spatiales optiques, engendrées dans une expérience de valve à cristaux liquides. Une première partie est consacrée aux effets de forçages spatiaux sur la propagation de fronts, induits avec un modulateur spatial de lumière. Une étude unidimensionnelle, incluant des comparaisons avec des modèles analytiques et des résultats numériques, montre l’existence d’une région d’agrafage à l’intérieur de laquelle des états localisés de taille différente peuvent être générés. Une extension à deux dimensions est aussi présentée pour différentes géométries du forçage spatial. La seconde partie s’intéresse aux effets d’une rétroaction non locale sur les structures localisées, apparaissant en présence simultanée de diffraction et d’interférence de polarisation. Dans le cas d’un effet de translation, un phénomène d’advection des structures est observé, associé à l’apparition de singularités de phase dans leur sillage. Au-delà d’un certain taux de translation, un autre régime est atteint avec une périodicité le long de la direction de translation. Dans le cas où rotation et translation sont présentes simultanément, les modes d’auto-organisation des structures localisées présentent des analogies avec certains modes de croissance des végétaux. L’influence des différents paramètres, dont la rotation, est caractérisée sur les motifs obtenus
The appearance of spatial structures is a universal phenomenon. In nonlinear optics, generating transverse structures and controlling their dynamics is important not only from a fundamental point of view but also for potential applications. This work is carried out in this logic of characterizing and manipulating optical spatial structures, generated in a liquid crystal light valve experiment. The first part of the thesis is dedicated to the effects of spatial forcing on front propagation, which is done by using a spatial light modulator. A one-dimensional study, including the comparison with analytical models and numerical results, shows the existence of a pinning range inside which localized states of different size can be generated. A two-dimensional extension is also presented for different geometries of the spatial forcing. The second part deals with the effects of a nonlocal feedback on localized structures appearing in the simultaneous presence of diffraction and polarization interference. In the case of a translation effect, an advection phenomenon of structures is observed, associated with the appearance of phase singularities in their wake. Above a certain translation rate, another regime is attained, with periodicity along the direction of the drift. In the case where both translation and rotation are present, the self-organization modes of localized structures show analogies with certain modes occurring in the growing process of plants. The influence of the different parameters, in particular rotation, is characterized on the resulting patterns

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire.

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire
The Antarctic ice sheet surface mass balance (SMB, snow accumulation minus ablation) is sensitive to climate parameters and directly contributes to global mean sea level variations. Therefore, in the perspective of climate change, it is useful to develop tools that can simulate the physical processes involved in the Antarctic surface mass balance. The approach developed in this thesis consists in using a cascade of atmospheric models from large scale to local scale. Thus, a regional climate model (Modèle atmosphérique régional, hereinafter referred to as MAR), forced by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis, provides a diagnostic physical-based rain- and snowfall disaggregation model with meteorological fields at the regional scale (typically 40-km resolution). In a first part, it is shown that the SMB calculated by MAR is in good agreement with observations in most regions. Nonetheless, runoff appears to be overestimated; the problem vanishes when introducing a dependency of albedo with solar zenithal distance. In a second part, it is shown that although the parameterizations invoked in the disaggregation model are fairly simple, the knowledge of small-scale topography (5-km resolution) is efficiently used to improve the spatial variability of precipitation - and therefore SMB - over coastal regions of Antarctica. Model validation is carried out with the help of snow height measurements provided by automatic weather stations. Over the coastal place of Law Dome, the net accumulation gradient is mostly due to orographic forcing of precipitation (rather than blowing snow). The disaggregation model dramatically underestimates precipitation over the Antarctic Plateau, where polar stratospheric clouds associated with radiative cooling could play a role in the formation of precipitation during the polar night

Cette thèse porte sur l'application du filtre SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman filter), un système d'assimilation de données pour les modèles océaniques, au contrôle d'une configuration du Golfe de Gascogne. Cette configuration au 1/15°, emboîtée dans une configuration au 1/3° de l'Atlantique Nord à travers l'emploi de Conditions aux Frontières Ouvertes (en mer), est développée à l'aide du modèle HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) à coordonnée verticale hybride. L'étude porte essentiellement sur la paramétrisation de l'erreur modèle dans le filtre SEEK, et plus généralement dans les filtres de Kalman de rangs réduits, pour le contrôle des modèles régionaux. Les paramétrisations classiques de ces systèmes d'assimilation, développés jusqu'à présent pour les modèles de bassin, sont inadaptées à la complexité de la dynamique régionale. On utilise des méthodes d'ensemble pour estimer de façon réaliste l'erreur modèle liée à la mauvaise détermination des forçages aux limites, forçages atmosphériques et CFO, dont l'influence est a priori très importante sur la dynamique régionale. La caractérisation des statistiques de l'erreur modèle est réalisée à l'aide de la méthode des représenteurs qui montre l'impact de l'assimilation de divers types d'observations pour le contrôle de l'état océanique. La propagation de l'erreur générée aux frontières ouvertes est faible. Les bons résultats donnés par l'emploi de l'erreur liée aux forçages atmosphériques, pour paramétrer le filtre SEEK dans des expériences d'assimilation de température de surface, que l'on compare à ceux donnés par une paramétrisation plus classique, montrent l'apport de cette étude sur l'erreur modèle.

Cette thèse porte sur l'application du filtre SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman filter), un système d'assimilation de données pour les modèles océaniques, au contrôle d'une configuration du Golfe de Gascogne. Cette configuration au 1/15°, emboîtée dans une configuration au 1/3° de l'Atlantique Nord à travers l'emploi de Conditions aux Frontières Ouvertes (en mer), est développée à l'aide du modèle HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) à coordonnée verticale hybride. L'étude porte essentiellement sur la paramétrisation de l'erreur modèle dans le filtre SEEK, et plus généralement dans les filtres de Kalman de rangs réduits, pour le contrôle des modèles régionaux. Les paramétrisations classiques de ces systèmes d'assimilation, développés jusqu'à présent pour les modèles de bassin, sont inadaptées à la complexité de la dynamique régionale. On utilise des méthodes d'ensemble pour estimer de façon réaliste l'erreur modèle liée à la mauvaise détermination des forçages aux limites, forçages atmosphériques et CFO, dont l'influence est a priori très importante sur la dynamique régionale. La caractérisation des statistiques de l'erreur modèle est réalisée à l'aide de la méthode des représenteurs qui montre l'impact de l'assimilation de divers types d'observations pour le contrôle de l'état océanique. La propagation de l'erreur générée aux frontières ouvertes est faible. Les bons résultats donnés par l'emploi de l'erreur liée aux forçages atmosphériques, pour paramétrer le filtre SEEK dans des expériences d'assimilation de température de surface, que l'on compare à ceux donnés par une paramétrisation plus classique, montrent l'apport de cette étude sur l'erreur modèle
A data assimilation system for ocean models, the SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman) filter, is studied to control a Bay of Biscay configuration. This 1/15° configuration, nested in a 1/3° North Atlantic configuration, through the use of Open (sea) Boundaries Conditions, is developed using HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model). This study focuses on the parametrization of the model error in the SEEK filter, and more generally in low rank Kalman filters, in order to control regional models. Classic parametrizations of these data assimilation systems, which have been developed initially for basin models, are not adapted to the regional dynamics complexity. Ensemble methods are used to get a realistic estimation of the model error due to bad determination of atmospheric and open boundary forcings. These forcings influence is supposed to be very important on regional dynamics. Model error statistics are characterized using the method of representers, which demonstrates the impact of the assimilation of various type of observations to control the oceanic state. The propagation of the error generated at open boundaries is weak. The use of the error due to atmospheric forcings to parameterize the SEEK filter for surface temperature assimilation experiments gives good results. Their comparison with those given by a more classical parametrization shows the benefits of this study on model error

El tema principal d’aquesta tesi és el problema gravitacional de dos cossos en el règim de raons de masses extremes - és a dir, on una massa és significativament més petita que l’altra - en el context complet de la nostra teoria contemporània de la gravetat, la relativitat general. Dividim aquest treball en dues grans parts: la primera proporciona una visió general de la teoria de la relativitat general juntament amb els mètodes bàsics matemàtics en què s’hi basa, centrant-se en la seva formulació canònica i les tècniques de pertorbació; la segona està dedicada a presentar la nostra contribució en aquests àmbits, centrada en els problemes de l’entropia, el moviment i la força pròpia en la relativitat general. Comencem a la primera part, en conseqüència, oferint una introducció històrica a la relativitat general, així com una discussió sobre la motivació actual a partir de l’astronomia d’ones gravitacionals al capítol 1. A continuació, al capítol 2, passem a una exposició tècnica detallada d’aquesta teoria, centrada sobre la seva formulació canònica (hamiltoniana). Acabem aquesta part de la tesi amb un desenvolupament rigorós de mètodes de pertorbació al capítol 3. Per a la comoditat del lector, resumim alguns conceptes bàsics en geometria diferencial necessaris per a tractar aquests temes a l’apèndix A. A la part II, comencem amb un estudi dels teoremes d’entropia en sistemes clàssics hamiltonians al capítol 4, i en particular, la qüestió de la segona llei de la termodinàmica en la mecànica clàssica i la relativitat general, amb el focus en el problema gravitatori de dos cossos. Al capítol 5, desenvolupem una anàlisi general basada en lleis de conservació per a calcular la correcció en el moviment d’un objecte prou petit a causa de les pertorbacions gravitacionals de la relativitat general. Quan les pertorbacions s’atribueixen al propi objecte petit, aquest efecte es coneix com a força pròpia gravitacional. És el que impulsa l’evolució orbital de les caigudes en espiral amb raó de masses extrema: sistemes binaris compactes on una massa és molt menor que - i per tant, efectivament orbita i, finalment, fa espirals cap a - l’altre. Es preveu que siguin una de les principals fonts del futur detector d’ones gravitacionals LISA, situada en l’espai. Al capítol 6, es presenta un treball sobre el càlcul numèric de la força pròpia escalar - una prova útil per al cas gravitatori - per òrbites circulars en el domini de freqüència, utilitzant un mètode per abordar fonts de distribució en les equacions de camp anomenat el mètode Partícula-sense-Partícula. Incloem també, en l’apèndix B, alguns treballs sobre la generalització d’aquest mètode a equacions diferencials parcials generals amb fonts distribucionals, incloent també aplicacions a altres àrees de matemàtiques aplicades. Resumim els nostres resultats en aquesta tesi i oferim algunes reflexions finals al capítol 7.
The principal subject of this thesis is the gravitational two-body problem in the extreme-mass-ratio regime - that is, where one mass is significantly smaller than the other - in the full context of our contemporary theory of gravity, general relativity. We divide this work into two broad parts: the first provides an overview of the theory of general relativity along with the basic mathematical methods underlying it, focusing on its canonical formulation and perturbation techniques; the second is dedicated to a presentation of our novel work in these areas, focusing on the problems of entropy, motion and the self-force in general relativity. We begin in Part I, accordingly, by offering a historical introduction to general relativity as well as a discussion on current motivation from gravitational wave astronomy in Chapter 1. Then, in Chapter 2, we turn to a detailed technical exposition of this theory, focusing on its canonical (Hamiltonian) formulation. We end this part of the thesis with a rigorous development of perturbation methods in Chapter 3. For the convenience of the reader, we summarize some basic concepts in differential geometry needed for treating these topics in Appendix A. In Part II, we begin with a study of entropy theorems in classical Hamiltonian systems in Chapter 4, and in particular, the issue of the second law of thermodynamics in classical mechanics and general relativity, with a focus on the gravitational two-body problem. Then in Chapter 5, we develop a general approach based on conservation laws for calculating the correction to the motion of a sufficiently small object due to gravitational perturbations in general relativity. When the perturbations are attributed to the small object itself, this effect is known as the gravitational self-force. It is what drives the orbital evolution of extreme-mass-ratio inspirals: compact binary systems where one mass is much smaller than - thus effectively orbiting and eventually spiralling into - the other, expected to be among the main sources for the future space-based gravitational wave detector LISA. In Chapter 6, we present some work on the numerical computation of the scalar self-force - a helpful testbed for the gravitational case - for circular orbits in the frequency domain, using a method for tackling distributional sources in the field equations called the Particle-without-Particle method. We include also, in Appendix B, some work on the generalization of this method to general partial differential equations with distributional sources, including also applications to other areas of applied mathematics. We summarize our findings in this thesis and offer some closing reflections in Chapter 7.

Relatório de estágio de mestrado em Ensino da Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário
O seguinte Relatório Individual de Estágio (RIE) encontra-se enquadrado no âm-bito da unidade curricular Seminário II, inserida no 2º ano do Mestrado em Ensino de Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário na Universidade do Minho - Braga. A elaboração do RIE consiste, fundamentalmente, na introdução ao percurso de estágio, das componentes, pessoal, institucional, pedagógica e científica. O mesmo divide-se em quatro partes. A primeira parte diz respeito ao enquadra-mento pessoal onde se referem as expetativas enquanto professor estagiário. A segunda é onde descrevo o enquadramento institucional, onde se carateriza a escola, o meio envol-vente e a turma. A terceira parte remete para o enquadramento pedagógico que se subdi-vide em organização, gestão do ensino e da aprendizagem, em participação na escola e relação com na comunidade. Na quarta e última parte encontra-se o enquadramento cien-tífico onde são descritos os objetivos quanto ao projeto de investigação científica.
The following Individual Report of Internship, is incorporated under the Course Seminar II, inserted in the 2nd half of the 2nd year of the Masters in Teaching Physical Education in Primary and Secondary Education at the University of Minho - Braga. The preparation of PIIP consists mainly in the introduction stage of the journey, the compo-nents, personal, institutional, educational and scientific. The project is divided into four parts. The first part concerns the personal envi-ronment where the expectations refer as trainee teacher. The second is where I describe the institutional framework which is characterized the school, the surroundings, and the class. The third part refers to the pedagogical framework is divided into organization, management of teaching and learning in school participation and relationship with the community and the scientific environment in which the objectives are described, the sci-entific research project is in the fourth and final part.
Le Rapport de Stage Individuel est constitué en vertu de la Course Séminaire II, inséré dans le 2iéme semestre de la 2ème année du Master en enseignement de l'éducation physique dans l'enseignement primaire et secondaire à l'Université de Minho - Braga. La préparation du rapport consiste principalement dans la phase d'introduction du voyage, les composants, personnel, institutionnel, éducatif et scientifique. Le décrit ci-dessus est divisé en quatre parties. La première partie concerne l'en-vironnement personnel où les attentes se réfèrent en tant que professeur stagiaire. Le deu-xième est l'endroit où je décris le cadre institutionnel, qui se caractérise par l’école, ses environs et la class. La troisième partie se réfère au cadre pédagogique est divisé en or-ganisation, la gestion de l'enseignement et de l'apprentissage de la participation et de la relation avec la communauté scolaire. Dans la quatrième et dernière partie est-ce le milieu scientifique dans lequel les objectifs sont décrits comme le projet de recherche scienti-fique.