Tesi sul tema "Variabilité méso-échelle"

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.

Notre objectif est de contribuer à la compréhension du fonctionnement du système Méditerranéen grâce à la modélisation.
Nous nous intéressons d'abord à la formation et au devenir des masses d'eau en Méditerranée nord-occidentale. L'influence de la résolution spatiale du modèle océanique est examinée lors de l'étude de la convection profonde au large pour une année réelle. Le rôle essentiel joué par les structures de méso-échelle dans la formation et le devenir de l'eau profonde est mis en évidence. La comparaison de simulations effectuées avec différents forçages atmosphériques permet de montrer l'influence de la résolution spatiale de ce forçage sur la modélisation de la convection, liée à l'importance des extrêmes atmosphériques. Puis nous examinons l'impact de la variabilité interannuelle atmosphérique et du changement climatique sur la formation d'eau dense sur le plateau du Golfe du Lion. Les volumes d'eau dense formée, exportée, et cascadant sont corrélés à la perte de chaleur atmosphérique hivernale. L'intensification de la stratification de la colonne d'eau d'ici la fin du XXIème siècle provoque une quasi-disparition du cascading.
L'influence des processus physiques sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. L'étude d'une année de référence permet de valider le modèle et d'en soulever les points faibles. Si les bilans de production présentent une faible variabilité interannuelle, celle de l'exportation de carbone et du métabolisme net est plus marquée. Le changement climatique provoque une augmentation de la production primaire et une intensification de la boucle microbienne.

Notre objectif est de contribuer à la compréhension du fonctionnement du système Méditerranéen grâce à la modélisation. Nous nous intéressons d'abord à la formation et au devenir des masses d'eau en Méditerranée nord-occidentale. L'influence de la résolution spatiale du modèle océanique est examinée lors de l'étude de la convection profonde au large pour une année réelle. Le rôle essentiel joué par les structures de méso-échelle dans la formation et le devenir de l'eau profonde est mis en évidence. La comparaison de simulations effectuées avec différents forçages atmosphériques permet de montrer l'influence de la résolution spatiale de ce forçage sur la modélisation de la convection, liée à l'importance des extrêmes atmosphériques. Puis nous examinons l'impact de la variabilité interannuelle atmosphérique et du changement climatique sur la formation d'eau dense sur le plateau du Golfe du Lion. Les volumes d'eau dense formée, exportée, et cascadant sont corrélés à la perte de chaleur atmosphérique hivernale. L'intensification de la stratification de la colonne d'eau d'ici la fin du XXIème siècle provoque une quasi-disparition du cascading. L'influence des processus physiques sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. .
Our objective is to contribute to the understanding of the functioning of the Mediterranean system using modeling tools. We first study the formation and fate of water masses in the Northwestern Mediterranean Sea. The impact of the oceanic model spatial resolution on open-ocean deep convection modeling is examined through a real case study, and is related to the essential role played by the mesoscale structures in the formation and fate of deep water. The comparison of simulations performed under different atmospheric forcings enables to study the influence of the spatial resolution of this forcing on the modeling of deep convection and to underline the importance of atmospheric extremes. We then investigate the impact of interannual atmospheric variability and climate change on dense water formation over the Gulf of Lions shelf. The volumes of dense water formed over the shelf, exported and cascading into the deep ocean are well correlated with the winter atmospheric heat loss. The strengthening of the water column stratification between the XXth and the XXIst centuries induces a strong decrease of these volumes. We examine the impact of physical processes on the planktonic pelagic ecosystem using a coupled hydrodynamical - biogeochemical model. The study of a reference year enables to validate the model and to underline its defects. Primary production and respiration show a weak interannual variability, however, carbon exportation and net metabolism show a stronger variability. Finally, the warming of sea water due to climate change induces an increase of primary production by the end of the XXIth century, together with an enhancement of the microbial loop

La Méditerranée Nord-Occidentale, ou bassin Liguro-Provençal, est l'un des rares sièges de la convection océanique profonde. Ce phénomène localisé et intermittent est l'un des principaux modes d'interaction de l'océan profond avec le système climatique. Il est d'une importance primordiale pour la redistribution verticale de chaleur, de dioxyde de carbone et d'éléments biogéochimiques par l'océan, et donc pour le climat et la biologie marine. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme HyMeX, il vise à caractériser le phénomène de convection dans le bassin Liguro-Provençal à partir du cas d'étude de l'année 2012-2013 et à comprendre le rôle de la dynamique de méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique qui en résulte sur la convection. Le travail de thèse a tout d'abord porté sur la caractérisation du phénomène de convection océanique profonde à partir des observations du cas d'étude 2012-2013. On a estimé le taux de convection hivernale et de restratification printanière et une Expérience de Simulation d'un Système d'Observations (OSSE) a été développée pour estimer l'erreur d'observation associée. On conclut à la validité des observations du réseau MOOSE pour estimer les taux de convection et de restratification sur la période 2012-2013. On caractérise la période comme exceptionnellement convective avec un taux de convection hivernal de 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) et on estime pour la première fois un taux de restratification printanière de 0.8±0.4Sv. Deux approches numériques novatrices ont été développées au cours de la thèse pour caractériser le rôle de la méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique sur le phénomène de convection. On a implémenté l'outil de raffinement de maille AGRIF en Méditerranée Nord-Occidentale dans le modèle régional NEMOMED12 pour documenter l'impact de la méso-échelle sur la convection océanique profonde et sur la circulation thermohaline Méditerranéenne. On a de plus réalisé des simulations d'ensemble à état initial perturbé pour documenter l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur la convection. Après avoir extensivement évalué le réalisme de la convection dans le modèle numérique NEMOMED12 grâce aux données de 2012-2013, on étudie avec ce modèle l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur ce phénomène. Sur le cas d'étude comme sur la période historique 1979-2013, la variabilité intrinsèque océanique module largement la géographie du patch convectif, en particulier dans le domaine hauturier. Aux échelles climatiques, la variabilité intrinsèque module largement la variabilité interannuelle du taux de convection. En moyenne climatologique, elle module aussi la géographie de la convection, mais elle impacte marginalement son intensité et les propriétés climatiques des eaux profondes. Enfin, on étudie avec l'outil AGRIF l'impact de la dynamique de méso-échelle sur la convection profonde et sur la circulation thermohaline. Sur le cas d'étude de 2012-2013, la méso-échelle augmente le réalisme de la convection. On montre qu'elle augmente la variabilité intrinsèque de la convection. Sur cette période comme sur la période historique, elle diminue l'intensité moyenne de la convection et réduit les transformations des eaux profondes. On relie principalement son impact sur la convection à une modification de la circulation stationnaire marquée par un repositionnement et une intensification des courants de bord, et la présence d'un méandre stationnaire du Front Baléare. Par ailleurs, sur la période historique, les échanges avec le bassin Algérien sont intensifiés par la méso-échelle, ce qui modifie les propriétés climatiques des masses d'eau. On montre enfin que la signature de la méso-échelle en surface est susceptible d'impacter les échanges air-mer et donc le climat côtier voire régional Méditerranéen
The northwestern Mediterranean sea, also named the Liguro-Provençal basin, is one of the few places where ocean deep convection occurs. This localized and intermittent phenomenon is one of the main modes of interaction between the deep ocean and the climate system. It is of paramount importance for the vertical redistribution of heat, carbon dioxyde and biogeochemical elements, and therefore for climate and marine biology. The PhD has been carried out in the framework of HyMeX programme, it aims at characterizing the ocean deep convection phenomenon in the Liguro-Provençal basin from the year 2012-2013 case study and at understanding the role of mesoscale dynamics and of the resulting intrinsic ocean variability on deep convection. The PhD work has first focused on characterizing the ocean deep convection phenomenon from observations collected during the 2012-2013 case study. We estimated the winter deep convection and spring restratification rates and an Observing System Simulation Experiment (OSSE) was developed to estimate the associated observation error. We conclude on the validity of MOOSE network observations to estimate the deep convection and restratification rates in the period 2012-2013. We characterize the period as exceptionally convective with a winter deep water formation rate of 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) and we estimate for the first time a spring deep water restratification rate of 0.8±0.4Sv. Two novel numerical approaches were developped during the PhD to characterize the roles of mesoscale dynamics and of intrinsic variability in the deep convection phenomenon. We implemented AGRIF grid refinement tool in the northwestern Mediterranean Sea within NEMOMED12 regional model to document the impact of mesoscale on deep convection and on the Mediterranean thermohaline circulation. In addition, we carried out perturbed initial state ensemble simulations to characterize the impact of ocean intrinsic variability on convection. After extensively evaluating the realism of deep convection in NEMOMED12 numerical model thanks to the 2012-2013 observations, we study with this model the impact of intrinsic variability on deep convection. During the case study as well as in the 1979-2013 historical period, intrinsic ocean variability largely modulates the mixed patch geography, particularly in the open-sea domain. At climatic timescales, intrinsic variability modulates largely the deep convection rate interannual variability. On average over the historical period, it also modulates the mixed patch geography, but it impacts marginally its magnitude and the properties of the deep water formed. Finally, we study with AGRIF tool the impact of mesoscale dynamics on deep convection and on the thermohaline circulation. In the 2012-2013 case study, mesoscale improves the realism of the simulated convection. We show that it increases the deep convection intrinsic variability. In this period as well as during the 1979-2013 historical period, it decreases the mean deep convection rate and it reduces deep water transformations. We mainly relate its impact on convection to the modifincation of the stationary circulation characterized by a relocation and an intensification of boundary currents and the presence of a stationary Balearic Front meander. Also, in the historical period, exchanges with the Algerian basin are increased, which modifies water mass climatological properties. Finally, the surface signature of mesoscale is likely to alter air-sea interactions and the coastal to regional Mediterranean climate

L'altimétrie spatiale, puissant outil pour étudier la dynamique océanique du large, a permis des avancées spectaculaires dans nos connaissances de l'océan. L'enjeu est maintenant de l'intégrer aux moyens d'observation de l'océan côtier et de démontrer les applications possibles. Pour cela, la Méditerranée Nord-Occidentale a été choisie pour la vaste gamme de processus méso-échelle qui s'y déroulent ainsi que pour les nombreux instruments déployés dans cette région. Le développement de nouvelles technologies (bande Ka, SAR, Synthetic Aperture Radar) et les progrès dans le traitement des données altimétriques sont un gage de précision accrue et permettent d'augmenter la résolution et la couverture spatiales. Dans ce contexte et en utilisant de nombreuses données in situ (radars HF, gliders, ADCP de coque), des intercomparaisons ont été réalisées pour étudier l'observabilité par chaque type d'instrument du Courant Nord et de sa variabilité. Celles-ci ont permis d'analyser la contribution d'un système multi-plateformes dans la surveillance des processus côtiers et ont mis en évidence la complémentarité des instruments dans l'observation des structures. Pour aller plus loin dans l'analyse des différences entre type de données ainsi que des composantes du courant qui peuvent être observées, un modèle numérique régionale haute résolution est utilisé : le modèle Symphonie. Après validation, il a ensuite servi à mener une étude théorique pour quantifier la signature en hauteur de mer de la convection et du Courant Nord et tester si et à quel point ces processus sont observables par altimétrie spatiale. L'origine des différences entre instruments est également analysée : impact des résolutions spatiale et temporelle, orientation des transects de mesure, emplacement, contenu physique. Au delà de faire le lien entre les données et de fournir une interprétation des résultats obtenus, le modèle Symphonie a également permis une étude de la circulation et de sa variabilité saisonnière et interannuelle à l'échelle régionale. Différents facteurs sont proposés et explorés pour mieux comprendre l'origine des variations observées. Dans le contexte du lancement prochain de la mission SWOT en 2021, cette thèse offre des perspectives sur l'utilisation de systèmes d'observation régionaux multi-plateformes, sur l'exploitation des données altimétriques dans le domaine côtier et sur des stratégies de validation à l'échelle régionale des observations spatiales
Satellite altimetry, which is a powerful tool for studying ocean dynamics offshore, has led to dramatic advances in our knowledge of the ocean. The challenge is now to combine this tool to coastal observing techniques and to investigate the potential applications. In this framework, the North-Western Mediterranean Sea has been chosen for its wide range of mesoscale dynamics and for the avaliablity of numerous instruments deployed in this region. Technological innovations (Ka band, Synthetic Aperture Radar) and advances in data processing have enhanced accuracy and improved spatial resolution and coverage. Using several in situ datasets (HF radars, gliders, hull-mounted ADCP), cross- comparisons were carried out to study the observability of the Northern Current and its variability from each type of instrument. These allowed analysing the contribution of a multi-platform observing system in monitoring coastal processes. They also highlighted the complementarity of each instrument. To optimize the use of altimetry in coastal studies, a HF regional model (Symphonie) is used to quantify what component of the current can or can't be observed and to analyze the origin of the differences that were observed between each type of in situ current observations and altimetry data. After model validation, it was used to quantify the sea surface height signature of the Northern Current and of the convection and to evaluate to what extent these processes are captured by satellite altimetry. The impacts of the spatial and temporal resolutions, transects orientation, the location and the physical content were also investigated. Besides linking the different types of data and helping us to interpret the results obtained, the Symphonie model enabled to study the circulation and its seasonal and interannual variability at the regional scale. Some hypothesis about the origin of the observed spatio- temporal variations were investigated. With the forthcoming launch of the SWOT mission in 2021, this manuscript suggests perspectives about the use of integrated observing systems, altimetry data exploitation in coastal areas and validation strategies at the regional scale

Pour déterminer la vulnérabilité des systèmes de production viticole au changement et variabilité climatique, il faut connaître l’exposition physique d’une région, la sensibilité de la vigne et la capacité adaptative, apporté par le viticulteur par son « savoir-faire ». Ainsi, les mesures d’adaptation comme réponses au changement climatique (CC), résultent de la conjonction de ces trois composantes, analysées dans une perspective locale. L’objectif de cette étude a été définir la variabilité du climat dans la région viticole côtière du sud de l’Uruguay, évaluer les possibles impacts sur la vigne, et d’apporter des réponses sur l’adaptation de la vigne dans un contexte de CC. Dans dix vignobles commerciaux de Tannat situés dans les départements de Montevideo et Canelones, des capteurs de température ont été installés, répartis en fonction de la distance au Río de la Plata. La variabilité spatiale et temporelle de la température des vignobles a été mesurée par une analyse à méso-échelle. À une échelle plus fine, le phénomène de la pénétration de la brise de mer et leur effet sur l’évolution thermique diurne a été ainsi étudié. Le Río de la Plata à travers l’effet de l brise, est une des composants principaux du climat de la région viticole. La réponse de la vigne à la température sur la composition est expliquée par des conditions climatiques générales pendant la maturation (thermiques et hydriques). Les principaux acteurs de la filière (viticulteurs et conseillers) connaissent la variabilité locale du climat et ils ont identifié les aspects défavorables pour la production du raisin de qualité. Cependant, le climat ne semble pas avoir un rôle important dans la prise de décisions, mais d’une manière sous-jacente, il joue un rôle fondamental en la gestion du vignoble. Finalement, ils ont été identifiés des mesures d’adaptation à la variabilité locale du climat, en proposant stratégies à partir de la connaissance locale
To determine the vulnerability of viticulture farming system to climate change (CC) and variability, the knowledge of climate exposure over the region, sensitivity and adaptive capacity provided by the winegrowers through their “savoir-faire” is primordial to contribute to adaptation issues to CC. The aim of this study was to define climate variability of the southern coastal wine region of Uruguay, evaluate its possible impacts in vinegrape and to provide adaptative responses in the context of CC. Ten plots were installed in commercial vineyards of Tannat over Canelones and Montevideo region at different distances to the Río de la Plata. Spatial and temporal variability of temperature was defined over the coastal region at meso-scale. At a fine scale, it was studied the sea breeze penetration and its impacts in the diurnal thermal evolution. The Río de la Plata through the sea breeze effect is one of the principal climate components in the southern wine region. Temperature grapevine sensitivity on berry composition at harvest is explained by climate general conditions during ripening (thermal and hydric conditions). The principal actors (winegrowers and advisors) know the local climate variability and have well identified unfavorable climate conditions to produce high quality grapes. However, climate seemed to be not relevant in producers’ decision making, but in an underlined way, its plays a fundamental role in vineyard management. Adaptation measures to local climate variability were identified by strategies proposed from the local knowledge
Para determinar la vulnerabilidad de los sistemas de producción vitícola al cambio y la variabilidad climática, se requiere conocer la exposición física de una región, su sensibilidad y la capacidad adaptativa aportada por el viticultor por su savoir-faire. Las medidas de adaptación en respuesta al cambio climático (CC), resultan de la conjunción de estos componentes, analizados desde una perspectiva local. El objetivo del estudio fue definir la variabilidad del clima actual de la región costera Sur de Uruguay, evaluar los posibles impactos en la vid, y aportar respuestas para su adaptación en el contexto de CC. En diez viñedos comerciales de Tannat ubicados en Canelones y Montevideo se instalaron sensores de temperatura según un diseño que contempló la distancia del Río de la Plata. Se precisó la variabilidad espacial y temporal de la temperatura de estos viñedos mediante un análisis a meso-escala. A una escala más fina, se estudió el fenómeno de la penetración de la brisa marina y su efecto en la evolución térmica diurna. El Río de la Plata a través del efecto de la brisa, es uno de los componentes principales del clima de la región vitícola sur. La sensibilidad de la vid a la temperatura sobre la composición es explicada por las condiciones climáticas generales durante la maduración (térmicas e hídricas). Los principales actores del sector (viticultores y asesores) conocen la variabilidad local del clima y tienen identificados los aspectos que son desfavorables para producir uvas de calidad. Sin embargo el clima no parece tener un rol preponderante en la toma de decisiones, pero de manera subyacente, este juega un rol fundamental en la gestión del viñedo. Por último, se identificaron medidas de adaptación a la variabilidad local del clima, proponiendo estrategias a partir del conocimiento local

La Mousson Ouest Africaine est un système complexe, qui présente des variations interannuelles très importantes. Ces variations se traduisent par les fluctuations considérables des précipitations sur le continent. Avoir une meilleure compréhension du système complexe qu'est la mousson africaine peut permettre de mieux cerner les mécanismes qui influencent la production des précipitations sur le Sahel. La première partie de ce travail de thèse 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 durant laquelle s'est déroulée 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 dans le quadrilatère sud de l'expérience AMMA.

L’océan Austral est une région centrale pour la circulation océanique globale et le climat. Il est cependant également en première ligne du changement climatique, notamment par son absorption importante de chaleur et de carbone anthropique. Par conséquent, l’océan Austral a connu de grands changements dans sa structure hydrographique et sa circulation dans les dernières décennies. Sa région subpolaire, au sud du courant circumpolaire Antarctique, abrite une circulation grande échelle importante pour la production des masses d'eau et leur contenu de chaleur et de carbone, pour les interactions océaniques avec la banquise et les plateformes glaciaires, avec des conséquences sur l'élévation du niveau de la mer. C’est également une région très peu observée, en particulier en hiver lorsque celle-ci est couverte par la banquise. Par conséquent, la réponse locale de la circulation et de la structure hydrographique de l’océan Austral subpolaire à des interactions avec l’atmosphère, la cryosphère et la grande échelle est toujours sujette à de nombreuses recherches. Dans cette thèse, je contribue à observer la variabilité et les changements à long terme de l’hydrographie et de la circulation de l’océan Austral subpolaire, et à documenter les mécanismes qui contrôlent leur variabilité. J’observe d’abord les changements à long terme de la température de la couche supérieure de l’océan Austral, à partir de transects répétés par bateau pendant 25 années. En plus des changements déjà bien documentés, je montre le réchauffement et la remontée des eaux chaudes de subsurface, à une vitesse plus importante qu’estimée auparavant et de façon plus forte que la variabilité interannuelle. Je présente ensuite un jeu de données de hauteur de mer, qui consiste en six années de mesures sur l’ensemble de l’océan Austral au sud de 50°S. Ce jeu de données me permet d’explorer la variabilité de la circulation de l’océan Austral subpolaire, et notamment sur le cycle saisonnier de la circulation grande échelle et de l’activité méso-échelle sous la glace. À l’échelle saisonnière, la circulation des gyres de Weddell, de Ross et le courant de pente Antarctique sont principalement dictés par trois modes de variabilités, reliés à la tension de vent en surface et sa modulation par la glace de mer. La circulation de méso-échelle est faible sous la banquise hors du courant de pente Antarctique, alors que la zone marginale de glace semble favoriser la génération de tourbillons cycloniques. Les implications de ces résultats pour les mécanismes physiques de l’océan Austral et ses changements à long terme sont discutées
The Southern Ocean is central to the global oceanic circulation and climate. This region is however on the frontline of human-induced climate change, through intense uptake of anthropogenic heat and carbon. Consequently, the Southern Ocean has experienced important changes in its hydrography and circulation over the last decades. Its subpolar part, south of the Antarctic Circumpolar Current, hosts large circulation systems of importance for the production of water masses and their associate heat and carbon content, for ocean interactions with sea-ice and ice-shelves, and consequently for global mean sea level. Observations are still sparse in that region, particularly in wintertime when it is covered by sea ice. Thus, the regional response of the subpolar Southern Ocean hydrography and circulation to interactions with the atmosphere, cryosphere, and background circulation at various spatial and time scales is still under active research.In this thesis, I contribute to observing the variability and long-term changes of the hydrography and circulation of the subpolar Southern Ocean, and to unveil the mechanisms driving their variability. I first observe the long-term temperature changes in the upper layer of the Southern Ocean, from repeated ship-based measurement transects over 25 years. Besides previously documented trends, I refine the monitoring on the still poorly observed warming and shallowing of the warm subsurface water of the Southern Ocean. The long term warming is stronger than interannual variability, and the shallowing rate is 3 to 9 times the previously estimated one. In a second part, I develop and exploit an ocean topography dataset, spanning six years of measurements over the whole Southern Ocean south of 50°S. This dataset allows me to explore the variability of the subpolar Southern Ocean circulation, particularly the seasonal cycle of the large-scale circulation and the mesoscale variability under sea ice. At the seasonal scale, the circulation of the Weddell and Ross gyres, and the Antarctic Slope Current are mainly dictated by three modes of variability, principally linked to the surface stress of the wind on the surface of the ocean and its modulation by the sea ice. The mesoscale variability is weak outside the energetic Antarctic slope current in the pack ice, while the marginal ice zone seems to be a region with enhanced cyclonic eddies generation. The implications of these results on the physical processes of the Southern Ocean and its long-term changes are discussed

L'océan côtier est le siège de nombreux processus physiques d'échelles variées ; les attentes du public y sont nombreuses. Il convient d'améliorer notre connaissance de cette zone complexe, par la modélisation et la collecte de données. Les modèles numériques sont utiles à la conception de réseaux d'observation, car ils constituent une représentation de la réalité riche en informations sur la zone. Les méthodes d'ensemble permettent de représenter les statistiques d'erreurs du modèle, qu'un réseau performant sera capable de détecter ou de contraindre.
Dans un premier temps, nous assimilons à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble des données simulant les mesures d'un altimètre à fauchée dans un modèle barotrope en Mer du Nord. La mesure de la pente de surface de la mer permet de mieux représenter les courants et étend le domaine d'influence des observations. Le roulis du satellite induit une corrélation dans les erreurs d'observation le long de la trace, qui s'il est pris en compte dans le schéma d'assimilation ne remet pas en cause l'apport de l'instrument.
Dans un second temps, nous développons une technique d'analyse de performances de réseaux d'observation, qui permet de définir un critère quantitatif de discrimination de divers réseaux ainsi qu'une analyse qualitative permettant de comprendre l'impact du réseau considéré sur toutes les dimensions du modèle. A l'aide d'un modèle 3D du Golfe de Gascogne, cette technique nous permet de démontrer les capacités d'un altimètre à fauchée à observer la dynamique méso échelle de l'océan côtier, ainsi que l'apport de mesures de courant dans la conception d'une campagne de mesures, et enfin l'apport de données marégraphiques.

L'océan côtier est le siège de nombreux processus physiques d'échelles variées ; les attentes du public y sont nombreuses. Il convient d'améliorer notre connaissance de cette zone complexe, par la modélisation et la collecte de données. Les modèles numériques sont utiles à la conception de réseaux d'observation, car ils constituent une représentation de la réalité riche en informations sur la zone. Les méthodes d'ensemble permettent de représenter les statistiques d'erreurs du modèle, qu'un réseau performant sera capable de détecter ou de contraindre. Dans un premier temps, nous assimilons à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble des données simulant les mesures d'un altimètre à fauchée dans un modèle barotrope en Mer du Nord. La mesure de la pente de surface de la mer permet de mieux représenter les courants et étend le domaine d'influence des observations. Le roulis du satellite induit une corrélation dans les erreurs d'observation le long de la trace, qui s'il est pris en compte dans le schéma d'assimilation ne remet pas en cause l'apport de l'instrument. Dans un second temps, nous développons une technique d'analyse de performances de réseaux d'observation, qui permet de définir un critère quantitatif de discrimination de divers réseaux ainsi qu'une analyse qualitative permettant de comprendre l'impact du réseau considéré sur toutes les dimensions du modèle. A l'aide d'un modèle 3D du Golfe de Gascogne, cette technique nous permet de démontrer les capacités d'un altimètre à fauchée à observer la dynamique méso échelle de l'océan côtier, ainsi que l'apport de mesures de courant dans la conception d'une campagne de mesures, et enfin l'apport de données marégraphiques
The coastal ocean is characterised by a rich spectrum of interacting scales and processes, and is subject to heavy societal pressure and demand. Our understanding of this complex area needs to be improved, through modelling and data gathering. Realistic numerical models are potentially useful to design observational arrays. Ensemble methods provide a proxy for model errors, which may be detected or constrained by an efficient array. In a first study, an ensemble Kalman filter is used to assimilate simulated data of a wide swath altimeter in a barotropic model of the North Sea. Measurements of the cross-track slope of the sea surface lead to a better representation of the currents, and to a wider domain of influence of observations. The roll of the satellite induces along-track correlation of the observation errors; when it is taken into account in the data assimilation process, it does not jeopardize the improvement potentially brought by the instrument. In a second study, a new analysis technique for assessing the performance of observational networks is proposed. It implements a quantitative criterion to discriminate between various networks, and a qualitative one which allows understanding the impact of the considered network on all the model dimensions. Using a 3D model of the Bay if Biscay, this technique illustrates (1) the capacity of a wide swath altimeter to retrieve useful coastal ocean mesoscale dynamical signals, (2) the positive contributions of current measurements of currents in the design of a coastal cruise, and (3) the contribution of tide gauge data at detecting errors on the shelf

Une connaissance approfondie de la variabilité spatiale du climat est essentielle en agronomie et agroforesterie, afin d'évaluer les capacités de production d'une région ou encore la pression phytosanitaire potentielle d'un ravageur. En viticulture, le climat conditionne largement la cinétique de développement de la vigne ainsi que la maturation du raisin. L'objectif de ce travail était de caractériser la variabilité spatiale du climat à méso-échelle en utilisant différentes techniques de spatialisation au pas de temps quotidien de variables climatiques et d'indices agroclimatiques, afin d'évaluer ses conséquences sur le développement de la vigne et sur la maturation du raisin. La région considérée est la Gironde viticole (aire de production des vins de Bordeaux). Six variables ont été étudiées : les températures minimales et maximales, le rayonnement global, l'évapotranspiration potentielle, les précipitations et le bilan hydrique. Pour chaque variable, la méthode de spatialisation fournissant les résultats les plus pertinents à des coûts informatique et temporel raisonnables a été sélectionnée. La propagation des erreurs produites par la spatialisation des variables climatiques au pas de temps quotidien dans les modèles agroclimatiques a ensuite été évaluée. Cette propagation est non négligeable dans le calcul des sommes de températures et des bilans hydriques. La cartographie des variables climatiques a permis de caractériser la variabilité spatiale du climat en Gironde viticole et de bien quantifier des différences entre aires d'appellation qui n'étaient connues que de manière très empirique. Les résultats de cette étude permettront de mieux adapter les techniques viticoles et le choix du matériel végétal aux possibilités offertes par le milieu.

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 km$²$) 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.