Добірка наукової літератури з теми "Vitesse du vent à la surface de la mer"

Cet article a pour objectif de présenter une nouvelle stratégie de commande optimale d’une génératrice à réluctance variable (GRV) entrainée directement par une turbine éolienne en vue de maximiser le rendement énergétique. Il s’agit d’optimiser les angles de commutations du convertisseur associé à une GRV 6/4, en modes continu (impulsion unique) et haché (modulation de largeur d’impulsion), selon un processus original qui consiste à approcher la caractéristique flux-courants pour une vitesse donnée par une courbe référence idéalisée pour la vitesse nominale qui permet de maximiser la surface correspondant à l’énergie convertie. Les résultats des simulations sont analysés et illustrent les bonnes performances du contrôleur proposé pour une application éolienne à vitesse de vent variable.

El comportamiento eólico superficial en México está en función de las topoformas en los diversos espacios geográficos del país. En este estudio se analiza la dinámica del viento dominante, de acuerdo con la complejidad topográfica del área que barre. Se hace una interpretación de la carta de viento dominante, a escala 1:4.000.000, para definir sus características en las diversas regiones del país. Se consideran los elementos atmosfe1;cos causales de las modificaciones estacionales, en la direción y velocidad original del viento. [fr] La conduité éolique superficielle au Méxique est liée aux topoformes des differents espaces géographiques du pays. Dans c'étude on analyse la dyamique du vent dominant en accord avec la complexité topographique de la zone que lesquels balaient. On interprete la carte du vent dominant á une échelle 1:4.000.000 pour définir ses caractéristiques aux difterents rebrions du pays. On considére les elements atmosphériques que provoquent les modifications saisoniéres de la direction et vitesse originale du vent.

En se basant sur deux études de cas situées dans l'outre-mer français, cet article traite de l'intégration des espaces naturels littoraux dans la gestion des risques liés à la mer. L'étude des impacts de et de la résilience aux cyclones Oli (février 2010) à Tubuai (Polynésie française) et Bejisa (janvier 2014) à la Réunion, a mis en évidence le rôle majeur de la dégradation de la zone tampon (systèmes plages-dunes dans notre étude) dans l'augmentation de la vulnérabilité. Cinq processus de dégradation sont analysés : la contraction (diminution de la surface), la fragmentation des cellules hydro-sédimentaires par des aménagements côtiers, la fixation du trait de côte par des ouvrages de défense, le défrichement et la modification de la végétation et enfin l'extraction de matériaux coralliens sur les plages. Ces phénomènes ont pour conséquence la perturbation de la fonction d'amortissement des vagues et du vent, ce qui au final augmente l'endommagement des enjeux humains lors de la survenue d'un événement météo-marin extrême. Ces résultats ont des implications concrètes pour favoriser la résilience des territoires face aux risques liés à la mer : (1) mener une politique de protection et/ou de restauration des espaces naturels littoraux, (2) considérer la cellule hydro-sédimentaire comme l'échelle d'intervention pertinente, (3) mettre en œuvre des mesures différenciées qui prennent en compte le long terme, afin d'engager dès maintenant une politique d'adaptation au changement climatique.

The emulsifying abilities of 12 soy protein isolate samples were studied in relation to their solubilities (Sol) in different solvents and their sulfhydryl contents (SHL). Samples were obtained at pilot plant under different heat and reducing treatments, according to a central composite design 22 + star with a triplicate central point, resulting in 11 samples. An untreated sample (standard) was also included. The independent variables were heat treatment temperature ( T) and sulfite concentration ( CNa2SO3) while the responses were Sol in water (Solw), Sol in phosphate buffer (Sol buf), Sol in 2-mercaptoethanol (Sol2-Mer), Sol in SDS (Sol SDS) and SHI. The results indicated a good fit to a second order polynomial equation for Solw, Solbuf' Sol 2-Mer and SHL, while in the case of SolSDS the only significant term was the linear one for T. The dependence of emulsion ability ( A500 as a measure of interfacial area) with time (t) and protein dispersion concentration ( C) was evaluated using response surface methodology (RSM). The A500 showed a very good fit to a second order polynomial equation with R2 higher than 89%. The structural differences among samples caused by different treatments were well explained by the A500. Simultaneous heat and reducing treatment under mild conditions ( T = 60-65 °C and CNa2SO3 = 0.2- 0.4%) were able to open the protein structure, increasing SHL. Samples highly soluble in every sol vent (without aggregation effects) showed the highest emulsion ability.

This paper analyzes the relationship between climatic and topographic parameters and fire risks in the center of Benin, using climatic and topographic data and the. fire radiative power of fires hotspots acquired by MODIS sensor. Spatial inte1polation with the Natural Neighbor algorithm and the Pearson correlation has helped analyze the contribution of each parameter in the ignition and propagation of fire. The vegetation Drought Index which links the surface temperature and the ND VI through a linear regression has helped assess the fire risk. An increase in temperature, sunshine period, and wind speed augment the fire radiative power while the correlation is rather negative with the relative humidity. Altitude and slope influence also positively the fire radiative power. Out of these parameters, only temperature, sunshine period, and slope are significant at 0.05. The drought index indicates that considering the magnitude of the surface temperature, any point of the area where exists dry vegetation could be affected by the fire. Cet article analyse la relation entre /es parametres climatiques . et topographiques et /es risques de feu au centre du Benin utilisant /es donnees climatiques et topographiques et lepouvoir radiatif des points de feux acquis par le capteur de MODIS. L 'interpolation spatiale de ces donnees par l'algorithme du Voisin Nature/ et la correlation de Pearson ont permis de mesurer la contribution de chaque parametre dans l 'eclosion et la propagation du feu. L 'indice de secheresse de la vegetation qui lie la temperature de surface et le ND VI a travers une regression lineaire, apermis d ,apprecier /es risques defeu. Au total, la temperature, l'humidite relative, l'insolation et la vitesse du vent injluencent le pouvoir radiatif desfeux. La pente et / 'altitude injl.uencent aussi positivement la propagation des feux. Mais de tous ces parametres, seules la temperature, l 'insolation et la pente sont significatives au seuil de 0,05 de niveau alpha. L 'indice de secheresse de la vegetation indique que selon le niveau de la temperature de surface, tout point ou existe de la vegetation seche peut etre affecte par lefeu.

Les images thermiques ont de nombreuses applications dans le domaine agronomique, notamment pour informer sur laréponse des plantes au stress hydrique. La miniaturisation des caméras thermiques permet aujourd'hui de les installersur des drones. Cependant, les caméras thermiques miniaturisées embarquées à bord de drones n'ont pas de systèmede contrôle de la température des microbolomètres, ce qui conduit à la dérive continue des données, avec la difficulté demesurer correctement la température absolue des objets étudiés sur le terrain. Nous présenterons ici une méthode decorrection radiométrique des images thermiques acquises par drone afin de pallier cette difficulté.La proposition consiste à cibler périodiquement des références de terrain stables, mesurées indépendamment, pourapprécier la dérive et calculer la température absolue. Un dispositif d'acquisition de mesures au sol consistant en unsystème d'enregistrement en continu de la température de quatre cibles (froide, chaude, sol sec et sol humide) via desthermo-radiomètres IR120 (Campbell®Scientific) a été installé les jours d'acquisition des images. Une stationmétéorologique complète le dispositif et permet d'acquérir des données de température et d'humidité de l'air, derayonnement solaire, et de vitesse du vent, toutes les 10 secondes. Les images acquises sont corrigéesradiométriquement par régression linéaire à partir des données thermiques collectées sur la batterie de cibles. Lestempératures extraites des images corrigées ont été comparées aux températures moyennes de surface d'un échantillonde 10 arbres mesurées par thermo-radiomètres. Les résultats montrent une bonne corrélation entre les données issuesdes thermo-radiomètres et celles issues de la caméra thermique et corrigées radiométriquement. Ce système offre uneprécision suffisante pour être utilisé dans des études sur le stress hydrique de la végétation.

Nous présentons dans cet article, une série de tests expérimentaux menés sur un capteur solaire plan, d’une surface de captation de 1.74 m2, conçu au laboratoire et expérimenté dans la région de Biskra. L’installation expérimentale complète comprend la mesure du rayonnement solaire global, la vitesse du vent, le débit d’air et les températures ambiante et de l’air à l’entrée et à la sortie. Afin d’optimiser les performances thermiques, le capteur a été garni dans sa veine d’air dynamique de rugosités artificielles de différentes formes (model-1 et model-2) et différents arrangements (A et B). Le capteur solaire a été orienté face au sud, incliné d’un angle égale à la latitude de Biskra et soumis aux conditions environnementales. Ainsi, cette étude comparative a abouti au choix d’une configuration, parmi les quatre étudiées, permettant d’obtenir le meilleur rendement du capteur.

Rapid retreat rates of sea cliffs exposing glacial material are a widespread problem, especially in Atlantic Canada, and one that will continue. Prediction of retreat rates at specific sites involves many variables, but a factor that has commonly been overlooked in such prediction is the slope of the bedrock surface under the glacial material. A glaciated bedrock platform is generally necessary to establish a stable situation of temporary equilibrium, and as sea-level rises, the bedrock slope determines the location of the new equilibrium position. An example from Nova Scotia shows that bedrock slope is so low on some coasts that the only long-range limiting factor is kinetic, i.e. how fast hydrodynamic energy can remove glacial material. Prediction of coastal retreat scenarios requires better information on the bedrock surface than is commonly available.SOMMAIRELes taux de retrait rapide des falaises qui exposent des matériaux glaciaires est un problème très répandu et qui va perdurer, surtout dans le Canada atlantique. La prévision des taux de retrait sur des sites spécifiques comporte de nombreuses variables et, la pente du substratum rocheux sur lequel reposent ces matériaux glaciaires et une variable qui a souvent été négligée. L’existence d’un substratum rocheux glacié est généralement une condition nécessaire pour l’établissement d’une situation d'équilibre stable temporaire, et lorsque le niveau de la mer monte, la pente du substratum rocheux a une influence déterminante sur le lieu de la nouvelle position d'équilibre. Un exemple en Nouvelle-Écosse montre que la pente du substratum rocheux est si faible sur certaines côtes que le seul facteur déterminant à long terme est la cinétique, c'est-à-dire la vitesse d’abrasion du matériau glaciaire correspondant à l’énergie hydrodynamique. La prévision des scénarios de retrait de la ligne côtière requière une meilleure connaissance du substratum rocheux.

Le but de cette thèse est de montrer quels peuvent être les apports à l'étude de la dynamique océanique des données de télédétection spatiale dans l'infrarouge proche (1000 nm) et moyen 10000 nm). On présente tout d'abord le rayonnement observé (réflexion, émission). On examine les influences de l'état de la mer et de la présence de l'atmosphère entre l'océan et le capteur ou le soleil sur ce rayonnement. Le chapitre 3 aborde les relations entre les distributions spatiales et superficielles de température et de courant. Le courant peut être estimé à l'aide d'un couple de thermographies, soit par suivi de structures particulières, soit par résolution de l'équation de conservation de la chaleur. Des exemples sont donnés pour le courant Ligure, les tourbillons anticycloniques issus du Gulf Stream et les eaux au large de la côte est des Etats-Unis. Enfin, les densités de variance de température calculées en fonction de l'échelle à partir des thermographies, sont comparées aux spectres d'énergie cinétique résultants de théories de turbulence bidimensionnelle. Le chapitre 4 traite des images d'énergie réfléchie par la surface de la mer à partir desquelles sont dérivés l'état d'agitation de la mer et le champ de vitesse du vent. Grâce à un modèle de distribution statistique des pentes des facettes de vague, on examine le signal parvenant au radiomètre en fonction de l'état de surface et des géométries d'éclairement et d'observation, en s'attachant aux cas des satellites SPOT et Landsat. Par ailleurs, on montre que le champ du module de la vitesse du vent à la surface de la mer peut être calculé, à partir des images AVHRR à 1000 nm et qu'il se compare favorablement au champ obtenu d'après une carte d'isobares de surface. Le chapitre 5 est une application des résultats des chapitres précédents, à la connaissance de la dynamique de la couche superficielle de la mer Ligure. La circulation générale dans ce bassin et ses causes présumées y sont discutées. Les variations, les instabilités *du courant et les dissymétries saisonnières nord-sud de la répartition spatiale de ces instabilités et de leur amplitude sont mises en relief. La conclusion est consacrée à la synthèse des apports de la télédétection à la connaissance du milieu marin mis en évidence par les travaux présentés, synthèse particulièrement illustrée par l'exemple de la mer Ligure.

Cette thèse vise à étudier l’utilisation simultanée d’ensembles de données océaniques hétérogènes afin d’améliorer les performances des modèles prédictifs utilisés dans les domaines scientifiques et opérationnels pour la simulation et l’analyse de l’océan et du milieu marin. Deux études de cas distinctes ont été explorées au cours des travaux de thèse. La première étude se concentre sur l’estimation locale de la vitesse du vent à la surface de la mer à partir de mesures du paysage sonore sous-marin et de produits de modèles atmosphériques. La deuxième étude considère l’extension spatiale du problème et l’utilisation d’observations à différentes échelles et résolutions spatiales, depuis les pseudo-observations simulant des images satellites jusqu’aux séries temporelles mesurées par des infrastructures in-situ. Le thème récurrent de ces recherches est la multi-modalité des données introduites dans le modèle. En d’autres termes, dans quelle mesure et comment le modèle prédictif peut bénéficier de l’utilisation de canaux d’information spatio-temporels hétérogènes. L’outil méthodologique privilégié est un système de simulation basé sur l’assimilation variationnelle des données et les concepts d’apprentissage profond
The aim of this thesis is to study the simultaneous use of heterogeneous ocean datasets to improve the performance of predictive models used in scientific and operational fields for the simulation and analysis of the ocean and marine environment. Two distinct case studies were explored in the course of the thesis work. The first study focuses on the local estimation of wind speed at the sea surface from underwater soundscape measurements and atmospheric model products. The second study considers the spatial extension of the problem and the use of observations at different scales and spatial resolutions, from pseudo-observations simulating satellite images to time series measured by in-situ infrastructures. The recurring theme of these investigations is the multi-modality of the data fed into the model. That is, to what extent and how the predictive model can benefit from the use of spatio-temporally heterogeneous information channels. The preferred methodological tool is a simulation system based on variational data assimilation and deep learning concepts

Les systèmes de courant de bords est (EBUS) sont les régions océaniques des latitudes tropicales à moyennes le long des côtes ouest des continents. Ils abritent des écosystèmes marins très productifs en raison de la circulation atmosphérique de surface dirigée vers l'équateur qui font remonter des eaux profondes froides (upwelling) enrichies en éléments nutritifs à l'origine de la vie marine le longde la côte. Si les processus océaniques fondamentaux de l'upwelling côtier sont bien connus (transport et pompage d'Ekman), la modélisation océanique des EBUS reste problématique en raison des difficultés pour prendre en compte de manière réaliste des phénomènes à fine échelle spatiale dans la zone de transition entre le littoral et l'océan du large. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur le système d'upwelling dit de Humboldt (côtes du Pérou et du Chili) et sur l'influence des caractéristiques méso-échelles des vents près de la côte, en particulier la décroissance vers la cotes du vent (appelé "drop-off") qui détermine l'importance relative des processus d'Ekman, et donc, la structure spatiale de la zone d'upwelling. Une approche combinée basée sur l'analyse de données satellitaires et sur la modélisation régionale, océanique et atmosphérique, est utilisée pour étudier la sensibilité de la circulation océanique le long de la côte Chili central aux caractéristiques du drop-off. Dans un premier temps, la circulation atmosphérique de surface moyenne à saisonnière le long du littoral du Pérou et du Chili est documentée pour la première fois à partir des données altimétriques de quatre missions satellites (ENVISAT, JASON1, JASON2 et SARAL). L'analyse révèle l'existence d'une réduction marquée de la vitesse du vent le long de la côte, bien que le taux de réduction varie en fonction de la latitude. Malgré la répétitivité relativement faible des satellites, nous montrons que les données altimétriques permettent néanmoins d'échantillonner le cycle saisonnier du drop-off. L'estimation de l'upwelling côtier à partir de ces données suggère que le pompage d'Ekman tend en moyenne à dominer par rapport au transport d'Ekman le long de la côte péruvienne, alors que le long de la côte chilienne, le transport d'Ekman est le processus dominant. Dans un second temps, un modèle atmosphérique régional (WRF) à différentes résolutions horizontales (36 km, 12 km et 4 km) dans une configuration imbriquée zoomée sur la région centrale du Chili a été développé afin de produire des champs atmosphériques présentant des caractéristiques différentes du drop-off. Les solutions du modèle atmosphérique sont d'abord évaluées par rapport aux observations, indiquant un plus grand réalisme près de la côte que les réanalyses atmosphériques. Le rotationnel du vent cyclonique simulé le long de la côte associé au drop-off présente des échelles transversales comprises entre 8 et 45 km avec une variabilité latitudinale significative, en accord avec les vents altimétriques. Lorsque la résolution du modèle est augmentée, le drop-off est généralement d'autant plus confiné à la côte et le modèle indique une saisonnalité marquée avec un maximum d'intensité au printemps-automne. La contribution relative de la divergence côtière et du pompage d'Ekman présente une modulation latitudinale liée aux détails de l'orographie et de la ligne de côte
Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS) are the tropical to mid-latitudes oceanic regions along the west coast of the continents. They host very productive marine ecosystems owing to the mean equatorward low-level atmospheric circulation that uplifts cool subsurface nutrient-enriched waters that trigger marine life along the coast. While the fundamental oceanic processes behind such process are well known (i.e. Ekman transport and pumping), the oceanic modeling of the EBUS has remained problematic owing to difficulties in accounting realistically for phenomena at fine spatial scales in the transition zone between the littoral and the off-shore ocean. In this thesis we have focused on the Peru-Chile Upwelling System (so-called Humboldt system) and on the influence of the cross-shore mesoscale features of the winds near the coast, particularly the shoreward wind drop-off, which determinate the relative importance of the Ekman processes, and thus, the spatial and temporal structure of the upwelling. A combined approach based on satellite data analysis and regional modeling, both oceanic and atmospheric, is used to investigate the sensitivity of the oceanic circulation along the coast of central Chile to the characteristics of the wind drop-off. As a first step, the mean to seasonal near-shore surface atmospheric circulation along the coast of Peru and Chile is documented for the first time based on the altimeter data from four satellite missions (ENVISAT, JASON1, JASON2 and SARAL). The analysis reveals the existence of a marked shoreward reduction in the wind speed all along the coast, although the reduction rate is latitudinally dependent. Despite the relatively weak repetitivity of the satellites, it is shown that the altimetric data are able to sample the seasonal cycle of the wind drop-off at some locations. The estimate of coastal upwelling from these data suggests that Ekman pumping tends on average to dominate with respect to Ekman transport over the Peruvian coast, whereas over the central-Chilean coast, the Ekman transport is the dominant process. In a second step, a regional atmospheric model (WRF) at different horizontal resolutions (36km, 12km and 4km) in a nested configuration zoomed over the central-Chile region was developed in order to produce atmospheric fields with different characteristics of the wind-stress curl (drop-off) along the coast. The atmospheric model solutions are first evaluated against the satellite observations, showing a much larger realism than atmospheric Reanalyses near the coast. In particular, the simulated cyclonic wind curl along the coast related to the wind drop-off exhibit length scales between 8 and 45 km with a significant latitudinal variability, which is in agreement with the altimetric winds. The higher model resolution, the more confined to the coast the wind drop-off, with the latter evidencing a marked seasonality with a maximum intensity in spring-fall and minimum in winter. The relative contribution of the coastal divergence and Ekman pumping exhibits a latitudinal modulation linked to details in the orography and coastlines

L'objectif principal de cette these est de definir un outil pratique pour l'evaluation de la coherence entre vent et vagues a partir de mesures d'instruments actifs en micro-onde. Pour atteindre ce but, les bases theoriques pour l'extraction des parametres geophysiques sous-jacents aux mesures altimetre et diffusiometre ont ete rappelees et approfondies. Quatre spectres de vagues parmi les plus utilises sont alors examines. Le desaccord prononce entre ces spectres nous a amene a developper un nouveau modele spectral pour les vagues de gravite et gravite-capillarite : c'est le unified spectrum. Aucune donnee radar n'a ete utilisee pour l'etalonnage du spectre. Les seules telemesures employees sont realisees en bande optique (visible ou laser). La consistance entre les vagues predites par le spectre et l'action du vent est examinee a l'aide d'un modele de couche limite : c'est le modele wbl. Ce dernier est fonde sur la theorie de miles pour les grandes vagues et sur le modele de rugosite de kitaigorodskii pour les petites vagues. Un modele electromagnetique est aussi fourni pour predire la section radar efficace de surfaces marines : c'est le modele em. Quand ce dernier est employe en conjonction avec le unified spectrum, nous sommes capables de reproduire fidelement les mesures radar en deux bandes de frequences (bandes ku et c) et deux polarisations (vv et hh). Le triple-modele : unified spectrum, wbl et em, nous apporte une base solide pour estimer la tension du vent a la surface par telemesure. La vitesse de frottement est directement obtenue a partir des mesures altimetre bi-frequence comme topex/poseidon, et cela quelque soit l'age des vagues. La combinaison de la vitesse de frottement et de la hauteur significative mesurees par l'altimetre donne la vitesse du vent. Ce vent est appele vent local puisqu'il depend a la fois de la vitesse de frottement et de l'etat local de la mer. Les mesures diffusiometriques d'ers-1 ont revele une forte correlation avec notre estimation de la tension du vent.

La structure lithosphérique profonde a été étudiée dans deux zones de convergence : la zone de subduction de la mer Egée et la zone de collision en Iran. Pour obtenir des contraintes sur la structure lithosphérique, nous avons analysé des ondes de surface enregistrées sur des réseaux temporaires large-bande installés dans ces zones. Dans la mer Egée, les quatre coupes de vitesse des ondes S obtenues montrent une anomalie de vitesse rapide associée au slab subductant. Une anomalie de vitesse lente de 4% est observée dans la partie nord de la région, à 100-150 km de profondeur. La position de cette anomalie correspond à une zone de déformation rapide en surface, qui semble être liée à des processus profonds dans le manteau. Dans la deuxième zone d'étude, nous avons constaté des vitesses lentes et une lithosphère amincie sous l'Iran central. Ces résultats peuvent être expliqués par une remontée de l'asthénosphère et l'érosion thermique de la lithosphère dans cette région

Malgré de nombreuses études, le lien de causalité entre vent et vagues fait toujours l’objet de controverses : cela est dû entre autres au caractère multi-échelle d'une surface océanique réaliste, et à la présence de déferlements, qui modifient radicalement sa topologie. Dans cette thèse, ces deux questions sont abordées sous un angle théorique, à travers un modèle phénoménologique, qui relie les propriétés spectrales et moyennées de la turbulence proche de paroi en utilisant la géométrie de tourbillons attachés à celle-ci. La première partie de la thèse revisite ce modèle phénoménologique en questionnant ses hypothèses sous-jacentes et révèle, en particulier, des incohérences dans les modèles utilisés pour décrire le terme de redistribution d'énergie entre composantes turbulentes (modèle de Rotta). Le modèle phénoménologique est ensuite utilisé pour étudier le couplage entre vagues de vent longues (de l'ordre de 10m) et turbulence. Les résultats démontrent que la déformation des tourbillons attachés induite par cette interaction pourrait expliquer une partie de la variabilité des flux de quantité de mouvement à un vent moyen donné. Finalement, le couplage entre la turbulence et les vagues courtes et déferlantes est abordé en définissant une sous-couche rugueuse dans laquelle les propriétés des tourbillons attachés sont définies par la vitesse des fronts déferlants dominants pour un vent donné. Ces deux études posent les bases d'un nouveau paradigme, permettant d'étudier le couplage multi-échelle entre le spectre turbulent et le spectre des vagues. Celui-ci pourrait permettre de mieux prendre en compte l'influence de paramètres environnementaux sur les flux de quantité de mouvement et de chaleur. Il ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour les études théoriques et pour l’exploration des données expérimentales
Despite numerous works, the causal link between wind and waves is still a controversial subject. This is due, among others, to the multi-scale nature of a realistic ocean surface and to wave breaking, which changes its topology. In this thesis, such problems are studied from a theoretical perspective, using a phenomenological model linking the spectral and averaged properties of wall-bounded turbulence through the geometry attached eddies.The first part of the thesis revisits this phenomenological model by questioning its underlying assumptions and, in particular, reveals inconsistencies in the models used for the energy redistribution between turbulence components (the Rotta model). The phenomenological model is then used to study the coupling between long wind-waves (of order 10m) and turbulence. Results indicate that the deformation of attached eddies, induced by this interaction, could explain some of the variability in momentum fluxes for a given mean wind. Finally, the study of the coupling between turbulence and short breaking waves is approached by defining a roughness sublayer, in which the properties of the attached eddies depend solely on the speed of the dominant breaking fronts for a given wind. These two studies from the basis of a new paradigm to study the multi-scale coupling between the turbulent and wave spectra. This would allow accounting for the influence of environmental parameters on momentum and heat fluxes, and opens new paths both from a theoretical perspective and for the analysis of experimental data

Une estimation précise de la circulation de surface est cruciale en raison de son impact direct sur les propriétés physiques et bio-géochimiques du du milieu marin. Cependant, l’estimation des courants reste un défi car le champ de circulation est affecté par des flux qui changent rapidement. Ce problème s’accentue en Méditerranée orientale, où les observations in-situ sont relativement rares et où les imprécisions des observations altimétriques augmentent. Par conséquent, certaines des caractéristiques de méso-échelle sont encore débattues ou inconnues, en particulier dans le bassin levantin. L’objectif de la thèse est de caractériser ces structures méso-échelles hautement évolutives dans la mer Méditerranée. Dans la première partie de la thèse, nous présentons une méthode d’assimilation variationnelle qui fusionne l’altimétrie satellitaire avec les observations des bouées pour améliorer la représentation de la circulation de surface le long et autour des trajectoires des bouées assimilées. Nous évaluons l’efficacité de la méthode en comparant les vitesses résultant de l’assimilation avec des observations in-situ indépendantes et des images couleur de l’océan. Nous utilisons ensuite les vitesses corrigées pour caractériser les événements locaux et à court terme qui se produisent dans le bassin du Levant. Cependant, en raison des lacunes spatio-temporelles importantes dans la couverture des bouées, l’assimilation ne permet pas une investigation continue de toutes les structures mésoéchelles et de leurs variabilités à long terme dans le bassin. Dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons des techniques de “machine learning” qui seront utilisées pour construire un catalogue des différents régimes de circulation dans le bassin levantin, permettant ainsi la caractérisation à long terme de ces structures. Nous essayons également d’expliquer les raisons possibles derrière les évaluations contradictoires précédentes de certaines structures, comme par exemple, le “Mid-Mediterranean Jet”. Les résultats obtenus dans cette thèse améliorent la connaissance des caractéristiques,des comportements et des tendances des principales structures méso-échelle. Les applications de la thèse pourraient tirer profit d’autres observations in-situ et de futures missions altimétriques comme SWOT, promettant ainsi de pallier certaines des lacunes actuelles de l’altimétrie
An accurate estimation of the surface circulation is crucial because of its direct impact on physical and bio-geochemical water properties. However, currents estimation remains challenging because the stream field is affected by quickly changing flows. This problem increases in the Eastern Mediterranean Sea, where in-situ observations are relatively scarce and the inaccuracies of altimetric observations increase. Therefore, some of the mesoscale features are still debated or unknown, especially in the Levantine Basin. The thesis goal is to characterize these highly-evolving mesoscale features. In the first part of the thesis, we present a variational assimilation method that merges altimetry with drifters to improve the surface circulation representation along and around the assimilated drifters’ trajectories. We assess the method’s efficiency by comparing the velocities resulting from assimilation with independent in-situ observations and ocean color images. We use the corrected velocities to characterize short-term and local events occurring in the Levantine Basin. However, because of the significant spatio-temporal gaps in drifters’ coverage, the assimilation does not allow a continuous investigation of all the mesoscale patterns and their long-term variabilities in the basin. In the second part of the thesis, we use machine learning techniques to build a catalog of the several circulation regimes in the Levantine Basin, providing a long-term characterization of these features. We also try to explain the possible reasons behind previous contradictory assessments about some features, such as the Mid-Mediterranean Jet. The obtained results in the thesis improve the knowledge of the main mesoscale features’ characteristics, behaviors, and tendencies. The thesis applications could take advantage of other in-situ observations and of future altimetric missions like SWOT, promising to mitigate some of the actual altimetric shortcomings

Les erreurs des modèles de prévision numérique du temps (PNT) peuvent être réduites par des méthodes de post-traitement (dites d'adaptation statistique ou AS) construisant une relation statistique entre les observations et les prévisions. L'objectif de cette thèse est de construire des AS de prévisions de vent pour la France sur la grille de plusieurs modèles de PNT, pour les applications opérationnelles de Météo-France en traitant deux problèmes principaux. Construire des AS sur la grille de modèles de PNT, soit plusieurs milliers de points de grille sur la France, demande de développer des méthodes rapides pour un traitement en conditions opérationnelles. Deuxièmement, les modifications fréquentes des modèles de PNT nécessitent de mettre à jour les AS, mais l'apprentissage des AS requiert un modèle de PNT inchangé sur plusieurs années, ce qui n'est pas possible dans la majorité des cas.Une nouvelle analyse du vent moyen à 10 m a été construite sur la grille du modèle local de haute résolution (2,5 km) de Météo-France, AROME. Cette analyse se compose de deux termes: une spline fonction de la prévision la plus récente d'AROME plus une correction par une spline fonction des coordonnées du point considéré. La nouvelle analyse obtient de meilleurs scores que l'analyse existante, et présente des structures spatio-temporelles réalistes. Cette nouvelle analyse, disponible au pas horaire sur 4 ans, sert ensuite d'observation en points de grille pour construire des AS.Des AS de vent sur la France ont été construites pour ARPEGE, le modèle global de Météo-France. Un banc d'essai comparatif désigne les forêts aléatoires comme meilleure méthode. Cette AS requiert un long temps de chargement en mémoire de l'information nécessaire pour effectuer une prévision. Ce temps de chargement est divisé par 10 en entraînant les AS sur des points de grille contigü et en les élaguant au maximum. Cette optimisation ne déteriore pas les performances de prévision. Cette approche d'AS par blocs est en cours de mise en opérationnel.Une étude préalable de l'estimation du « continuous ranked probability score » (CRPS) conduit à des recommandations pour son estimation et généralise des résultats théoriques existants. Ensuite, 6 AS de 4 modèles d'ensemble de PNT de la base TIGGE sont combinées avec les modèles bruts selon plusieurs méthodes statistiques. La meilleure combinaison s'appuie sur la théorie de la prévision avec avis d'experts, qui assure de bonnes performances par rapport à une prévision de référence. Elle ajuste rapidement les poids de la combinaison, un avantage lors du changement de performance des prévisions combinées. Cette étude a soulevé des contradictions entre deux critères de choix de la meilleure méthode de combinaison : la minimisation du CRPS et la platitude des histogrammes de rang selon les tests de Jolliffe-Primo. Il est proposé de choisir un modèle en imposant d'abord la platitude des histogrammes des rangs
Errors of numerical weather prediction (NWP) models can be reduced thanks to post-processing methods (model output statistics, MOS) that build a statistical relationship between the observations and associated forecasts. The objective of the present thesis is to build MOS for windspeed forecasts over France on the grid of several NWP models, to be applied on operations at Météo-France, while addressing the two main issues. First, building MOS on the grid of some NWP model, with thousands of grid points over France, requires to develop methods fast enough for operational delays. Second, requent updates of NWP models require updating MOS, but training MOS requires an NWP model unchanged for years, which is usually not possible.A new windspeed analysis for the 10 m windspeed has been built over the grid of Météo-France's local area, high resolution (2,5km) NWP model, AROME. The new analysis is the sum of two terms: a spline with AROME most recent forecast as input plus a correction with a spline with the location coordinates as input. The new analysis outperforms the existing analysis, while displaying realistic spatio-temporal patterns. This new analysis, now available at an hourly rate over 4, is used as a gridded observation to build MOS in the remaining of this thesis.MOS for windspeed over France have been built for ARPEGE, Météo-France's global NWP model. A test-bed designs random forests as the most efficient MOS. The loading times is reduced by a factor 10 by training random forests over block of nearby grid points and pruning them as much as possible. This time optimisation goes without reducing the forecast performances. This block MOS approach is currently being made operational.A preliminary study about the estimation of the continuous ranked probability score (CRPS) leads to recommendations to efficiently estimate it and to generalizations of existing theoretical results. Then 4 ensemble NWP models from the TIGGE database are post-processed with 6 methods and combined with the corresponding raw ensembles thanks to several statistical methods. The best combination method is based on the theory of prediction with expert advice, which ensures good forecast performances relatively to some reference forecast. This method quickly adapts its combination weighs, which constitutes an asset in case of performances changes of the combined forecasts. This part of the work highlighted contradictions between two criteria to select the best combination methods: the minimization of the CRPS and the flatness of the rank histogram according to the Jolliffe-Primo tests. It is proposed to choose a model by first imposing the flatness of the rank histogram

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

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