Letteratura scientifica selezionata sul tema "Variabilité méso-échelle"

This study aims to investigate the Stratosphere-Troposphere Exchange (STE) events and ozone changes over Irene (25.5° S, 28.1° E). Twelve years of ozonesondes data (2000–2007, 2012–2015) from Irene station operating in the framework of the Southern Hemisphere Additional Ozonesodes (SHADOZ) was used to study the troposphere (0–16 km) and stratosphere (17–28 km) ozone (O3) vertical profiles. Ozone profiles were grouped into three categories (2000–2003, 2004–2007 and 2012–2015) and average composites were calculated for each category. Fifteen O3 enhancement events were identified over the study period. These events were observed in all seasons (one event in summer, four events in autumn, five events in winter and five events in spring); however, they predominantly occur in winter and spring. The STE events presented here are observed to be influenced by the Southern Hemisphere polar vortex. To strengthen the investigation into STE events, advected potential vorticity maps were used, which were assimilated using Modélisation Isentrope du transport Méso–échelle de l’Ozone Stratosphérique par Advection (MIMOSA) model for the 350 K (~12–13 km) isentropic level. These maps indicated transport of high latitude air masses responsible for the reduction of the O3 mole fractions at the lower stratosphere over Irene which coincides with the enhancement of ozone in the upper troposphere. In general, the stratosphere is dominated by higher Modern Retrospective Analysis for Research Application (MERRA-2) potential vorticity (PV) values compared to the troposphere. However, during the STE events, higher PV values from the stratosphere were observed to intrude the troposphere. Ozone decline was observed from 12 km to 24 km with the highest decline occurring from 14 km to 18 km. An average decrease of 6.0% and 9.1% was calculated from 12 to 24 km in 2004–2007 and 2012–2015 respectively, when compared with 2000–2003 average composite. The observed decline occurred in the upper troposphere and lower stratosphere with winter and spring showing more decline compared with summer and autumn.

Abstract. Subpolar regions in the Southern Hemisphere are influenced by the Antarctic polar vortex during austral spring, which induces high and short-term ozone variability at different altitudes, mainly into the stratosphere. This variation may affect considerably the total ozone column changing the harmful UV radiation that reaches the surface. With the aim of studying ozone with a high time resolution at different altitudes in subpolar regions, a millimetre-wave radiometer (MWR) was installed at the Observatorio Atmosférico de la Patagonia Austral (OAPA), Río Gallegos, Argentina (51.6∘ S, 69.3∘ W), in 2011. This instrument provides ozone profiles with a time resolution of ∼1 h, which enables studies of short-term ozone mixing ratio variability from 25 to ∼70 km in altitude. This work presents the MWR ozone observations between October 2014 and 2015, focusing on an atypical event of the polar vortex and Antarctic ozone hole influence over Río Gallegos detected from the MWR measurements at 27 and 37 km during November of 2014. During the event, the MWR observations at both altitudes show a decrease in ozone followed by a local peak of ozone amount of the order of hours. This local recovery is observed thanks to the high time resolution of the MWR mentioned. The advected potential vorticity (APV) calculated from the MIMOSA high-resolution advection model (Modélisation Isentrope du transport Méso-échelle de l'Ozone Stratosphérique par Advection) was also analysed at two isentropic levels (levels of constant potential temperature) of 675 and 950 K (∼27 and ∼37 km of altitude, respectively) to understand and explain the dynamics at both altitudes and correlate the ozone rapid recovery with the passage of a tongue with low PV values over Río Gallegos. In addition, the MWR dataset was compared for the first time with measurements obtained from the Microwave Limb Sounder (MLS) at individual altitude levels (27, 37 and 65 km) and with the differential absorption lidar (DIAL) installed in the OAPA to analyse the correspondence between the MWR and independent instruments. The MWR–MLS comparison presents a reasonable correlation with mean bias errors of +5 %, −11 % and −7 % at 27, 37 and 65 km, respectively. The MWR–DIAL comparison at 27 km also presents good agreement, with a mean bias error of −1 %.

Abstract. A detailed analysis of the polar ozone loss processes during 10 recent Antarctic winters is presented with high-resolution MIMOSA–CHIM (Modèle Isentrope du transport Méso-échelle de l'Ozone Stratosphérique par Advection avec CHIMie) model simulations and high-frequency polar vortex observations from the Aura microwave limb sounder (MLS) instrument. The high-frequency measurements and simulations help to characterize the winters and assist the interpretation of interannual variability better than either data or simulations alone. Our model results for the Antarctic winters of 2004–2013 show that chemical ozone loss starts in the edge region of the vortex at equivalent latitudes (EqLs) of 65–67° S in mid-June–July. The loss progresses with time at higher EqLs and intensifies during August–September over the range 400–600 K. The loss peaks in late September–early October, when all EqLs (65–83° S) show a similar loss and the maximum loss (> 2 ppmv – parts per million by volume) is found over a broad vertical range of 475–550 K. In the lower stratosphere, most winters show similar ozone loss and production rates. In general, at 500 K, the loss rates are about 2–3 ppbv sh−1 (parts per billion by volume per sunlit hour) in July and 4–5 ppbv sh−1 in August–mid-September, while they drop rapidly to 0 by mid-October. In the middle stratosphere, the loss rates are about 3–5 ppbv sh−1 in July–August and October at 675 K. On average, the MIMOSA–CHIM simulations show that the very cold winters of 2005 and 2006 exhibit a maximum loss of ~ 3.5 ppmv around 550 K or about 149–173 DU over 350–850 K, and the warmer winters of 2004, 2010, and 2012 show a loss of ~ 2.6 ppmv around 475–500 K or 131–154 DU over 350–850 K. The winters of 2007, 2008, and 2011 were moderately cold, and thus both ozone loss and peak loss altitudes are between these two ranges (3 ppmv around 500 K or 150 ± 10 DU). The modeled ozone loss values are in reasonably good agreement with those estimated from Aura MLS measurements, but the model underestimates the observed ClO, largely due to the slower vertical descent in the model during spring.

L'étude de la circulation dans le bassin Est de la Mer Méditerranée a été abordée par une analyse conjointe de simulations numériques réalisées avec un modèle à très haute résolution horizontale, de climatologies et d'observations in-situ et satellitaires. Une validation approfondie du modèle montre un bon accord entre les différentes masses d'eau. La circulation de surface est, elle aussi, en bon accord avec les schémas de circulation récents. Ainsi, la majeure partie de l'eau atlantique suit la côte africaine et forme un jet côtier intense au niveau de la côte libyenne, plutôt que le Mid Mediterranean Jet décrit il y a quelques années par plusieurs auteurs. Les structures de mésoéchelle bien répertoriées (tourbillons d'Egypte, Ierapetra, ...)sont également correctement reproduites. En accord avec des observations par satellite, le modèle montre que des tourbillons de mésoéchelle très énergétiques dominent la circulation de surface dans le sud du bassin Levantin. Les tourbillons de mésoéchelle sont plus énergiques en été qu'en hiver dans l'ensemble du bassin. Les simulations permettent en outre une analyse détaillée du cycle de vie de ces tourbillons et comment ils sont susceptibles d'affecter la circulation moyenne. Selon la position et le développement des tourbillons, des différents régimes de la circulation peuvent être reproduits. Notamment, les tourbillons du bassin Levantin (Tourbillons egyptiens, Lattaquié, Ierapetra) peuvent entraîner des blocages et bifurcations vers le large de l'inflow côtier d'eau atlantique de surface.

L'objet de cette thèse est l'étude des fronts thermohalins de méso-échelle (20 à 60 km) dans la mer d'Irminger, comme marqueurs des interactions entre masses d'eau aux propriétés hydrologiques contrastées. Ce travail se focalise sur les mécanismes associés à la formation et à l'établissement des propriétés hydrologiques des fronts de surface dans une région-clef du gyre subpolaire, qui, située au carrefour entre les influences polaire, subpolaire et subtropicale, alimente en aval les zones de formation d'eau profonde impliquées dans la branche profonde de la circulation thermohaline. Ce travail est basé sur une approche originale qui combine trois jeux de données. Données de surface issues de navires d'opportunité, données de campagnes océanographiques, et modèle d'advection basé sur l'utilisation des champs de courant altimétriques, sont ainsi combinés pour effectuer une description dynamique et en trois dimensions des fronts observés. Une première étude est consacrée à la mise en évidence de l'origine dynamique des fronts. Concentrée dans deux zones spécifiques du bassin d'Irminger, dont l'une seulement est associée à un front climatologique, la frontogénèse se produit dans les régions de confluence locale du champ de courant. Cette analyse a permis de démontrer le rôle du brassage horizontal à méso-échelle dans la structuration des champs thermohalins de surface. Une seconde étude a mis en évidence l'extension verticale des fronts sous la couche mélangée, et identifié le rôle saisonnier des interactions air-mer dans l'établissement des propriétés thermohalines de surface, qui aux saisons stratifiées ne sont que partiellement le reflet des propriétés de subsurface.

Tous les échanges entre la côte et le large se font à travers le talus continental. Cette thèse s’intéresse à la dynamique de ces échanges forces par la turbulence méso-échelle hauturière dans la bande de période 2-90 jours (Haute Fréquence, HF) Pour ces échelles de temps, les fortes pentes associées aux talus imposent que l’énergie du forçage (vent ou mouvements au large) se propage sous la forme d’Onde Piégées à la Côte (Coastal Trapped Waves, CTW). Dans un premier temps, cette étude s’intéresse à la transition entre la dynamique linéaire du talus et celle, non-linéaire, de la turbulence hauturière. Des expériences numériques sont réalisées dans un canal zonal Est-Ouest avec des talus zonaux au Nord et au Sud du domine. Un champ turbulent force la circulation sur les talus. Il existe une forte asymétrie entre les talus Nord et Sud. Au Sud, l’opposition entre effet beta planétaire et l’effet beta topographique empêche l’énergie du forçage de pénétrer sur le talus. Au Nord, cette énergie se propage sur le talus à travers la radiation d’ondes CTW. Dans un deuxième temps, la circulation HF sur les talus est regardée dans des simulations haute résolution au l/12°de l’océan Atlantique Nord. La validation des simulations, par des observations satellite et in-situ, montre que la résolution du modèle n’est pas suffisante pour capturer le réalisme de la circulation à travers les talus. L’influence de l’énergie des vents HF est visible dans les régions de faible énergie turbulente et pour les périodes 2-10 jours. Pour des périodes plus longues la circulation sur le talus est contrôlée par les mouvements océaniques. Dans les zones de faible EKE et pour des périodes T > 10- l5 jours, le talus se comporte comme un guide d’ondes forcées par les mouvements du large. La stratification et les fortes pentes sont les paramètres physiques contraignant la propagation d’ondes sur les bords océaniques et, à l’Est, ces ondes sont une connection possible entre l’équateur et les moyennes latitudes
Ocean margin exchanges occur on continental slopes. In this study, the dynamics of these exchanges are forced by mesoscale turbulence in a period range of 2-90 days (High Frequency, HIF). In this area and for these time scales, the energy of the forcing (wind or off shore circulation) is converted into Coastal Trapped Waves (CTW). On the one hand, this study is interested in the transition between linear dynamic of continental slope and non-linear meso-scale turbulence. Numerical experiments were performed in a periodic zonal canal with North and South zonal continental slope. A meso-scale turbulent kid forced the slope circulation. There was a strong asymetrie between North and South slope. On the South, the forcing energy was stuck in the interior because of the opposition between the planetary beta effect and the topographic beta effect. On the North, this energy was radiated on the slope through CTW. On the other hand, the HF circulation is studied in high resolution simulation of the North Atlantic ocean at 1/12°. The model validation, utilising satellite and in-situ observations showed that the resolution was to coarse to simulate a realistic continental slope circulation. In weak eddy kinetic energy area and for period 2 ta days, the slope circulation was directly forced by HF wind. The circulation at longer period was driven by the ocean circulation. In weak eddy kinetic energy area and for period T > 10-15 days, the continental slope is a wave guide forced. By the off-shore circulation. The stratification and steep slopes drives the wave propagation. On the East Atlantic, those waves maybe a connection between the Equator and Mid-latitude

Une bonne représentation des nuages est essentielle à la qualité des modèles de prévision numérique du temps comme AROME (Delta x=2,5km) et Méso-NH. A des résolutions de méso-échelle, les nuages de couche limite (cumulus peu profonds et stratocumulus) sont encore associés à des processus de transport et de formation sous-maille dont il faut améliorer la représentation. La paramétrisation des processus de condensation/évaporation consiste en un ajustement à saturation visant à rétablir l'équilibre thermodynamique entre les phases de l'eau. Les nuages résolus à l'échelle de la maille sont communément traités par un schéma " tout ou rien " dans lequel chaque maille de modèle est considérée comme totalement claire ou nuageuse. Les schémas de nuages sous-maille adoptent couramment une description statistique de la variabilité sous-maille horizontale des variables d'humidité et de température. Une analyse statistique détaillée de données de fine échelle, obtenues à partir de simulations LES pour des cas de nuages chauds non-précipitants de couche limite, a été réalisée. Elle montre qu'à méso-échelle, l'utilisation d'une distribution statistique double gaussienne, associée à une variable traduisant l'écart local à la saturation dans la maille, fournit une bonne estimation des champs nuageux et des hauteurs de base et de sommet des nuages. En cas de cumulus épars, une méthode d'échantillonnage de données de fine échelle (LES) a montré que le mode principal sec, associé à l'environnement, peut être relié à un schéma de turbulence. Un schéma en flux de masse convectif peut être utilisé pour caractériser le second mode, associé aux thermiques peu profonds
A good representation of clouds is essential for the quality of numerical weather prediction (NWP) models such as AROME (Delta x=2,5km) and Méso-NH. With mesoscale resolutions, boundary-layer clouds such as shallow cumulus and stratocumulus are still linked with subgrid processes and it is necessary to improve their representation. The parameterization of the condensation/evaporation processes consists in a saturation adjustment in order to restore the thermodynamic equilibrium between the phases of water. Resolved clouds are commonly treated with an "all or nothing" scheme considering that a model gridbox is totally clear or cloudy. Subgrid cloud schemes currently assume a statistical description of the horizontal subgrid variability of humidity and temperature variables. A comprehensive statistical analysis of cloud fine scale data, obtained from LES simulations for non-precipitating warm boundary-layer clouds, was carried out. For mesoscale resolutions, it shows that the use of a double Gaussian distribution, associated to a single variable depicting the local distance to the saturation inside the model gridbox, provides a good estimation of the cloud fields and of the cloud base and cloud top heights. For sparse cumulus cases, a conditional sampling method shows that the dry main mode, linked to the cloud environment, would be connected to an eddy diffusivity scheme. A convective mass flux scheme could be used to characterize the cloudy second mode, associated to shallow thermals

Cette étude a été motivée par la nécessité de pouvoir décrire la variabilité biogéochimique avec la même résolution que les paramètres physiques. Des profileurs optiques ont permis de mesurer à haute fréquence les propriétés optiques inhérentes dans la colonne d'eau. Par comparaison avec des données discrètes acquises simultanément à nos mesures, les coefficients optiques à des longueurs d'onde précises ont été convertis en grandeurs biogéochimiques quantitatives. Nous avons estimé la concentration en chlorophylle a et en carbone particulaire total ainsi que la répartition verticale de la matière organique dissoute colorée (CDOM). La nature qualitative du matériel particulaire et dissous a été abordée en combinant différents coefficients optiques ainsi qu'en analysant leur dépendance spectrale. En préalable aux campagnes dans l'Atlantique nord (campagnes POMME), une expérience en milieu contrôlé a été menée sur une population d'organismes phytoplanctoniques calcifiants (Emiliania huxleyi) afin de caractériser ses propriétés biooptiques ainsi que leurs modifications consécutives à une augmentation de la pCO2 atmosphérique du niveau actuel (360 ppm) au niveau prévu pour la fin du siècle (700 ppm). Lors des campagnes entre le Portugal continental et les Açores nous avons effectué le suivi biooptique de la variabilité à méso-échelle à trois périodes clés de l'année : fin de l'hiver, printemps et fin de l'été. L'observation à haute résolution de la colonne d'eau a permis de mettre en évidence certaines relations entre les caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques. Le déploiement de nos instruments le long de radiales avec un système tracté autorisant une résolution de 2 milles (Tow-Yo) a conduit à préciser l'influence des structures tourbillonnaires de moyenne échelle.

Comprendre comment la variabilité du climat interagit avec les modifications de l'hydrologie au Sahel est une nécessité pour anticiper ce que pourraient être les conséquences des changements climatiques futurs dans cette région. On doit pour ce faire relier les scénarios climatiques grande échelle aux bilans d'eau localisés de petits bassins. Cette thèse traite des questions d'échelle qui sont centrales lorsque l'on cherche à forcer des modèles hydrologiques par des sorties de modèles climatiques. Les jeux de données utilisés permettent de documenter le continuum des résolutions spatiale et temporelle qui nous intéressent et on traite des deux types de systèmes hydrologiques qui caractérisent cette région : les systèmes endoréiques de rive gauche du fleuve Niger et les systèmes exoréiques qui constituent ses affluents de rive droite. D'abord sont établies une synthèse et une actualisation des travaux de modélisation de la variabilité pluviométrique de méso-échelle, telle que documentée à partir des données haute résolution de l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Puis on cherche à comprendre comment la variabilité du forçage pluviométrique influe sur la réponse des systèmes hydrologique et quelles sont les erreurs générées lorsque l'on utilise, en entrée des modèles hydrologiques, des données de forçage qui souséchantillonnent cette variabilité. Enfin, on étudie comment les modifications de régime pluviométrique se traduisent sur le ruissellement de surface sur la base : (i) des modifications de régime observées au cours de la sécheresse 1970-1990, (ii) de différents scénarios de modification du régime pluviométrique, tels que l'on peut les concevoir à l'heure actuelle
It is of primary importance to understand how the climate variability influences the response of the Sahelian hydrological systems in ord to anticipate the hydrological impact of future climate changes and to define suitable strategies. Such studies require linking the large scale climate scenarios to the very localized water budget of sm ail catchments. This work deals with such scale issues which are essential when outputs of climate models are used to force hydrological models. The data used here characterize the continuum of space-time scales displayed by the Iwo types of hydrological systems of the Sahelian region: the sm ail endoreic systems at the left bank of the Niger River and the larger right bank tributary exoreic systems. Three main axes are investigated in the work. First we synthesize and update previous works about the description and the modelling of mesoscale rainfall variability, through the fine scale data from the AMMA-CATCH Niger observa tory. Then the impact of the spatial and temporal rainfall variability on runoff is quantified by assessing the error committed when input hydrological model data used sub-sample this rainfall variability. Finally, regarding these results and by using the developed modelling tools, rainfall regime changes and their impact on runoff are investigated through (i) the characterization of changes that have occurred during the particularly dry 1970-1989 period, (ii) hypothetic scenarios based on the actual knowledge of the potential climate changes that cou Id occur in the future

Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.
Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.

Cette thèse a pour objectif l’étude de la dynamique de méso et de subméso-échelle de l’upwelling du Pérou. Le système de courant de Humboldt, qui caractérise l’océan au large du Pérou et du Chili, fait partie des quatre grands Systèmes d’Upwelling de Bord Est (EBUS). Ces régions sont caractérisées par d’importants gradients horizontaux de température et de densité entre la côte et le large et par la présence d’une activité biologique considérable. Ce travail est basé sur l’analyse d’observations "glider" le long d’une section répétée dans une cellule d’upwelling au large de Pisco (14◦S). L’étude de ces données in situ a permis d’apporter une description fine de la structure verticale thermohaline et des courants côtiers encore mal connus de cet EBUS. Les données recueillies ont permis de calculer le courant le long de la côte et d’en documenter la structure verticale et la variabilité. Le courant de surface et le sous-courant ont ainsi pu être décrit avec une grande précision. De plus, un courant profond dirigé vers l’équateur, encore jamais mis en évidence à cette latitude, a été observé pendant le mois d’avril 2010. La dynamique de ce courant a été analysée à l’aide de deux modèles numériques. Il a ainsi été montré qu’il pouvait être associé à la propagation vers le pôle d’une onde piégée à la côte d’origine équatoriale. La reproduction de ce signal observé par un modèle linéaire académique a permis d’établir qu’il s’agissait d’un troisième mode barocline d’onde piégée à la côte. Les données hydrologiques recueillies ont aussi permis de mettre en lumière la présence de structures de subméso-échelle subsuperficielles à proximité du front d’upwelling. Différents processus susceptibles d’affecter la répartition des propriétés thermohalines ont été étudiés pour expliquer leur présence dans la zone d’étude. Des diagnostiques dynamiques ont permis de montrer que la frontogenèse, l’instabilité symétrique entraînée par le vent et l’étirement des gradients de grande échelle par la turbulence de méso-échelle sont autant de candidats pouvant expliquer la variabilité observée à submeso-échelle dans cette région. L’action conjointe de ces trois processus est vraisemblablement responsable de la création des intrusions thermohalines observées. Ce travail a permis de mettre en évidence la variabilité du front d’upwelling à plusieurs échelles spatiales et temporelles, l’importance de la dynamique de meso et de subméso-échelle dans ce système et de souligner sa complexité. Plusieurs processus ayant une importance primordiale ont pu être décrits de manière à améliorer notre compréhension du fonctionnement de l’upwelling du Pérou-Chili
The aim of this PhD thesis is to study meso and submesoscale variability in the Peru upwelling system, one of the four major Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS). These regions are characterized by horizontal temperature and density gradients between the coastal area and the open sea and by an enhanced biological activity. This work is based on "glider" observations along a repeat section in an upwelling cell offshore Pisco (14◦S). This in situ data gave the opportunity to describe the hydrological and alongshore velocity vertical structure in this EBUS. The acquired data allowed to estimate alongshore velocities and to study their vertical structure and variability. The surface current and the undercurrent have thus been described in detail. In addition, a deep equatorward intermittent cur- rent was evidenced in April 2010. Its dynamic and origin were studied with two eddy-resolving high-resolution models. It has been shown that this current is probably associated with a coastally trapped wave propagating from the equatorial region to the pole. This signal was also reproduced with a simple linear model and related to a third baroclinic mode of coastal-trapped wave. Hydrological data was also used to highlight the presence of submesoscale features in subsurface near the upwelling front. Different processes able to act on the distribution of thermohaline properties were studied to estimate their impact on the region. Dynamical diagnostics have shown that frontgenesis, wind driven symmetric instability and mesoscale stirring are taking place in the upwelling frontal region and could explain the observed submesoscale variability. Joint action of these three processes is likely responsible for the formation of the observed thermohaline intrusions. Variability of the upwelling front at several spatial and temporal scales was studied and the importance of meso and submeso scale dynamics highlighted in this complex system. Crucial processes have been described in order to improve the comprehension of the Peru-Chile upwelling system

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km²) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique
The aim of this PhD is to model the hydrological behaviour of the Upper Ouémé catchment (14400 km²) in Benin. It is a part of the AMMA project (African Monsoon Multidiciplinary Analysis). We estimate the water balance and develop tools to predict climatic and anthropogenic impacts on water resources. First, the hydrological behaviour of the catchments and the main parts of the mesoscale water balance have been characterized. To represent the catchments under study, two parcimonious models have been applied : GR4J, an empirical generic structure, and TOPAMMA, a modified version of TOPMODEL developed during this work. To evaluate these models, a complete framework has been defined, to assess the two models in term of : (i) performance, (ii) uncertainties, (iii) realism. Although runoff simulations are similarly good, the two models show significantly different uncertainties and water balance estimations. The hydro-climatic variability experienced by the region over the last fifty years allows us to study the application of models in non stationary conditions. First, we focused our work on the use of models to detect changes in hydrological behaviour. Finally, the sensitivity of the hydrological response to changes in monsoon regime has been explored through various rainfall scenarios

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