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La télédétection, au sens où le mot va être utilisé au cours de ces journées d'études, constitue un des apports les plus originaux de la technologie moderne. Les ondes électro-magnétiques émises, réfléchies ou réfractées par un objet portent en elle nombre d'informations concernant cet objet. Gomment décrypter le message ? En sélectionnant de plus en plus finement les longueurs d'onde d'une gamme de plus en plus étendue, en contrôlant, parfois, la source émettrice elle-même, nous nous dotons peu à peu de méthodes susceptibles de répondre à cette question.

Co-designed and programmable hyperspectral imagers, based on computational imaging, can greatly reduce theacquisition time of hyperspectral scenes. They rely on the measurement of one or a few coded images combined with a model (to compensate for the lack of data) and allow to estimate the hyperspectral scene while reducing the amount of data and the acquisition time by an order of magnitude or more. The adequacy of the model to the observed scene is the sine qua none condition for an accurate estimation. Here we study a separability assumption of the scene over homogeneous regions, which is similar to accounting for intraclass variability in supervised spectral classification, and use statistical tests to verify this model from the coded data.; -Des imageurs hyperspectraux co-conçus et programmables, relevant de l'imagerie computationnelle, permettent aujourd'hui de réduire fortement le temps d'acquisition de scènes hyperspectrales. Ils reposent sur la mesure d'une ou de quelques images codées, qui associées à un modèle palliant le manque de données, permettent d'estimer toute la scène hyperspectrale en réduisant la quantité de données et le temps d'acquisition d'un ordre de grandeur ou plus. L'adéquation du modèle à la scène observée est la condition sine qua none d'une estimation fidèle. Nous proposons ici d'étudier un modèle de séparabilité de la scène sur des régions homogènes, similaire à la prise en compte de la variabilité intraclasse en classification spectrale supervisée, et utilisons des tests statistiques pour vérifier ce modèle à partir des données codées.

National audience; This article is the first step of a complex process of measuring fine particle concentrations by spectral cameras. To do this, an accurate and fast classification of all pixels from a hyperspectral image is crucial to determine the nature of the objects and their optical properties. The methods traditionally used rely on the richness of the spectral information in measurements with hundreds of wavelengths. However, neglecting the spatial dimension during the classification can lead to situations where the resulting classes may not be spatially consistent. Here, we propose a classification method (Spatial Spectral Optimised Classification) based on learning, which takes into account spectral features but also spatial information via neighbouring pixels.; Cet article est la première étape d'un processus complexe de mesure de la concentration de particules fines par des caméras spectrales. Pour ce faire, une classification précise et rapide de tous les pixels d'une image hyperspectrale est cruciale pour déterminer la nature des objets et leurs propriétés optiques. Les méthodes traditionnellement utilisées reposent sur la richesse de l'information spectrale avec des centaines de longueurs d'onde habituellement mesurées par les caméras. Cependant, négliger la dimension spatiale durant une classification conduit à certaines situations où les classes obtenues ne sont pas spatialement cohérentes. Nous proposons ici une méthode de classification optimisée pour la mesure de la qualité de l'air (Spatial Spectral Optimised Classification) basée sur l'apprentissage, qui prend en compte les caractéristiques spectrales mais aussi l'information spatiale via les pixels voisins.

À travers l’exemple du recyclage artisanal de batteries au plomb dans des ateliers en « bout de champ » en Inde, cet article donne à voir l’intérêt d’une approche interdisciplinaire pour appréhender les multiples dimensions politiques, techniques et environnementales de l’exploitation de la mine urbaine. Le recours aux sciences humaines et sociales (anthropologie des techniques, géographie sociale), aux sciences de l’ingénieur (génie des procédés) et aux géosciences (géophysique, géochimie) permet ainsi de reconstituer des chaînes logistiques inversées en suivant de proche en proche les flux matériels du plomb ; des chaînes opératoires en décomposant l’ensemble des opérations efficaces sur la matière dans les ateliers et les usines ; des chaînes de contaminations en prélevant des échantillons de sols aux abords des lieux de production. Ce contraste épistémique entre sciences physiques et sciences humaines et sociales permet ainsi de mieux saisir les enjeux induits par la circulation et la transformation des matières récupérées, pour questionner in fine les possibilités de faire science autrement. Using the example of the traditional recycling of lead batteries in “backyard” workshops in India, this article demonstrates the value of an interdisciplinary approach to ascertain the many political, technical and environmental dimensions of the operation of urban mines. The use of human and social sciences (anthropology of techniques, social geography), engineering sciences (process engineering) and geosciences (geophysics, geochemistry) makes it possible to track reverse logistics chains by following the material flow of lead from one step to the next; operations chains by breaking down all the effective operations on the material in workshops and factories; and contamination chains by taking soil samples in the vicinity of production sites. This epistemic contrast between the physical sciences and the humanities and social sciences enables us to better understand the issues involved in the circulation and transformation of recovered materials, and to examine the possibilities of doing science differently.

L’initiative « 4 pour 1000 » a été lancée à l’issue de la COP21, avec l’objectif d’augmenter les stocks mondiaux de matières organiques dans les sols de 4 pour 1000 (ou 0,4 %) chaque année pour compenser une partie des émissions anthropiques mondiales de gaz à effet de serre et pour accroître la sécurité alimentaire. Ces dernières années plusieurs études ont mis en avant qu’un des principaux levierspermettant d’atteindre cet objectif était l’allongement de la durée de couverture des sols via la modification des rotations culturales et l’introduction ou l’expansion des cultures intermédiaires. Toutefois, les données permettant de caractériser la durée de couverture du sol et son évolution en fonction des politiques publiques font actuellement défaut. Aussi ces études mettent en évidence la nécessité de (i) mieux de caractériser le temps de couverture des sols agricoles et (ii) la relation entre le temps de couverture du sol et le stockage de carbone pour estimer à la fois la fixation nette actuelle de CO2 atmosphérique de ces surfaces mais aussi leur potentiel de stockage additionnel. De ce fait, les objectifs de ce projet étaient 1) de quantifier la durée de couverture du sol par de la végétation active à une échelle parcellaire sur l’ensemble de la France pour différentes années culturales et sur différentes zones du globe à partir des donnéessatellitales Sentinel-2, 2) d’estimer la fixation nette annuelle de CO2 de ces parcelles en s’appuyant sur la relation établie par Ceschia et al. (2010) entre durée de couverture des sols par de la végétation active et fixation nette de CO2 pour les grandes cultures en Europe et enfin 3) de réexploiter les données de l’étude « Stocker du carbone dans les sols français – Quel potentiel et à quel coût » obtenues via des simulation du modèle de culture STICS pour, d’une part, explorer les liens entre la durée de couverture du sol et le stockage de carbone dans les sols et d’autre part, vérifier à partir de ces simulations si les estimations faites à partir de l’approche par télédétection concordent avec les simulations STICS. Tout d’abord, un outil de quantification des durées de couverture du sol à large échelle et haute résolution a été développé à partir du logiciel IOTA2, des algorithmes développés dans le cadre du projet Européen NIVA et des données satellitales Sentinel 2. Malgré sa simplicité, cet outil nous a permis non seulement de quantifier les durées de couverture du sol à haute résolution mais aussi d’estimer les flux nets annuel de CO2 des principales grandes cultures sur l’ensemble de la France. Une version améliorée prenant aussi en compte certaines variables climatiques (rayonnement solaire, température) a en outre été développée et elle a pu être testée sur plusieurs zones dans le monde grâce aux données de télédétection Sentinel 2 qui ont une couverture globale. L’indicateur a montré une bonne cohérence 1) avec les pratiques connues sur le terrain comme la mise en œuvre de cultures intermédiaires (ex. en Bretagne ou en Géorgie) et 2) avec les simulations réalisées avec le modèle STICS même si cet exercice de comparaison mériterait d’être refait avec des données d’enquêtes culturales plus récentes. C’est donc une approche qui peut facilement être mise en œuvre pour produire un indicateur lié au bilan de C des grandes cultures (par exemple dans une optique de versement de primes environnementales pour la PAC). Elle permet aussi d’identifier ’effet de certaines pratiques agricoles sur les flux nets annuels de CO2 (type de cultureet leur utilisation, présence de cultures intermédiaires) et d’observer l’impact de la règlementation (ex. Directive nitrates). Cependant cette approche ne permet pas de prendre en compte l’effet de l’ensemble des pratiques sur les bilans de C des parcelles. Pour ce faire, il faudrait intégrer au calcul de l’indicateur des données relatives aux récoltes et aux amendements organiques (ce qui correspond à la méthode TIER 2 du projet NIVA). C’est cette méthode qui serait à privilégier dans le cadre d’un financement des agriculteurs en fonction de la quantité de carbone qu’ils stockent. L’approche a toutefois montré ses limites dans les zones à fort ennuagement comme en Belgique ou au Brésil. Pour une production opérationnelle à l’échelle globale, il serait donc nécessaire d’utiliser des données satellitales radar (ex. Sentinel-1) en complément des données optiques Sentinel-2. L’utilisation des données Sentinel-1 pour interpoler de manière opérationnelle les trous dans les séries temporelles de NDVI issues de Sentinel-2 est d’ailleurs explorée par plusieurs unités de recherches. Ce n’est donc probablement qu’une question de temps avant que l’approche mise en œuvre dans le cadre de SOCCROPpuisse être appliquée de manière plus opérationnelle à l’échelle globale en s’appuyant sur l’utilisation combinée des données Sentinel 1 et 2. Rappelons toutefois que les coûts de mise en œuvre, les temps de calculs et le volume de stockage de données qui seraient nécessaire pour une application à échelle globale sont abordables uniquement pour quelques très grosses entreprises du numérique, pour certaines agences spatiales, ou agences pluri-étatiques (ex. services Copernicus de l’Europe).

La réalisation des cartes d’occupation du sol et de vulnérabilité paysagère locale intervient dans le cadre de l’étude d’impact de la mise en place des mesures de protection des troupeaux d’élevage au pâturage contre les prédateurs sur le département des Pyrénées-Atlantiques. Il s’agit d’une première approche de la vulnérabilité des troupeaux en raison des natures et structures de paysages, construite pour ce qui concerne les loups sur la base d’expériences sur près de 30 ans dans des paysages similaires des Alpes, de Provence et du sud Massif central, mais aussi d’autres pays. Elle est centrée sur la notion de vulnérabilité paysagère locale, à savoir les éléments du paysage susceptibles de favoriser les attaques sur troupeaux, car favorisant les comportements d’affut par le prédateur en préalable à une éventuelle attaque et/ou de repli du prédateur suite à une attaque réussie ou tenue en échec. L'’objectif n’est pas de fournir LA carte définitive de la vulnérabilité paysagère départementale, mais de fournir des éléments permettant d’aborder cette notion avec la possibilité de faire varier quantitativement certains paramètres de la carte. L’objectif général du travail est donc de permettre d’alimenter la réflexion et d’ouvrir la discussion autour de la notion de vulnérabilité paysagère locale des troupeaux d’élevage face à la prédation.

International audience

International audience; Pour prévenir et s’adapter aux canicules en zone urbaine, il est nécessaire de disposer d’outilsnumériques de prédiction des transferts thermiques couplés qui prennent en compte la complexitégéométrique de la ville. L’étude qui suit présente un modèle probabiliste de transferts couplés conducto-radiatif linéarisé et transitoire. La méthode de Monte-Carlo (MC) est utilisée pour la résolution dumodèle probabiliste avec une randomisation des contributions des différents modes de transferts dechaleur à la paroi. Nous faisons ici la preuve de concept du passage à l’échelle à l’aide du programmeStardis.

Ce guide pour structurer l’évaluation de l’état de conservation des habitats marins à l’échelle des sites Natura 2000 est une mise à jour du guide de Lepareur (2011). Son objectif est de fournir un cadre méthodologique commun pour tous les Habitats d’Intérêt Communautaire à évaluer dans les sites Natura 2000.Les principales recommandations sont d’utiliser les typologies nationales des habitats marins benthiques pour définir les unités à évaluer et de rechercher une cohérence avec les outils de suivi et d’évaluation développés pour les différentes directives de préservation du milieu marin (DCE et DCSMM principalement).Il est recommandé que l’évaluation de l’état de conservation d’un habitat sur un site repose sur trois paramètres à évaluer en cohérence avec l’évaluation biogéographique :1. les évolutions de surface d’habitat au sein du site étudié ;2. la structure et les fonctions de l’habitat ;3. les altérations qu’il subit.L’évaluation peut conduire à une note d’état de conservation. Le calcul de celle-ci peut être faite de différentes façons. Ici, est rappelé le cadre des méthodes « PatriNat ». Le document propose également certaines clés pour l’élaboration de méthode d’évaluation d’une unité d’habitat à l’échelle du site.En conclusion, l’approche évaluative développée à l’échelle du site doit être complémentaire et compatible avec les approches utilisées pour les évaluations à l’échelle biogéographique sans forcément être identique.

In a context of water scarcity and pollution, knowledge of contaminant transfer and regulation processes within the watershed is essential. With a modeling approach, this thesis is mainly interested in nitrates fate at watershed scale. The objective is to characterize and quantify nitrate fluxes and their regulation in the Vienne watershed, in all environmental compartments. For this purpose, the drainage network biogeochemical model RIVE was integrated into the physically-based hydro-agro-environmental model SWAT. The validation of the coupling was done on a section of the Garonne river, due to available data and knowledge of the physical and biogeochemical functioning of the environment in this sector. An equation for epilithic biofilm growth and detachment was also implemented in SWAT-RIVE model to represent benthic diatoms, the dominant species in the Garonne. The coupled model was used to highlight the major in-stream biogeochemical processes, including nitrate consumption by benthic denitrification. On average, 0.6% of nitrates inputs is retained annually in the reach. SWAT-RIVE model was then applied to the Vienne river basin. To spatially supply the model, two measurement campaigns of the main physico-chemical elements (including nitrates and other nitrogen forms) were carried out on downstream Vienne and its two main tributaries. These data were also used, along with all the available data, in an analysis of the upstream-downstream evolution of concentrations (from 2 mgNO3-.l-1 on average to 12 mgNO3-.l-1 for the Vienne river), as well as historical evolution, in support of modeling and understanding of the system. At watershed scale, the model simulates an average denitrification in soils of 20 kgN.ha-1.yr-1 for the 1993-2017 period, removing 15% of the flux coming into the soil nitrate pool. The highest denitrification rates are in agricultural soils, associated with nitrate inputs, and in wetlands related to higher water content and carbon concentration. 8.5% of the incoming flow to the soil nitrate pool is transferred to the river system. Nitrates diffuse inputs do not show a significant trend, except for the deep aquifer groundwater flow, which decreases slightly. The majority of retention occurs on the lands, simulated in-stream nitrate retention is low: only 2% of the nitrate fluxes entering the river system are not exported at the outlet. The dominant in-stream process is benthic denitrification, accounting for 54% of the removal, followed by biofilm removal (38%). Benthic denitrification is higher at low water levels and downstream of the watershed and of wastewater treatment plants, due to deposited organic matter quantities and longest residence times. This holistic approach also allows the study of the transfer of other nutrients, such as phosphorus, as well as the eutrophication of rivers and dams. This modeling project can be used as a basis for estimating the impact of future changes, such as land use changes or climate change, on water quantity and quality.; Dans un contexte de raréfaction et de pollution des eaux, la connaissance des processus de transferts et de régulation des contaminants au sein du bassin versant est essentielle. Par une approche de modélisation, cette thèse s’intéresse principalement au devenir des nitrates à l'échelle du bassin versant. L'objectif est de caractériser et de quantifier les flux de nitrates et leur régulation dans le bassin versant de la Vienne, dans tous les compartiments de l'environnement. Pour cela, le modèle biogéochimique de réseau hydrographique RIVE a été intégré dans le modèle hydro-agro-environnemental à base physique SWAT. La validation du couplage a été faite sur une section de la Garonne du fait des données et des connaissances du fonctionnement physique et biogéochimique des milieux disponibles sur ce secteur. Une équation de croissance et de détachement du biofilm épilithique a également été implémentée dans le modèle SWAT-RIVE afin de représenter les diatomées benthiques, espèce dominante dans la Garonne. Le modèle couplé a permis de mettre en évidence les processus biogéochimiques majoritaires dans le tronçon, notamment la consommation de nitrates par dénitrification benthique. En moyenne, 0,6% des flux de nitrates entrants sont retenus annuellement dans le tronçon. Le modèle SWAT-RIVE a ensuite été appliqué au bassin de la Vienne. Afin d'alimenter spatialement le modèle, deux campagnes de mesures des principaux éléments physico-chimiques (y compris les nitrates et autres formes de l'azote) ont été effectuées sur la Vienne aval et ses deux principaux affluents. Ces données ont également été exploitées, avec l’ensemble des données disponibles, dans une analyse de l’évolution amont-aval des concentrations (de 2 mgNO3-.l-1 en moyenne à 12 mgNO3-.l-1 pour la Vienne), ainsi qu'historique, en appui à la compréhension du système et à la modélisation. A l'échelle du bassin versant, le modèle simule pour la période 1993-2017 une dénitrification dans les sols moyenne de 20 kgN.ha-1.an-1, éliminant 15% du flux rejoignant le pool de nitrates des sols. Les taux de dénitrification les plus importants sont dans les sols agricoles, associés aux apports de nitrates, et dans les zones humides en lien avec une teneur en eau et une concentration en carbone plus importantes. 8,5% du flux d'azote rejoignant le pool nitrates des sols est transféré au réseau hydrographique. Les apports diffus de nitrates ne présentent pas de tendance significative, excepté le flux souterrain de l'aquifère profond qui diminue légèrement. La majorité de la rétention a lieu dans les versants, la rétention des nitrates simulée dans les cours d'eau est faible : seul 2% des flux de nitrates entrants dans le réseau hydrographique n'est pas exporté à l’exutoire. Le processus in-stream majoritaire est la dénitrification benthique, représentant 54% de la part éliminée, suivie du prélèvement par le biofilm (38%). La dénitrification benthique est plus forte à l’étiage et à l’aval du bassin et des stations d’épuration, en lien avec les quantités de matières organiques sédimentées et les temps de résidence les plus importants. Cette approche holistique permet également d'étudier le transfert d'autres éléments nutritifs, tel que le phosphore, ainsi que l’eutrophisation des cours d’eau et des retenues de barrage. Ce projet de modélisation pourra servir de base pour estimer l'impact sur la quantité et la qualité de l'eau d’évolutions futures, tels que des modifications d'occupation du sol ou des changements climatiques.

National audience; Soil analysis requires looking up, sweepingtemporal and spatial scales ranging from the small to thelarge scale, and to develop a scientific approach tomany territorial basins, extensive and diverse. A monitoringover long periods of time is necessary to be able to assess their evolution according to the climate changes and anthropogenic pressures.Jean-Luc Probst, former Director of a Workshop Zone and anexperimental site of the Critical Zone Observatory showswhy (and how) we study, in a geographical areathe interactions between social systems and ecological systems, i.e. their co-evolution in the face of global changes(climate, land use change); andwhat results these forty years of study have brought.; L’analyse des sols demande de prendre de la hauteur, de balayerdes échelles temporelles et spatiales allant de la petite à lalarge échelle, et de développer une approche scientifique surde nombreux bassins territoriaux, étendus et divers. Un suivisur de longues périodes de temps est nécessaire pour être enmesure d’apprécier leur évolution en fonction des changementsclimatiques et des pressions anthropiques.Jean-Luc Probst, ancien Directeur d’une Zone Atelier et d’unsite expérimental de l’Observatoire de la Zone Critique montrepourquoi (et comment) on étudie, sur un bassin géographiqueles interactions entre les systèmes sociaux et les systèmesécologiques, c’est-à-dire leur co-évolution face aux changementsglobaux (climatiques, changement d’occupation des sols) ; etquels résultats ont apporté ces quarante ans d’étude.

Famille de brevets : FR3121193A1 ; WO2022200710A1; National audience; La présente invention concerne le domaine des actionneurs électromagnétiques,configurés en particulier pour actionner un détendeur à commande électronique, plusparticulièrement un tel détendeur adapté pour réguler la pression d’un fluide en aval dudétendeur.

International audience; L’imagerie hyperspectrale à ouverture codée permet l’acquisition rapide d’une scène hyperspectrale en mesurant des mélanges contrôlés d’informations spatio-spectrales présentes dans la scène. Associées à des algorithmes de traitement spécifiques, les données acquises permettent de reconstruire efficacement l’information nécessaire pour une application donnée. Ces systèmes mêlant la conception optique à la définition d’algorithmes de traitement sont une voie prometteuse pour l’imagerie hyperspectrale.

International audience

Over the last decades, M dwarfs have attracted increasing attention and were identified as targets of choice for the hunt of exoplanets located in the habitable zone of their host star, and for the study of magnetic fields in cool stars. Nonetheless, their study still represents a great technical and scientific challenge because of the intrinsic faintness of these stars. This thesis is dedicated to the study of M dwarfs, and in particular to their characterization from high-resolution and high signal-to-noise ratio near-infrared spectra acquired with the spectro-polarimeter SPIRou installed at the Canada-France- Hawaï Telescope. We use state-of-the-art synthetic spectra to constrain the atmospheric parameters of M dwarfs, taking advantage of the large wavelength coverage of SPIRou. We show how the different models and line lists considered can lead to significant discrepancies in the estimation of atmospheric parameters. With our process we are able to constrain such parameters with a precision of about 30 K in effective temperature (Teff), and 0.1 dex in surface gravity (log g) and metallicity ([M/H]). We also illustrate that the synthetic spectra computed from MARCS model atmospheres can be used to constrain the abundance of alpha elements, and we derive estimates of atmospheric parameters for 44 M dwarfs observed in the context of the SPIRou Legacy Survey (SLS). Finally, we turn our focus to magnetic targets, and introduce ZeeTurbo, our new code based on the extensively-used Turbospectrum, to which we added polarized radiative transfer capabilities to include the effect of magnetic fields on spectra in our modeling. With this new code, and an adapted analysis, we constrain the average surface magnetic flux in addition to the atmospheric parameters of several magnetic targets observed in the context of the SLS. Our results and developed tools will guide future projects aimed at characterizing stars, estimating elemental abundances, and constraining magnetic fields, taking advantage of the long lasting observations carried out in the framework of the SLS, and its follow-up SPICE.; Au cours des dernières décennies, les naines rouges ont attiré une attention croissante et ont été identifiées comme des cibles de choix pour la chasse aux exoplanètes situées dans la zone habitable de leurs étoiles hôtes, ainsi que pour l'étude des champs magnétiques dans les étoiles froides. Néanmoins, leur étude représente toujours un grand défi technique et scientifique en raison de la faible luminosité de ces étoiles. Cette thèse est dédiée à l'étude des naines rouges, et en particulier à leur caractérisation à partir de spectres proche-infrarouge à haute résolution et à haut rapport signal sur bruit obtenus avec le spectro-polarimètre SPIRou installé au télescope Canada-France-Hawaï. Nous utilisons des spectres synthétiques pour déterminer les paramètres atmosphériques des naines rouges, en utilisant la large couverture en longueur d'onde de SPIRou. Nous montrons comment des modèles différents et des listes de raies différentes peuvent avoir un impact significatif sur les paramètres atmosphériques estimés. Avec notre analyse, nous montrons que nous sommes capables de déterminer ces paramètres avec une précision d'environ 30 K en température effective (Teff ), et 0.1 dex en gravité de surface log g et en métallicité ([M/H]). Nous montrons également que les spectres synthétiques calculés à partir des modèles d'atmosphères MARCS peuvent être utilisés pour estimer l'abondance des éléments alpha, et nous déterminons les paramètres atmosphériques de 44 naines rouges observées dans le cadre du SPIRou Legacy Survey (SLS). Enfin, nous nous concentrons sur les étoiles magnétiques et présentons ZeeTurbo, notre nouveau code basé sur Turbospectrum, auquel nous avons ajouté la résolution de l'équation de transfert radiatif polarisé pour inclure l'effet des champs magnétiques sur les spectres dans nos modèles. Avec ce nouveau code, nous estimons l'intensité moyenne du champ magnétique en plus des paramètres atmosphériques de plusieurs étoiles observées dans le cadre du SLS. Nos résultats et les outils développés guideront de futurs projets visant à caractériser les étoiles M, à estimer les abondances des éléments dans ces étoiles, et à étudier les champs magnétiques, en tirant parti des observations réalisées dans le cadre du SLS, et de son successeur SPICE.

Weather forecasting relies on numerical models that do not perfectly represent the real atmosphere and its evolution, because of various approximations and of the chaotic nature of their equations. Meteorological model predictions are thus subject to errors that are time-, location-, and situation-dependent. This raises the question of how much confidence one can have in a forecast, which can be critical when predicting extreme events, and more generally for all weather-sensitive human activities. Predicting forecast uncertainty is the main goal of "ensemble prediction", an approach developed since the 1970's, in which different forecasts of the same event are combined to produce a probabilistic prediction instead of a deterministic one. Ensembles are usually produced by introducing perturbations into the forecasting system, with the aim of targeting known sources of uncertainty. Two major sources of uncertainty are nowadays acknowledged to influence models results : uncertainties in the initial and boundary conditions on one hand, and model uncertainty on the other hand. Regarding the representation of model uncertainty, a large number of different methods can be employed. Most of them focus on the representation of fine-scale processes (e.g. turbulence, convection, microphysical processes, etc) by the so-called "parametrization schemes" of the models, which are known to be a substantial source of model error. These methods often use perturbations that are empirically tuned to give good long-term statistical scores, but that sometimes lack physical consistency and may not be well adapted to all meteorological situations. Recently, there has been active research on alternative methods that try to link more precisely perturbations to physical processes. This thesis focuses on this last category of perturbation methods. The objective is to evaluate their impact on a mesoscale model - the AROME model of Météo-France -, with the long-term goal of seeing whether they could be used in the ensemble prediction system PEAROME. This manuscript reports on the implementation of several perturbation methods, first in an idealized framework of single-column simulations, and then in a 3D configuration of the AROME model. In a first part, process-oriented perturbations of turbulence and shallow convection are studied and evaluated against large-eddy simulations (LES) of several boundary-layer cases. Their performance is found to be case- and variable-dependent. In a second part, a parameter perturbation method is tested on two parameters governing the cloud droplet size distribution inside the microphysics and the radiation schemes. This method is shown to produce significant dispersion, but also bias. The bias, however, can be reduced thanks to an inverse problem solving. First tests indicate that the perturbations evaluated in the single-column framework also affect the AROME model outputs in its 3D configuration, for two real case studies. Statistical scores computed on a one-month period show a limited impact of turbulence and shallow-convection perturbations. Further testing on longer periods should however be conducted to clarify these results.; La prévision météorologique repose sur des modèles numériques qui ne représentent qu'imparfaitement l'atmosphère et son évolution. Les erreurs commises changent d'un jour à l'autre, selon le lieu et les phénomènes en jeu. Elles sont dues aux diverses approximations utilisées dans les modèles et à la nature-même de leurs équations, qui les rendent très sensibles aux conditions initiales que l'on ne connaît jamais avec exactitude. Savoir quelle confiance accorder dans les résultats d'un modèle est un enjeu essentiel pour la prévision météorologique, en particulier dans le contexte de la prévision d'évènements extrêmes et plus largement pour tous les secteurs de la société fortement dépendants de la météo. Estimer le degré de confiance, ou, de façon équivalente, le degré d'incertitude associé à une prévision est l'objectif de la " prévision d'ensemble ", une approche qui consiste à combiner plusieurs scénarios alternatifs et équiprobables d'un même évènement, de façon à produire une prévision non plus déterministe mais probabiliste. Les systèmes de prévision d'ensemble sont construits le plus souvent en introduisant des perturbations, d'une part dans les données d'entrée des modèles, et d'autre part à l'intérieur des modèles eux-mêmes. Cette dernière catégorie regroupe un grand nombre de méthodes différentes, dont la majorité se concentre sur la perturbation des paramétrisations des phénomènes physiques de petite échelle non résolus (turbulence, convection, phénomènes microphysiques, etc), qui sont reconnues être une source d'erreur importante. Ces méthodes sont par ailleurs en grande partie empiriques : les perturbations sont réglées de façon à produire en moyenne des scénarios suffisamment différents les uns des autres, mais elles ne sont pas forcément toujours adaptées à la situation météorologique et peuvent ponctuellement produire des prévisions irréalistes. Néanmoins, d'autres méthodes, cherchant à relier davantage les perturbations aux phénomènes physiques dont la paramétrisation est jugée incertaine, se sont développées ces dernières années et font l'objet d'une recherche active. Dans cette thèse, on cherche à savoir si ces dernières méthodes, intéressantes d'un point de vue théorique, ont un impact suffisant sur les résultats d'un modèle pour rendre possible leur utilisation opérationnelle dans un système de prévision d'ensemble. Pour cela, certaines d'entre elles sont testées dans le modèle à aire limitée AROME de Météo-France, d'abord dans un cadre simplifié uni-colonne pour des situations de couche limite idéalisées, puis dans une configuration plus opérationnelle. Dans un premier temps, deux méthodes de perturbation visant à mieux représenter la variabilité des mouvements turbulents et convectifs sous-maille sont étudiées et réglées grâce à la comparaison avec des simulations à haute résolution (LES). Leurs performances sont différentes selon les variables et le cas d'étude, et la comparaison avec les LES montre que leurs objectifs sont partiellement atteints. On étudie par la suite une méthode de perturbation de deux paramètres de réglage de la distribution de taille des gouttelettes nuageuses, intervenant dans les schémas microphysique et radiatif. Cette méthode produit une dispersion importante mais également un biais par rapport à la référence, qui peut être en partie corrigé grâce à la résolution d'un problème inverse. Les premiers tests réalisés avec une version 3D du modèle AROME montrent que certaines perturbations testées dans le cadre uni-colonne ont un impact sur la simulation de brouillard et de précipitations convectives dans un contexte de faible forçage synoptique. En revanche, les premiers scores statistiques sur une période d'un mois ne montrent pas d'impact des méthodes de perturbations de la turbulence et de la convection peu profonde. Il sera nécessaire d'effectuer des simulations sur de plus longues périodes et à d'autres moments de l'année pour préciser ces résultats.

Oceanic fronts are transition zones between water masses with different physico-chemical properties that are associated with a very dynamic horizontal and vertical circulation. Empirical observations and modeling studies have shown that the vertical input of nutrients by the cross-frontal circulation stimulates primary production and causes an increase in the biomass of a group of opportunistic phytoplankton, the diatoms, at the fronts. However, the consequences of this nutrient input on the rest of the planktonic community are still poorly understood. In this thesis, I use both empirical data and numerical simulations to characterize the effect of fronts on the entire planktonic community, including other phytoplankton groups (such as cyanobacteria, coccolithophores and dinoflagellates) and zooplankton. The model is a simplified high-resolution representation of a Western Boundary Current (such as the Gulf Stream or the Kuroshio) coupled with the DARWIN ecosystem model, which includes 30 phytoplankton types in four functional groups and 16 zooplankton types. The empirical data was collected in the California upwelling region during transects across fronts, and consist of 24 plankton groups including heterotrophic bacteria, phytoplankton and zooplankton. I show that the taxonomic and spatial structure of planktonic frontal communities is extremely complex, and cannot be explained solely by increased growth in response to nutrient supply. Using numerical simulations, I show that two types of biotic interactions cause a decrease in the biomass of certain phytoplankton groups in fronts: self-shading, which is a form of competition for light, and shared predation, which is a form of indirect competition between two prey sharing a common predator. Using the in-situ data, I highlight two characteristics of the fronts that were absent from the numerical simulations. First, the spatial scale of planktonic community organization across fronts is much finer than previously thought: the biomass peaks of the various plankton groups are very narrow and are offset by a few kilometers from each other. This result suggests that the structure of the frontal plankton communities is strongly influenced by biotic interactions and transport. The role of transport will be explored through a collaboration on the Lagrangian trajectories of water masses. Second, fronts have a dramatic effect on some filter-feeding zooplankton organisms that are not represented in traditional plankton models, suggesting that these models will need to be made more complex in order to properly simulate the effect of fronts. Thus, the results I obtained during this thesis complement and complicate the mechanistic model established during the last two decades: far from being limited to the production of diatom blooms, fronts are the scene of complex biophysical couplings between top-down and bottom-up biotic interactions and transport by currents that generate planktonic communities with an original taxonomic and spatial structure. The modification of the structure of planktonic communities at ocean fronts could have important consequences on the upper trophic levels and on biogeochemical fluxes that will have to be clarified in the future.; Les fronts océaniques sont des zones de transition entre des masses d’eaux aux propriétés physico-chimiques différentes qui sont associés à une circulation horizontale et verticale très dynamique. Des observations empiriques et des études de modélisation ont permis de montrer que l’apport vertical de nutriments par la circulation cross-frontale stimule la production primaire et provoque l’augmentation de la biomasse d’un groupe de phytoplancton opportuniste, les diatomées, au niveau des fronts. Cependant les conséquences de cet apport de nutriments sur le reste de la communauté planctonique sont encore mal connues. Dans cette thèse, j’utilise à la fois des données empiriques et des simulations numériques pour caractériser l’effet des fronts sur l’ensemble de la communauté planctonique, incluant les autres groupes de phytoplancton (comme les cyanobactéries, les coccolithophores et les dinoflagellés) et le zooplancton. Le modèle est une représentation simplifiée à haute résolution d’un courant de bord ouest (comme le Gulf Stream ou le Kuroshio) couplé au modèle d’écosystème DARWIN, qui inclut 30 types de phytoplancton répartis dans quatre groupes fonctionnels et 16 types de zooplancton. Les données empiriques ont été collectées dans la région de l’upwelling de Californie lors de transects à travers des fronts, et sont constituées de 24 groupes de plancton incluant des bactéries hétérotrophes, du phytoplancton et du zooplancton. Je montre que la structure taxonomique et spatiale des communautés planctoniques frontales est extrêmement complexe, et qu’elle ne peut pas être expliquée uniquement par une augmentation de la croissance en réponse à l’apport de nutriments. A l’aide des simulations numériques, je montre que deux types d’interactions biotiques provoquent une diminution de la biomasse de certains groupes de phytoplancton dans les fronts : l’auto-ombrage, qui est une forme de compétition pour la lumière, et la prédation partagée, qui est une forme de compétition indirecte entre deux proies partageant un prédateur commun. A l’aide des données in-situ, je mets en évidence deux caractéristiques des fronts qui étaient absentes des simulations numériques. Premièrement, l’échelle spatiale de l’organisation des communautés planctoniques à travers les fronts est beaucoup plus fine qu’on ne le pensait : les pics de biomasse des divers groupes de plancton sont très étroits et sont décalés de quelques kilomètres les uns par rapport aux autres. Ce résultat suggère que la structure des communautés planctoniques frontales est fortement influencée par des interactions biotiques et par le transport. Le rôle du transport sera exploré grâce à une collaboration sur les trajectoires Lagrangiennes des masses d'eau. Deuxièmement, les fronts ont un effet spectaculaire sur certains organismes zooplanctoniques filtreurs qui ne sont pas représentés dans les modèles de plancton traditionnels, ce qui suggère que ces modèles devront être complexifiés afin de simuler correctement l'effet des fronts. Ainsi, les résultats que j’ai obtenus pendant cette thèse viennent compléter et complexifier le modèle mécanistique établi lors de ces deux dernières décennies : loin d’être limités à la production de bloom de diatomées, les fronts sont le théâtre de couplages biophysiques complexes entre les interactions biotiques top-down et bottom-up et le transport par les courants qui génèrent des communautés planctoniques à la structure taxonomique et spatiale originale. La modification de la structure des communautés planctoniques dans les fronts océaniques pourrait avoir des conséquences importantes sur les niveaux trophiques supérieurs et sur les flux biogéochimiques qui devront être précisées à l'avenir.

L’étude s’attache à montrer que le Recueil de l’origine de la langue et poesie françoise de Claude Fauchet (1581) en général et son second livre en particulier, avec ses 127 notices d’auteurs ou d’œuvres du Moyen Âge, ne sont pas seulement un assemblage de citations mises bout à bout et plus ou moins superficiellement commentées, mais peuvent aussi apparaître au moins comme l’ébauche d’une première histoire de la littérature médiévale française., This study aims to show that the Recueil de l’origine de la langue et poesie françoise by Claude Fauchet (1581) in general and its second book in particular, with its 127 notes on authors and works of the Middle Ages, are not only a collection of citations placed one after the other and more or less superficially commented but can also represent at least the sketch of a first history of medieval French literature.

Low-mass pre-main-squence (PMS) stars, aged of a few millions years are called T Tauri stars (TTSs). They often show a strong magnetic activity generating photometric and velo- cimetric (radial velocity / RV) fluctuations that reduce our chance to detect young planets, necessary to constrain theoretical models of stellar and planetary evolution. The magnetic field responsible for this activity originates from dynamo processes at work in the outer layers of the star. Through the Zeeman effect (proportional to the square of the wavelength), this field induces distortions in the stellar spectral lines and specific signatures in polarized light. The infrared domain therefore provides a better sensitivity than the optical used most of the time to characterize stellar magnetic fields and to understand the underlying dynamo processes. During this PhD, we studied the magnetic topology and activity of two weak-line T Tauri stars (V410 Tau and LkCa 4), i.e. two TTSs for which most of their accretion disk has already dissipated, based on data collected with the infrared spectropolarimeter SPIRou and the space probe TESS. Zeeman-Doppler Imaging (ZDI) allows us to reconstruct the brightness map (i.e. the distribution of spots) and the large-scale magnetic field at the surface of both stars, by inverting the spectral line profiles in unpolarized and circularly polarized light. Our reconstructions show that the large-scale magnetic field is strong, going from ∼400 to ∼1.9 kG, for V410 Tau and LkCa 4, respectively. Although both stars are fully convective, they exhibit a strong toroidal field unlike most of the PMS and MS stars having a similar internal structure, for which the field is mostly poloidal. Our results illustrate that infrared observations are less sensitive to the contrast between the spots and the quiet photosphere as we find spot coverages more than twice smaller than those reported in the optical for the same stars. However, the stellar activity has an impact on the RV measurements. We thus filtered the activity jitter by (i) using a model based on our ZDI reconstruction and (ii) applying Gaussian process regression to our raw RVs. The filtered RVs obtained from these models suggest that there is no close-in massive planet orbiting these two stars, in agreement with previous studies. Thanks to ZDI, we estimate that the surface differential rotation of V410 Tau et LkCa 4 is 7 to 10 times weaker than that of the Sun. In addition, TTSs also show an intrinsic variability that cannot be due to the differential rotation and that cannot be modeled with ZDI. We therefore developed a new method, named Time-dependent Imaging of Magnetic Stars (TIMeS), based on sparse approximations and Gaussian processes to reconstruct the magnetic topology of TTSs and model its temporal evolution from the Zeeman signatures time series of circularly polarized profiles. Collecting more observations with SPIRou and applying TIMeS to actual data will offer the opportunity to better characterize the magnetic field (and the existence of potential cycles) of TTSs in the next few years. In addition, it is possible to extend our new imaging method to the reconstruction of the brightness distribution at the surface of such stars in order to improve the modelling of stellar activity (and its filtering from RV curves) using a model which is both physical and flexible.; Les étoiles de faible masse de la pré-séquence principale (PSP), âgées de quelques millions d'années et appelées étoiles T Tauri (TTS), présentent souvent une activité magnétique intense induisant des fluctuations photométriques et en vitesses radiales (VR) réduisant nos chances de détection de jeunes planètes nécessaires pour contraindre les modèles d'évolution stellaire et planétaire. Le champ magnétique stellaire responsable de cette activité trouve son origine dans les processus de dynamo œuvrants dans les couches convectives externes de l'étoile. La présence de ce champ induit, au travers de l'effet Zeeman (proportionnel au carré de la longueur d'onde), des distorsions dans les raies spectrales de l'étoile observée ainsi que certaines signatures spécifiques en lumière polarisée. L'infrarouge (IR) proche permet donc une meilleure sensibilité que le domaine visible utilisé la plupart du temps pour caractériser les champs magnétiques stellaires et comprendre les mécanismes de dynamo sous-jacents. Au cours de cette thèse, nous avons étudié la topologie magnétique et l'activité de deux étoiles T Tauri à faibles raies d'émission (V410 Tau et LkCa 4), i.e. étoiles TTS dont la majeure partie du disque d'accrétion s'est dissipée, en utilisant des données collectées avec le spectropolarimètre infrarouge SPIRou et le télescope spatial TESS. En inversant les distorsions des profils en lumière non-polarisée et les signatures Zeeman en polarisation circulaire, l'imagerie Zeeman-Doppler (ZDI) nous a permis de reconstruire la distribution des taches et le champ magnétique à grande échelle à la surface de ces étoiles. Nos reconstructions montrent que ce champ est intense, allant de ∼400 G à ∼1.9 kG, pour V410 Tau et LkCa 4, respectivement. Bien qu'entièrement convectives, ces deux étoiles présentent notamment un fort champ toroïdal contrairement à la plupart des étoiles PSP et SP de structure similaire, pour lesquelles le champ est majoritairement poloïdal. Nos résultats illustrent que les observations IR sont moins sensibles au contraste entre les taches et la photosphère calme, puisque l'on retrouve des couvertures en taches plus de deux fois inférieures à celles observées dans le domaine visible pour ces mêmes étoiles. L'activité stellaire perturbe néanmoins les mesures de VR. Nous avons alors filtré son impact en (i) utilisant un modèle basé sur les cartes reconstruites avec ZDI et (ii) en appliquant une régression par processus Gaussiens aux VR brutes. Les VR filtrées obtenues avec ces méthodes suggèrent qu'aucune planète massive n'orbite à proximité immédiate de ces étoiles, en accord avec les études précédentes. À l'aide de ZDI, on estime par ailleurs que la rotation différentielle à la surface de V410 Tau et LkCa 4 est 7 à 10 fois plus faible que celle du Soleil. Toutefois, les étoiles TTS montrent souvent une variabilité intrinsèque ne pouvant être due à la rotation différentielle et qu'il est impossible de modéliser avec ZDI. Nous avons donc développé une méthode novatrice, baptisée TIMeS (Time-dependent Imaging of Magnetic Stars), basée sur les approximations parcimonieuses et les processus Gaussiens afin de reconstruire la topologie magnétique des étoiles TTS et de modéliser son évolution temporelle, à partir d'une série temporelle de signatures Zeeman en polarisation circulaire. Les futures données SPIRou et l'application de la méthode TIMeS à des données réelles offriront l'opportunité de mieux caractériser le champ magnétique (et sa variation temporelle) des étoiles TTS ou post-TTS dans les prochaines années. Il est, de plus, envisageable d'étendre cette nouvelle technique d'imagerie à la reconstruction de la distribution de brillance à la surface de telles étoiles afin d'améliorer la modélisation de l'activité stellaire (et le filtrage des VR), en utilisant un modèle à la fois physique et flexible.

Snow avalanches are a major concern in mountainous areas as they threaten recreationists and also infrastructures or urbanized areas. One action to reduce the associated risk is to warn the public and the authorities efficiently by forecasting the avalanche hazard. Avalanche forecasting relies on both snowpack and avalanche observations and representation of the snowpack evolution with snow cover models. However, there is currently no avalanche hazard forecasting model that combines avalanche observations and the knowledge of physical processes leading to avalanches. Moreover, models using observations and based on statistical methods, so-called machine-learning, are still mainly limited to meteorological data or simple snowpack variables as predictors and do not exploit our current understanding on snow evolution and avalanche release. The objective of this thesis is to combine the pros of snowpack and avalanche observation, physical and statistical methods to propose new avalanche hazard indicators for short-term avalanche activity forecasting. The avalanche-related information is extracted from meteorological and snow models with the help of our knowledge of mechanical processes involved in avalanche release and then statistically related to observed avalanche activity with a machine learning model. We thus develop a statistical-physical model that predicts avalanche activity based on snow and meteorological conditions and subsequent stability indicators. The proposed model aims to be numerically efficient while keeping a comprehension of physical phenomena occurring in the snowpack. This overall objective is addressed in different tasks summed up as research articles. We first identify and evaluate the different mechanically-based stability models existing in the literature and adapt them to the Crocus snow cover model. We highlight the need to combine different stability indicators to represent the different processes leading to avalanche formation. A selection of mechanically-based stability models then complements meteorological and snow cover information as an input for the random forest statistical model. The model trained on past avalanche observations on the Haute-Maurienne massif of the French Alps is then evaluated in detail. We showed the interest of the statistical model to represent avalanche activity, with a recall of 75% and specificity of 76%. We also point out the interest of using stability indices as inputs for the statistical model. However, avalanche being a rare phenomenon, numerous false positive are observed, with a precision of around 3.3%, which illustrates the difficulty of predicting avalanche occurrences with a high spatio-temporal resolution, even with the current cutting-edge data and modeling tools. Then the statistical model is successfully generalized to other data sources and geographical areas: similar performances are obtained on a selection of four other mountainous areas of French Alps and Pyrenees, with another avalanche observation dataset as learning support, which underlines the robustness of the selected model. A first insight into triggered avalanches, a complementary information to the natural avalanche susceptibility in avalanche warning bulletins, also shows similar performances and thus provides encouraging perspectives to use similar models for this complementary problem. We proposed a new model for avalanche activity estimation from snow cover model representation of the snowpack that takes advantage of both the knowledge of physical processes and past observations through machine learning. Our model would, in the future, replace the MEPRA model currently available to avalanche forecasters. Further work will nevertheless be required to improve this model: the combination of observational data sources and the use of new satellite detection of avalanche deposits would help in improving the accuracy of the model as well as refinements of the statistical model.; Les avalanches représentent un défi pour les habitants et les infrastructures des zones de montagnes. Une des actions pour réduire le risque associé est l'information préventive du public et des autorités par la rédaction de bulletins de prévision de l'aléa avalancheux, couramment appelé prévision du risque d'avalanche. La prévision du risque d'avalanche repose à la fois sur des observations de l'état du manteau neigeux et des avalanches ainsi que sur la modélisation numérique. Il n'y a pourtant aujourd'hui aucun modèle qui combine à la fois les observations et la connaissance physique des processus physiques à la source des avalanches. De plus, les modèles statistiques sont principalement limités à l'usage de variables météorologiques ou de variables simples et intégrées sur l'ensemble du manteau neigeux sans utiliser notre connaissance des processus de déclenchement des avalanches. L'objectif de cette thèse est de combiner les avantages respectifs de notre connaissance du passé au travers des observations du manteau neigeux et des avalanches, la connaissance de la physique des phénomènes et des méthodes statistiques pour proposer de nouveaux indicateurs de l'aléa avalancheux pour la prévision du risque d'avalanche. L'information pertinente pour l'activité avalancheuse est d'abord extraite des modèles météorologiques et d'évolution du manteau neigeux à l'aide de la connaissance des processus physiques à l'œuvre dans le déclenchement des avalanches, puis fourni à un modèle d'apprentissage pour relier ces variables d'entrée à l'activité avalancheuse observée. Ce travail est découpé en différentes parties et résumé dans des articles publiés, soumis ou en préparation. Nous identifions et évaluons dans un premier temps les différents modèles de stabilité à base physique existants. Ils sont ensuite adaptés au modèle de manteau neigeux Crocus. Nous montrons la nécessité de combiner plusieurs indicateurs de stabilité pour rendre compte de l'ensemble des phénomènes mis en jeu dans le départ d'une avalanche. Une sélection de modèles de stabilité est ensuite utilisée, conjointement aux informations nivo-météorologiques, comme variable d'entrée pour un modèle statistique de type forêt d'arbres aléatoires. Le modèle statistique est entrainé et évalué sur des observations passées de l'activité avalancheuse dans le massif français de Haute-Maurienne, puis évalué en détail sur cette zone géographique. L'intérêt de la méthode statistique est démontré avec une probabilité d'identification des situations avalancheuses de 75% et une sélectivité de 76%. L'intérêt de l'utilisation des modèles mécaniques de stabilité comme variable d'entrée du modèle statistique est également confirmé. Le phénomène avalancheux reste néanmoins un phénomène rare et difficile à prévoir avec une haute résolution spatio-temporelle, ce qui se traduit par un nombre élevé de faux positifs et une précision autour de 3,3%, y compris avec un jeu de données et des outils de modélisation de pointe. Le modèle statistique est ensuite généralisé à d'autres sources de données et d'autres zones géographiques avec succès : des performances similaires sont obtenues sur une sélection de quatre massifs français des Alpes et des Pyrénées et avec un nouveau jeu de données. Ces résultats confirment la robustesse du modèle statistique choisi. Des résultats préliminaires sur l'activité avalancheuse provoquée, complémentaire de l'activité naturelle pour les bulletins d'estimation du risque d'avalanche, donne des perspectives encourageantes. Le modèle que nous proposons pourra dans le futur remplacer le modèle MEPRA actuellement mis à disposition des prévisionnistes. Des travaux supplémentaires seront néanmoins nécessaires pour continuellement améliorer ce modèle. Cela inclut notamment la combinaison des différentes sources d'observation disponibles pour l'activité avalancheuse, ainsi que l'introduction de nouvelles sources de données et des améliorations des modèles statistiques utilisés.

Earthquakes are unpredictable and can be destructive natural phenomena. Since the 18th century, they have been strongly studied in order to understand how they work, how they are initiated and under what conditions. Over the centuries, our understanding of these phenomena has grown, but they remain impossible to predict. Understanding the initiation of an earthquake is still a major challenge in modern seismology. One of the possible approaches to improve our knowledge is to conduct laboratory experiments. Several experimental studies on rupture dynamics have shown that it is composed of two phases, a nucleation phase preceding a propagation phase. The existence of this nucleation phase just before the earthquake is still uncertain despite some geophysical evidences. The usual numerical and experimental models generally simplified this natural phenomenon, by mainly working with homogeneous interfaces. This is why I studied the effect of frictional heterogeneities on the dynamics of seismic rupture. First, I used two experimental setups allowing to observe the evolution of the seismic rupture thanks to the photoelasticity method. Using the first setup, I compared the behavior of the rupture, propagating on homogeneous interfaces with different roughnesses, to that of the rupture on a heterogeneous interface. The second setup allowed me to observe the rupture on another material and to use different configurations and types of heterogeneities. With these various experiments, we were able to observe a nucleation phase and a propagation phase for most of the events, with nevertheless variabilities between the events and the different experiments. We have shown that the friction heterogeneities have an influence on the rupture velocity by correlating these variations to the position of the heterogeneities. The rupture slows down when it propagates in rougher areas, before accelerating abruptly and slowing down again at the next heterogeneity. We were able to obtain via the first setup effective values of the friction parameters used in the considered friction law. These values could thus be used as parameters for numerical simulations, carried out with SEM2DPACK. Thus, we have succeeded in recovering some of the characteristics experimentally observed. The experiments as well as the numerical simulations allow us to better understand the influence of some specific parameters in the dynamics of the rupture. In a second part, I carried out a study of the local microseismicity by working on a case study in the Pyrenees. Indeed, in 2020, two seismic swarms appeared in an area with low seismicity but where historically important earthquakes took place. We have implemented on these swarms methods of localization and detection that would also be adapted to the study of seismic foreschocks. In the studied case, we have shown that these swarms are located on a seismotectonic structure, activated by fluid diffusion. All the data obtained in this thesis contribute to refine the role of heterogeneities on the nucleation and propagation of the seismic rupture. The scale changes of the different analyses, from millimeter-scale experiments to field experiments, allow a better understanding of the complexity of the seismic rupture, from its origins to its consequences. This work allow a better understanding and a more accurate estimation of the main factors involved in the nucleation of earthquakes, and to better anticipate their occurrence and consequences.; Les séismes sont des phénomènes naturels imprévisibles et parfois destructeurs. Depuis le XVIIIème siècle, un effort majeur a été réalisé afin de comprendre comment ils fonctionnent, comment ils s'initient et sous quelles conditions. Au fil des siècles, notre compréhension de ces phénomènes s'est étoffée, mais ils restent impossibles à prédire. La compréhension de l'initiation d'un séisme est toujours un enjeu majeur de la sismologie moderne. Une des approches possibles pour avancer sur cette compréhension est la réalisation d'expériences en laboratoire. Plusieurs études expérimentales sur la rupture ont ainsi mis en évidence que cette dernière est composée de deux phases, une phase de nucléation précédant une phase de propagation. L'existence de cette phase de nucléation juste avant le séisme reste cependant incertaine dans la réalité malgré quelques indices géophysiques. Les modèles numériques et expérimentaux généralement utilisés simplifient ce phénomène naturel, en travaillant avec des interfaces homogènes. C'est pourquoi j'ai étudié l'effet des hétérogénéités de friction sur la dynamique de la rupture sismique. Pour cela, j'ai utilisé deux dispositifs expérimentaux permettant d'observer l'évolution de la rupture sismique grâce à la méthode de photoélasticité. Grâce au premier dispositif, j'ai comparé le comportement de la rupture se propageant sur des interfaces homogènes avec des rugosités différentes, à celui de la rupture sur une interface hétérogène. Le second dispositif, quant à lui, m'a permis d'observer la rupture sur un autre matériau et d'utiliser différentes configurations et types d'hétérogénéités. Avec ces expériences, nous avons pu observer une phase de nucléation et une phase de propagation pour la plupart des évènements, avec néanmoins des variabilités entre les évènements et les différentes expériences. Nous avons mis en évidence que les hétérogénéités de friction ont une influence sur la vitesse de rupture en corrélant ces variations à la position des hétérogénéités. La rupture ralentit lorsqu'elle se propage dans des zones plus rugueuses avant d'accélérer brusquement et de ralentir à nouveau à la prochaine hétérogénéité. Nous avons pu obtenir, via le premier dispositif, des valeurs effectives des paramètres de friction utilisés dans la loi de frottement considérée. Ces valeurs ont ainsi pu servir de paramètres d'entrée à des simulations numériques réalisées à l'aide de SEM2DPACK. Ainsi, nous avons réussi à retrouver certaines caractéristiques observées expérimentalement. Les expériences et les simulations numériques permettent ainsi de mieux comprendre l'influence de certains paramètres dans la dynamique de la rupture. Dans une deuxième partie, j'ai effectué une étude de la microsismicité locale en travaillant sur un cas d'étude dans les Pyrénées. En effet, durant l'année 2020, deux essaims sismiques sont apparus dans une zone à faible sismicité mais où historiquement d'importants séismes ont eu lieu. Nous avons mis en oeuvre sur ces essaims des méthodes de localisation et de détection qui seraient aussi adaptées à l'étude de précurseurs sismiques. Dans le cas étudié, nous avons mis en évidence que ces essaims se localisent sur une structure sismotectonique, activée probablement par de la diffusion de fluides. L'ensemble des données acquises dans cette thèse a permis d'affiner le rôle des hétérogénéités sur la nucléation et la propagation de celle-ci. Les changements d'échelle des différentes analyses, de l'expérience millimétrique à l'expérience de terrain, permettent de mieux appréhender la complexité de la rupture sismique, de ses origines à ses conséquences. À terme, ces travaux et leurs suites permettront de mieux comprendre et d'estimer plus précisément les facteurs principaux qui interviennent dans la nucléation des séismes, et de mieux anticiper leurs occurrences et conséquences.

Weather forecasting, based on the modelling of atmospheric chaotic system, has a degree of uncertainty. This uncertainty can be assessed by an ensemble prediction system. This PhD-thesis focuses on the post-processing of the Météo-France convection-permitting ensemble prediction system (AROME-EPS). The aim is to develop new tools to extract a relevant information from models for forecasting. These tools are based on deep learning methods. This manuscript starts with the presentation of ensemble forecasts, existing post-processing methods and work methods of forecasters. In order to enhance the forecasting tools currently available, this thesis proposes two complementary approaches to extract new and relevant information from the AROME-EPS.Firstly, an approach to deal with the prediction of a specific type of damaging thunderstorms, called bow echoes, is developed. The objective is to detect them in output of each AROME-EPS member. This detection is made by a convolutional neural network (inspired from the U-Net architecture). The selected neural network demonstrates a good ability to distinguish bow echoes from other convective systems. The skill of this U-Net has led to a daily research mode production summarising the risk of bow echoes. The objective evaluation of forecasts shows the added value of the AROME-EPS compared to the deterministic AROME model beyond 15 lead times.The second approach developed during this thesis aims at implementing a rainfall scenario synthesis. A scenario can be defined as a group of members predicting similar weather events. Since this approach doesn't focus on a particular event, it can be useful on a daily basis to quickly examine ensemble forecasts. This synthesis is based on a dimension reduction of rainfall fields using another convolutional neural network (autoencoder). Each member is expressed and classified in the latent space of the autoencoder which has tens of dimensions. The relevance of this scenario approach is discussed using scores and case studies. The scores show complementarity between the deterministic AROME model and the AROME-EPS. They show it is more interesting to watch the two biggest scenarios in the PE-AROME than two AROME runs. But they also show in case of two equally probable scenarios in the PE-AROME, the scenario that is also the one of an AROME forecast is more likely correct than the other.; La prévision météorologique, basée sur la modélisation du système chaotique atmosphérique, comporte une part d'incertitude. Celle-ci peut être évaluée à l'aide d'ensembles de prévisions. La thèse s'intéresse au post-traitement de la prévision d'ensemble à échelle kilométrique de Météo-France (PE-AROME). L'objectif est de développer de nouveaux outils pour extraire des informations essentielles des modèles pour les prévisions. Ces outils s'appuient sur des méthodes d'apprentissage profond. Ce manuscrit commence par la présentation des prévisions d'ensemble, des méthodes de post-traitement existantes et des méthodes employées aujourd'hui pour expertiser les modèles météorologiques. Cette thèse propose d'enrichir la palette d'outils disponibles avec deux approches complémentaires pour extraire de nouvelles informations de la PE-AROME.Dans un premier temps, une approche pour aider à la prévision de structures orageuses particulières et à fort impact, qu'on nomme les échos arqués, est développée. L'objectif est de les détecter dans les sorties de chaque membre PE-AROME. Cette détection est faite par un réseau de neurones convolutif (de type U-Net). Le réseau de neurones retenu montre une bonne capacité à discerner les échos arqués d'autres organisation orageuses. Les performances de ce U-Net ont permis de déboucher sur une production en mode recherche quotidienne synthétisant le risque d'échos arqués. L'évaluation objective des prévisions montre la plus-value de la PE-AROME comparée au modèle déterministe AROME au-delà de 15 heures d'échéance.La deuxième approche développée durant cette thèse vise à mettre en œuvre une synthèse par scénarios des prévisions de pluies. Un scénario peut être défini comme un groupe de membres prévoyant des évènements météorologiques similaires. Cette approche ne s'intéresse pas à un évènement particulier et est donc moins spécialisée que la détection des échos arqués. Cette synthèse repose sur une réduction de dimension du champ de pluies à l'aide d'un autre réseau de neurones convolutif (de type autoencodeur). Chaque membre est ainsi exprimé et classé dans l'espace latent de l'autoencodeur qui possède quelques dizaines de dimensions. La pertinence de cette représentation sous forme de scénarios est discutée à l'aide de scores et d'études de cas. Les scores montrent une réelle complémentarité entre le modèle déterministe AROME et la PE-AROME. Ils montrent qu'il est plus intéressant de suivre les deux scénarios les plus peuplés de la PE-AROME que deux réseaux AROME. Mais ils montrent aussi qu'en cas de deux scénarios équiprobables dans la PE-AROME, le scénario qui est aussi celui d'une prévision AROME a plus de chance d'être correct que l'autre.

National audience; L'intelligence artificielle, parfois appelée "IA", est un champ disciplinaire qui a le vent en poupe. Elle regroupe tout un ensemble de méthodes et techniques permettant de construire des machines "douées d'intelligence", ou tout du moins capables de faire preuve d'un comportement que l'on pourrait qualifier "d'intelligent". On peut ainsi développer des ordinateurs capables de jouer aux échecs et de défier les meilleurs joueurs du monde, construire des voitures capables de se conduire elles-mêmes, ou encore fabriquer des robots autonomes chargés de l'inspection et de la maintenance des coques de navires. Mais l'intelligence artificielle est aussi au centre de nombreuses recherches en océanographie, et son rôle croissant n'est pas près de diminuer avec l'arrivée de données massives (ou "big data") qui nous renseignent sur l'état des océans.

My thesis explores the observational estimate of the equilibrium climate sensitivity (ECS) derived from historical recent intrumental data, particularly space data. The ECS is the equilibrium global mean surface temperature of the Earth reached after an instantaneous doubling of atmospheric carbon dioxyde concentration relatively to preindustrial concentration. The ECS is the fundamental metric of contemporary climate change amplitude, because the actual and future evolution of many climate variables, such as surface temperature or ocean thermal expansion, are strongly correlated with it. However, the ECS is poorly known. From the Charney report in 1979 to the International Panel of experts on Climate Change (IPCC) Fifth Assessment Report, the likely rang of ECS has remained remarkably large with values between 1.5 and 4.5 K, and a marked bias between intrumental estimates, which are on low end of the range, and numerical climate models estimates, which are on the high end. The main cause of this dispersion is that climate sensitivity varies with time, in link with the radiative effect of surface warming pattern, which can change over time due to the climate internal variability or to historical time variations of forcing agents. In my work I use recent observational time series of ocean heat content and surface temperature, and a recent reconstruction of radiative forcing, in order to estimate the climate feedback parameter, and the ECS, by linear regression of the planetary energy budget equation. In this process, I take into acount all uncertainty sources and I propagate them in the regression in order to get a comprehensive description of observational uncertainty associated to the ECS. Moreover, I use the time variations of the climate feedback parameter simulated by climate models to evaluate biases and uncertainties associated to this parameter and due to the surface warming pattern. On the basis of the 1971-2017 energy budget, I demonstrate that it is very unlikely (p

Les modèles de climat constituent un laboratoire numérique pour mieux comprendre le système climatique et en proposer des projections. La modélisation du climat nécessite de représenter toutes les composantes qui interagissent à ces échelles de temps : atmosphère, océan, biosphère et cryosphère. Le couplage de toutes ces composantes est nécessaire pour représenter les flux de masse et d'énergie qui régissent ces interactions. Les modèles sont imparfaits mais nous poursuivons constamment leur développement en vue de les rendre le plus réaliste possible. Au fur et à mesure que nos connaissances progressent et que les capacités des supercalculateurs s’accroissent, les modèles se font plus précis et représentent plus de processus.Mes activités de recherche accompagnent l’évolution du modèle de climat CNRM-CM, développé conjointement par le CNRM et le Cerfacs. Elles illustrent ce processus de développement d’un modèle de climat sur deux décennies. D’une part, mes travaux ont contribué à l’amélioration de la modélisation du couplage entre les composantes du système climatique. D’autre part, je mène des études ciblées sur la représentation de processus couplés océan-atmosphère. Ces études ont un double objectif, mieux comprendre le laboratoire numérique pour guider les voies de développement futures et ainsi concourir à son amélioration, mais aussi faire avancer nos connaissances sur les processus couplés qui régissent le système climatique. Dans ce mémoire, je retrace une partie de mes travaux en suivant ces deux axes : je présente dans un premier chapitre certains de mes travaux qui ont contribué à l’amélioration du modèle et dans un deuxième chapitre, des études plus spécifiques qui ont permis de faire avancer notre compréhension des processus couplés qui régissent le système climatique. Dans cette deuxième partie, je mets plus particulièrement en avant les travaux réalisés via l’encadrement d’étudiants (stages, thèses et post-doctorats).La communauté des modélisateurs du climat fait le constat qu’il est de plus en plus difficile d’accroître les performances des modèles, d’une part parce que l’accroissement de la complexité ne les rend pas forcément plus réalistes, mais aussi parce que notre marge de progression semble plus ténue. D’ailleurs, que veut dire améliorer leurs performances ? Cherche-t-on à développer un modèle universel qui permette d’étudier tous les processus climatiques ou bien devons-nous développer autant de modèles que d’applications ? Pour progresser, notre communauté se retrouve face à de nouveaux défis qu’elle tente de relever. Pour ma part, je propose de revenir sur la méthode de calibration des modèles. En effet, la calibration a été, jusque là, réalisée de façon heuristique et est peu documentée. Améliorer cette étape en développant une méthode objective permettra de renforcer notre confiance dans les modèles, de mieux qualifier leurs incertitudes paramétriques mais également d’affiner notre mise en œuvre de modèles à plus haute résolution.

Microwave satellite observations are an essential component of the global observing system ; they strongly contribute to the quality of weather forecasts. Sensitive to water vapour, temperature and hydrometeors in all their forms, the microwave spectral domain is characterized by a rich information content on the vertical structure of the atmosphere. In the coming years, several microwave instruments will be carried on board satellites and will enhance the already available constellation. In order to fully benefit from these future instruments, it is important to prepare for their assimilation within Numerical Weather Prediction (NWP) models. One of the limitations preventing the full exploitation of microwave observations lies in the specification of the radiative properties to the observation operator (Geer and Baordo, 2014, Geer et al. 2017). This specification is required within the data assimilation process during the simulation of observations from atmospheric profiles of the model. These specifications are particularly important for observations localized in cloudy sky because they enable to characterize the effects of scattering of electromagnetic radiation by hydrometeors. Currently, most NWP systems seek to define an optimal radiative property for the simulation of each hydrometeor. Since solid hydrometeors are characterized by high morphological variability, this leads to a significant simplification of the microphysical processes present in nature (Geer and Baordo 2014, Haddad et al. 2015, Guerbette et al. 2016, Mangla et al. 2021). In recent years, methods addressing multiple properties started to emerge (Baran and Labonnote 2007, Kulie et al. 2010, Ringerud et al. 2019). Nevertheless, these methods can still be improved in order to be adapted to various meteorological situations and remote sensing instruments. The objective of this thesis is to explore new methods that can overcome the need of an optimal particle selection and take advantage of the diversity of the available radiative property databases. We first examined whether the observations have enough information content to dynamically define optimal combinations of radiative properties according to the observed meteorological situation. For this, we considered a Bayesian inversion operationally used at Météo-France for the assimilation of microwave satellite data in cloudy sky. Experiments were then conducted with the new method within the AROME-Antilles (Faure et al. 2020) and the ARPEGE (Bouyssel et al. 2022) models using observations from the GMI radiometer on board the American-Japanese GPM-Core satellite. To simulate radiances, different properties from the Liu et al. 2008 database were specified to the radiative transfer model RTTOV-SCATT v12 (Saunders et al. 2018). The results showed the relevance of each property within the inversions. Assimilation experiments were then carried out within the ARPEGE model and showed improvements on forecast wind scores when using four properties. Secondly, we exploited an ensemble assimilation system (Berre et al. 2015, Berre et al. 2019) building background error covariance matrices to propagate uncertainties related to radiative properties. Since a direct assimilation is planned to replace the current Bayesian method, assimilation experiments were carried using an all-sky 4D-Var approach. These experiments were performed using the ARPEGE model and GMI radiometer observations by using the Liu et al. 2008 database. Objective skill scores showed significant improvements by a random selection of radiative properties on the quality of wind, specific humidity and temperature forecasts.; Les observations satellitaires micro-ondes sont une composante essentielle du système d'observation global ; elles contribuent fortement à la qualité des prévisions météorologiques. Sensible à la vapeur d'eau, la température et aux hydrométéores sous toutes leurs formes, le domaine spectral des micro-ondes est caractérisé par un contenu riche en information sur la structure verticale de l'atmosphère. Dans les années à venir, plusieurs instruments micro-ondes seront embarqués à bord de satellites et permettront d'enrichir le système d'observation déjà disponible. Afin de bénéficier au mieux de ces futurs instruments, il est important de préparer leur assimilation au sein des modèles de Prévision Numérique du Temps (PNT). Un des éléments limitant la pleine exploitation des observations micro-ondes réside dans la spécification des propriétés radiatives à l'opérateur d'observations (Geer et Baordo, 2014, Geer et al. 2017). Cette spécification se retrouve au sein du processus d'assimilation de données lors de la simulation des observations à partir de profils atmosphériques du modèle. Ces spécifications sont particulièrement importantes pour des observations localisées en ciel nuageux car elles caractérisent les effets de diffusion. À l'heure actuelle, la plupart des systèmes de PNT cherchent à définir une propriété radiative optimale pour la simulation de chaque hydrométéore. Les hydrométéores solides étant caractérisés par une grande variabilité morphologique, cela amène à une simplification importante des processus microphysiques présents dans la nature (Geer and Baordo 2014, Haddad et al. 2015, Guerbette et al. 2016, Mangla et al. 2021). Ces dernières années, des méthodes traitant plusieurs propriétés ont commencé à apparaître (Baran and Labonnote 2007, Kulie et al. 2010, Ringerud et al. 2019). Néanmoins, ces méthodes peuvent encore être améliorées afin de s'adapter aux situations météorologiques et aux instruments de télédétection. L'objectif de cette thèse est d'explorer de nouvelles méthodes permettant de s'affranchir d'un choix de particule optimale et tirant avantage de la diversité des bases de données de propriétés radiatives disponibles. Nous avons dans un premier temps examiné si les observations possèdent un contenu en information suffisant pour définir de manière dynamique des combinaisons de propriétés radiatives optimales selon la situation météorologique observée. Pour cela, nous avons modifié une inversion Bayésienne exploitée opérationnellement à Météo-France pour l'assimilation de données satellitaires micro-ondes en ciel nuageux. Des expériences exploitant cette méthode ont été menées au sein des modèles AROME-Antilles (Faure et al. 2020) et ARPEGE (Bouyssel et al. 2022) à l'aide des observations du radiomètre GMI à bord du satellite Américano-Japonais GPM-Core. Pour simuler les radiances, différentes propriétés de la base de Liu et al. 2008 ont été spécifiées au modèle de transfert radiatif RTTOV-SCATT v12 (Saunders et al. 2018). Les résultats ont montré la pertinence de chaque propriété au sein des inversions. De nouvelles expériences ont ensuite été réalisées au sein du modèle ARPEGE et ont montré des améliorations lors de l'utilisation de quatre propriétés sur les scores de prévision du vent. Deuxièmement, nous avons exploité un système d'assimilation d'ensemble (Berre et al. 2015, Berre et al. 2019) construisant des matrices de covariances d'erreurs d'ébauche pour propager les incertitudes liées aux propriétés radiatives. Une assimilation directe étant prévue pour remplacer la méthode Bayésienne actuelle, des expériences d'assimilation ont été menées à l'aide d'une approche 4D-Var 'all-sky'. Ces expériences ont été réalisées à l'aide du modèle ARPEGE et des observations du radiomètre GMI en exploitant la base de Liu et al. 2008. Des scores objectifs ont mis en évidence des améliorations significatives apportées par une sélection aléatoire de propriétés radiatives sur la qualité des prévisions.

International audience; Le SNO RENOIR est un réseau de mesures à long terme des teneurs en isotopes de la molécule d'eau (d18O et d2H) dans les précipitations (pluie, neige) à l'échelle de la France métropolitaine et ultramarine. Il est constitué de 33 stations de prélèvement des eaux de pluie réparties sur tout le territoire métropolitain et ultramarin. Cet observatoire national de la composition isotopique des précipitations a pour but de partager des données essentielles sous forme de chroniques isotopiques au pas de temps mensuel avec toute la communauté scientifique.

The environmental impact of nitrates (NO3-) in natural waters depends directly its concentration. Indeed, nitrates are essential to ecosystems, used by plants and phytoplankton to grow via photosynthesis. Availability of nitrates then limits primary production. However, an excessive discharge of nitrate leads to severe pollutions of coastal and continental waters (lakes, rivers) via eutrophication process. In order to monitor nitrate concentration and meet the needs of high spatial and temporal resolution data, in situ, autonomous sensors, adaptable on different types of platforms and under water vehicles are the key. So far, the sensors available for in situ detection of nitrates are not providing satisfactory performances in terms of sensitivity, selectivity and portability. This work is part of the NESS: Nitrate Electrochemical SenSor project, which proposes the use of electrochemical methods for the measurement of nitrate concentrations in natural waters without prior treatment of the sample. The design of new working electrode materials is necessary in order to achieve the sensitivity levels required. For this purpose, two strategies are studied: (i) the realisation of bimetallic electrodes by copper electrodeposition on different metallic substrates, (ii) the electrochemical surface treatment of a massive copper electrode. The performance of all formed electrodes are evaluated by detecting nitrates in natural and synthetic water matrices.; Les effets sur l'environnement des nitrates (NO3-) dans les eaux naturelles sont directement liés à leur concentration. En effet, les nitrates sont indispensables aux écosystèmes, ils sont assimilés par les plantes et le phytoplancton pour se développer via la photosynthèse. Les nitrates sont donc limitant de la production primaire. Cependant, un rejet excessif de nitrate entraîne une pollution importante des eaux côtières et continentales par le processus d'eutrophisation. Afin de suivre la concentration en nitrates et de répondre aux besoins de données à haute résolution spatiotemporelle, des capteurs in situ, autonomes, adaptables sur différents types de plateformes et de véhicules sous-marins sont indispensable. A ce jour, les capteurs disponibles pour la détection in situ des nitrates n'offrent pas des performances satisfaisantes en termes de sensibilité, de sélectivité et de portabilité. Ce travail rentre dans le cadre du projet NESS : Nitrate Electrochemical SenSor, qui propose l'utilisation de méthodes électrochimiques pour la mesure des concentrations en nitrates dans les eaux naturelles sans traitement préalable de l'échantillon. La conception de nouveaux matériaux d'électrodes de travail est nécessaire afin d'atteindre les niveaux de sensibilité requis. Pour cela, deux stratégies sont étudiées : (i) la réalisation d'électrodes bimétalliques par électrodéposition de cuivre sur différents substrats métalliques, (ii) le traitement électrochimique de surface d'une électrode massive en cuivre. Les performances de toutes les électrodes formées sont évaluées en détectant les nitrates dans des matrices d'eau naturelles et artificielles.

International audience; Iron production has played a key role in the history of Africa for more than 3,000 years. The study of this human activity has demonstrated its exceptional significance, its historical antiquity and an astonishing variability of practice. Indeed, metallurgists developed different ways to smelt iron ores in Sub-Saharan Africa. They multiplied the technical choices to a degree unequalled on other continents.The region of Bassar (northern Togo) is known to be one of the oldest ‒ ironmaking began there in the 5th century BCE ‒ and most important iron production centers in West Africa ‒ approximately 50,000 tons of iron were produced there between the 13th and 20th centuries. Recent research conducted within the international and interdisciplinary program SidérEnT (2014-2018) revealed the existence of several iron smelting technics there. In order to understand which factors could be at the origin of this, we have taken the most holistic approach possible. Thus, after establishing an exhaustive assessment of the geological, archaeological, archaeometric and ethnological data at our disposal, we evaluate the different possibilities that can explain the plurality of practices and then we propose different historical-cultural scenarios tracing the evolution of iron smelting technics in the Bassar region.; La production de fer a joué un rôle clé dans l’histoire de l’Afrique depuis plus de 3 000 ans. L’étude de cette activité humaine a démontré son importance exceptionnelle, sa profondeur historique et une étonnante variabilité des pratiques. En effet, les métallurgistes ont développé différentes manières de produire du fer en Afrique subsaharienne. Ils ont multiplié les choix techniques à un degré inégalé sur les autres continents.La région de Bassar (nord du Togo) abrite un des centres de production du fer les plus anciens – la sidérurgie y débute au ve siècle avant notre ère – et les plus importants d’Afrique de l’Ouest – environ 50 000 tonnes de fer y ont été produites entre le xiiie et le xxe siècle. De récentes recherches menées dans le cadre du programme international et interdisciplinaire SidérEnT (2014-2018) y ont révélé l’existence de plusieurs procédés techniques pour réduire le minerai de fer. Afin de comprendre quels facteurs pouvaient être à l’origine de cette diversité technique, nous avons adopté l’approche la plus holistique possible. Ainsi, après l’établissement d’un bilan exhaustif des données géologiques, archéologiques, archéométriques et ethnologiques à notre disposition, nous évaluons les différentes possibilités pouvant expliquer la pluralité des pratiques, puis nous proposons différents scénarios historico-culturels retraçant l’évolution des techniques sidérurgiques en pays bassar.

International audience

Sustainable water resources management is a major issue on a global scale in a context of over-exploitation due in particular to a growing population. It is also a crucial lever to cope with the consequences of global warming which leads to an increase in climatic, hydrological and agricultural droughts, particularly in arid and semi-arid regions. A current difficulty lies in the lack of knowledge of the resources available in the different hydrological compartments (surface water, unsaturated soil zone and groundwater), and this at multiple scales (surface reservoirs, irrigated areas, aquifer, region). The objective of the thesis is to develop innovative methods to better quantify water resources from multi-sensor remote sensing. This work focuses on the state of Telangana (114,800 km2) in India, characterized by a granitic aquifer with low storage capacity, whose recharge during the monsoons is as variable as the annual pumping for irrigation. In this region, 70% of irrigation comes from groundwater (GWS). The remaining 30% comes from 1) a monsoon runoff (RHS) harvesting system in upstream areas, made up of thousands of small reservoirs (called "tanks") and 2) large dams, canals and perennial rivers in downstream areas. We propose to make better use of multi-sensor/multi-resolution remote sensing to ensure multi-scale monitoring of the RHS and GWS and thus assess the impact of irrigation on the resource. A first axis of this thesis evaluates the potential of GRACE gravity and SMOS soil moisture data for the qualitative monitoring of the evolution of resources in Telangana. GRACE has provided since 2002 maps of monthly total water stock anomalies at a resolution of 300 km. The groundwater stock (GWS) obtained by subtracting the contributions of surface and soil reservoirs is well correlated with aggregated piezometric measurements at the Telangana scale (R2=0.70). Concerning SMOS data, the observation of a humidity peak in the dry season reveals the impact of irrigation and its amplitude even constitutes an early indicator of the quantity of rice cultivated (R=0.81). The second axis concerns the spatial downscaling of GRACE data for monitoring the GWS at a scale (50 km) more relevant for the management of territories. Several statistical and semi-empirical methods are proposed based on two hypotheses (GWS variations with or without interannual trend). In order to evaluate these methods, a new performance metric for downscaled products is developed. This validation approach estimates the spatial gain compared to non-downscaled data and here highlights the interest of empirical methods calibrated from GRACE data and auxiliary data (NDVI, soil moisture, precipitation). The third and last axis of the thesis exploits the capabilities of high-resolution images for RHS monitoring through two applications: 1) RHS volume monitoring in near-real-time with Pléiades digital elevation models (DEM) at a 50 cm resolution and water maps derived from Sentinel-2 at 10 m, and 2) the quantification of the capacity of the RHS at large-scale and the assessment of its contribution to the total surface water stock. These applications demonstrate the interest of finely resolved DEM for the establishment of drought warning systems and a better understanding of the impact of the RHS on recharge.; Une gestion durable des ressources en eau est un enjeu majeur à l'échelle mondiale dans un contexte de surexploitation liée notamment à une population croissante. C'est aussi un levier crucial pour faire face aux conséquences du réchauffement global qui entraîne une multiplication des sécheresses climatiques, hydrologiques et agricoles, particulièrement dans les régions arides et semi-arides. Une difficulté réside actuellement dans le manque de connaissance des ressources disponibles dans les différents compartiments hydrologiques (eaux de surface, zone du sol non saturée et eaux souterraines), et ceci à des échelles multiples (réservoirs de surface, périmètres irrigués, aquifère, région). L'objectif de la thèse est de développer des méthodes innovantes permettant de mieux quantifier la ressource en eau à partir de la télédétection multi-capteurs. Ces travaux se focalisent sur l'État du Telangana (114 800 km2) en Inde, caractérisé par un aquifère granitique de faible capacité de stockage, dont la recharge lors des moussons est aussi variable que le pompage annuel pour l'irrigation. Dans cette région, l'irrigation provient à 70% de l'eau souterraine (GWS). Les 30% restants proviennent 1) en amont d'un système de récupération des eaux de ruissellement de la mousson (RHS), composé de milliers de petits réservoirs (appelés "tanks") et 2) en aval de grands barrages, des canaux et rivières pérennes. Nous nous proposons de tirer un meilleur parti de la télédétection multi-capteurs/multi-résolutions pour assurer un suivi multi-échelle du RHS et du GWS et ainsi évaluer l'impact de l'irrigation sur la ressource. Un premier axe de cette thèse évalue le potentiel des données gravimétriques GRACE et d'humidité du sol SMOS pour le suivi qualitatif de l'évolution des ressources sur le Telangana. GRACE fournit depuis 2002 des cartes d'anomalies mensuelles de stock d'eau total à une résolution de 300 km. Le stock d'eau souterraine (GWS) obtenu en soustrayant les contributions des réservoirs de surface et du sol est bien corrélé avec les mesures piézométriques agrégées à l'échelle du Telangana (R2=0.70). Concernant les données SMOS, l'observation d'un pic d'humidité en saison sèche révèle l'impact de l'irrigation et son amplitude constitue même un indicateur précoce de la quantité de riz cultivé (R=0.81). Le deuxième axe porte sur la désagrégation spatiale des données GRACE pour le suivi du GWS à une échelle (50 km) plus pertinente pour la gestion des territoires. Plusieurs méthodes statistiques et semi-empiriques sont proposées à partir de deux hypothèses (variations du GWS avec ou sans tendance interannuelle). Dans l'objectif d'évaluer ces méthodes, une nouvelle métrique de performance des produits désagrégés est développée. Cette approche de validation estime le gain spatial par rapport aux données non-désagrégées et met ici en évidence l'intérêt des méthodes empiriques calibrées à partir des données GRACE et de données auxiliaires (NDVI, humidité du sol, précipitations). Le troisième et dernier axe de la thèse exploite la capacités des images haute résolution pour le suivi du RHS à travers deux applications : 1) le suivi volumétrique en quasi-temps réel du RHS avec des modèles numériques de terrain (MNT) Pléiades à 50 cm de résolution et des cartes en eau dérivées de Sentinel-2 à 10 m, et 2) la quantification de la capacité du RHS à large échelle et l'estimation de sa contribution au stock total d'eau de surface. Ces applications démontrent l'intérêt des MNT finement résolus pour la mise en place de systèmes d'alerte de sécheresse et une meilleure compréhension de l'impact du RHS sur la recharge.

International audience; Il est aujourd’hui largement reconnu que l’océan subit de plein fouet les conséquences du changement climatique lié aux émissions croissantes de gaz à effet de serre par les activités humaines, en particulier de CO2. A cet égard, le rapport spécial du GIEC1 sur les océans et la cryosphère, adopté le 24 septembre 2019 à Monaco, est édifiant. Ce travail imposant, rassemblant sur plus de mille pages l’évaluation et la synthèse de près de7000 publications scientifiques, fait le point sur les conséquences déjà observables du changement climatique sur les océans : montée du niveau de la mer, réchauffement des eaux, migrations de certaines espèces, dégradation des écosystèmes, acidification, extension des zones mortes, cette longue liste montre à quel point il est urgent de préserver la santé des océans et les populations qui en dépendent, particulièrementvulnérables dans les pays du Sud. Une part considérable des efforts de recherche en océanographie vise à anticiper ces effets, afin d’avertir les politiques publiques pour tenter d’en limiter les dégâts et ainsi participer à la mise en place de solutions d’adaptation et de mitigation.

In a numerical climate model, fine-scale processes are represented by parameterizations. A new method to develop parameterizations consists in using Artificial Intelligence (AI) techniques, by learning the representation of these processes from data coming from high resolution simulations. But a number of problems remain to be solved before the learned parameterizations can be used in a climate model. The objective of this thesis is to study some problems preventing the use of AI parameterizations in a climate model: numerical stability and online performance. These problems are studied through two studies on toy models. The results obtained are then placed in perspective, through the learning of a parameterization implemented in a climate model.First of all, the use of NN-learned physics can make the climate model in which it is plugged unstable. The first part of this thesis is dedicated to the study of this instability in a toy model specifically developed to investigate this problem. A second problem is the performance of the learned parameterization, once they are plugged into a climate model, especially in terms of model climatology (e.g., long-term bias). We have developed a method to adjust the long-term statistics of a learned parameterization. The method was illustrated using toy models. Finally, we focused on the learning of a deep convection scheme using NN. The learned scheme was successfully implemented in the global climate model developed at CNRM, ARPEGE-Climat, as a replacement of the physical scheme. We have performed several years of simulation without noticing any drift of the model. The main characteristics of the mean climate are well represented. The learned parameterization is interpreted using sensitivity analysis tools. This study lays some groundwork for the development of learned parameterizations from high-resolution data, the use of which could improve the accuracy of numerical climate models.; Dans un modèle de climat, les paramétrisations physiques ont pour rôle de représenter l’effet moyen des processus sous-maille (e.g., convection profonde, turbulence) à la résolution du modèle. Elles sont numériquement efficaces, mais aussi la principale source d’incertitude dans les modèles de climat. Depuis quelques années, l’utilisation des techniques d’Intelligence Artificielle (IA), en particulier celle des réseaux de neurones (Neural Networks, NN), a permis de développer des paramétrisations d’un genre nouveau. Contrairement aux paramétrisations physiques traditionnelles, développées en utilisant des connaissances théoriques et des observations, les paramétrisations apprises sont ajustées à un jeu de données issu d’une simulation haute-résolution directement, dans le but d’apprendre une représentation plus précise des différents processus sous-maille. Les premiers résultats sont prometteurs, mais il reste des problèmes majeurs à résoudre avant leur utilisation dans un modèle de climat, en remplacement des paramétrisations traditionnelles. Le but de cette thèse est l’étude de quelques-uns de ces problèmes à l’aide de modèles jouets et à travers l’apprentissage d’une partie de la paramétrisation physique implémentée dans un modèle de climat.Tout d’abord, l’utilisation d’une physique apprise par des NN peut rendre instable le modèle de climat dans lequel elle est branchée. La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude de cette instabilité avec l’aide d’un modèle jouet, spécifiquement développé pour étudier ce problème. Un deuxième problème concerne la performance des physiques apprises, une fois celles-ci branchées dans un modèle de climat, notamment en terme de climatologie du modèle (e.g., biais de long-terme). Nous avons développé une méthode permettant d’ajuster les statistiques de long-terme d’une physique apprise. La méthode a été illustrée à l’aide de modèles jouets. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’apprentissage d’un schéma de convection profonde à l’aide de NN. Le schéma appris a été implémenté avec succès dans le modèle de climat global développé au CNRM, ARPEGE-Climat, en remplacement du schéma physique. Nous avons réalisé plusieurs années de simulation sans constater de divergence du modèle. Les principales caractéristiques du climat moyen sont bien représentées. La physique apprise est interprétée en utilisant des outils d’analyse de sensibilité. Cette étude pose quelques bases en vue du développement de paramétrisations apprises à partir de données haute-résolution, dont l’utilisation pourrait améliorer la précision des modèles numériques du climat.

Gamma-Ray Bursts (GRBs) are extra-galactic transient phenomena that continue to puzzle scientists, 50 years after their discovery. Associated to violent events like the death of massive stars, they consist of two phases: the prompt emission, a burst of gamma-ray photons lasting typically few seconds and the afterglow, detectable in X-ray, visible and radio wavelengths up to few days after the prompt GRB. Being some of the most luminous phenomena in the Universe, GRBs are extremely interesting: they are among the farthest cosmic sources observed, representing a unique mean to probe stellar populations and the intra and inter-galactic medium at the highest redshifts. However, because of their short duration, their unpredictable times and sky localization, the study of GRBs remains challenging, even for modern astronomy. The Sino-French mission SVOM, to be launched end of 2023, encompasses two wide-field (ECLAIRs and GRM) and two narrow-field (MXT and VT) instruments for detecting, characterizing and localizing the GRB prompt and afterglow emissions. SVOM also benefits from three dedicated ground telescopes (GWAC, C-GFT and COLIBRI) and an antennae network, allowing to alert the scientific community within few minutes after the prompt emission detection for an optimal follow-up. My work focused on ECLAIRs, the wide-field hard X-ray telescope of SVOM. Using its coded mask and on-board computer, ECLAIRs will detect in near real-time the GRB prompt emission and get a crude localization from it. Thanks to its low energy threshold at 4 keV, the telescope will be perfectly suited for the detection of interesting GRB populations such as X-ray Flashes or high-redshift GRBs. My thesis has been focused on the evaluation of ECLAIRs performances in space: I have combined instrumental effects with models of the background sky emission and GRB/X-ray sources to accurately simulate the instrument data stream. These simulations have been used for example to evaluate the sensitivity of ECLAIRs to various types of transients, to calculate the GRB detection rate expected during the mission, and as a support to evaluate the science impact of various configuration parameters of the instrument. They have also been used as a framework for developing alternative trigger algorithm solutions to the on-board software, motivated by the unique ability of ECLAIRs to transfer all the events recorded on-board to the ground. Relying on simulated background orbits and GRBs, I have used a neural-network architecture suited for the anomaly detection on time series. This method may become part of an offline trigger able to detect transients missed by the on-board algorithm. Another application presented in the manuscript is the evaluation of ECLAIRs sensitivity to short high-energy (HE) transients coming from our local Universe (z

International audience

Climate change is a challenging and yet a humbling insight provided by science. While the global warming train has left the station with a more than 1K rise in the global mean temperature, we need to ask ourselves the question of what kind of future is up ahead, and what climate “surprises” we have in store? This thesis is a contribution to better quantifying and understanding the global response of extreme daily precipitation intensities to anthropogenic climate change. The words droughts and floods resonate across our disastrous history and our uncertain collective future. Anticipating, mitigating and adapting to such disasters remains a challenge to our shared humanity. In this thesis, I assess future changes in meteorological dry and mostly wet extremes on regional and global scales. The investigation is primarily based on global projections and more idealised climate change experiments conducted in phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). The future changes described in the thesis are mostly based on the highest emission scenarios (SSP5-8.5), which maximises the signal-to-noise ratio, but presumably, provides an unfavourably bleak picture of our future climate (although large model uncertainties can lead to a strong overlap between projections derived from moderate to high-emissions scenarios). In the lead of the 6th Assessment Report of IPCC, future changes in extremes are also investigated at different global warming levels. The extremes considered include the annual maximum daily precipitation intensities (RX1DAY) and meteorological droughts described as consecutive dry days and their annual maximum numbers (CDD). Using some idealised atmosphere-only experiments with the CNRM-CM6-1 and a few other climate models which participated in a CMIP subproject, I first distinguish the various timescales of the annual mean and daily precipitation responses to an abrupt quadrupling of the atmospheric CO2 concentration, especially the fast response to CO2 increase from the slower response to the gradual and uniform versus non-uniform components of the global ocean warming. The response of the dry meteorological extremes is particularly complex and involves multiple timescales and processes which can be highly model-dependent. Even though most CMIP6 models qualitatively agree on the idealized response of RX1DAY to a CO2 increase, I quantify the related uncertainties in a high-emission scenario using a large subset of CMIP6 models and a large ensemble of a single model. The study pays particular attention to both model uncertainties, and the irreducible uncertainties related to internal climate variability. The results illustrate an upper bound of the inter-model spread and estimate a large spread. However, there is a robust enhancement of extreme precipitation with more than 90% of models simulating an increase in the precipitation extremes. I also provide a 5--95% confidence range for projected RX1DAY values at the end of the 21st century and highlight the regions (only 17% of the globe surface) where the changes may not be consistent with the widely used assumption of a Clausius–Clapeyron (CC) rate of ~%/K when scaled by concomitant changes in global mean surface temperature. Finally, I investigate the changes in the seasonality of precipitation extremes, focusing on Europe and the potential contribution of regional changes in atmospheric circulation. My analysis documents a sharper seasonal cycle of extreme precipitation and a shift in its seasonality. To better understand the mechanisms that cause the change in seasonality, I analyse the possible role of different synoptic circulation types (CTs) in regulating the frequency of extremes across different seasons. By using a simple decomposition technique, I further explore the role of the projected changes in the CT frequencies to the previously assessed changes in the RX1DAY seasonality and the associated inter-model spread.; Les mots sécheresses et inondations résonnent à travers notre histoire désastreuse et notre avenir collectif incertain. Anticiper, atténuer et s'adapter à de tels désastres reste un défi pour notre humanité commune. Dans cette thèse, j'évalue les changements futurs des extrêmes météorologiques secs et, surtout, humides à l'échelle régionale et globale. L'analyse est principalement basée sur des projections globales et des expériences de changement climatique plus idéalisées menées dans la phase 6 du Coupled Model Inter Comparison Project (CMIP6). Les changements futurs décrits dans la thèse sont principalement basés sur les scénarios d'émissions les plus élevés (SSP5-8.5) ce qui maximise le rapport signal/bruit, mais fournit une image particulièrement sombre de notre climat futur (bien que les incertitudes de modélisation puissent conduire à un fort chevauchement entre les projections dérivées des scénarios d'émissions modéré à élevé). En suivant l’exemple du 6ème rapport d'évaluation du GIEC, les changements futurs des extrêmes sont également étudiés à différents niveaux de réchauffement global. Les extrêmes considérés comprennent les intensités maximales annuelles de précipitations quotidiennes (RX1DAY) et les sécheresses météorologiques décrites comme des jours secs consécutifs (CDD) et leur nombre maximal annuel. À l'aide de quelques expériences idéalisées en mode purement atmosphérique, menées avec le modèle CNRM-CM6-1 et quelques autres modèles climatiques qui ont participé à un sous-projet du CMIP, je distingue d'abord les différentes échelles de temps des réponses de la moyenne annuelle et des précipitations quotidiennes à un quadruplement abrupt de la concentration atmosphérique de CO2, en particulier la réponse rapide à l'augmentation de CO2 par rapport à la réponse plus lente aux composantes graduelles et uniformes versus non uniformes du réchauffement océanique global. La réponse des extrêmes météorologiques secs est particulièrement complexe et implique de multiples échelles de temps et processus qui peuvent dépendre fortement du modèle. Même si les modèles CMIP6 sont qualitativement d'accord sur la réponse idéalisée de RX1DAY à une augmentation de CO2, je quantifie les incertitudes associées dans un scénario de fortes émissions en utilisant un grand sous-ensemble de modèles CMIP6 et un grand ensemble de réalisation d'un seul modèle. L'étude accorde ainsi une attention particulière à la fois aux incertitudes de modélisation et aux incertitudes irréductibles liées à la variabilité climatique interne. Les résultats fournissent une limite supérieure de l'écart inter-modèle, incluant une contribution de la variabilité interne du climat. Cependant, on constate une forte augmentation des précipitations extrêmes, dans plus de 90% des modèles analysés. Je fournis également un intervalle de confiance de 5 à 95% pour les valeurs projetées de RX1DAY à la fin du 21e siècle et je mets en évidence les régions (seulement 17% de la surface du globe) où les changements peuvent ne pas être cohérents avec l'hypothèse largement utilisée d'un taux Clausius-Clapeyron (CC) de ~7%/K lorsqu'il est mis à l'échelle par les changements concomitants de la température moyenne à la surface du globe. Enfin, j'étudie les changements de la saisonnalité des précipitations extrêmes, en me concentrant sur l'Europe et sur la contribution potentielle des changements régionaux de la circulation atmosphérique. Mon analyse révèle un cycle saisonnier plus marqué des précipitations extrêmes et un décalage de leur saisonnalité. Pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine de ce changement, j'analyse le rôle possible des différents types de circulation synoptique (CT) dans la modulation de la fréquence des extrêmes à travers les différentes saisons. En utilisant une technique de décomposition simple, j'explore le rôle des changements projetés dans les fréquences des CTs dans les changements de saisonnalité de RX1DAY et la dispersion inter-modèle associée.

Traduction d'un article en anglais dans la troisième édition de he Biographical Encyclopedia of Astronomers; Henri Camichel was an astronomer at Pic du Midi Observatory, where he contributed to the study of planets of the solar system and their satellites with Audouin Dollfus and his team. In 1961, with Charles Boyer, he found that the upper atmosphere of Venus had a counter-clockwise rotation of four days, which was later confirmed by space probes, as were the team’s accurate measurements of the diameters of planets. He was also an instrumentalist, and contributed to the maintenance and development of the telescopes (notably the 2-meter telescope) and focal instruments at Pic du Midi.; Henri Camichel était astronome à l'Observatoire du Pic du Midi, où il a contribué à l'étude des planètes du système solaire et de leurs satellites avec Audouin Dollfus et son équipe. En 1961, avec Charles Boyer, il a découvert que la haute atmosphère de Vénus avait une rotation de quatre jours dans le sens rétrograde, ce qui a ensuite été confirmé par des sondes spatiales, tout comme les mesures précises de l'équipe sur les diamètres des planètes. Il était également instrumentiste, et a contribué à l'entretien et au développement des télescopes (notamment letélescope de 2 mètres) et des instruments focaux de l’Observatoire.

National audience; La synthèse des données géomorphologiques, stratigraphiques et géochronologiques collectées ces dernières années notamment dans le cadre du projet OHM Pyrénées "Néolacs" (2020-2021), et des données scientifiques disponibles dans les secteurs de l'OHM Pyrénées (vallée du Haut Vicdessos en Ariège et Parc National des Pyrénées dans les Pyrénées Centrales) permet aujourd'hui de mieux contraindre la chronologie des dernières phases glaciaires et de la formation des lacs de montagnes dans ces deux secteurs des Pyrénées françaises. Cette présentation résume (i) les ages 10Be disponibles sur les blocs erratiques associés à des cordons morainiques ou sur des roches moutonnées; (ii) les ages 14C disponibles dans les remplissages lacustres de montagne localisés à proximité de formations glaciaires et parfois encore des derniers glaciers pyrénéens (notamment dans le cirque de Troumouze, et dans le bassin versant des Oulettes de Gaube) et (iii) les ages radionucléides (137Cs) obtenus dans les sédiments lacustres récents de quelques lacs. Les travaux en cours et programmés dans le cadre du projet "Néo Pyrénées" permettront d'harmoniser la base de données paléoenvironnementales à disposition dans les deux secteurs de l'OHM Pyrénées pour préciser la chronologie du retrait et de la fonte des glaciers würmiens, de la mise en place d'une néoglaciation dans les Pyrénées ainsi que leur influence sur la formation et la dynamique sédimentaire des environnements lacustres d'altitude.

International audience; Collective musical improvisations are often based on a support called a chord progression which offers improvisers a reference and a framework. This common reference brings a specific cohesion between the improvisers for the exploration of sound spaces that free improvisation could not allow. But such a framework can also prove to be too restrictive. This led to the development of other modes of improvisation that offered more freedom. Various approaches have been proposed to describe the common reference - during the musical performance - enabling to escape the determinism of the improvised form. Most of the the techniques have relied on visual signs. An alternative approach is proposed here, based on sound: not a gesture, not a word, but sound signs, themselves musical. The open grid is a sound language intended to build - in real time and through sound - the common framework for improvisers. The signs of the open grid are not simple melody-signals or riffs as sometimes encountered, but real sound signs presenting plasticity, constituent elements of a protolanguage which offers malleability and discretion, conditions necessary for the musical context. And freedom being one of the objects of this approach, this language was designed to be usable in multiple ways: to be the word of the conductor, or on the contrary to become the common language for all the musicians of an ensemble. The book contains a CD where musical examples are presented. The open grid language is used there in real conditions.; Les improvisations musicales collectives prennent souvent appui sur un support appelé grille harmonique qui offre aux improvisateurs une référence et un cadre. Ce support commun apporte une cohésion spécifique entre les improvisateurs pour l'exploration d'espaces sonores que l'improvisation libre ne pourrait permettre. Mais un tel cadre peut aussi s'avérer trop contraignant. C'est ce qui a conduit au développement d'autres modes d'improvisation offrant plus de liberté. Diverses approches ont été proposées pour décrire – en cours de jeu – le référent commun et échapper ainsi au déterminisme de la forme improvisée. La plupart se sont appuyées sur des signes visuels. Une approche alternative est proposée ici, basée sur le son: pas un geste, pas un mot, mais des signes sonores, eux-mêmes musicaux. La grille ouverte est un langage sonore destiné à construire – en temps réel et par le son – le cadre commun aux improvisateurs. Les signes de la grille ouverte ne sont pas de simples thèmes-signaux ou riffs comme parfois rencontrés, mais de véritables signes sonores dotés de plasticité, éléments constituants d'un protolangage qui offre malléabilité et discrétion, conditions nécessaires au contexte musical. Et la liberté étant l'un des objets de cette approche, ce langage a été conçu pour être utilisable de multiples façons: être la parole du chef, ou au contraire devenir le langage commun à tous les musiciens d'un ensemble. Le livre contient un CD où sont présentés des exemples musicaux. Le langage de grille ouverte y est utilisé en conditions réelles.

This paper introduces an approach for land cover pixel-based classification from massive satellite image time series scale using Gaussian Processes. Sparse methods combined with variational inference allow the learning of large scale Gaussian Process. Using a spatiospectro-temporal covariance function can help to take into account all the structure of the data. Experimental results conducted on a national scale data-set show that our method is effective and close to several state-of-the-art approaches (random forest and deep learning methods)., Cet article présente une approche permettant la classification pixellaire de séries temporelles d'images satellites massives à partir de processus gaussiens. Notre modèle s'appuie sur des processus gaussiens variationnels parcimonieux associés à des fonctions de covariance spatio-spectro-temporelles. Les résultats expérimentaux réalisés sur un jeu de données à l'échelle nationale montrent que notre méthode est efficace et comparable à des approches de l'état de l'art (forêt d'arbres décisionnels et méthodes d'apprentissage profond).

International audience

International audience; La modélisation atmosphérique à très fine échelle permet d’analyser la dynamique de l’îlot dechaleur urbain en contexte de topographie complexe. Deux simulations (Urbaine et Non-Urbaine) mettenten évidence les effets associés à l'urbanisation. La taille des agglomérations, dans le cas de Lyon etGrenoble, n'influence pas la différence de température entre les deux simulations. Les conditions destabilité influencent fortement ces différences. L'ICU peut être intensifié par l'affaiblissement du vent oul’effet de piégeage et/ou le développement d’une couche d’inversion.

This work falls within the context of numerical weather prediction (NWP), a field in which the emphasis is on improving forecasting systems such as ARPEGE, the operational system of Météo-France. Few years ago, a new parameterisation of deep convection has been tested in ARPEGE. This led to complications that resulted in the withdrawal of the new parameterisation and a growing suspicion of unknown interactions between the physical parameterisations and the data assimilation process. As part of a new effort to replace the current deep convection parameterisation in ARPEGE with that developed by ECMWF, this thesis attempts to study the influence of physical parameterisations on the analysiss produced bya NWP system.In this work, two different sets of analysis, produced by operational versions of ARPEGE and IFS respectively, were used to compare differences in forecast skill arising from changes in initial conditions or from changes in the model formulation. This comparison revealed a similar impact of these two contributions on the forecast skill, which underlines the strong impact of initial conditions. With this strong impact of the analysis demonstrated, this study turned toward the identification of physical parameterisation contribution on initial conditions. For this purpose, the two sets of analyses used previously were compared to each other, in order to identify similarities and differences, as well as the possible contribution of physical parameterisations.In addition, a third set of analyses was produced using the NWP system ARPEGE, modified with the IFS deep convection parameterisation. This shows how the analyses produced by ARPEGE and IFS become closer when the same deep convection parameterisation is used. In order to relate the differences in the analysis to the physical parameterisation behaviour in the forecast, an intercomparison of the physical tendencies between IFS and ARPEGE was carried out, using a diagnosis similar to that of IFS implemented in ARPEGE. This allows to highlight the similarities and differences between the representation of subgrid processes in ARPEGE and IFS, also to assess the impact of the new deep convection parameterisation on the tendencies. During the implementation of this new diagnosis in ARPEGE, an initial assessment of the entropy balance was carried out, making it the first entropy budget in a NWP model. Despite strong simplifications, the interest of such a budget for the development and validation of physical parameterisations has been highlighted. This should motivate further developments to produce a more accurate entropy budget.Finally, a linearised error expansion formalism was adapted and applied to the analysis in order to express the initial condition error as a sum of several contributions. This made it possible to simulate the contribution of a specific part of the model, namely the deep convection parameterisation in our case, to the initial condition error. This has shown that in some regions the contribution of the deep convection parameterisation to the initial condition error is of similar magnitude to that of the observations.This work has shown the relative importance of the initial conditions for the forecast skill as well as the contribution of the deep convection parametrisation to the initial condition error. This confirms that in addition to the direct impact on the forecast, the physical parameterisations have the ability to affect the performance of a NWP system via the perturbation of the initial conditions, which demonstrates the importance of evaluating them in a complete NWP system. In future work, the methodologies and diagnosis developed in this study can be used to assess other physical parameterisations, such as the subgrid orographic effects that contribute to the large-scale circulation.; Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la prévision numérique du temps (PNT), discipline dans laquelle on recherche l’amélioration des simulations de l’état atmosphérique, comme par exemple ARPEGE, système de prévision global opérationnel de Météo-France. Il y a quelques années, une nouvelle paramétrisation de la convection profonde a été testée dans ARPEGE, et a conduit à des complications qui ont amené au rejet de cette paramétrisation, puis à soupçonner une interaction entre les paramétrisations physiques et l’assimilation de données. Dans le cadre d’un nouvel effort de développement pour remplacer la paramétrisation de la convection profonde d’ARPEGE, par celle développée au CEPMMT, cette thèse se propose de mettre en évidence et d’étudier l’influence des paramétrisations physiques sur les analyses produites par un système de PNT.Nous avons tout d’abord utilisé deux séries d’analyses, issues respectivement des systèmes opérationnels ARPEGE et IFS, afin de comparer l’impact, sur les prévisions, du changement d’analyse et du changement de modèle. Nous avons mis en évidence un impact important des analyses sur la qualité des prévisions du même ordre de grandeur que l’impact du changement de modèle.Le fort impact des analyses ayant été montré, nous avons cherché à identifier le rôle des paramétrisations physiques dans les analyses. Pour cela nous avons comparé les séries d’analyses ARPEGE et IFS entre elles, pour caractériser leurs différences et identifier le rôle possible des paramétrisations physiques. L’utilisation, dans le modèle ARPEGE, de la paramétrisation de la convection profonde du modèle IFS a fourni une troisième série d’analyses, qui se sont révélées plus proche des analyses IFS.Afin de lier les différences observées dans les analyses aux comportements des paramétrisations physiques dans les prévisions, nous avons réalisé une intercomparaison des tendances des paramétrisations physiques entre ARPEGE et IFS, en implémentant dans ARPEGE un diagnostic similaire à celui fourni dans IFS. Cela a alors permis de mettre en avant les similarités et différences dans la prise en compte des phénomènes d’échelle sous-maille des deux modèles et de tester l’impact de la nouvelle paramétrisation de la convection profonde sur cesdifférences. Nous avons profité de ce travail sur les tendances des paramétrisations physiques, pour évaluer un premier bilan de la variable entropie dans un modèle de PNT. Malgré des simplifications importantes, nous avons montré l’intérêt de cette variable dans la validation des paramétrisations physiques, motivant ainsi le développement d’un prochain diagnostic plus précis de l’entropie.Enfin, grâce à l’utilisation d’un formalisme d’expansion linéarisée des erreurs, que nous avons adapté au cas des analyses, nous avons montré comment simuler la contribution d’un élément du modèle à l’erreur d’analyse. Nous avons appliqué ce nouveau formalisme au cas de la paramétrisation de la convection profonde et nous avons pu montrer que dans certaines régions la contribution de la convection à l’erreur d’analyse est du même ordre de grandeur que celle des observations.Ces travaux ont donc mis en évidence l’importance des analyses sur les scores de prévision, mais aussi la contribution de la paramétrisation de la convection profonde aux incertitudes de l’analyse. Cela confirme que les paramétrisations physiques, en plus de leur impact direct dans les prévisions, ont une influence sur la qualité d’un système de PNT via leur influence sur les analyses, montrant ainsi l’importance de les évaluer dans un système de PNT complet. Les diagnostics et méthodes employés au cours de cette thèse, pourront être appliqués à d’autres paramétrisations physiques, notamment celle des effets de l’orographie sous-maille qui contribuent aux équilibres de grande échelle.

Filamentary structures are ubiquitous in the interstellar medium (ISM), over broad ranges of size and density, with the densest filaments being the cradles of star formation. Both simulations and observations of the ISM show that the study of the relative orientations between filaments and the magnetic field can bring new insight into the role played by magnetic fields in the formation and evolution of filaments and thus in the process of star formation. During my thesis, I studied the relative orientations between filaments and the magnetic field in star formation regions observed in different Galactic environments and at different evolution stages. To this end, I combined data from the {it Herschel} satellite obtained as part of the Galactic Cold Cores (GCC) program with the polarization maps of the {it Planck} satellite. The latter measured the polarized thermal emission from dust grains, which traces the orientation of the magnetic field in the plane of the sky. The GCC program is composed of 116 fields representing regions of star formation, with a great diversity of filaments in terms of size, density, evolution stage, and Galactic environment. I first developed a new method, {tt FilDReaMS} ("{bf Fil}ament {bf D}etection & {bf Re}construction {bf a}t {bf M}ultiple { bf S}cales"), to extract filaments and determine their orientations. This method meets the various essential criteria for our study: reconstruction of the filamentary network, single-scale and multi-scale analyses, suitability for statistical studies, user-friendliness, and computation speed. I then applied {tt FilDReaMS} to a subsample of 4 {it Herschel} fields for which I analyzed in detail the filament relative orientations, and then to all 116 fields in view of a statistical analysis. My results are consistent with those of previous studies: I generally (but not systematically) find a transition in the preferred relative orientations, from parallel at low column densities to perpendicular at high column densities. Parallel/perpendicular relative orientations are mainly observed at small/large scales. Because the thermal emission from dust grains is optically thin, filament observations and magnetic field measurements can potentially be contaminated by the presence of foreground or background clouds. To overcome this problem, I developed a new method able to separate clouds along the line of sight by using the information contained in (dollarldollar, dollarbdollar, dollarvdollar) cubes of HI, dollar^{12}{rm CO}dollar, and dollar^{13}{rm CO}dollar. I then decomposed the {it Planck} polarization data in this 3D basis to reconstruct the magnetic field orientation of each cloud. I applied the method to a first {it Herschel} field, for which I obtained conclusive results. This analysis highlights the need to take into account the possible effects of confusion along the line of sight in the study of filament relative orientations.; Les structures filamentaires sont omniprésentes dans le milieu interstellaire (MIS), sur de nombreuses échelles de taille et de densité, les plus denses représentant les berceaux de la formation stellaire. Les simulations et les observations du MIS montrent que l'étude de l'orientation relative entre filaments et champ magnétique peut apporter un nouvel éclairage sur le rôle du champ magnétique dans la formation et l'évolution des filaments, et donc sur le processus de formation stellaire. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'orientation relative entre filaments et champ magnétique dans des régions de formation stellaire observées dans différents environnements Galactiques et à différents stades d'évolution. À cette fin, j'ai combiné des données du satellite {it Herschel} obtenues dans le cadre du programme Galactic Cold Cores (GCC) avec les cartes en polarisation du satellite {it Planck}. Ce dernier a mesuré l'émission thermique polarisée des grains de poussière, qui trace l'orientation du champ magnétique sur le plan du ciel. Le programme GCC, quant à lui, est constitué de 116 champs représentant des régions de formation stellaire, avec une grande diversité de filaments en termes de taille, densité, stade d'évolution et environnement Galactique. J'ai commencé par développer une nouvelle méthode, {tt FilDReaMS} ("{bf Fil}ament {bf D}etection & {bf Re}construction {bf a}t {bf M}ultiple {bf S}cales"), pour extraire des filaments et déterminer leur orientation. Cette méthode répond aux différents critères indispensables à notre étude: reconstruction du réseau filamentaire, analyses simple-échelle et multi-échelles, automatisation à des fins statistiques, facilité d'utilisation et rapidité de calcul. J'ai ensuite appliqué {tt FilDReaMS} à un sous-échantillon de 4 champs {it Herschel} pour lesquels j'ai effectué une analyse détaillée de l'orientation relative des filaments, puis à l'ensemble des 116 champs en vue d'une analyse statistique. Mes résultats sont cohérents avec ceux des études précédentes: je retrouve généralement (mais pas systématiquement) une transition dans l'orientation relative préférentielle, de parallèle aux faibles densités de colonne à perpendiculaire aux grandes densités de colonne. Les orientations relatives parallèles/perpendiculaires sont essentiellement observées aux petites/grandes échelles. Parce que l'émission thermique des grains de poussière est optiquement mince, l'observation des filaments et la mesure du champ magnétique peuvent potentiellement être contaminées par la présence de nuages d'avant- ou d'arrière-plan. Afin de pallier à ce problème, j'ai développé une nouvelle méthode permettant de séparer les nuages le long de la ligne de visée en utilisant l'information contenues dans des cubes (dollarldollar, dollarbdollar, dollarvdollar) des traceurs HI, dollar^{12}{rm CO}dollar et dollar^{13}{rm CO}dollar. J'ai ensuite décomposé les données de polarisation de {it Planck} sur cette base 3D pour reconstruire l'orientation du champ magnétique de chaque nuage. J'ai appliqué la méthode à un premier champ {it Herschel}, pour lequel j'ai obtenu des résultats concluants. Cette analyse souligne la nécessité de prendre en compte les effets possibles de confusion le long de la ligne visée dans l'étude de l'orientation relative des filaments.

In this thesis, we focused on hyperspectral images processing and more precisely, about their limited spatial resolution. This limitation affects directly the classification process of this kind of images due to the fact that is more difficult to estimate the proportion and the area occupied by a pure material in an observed pixel. To overcome this limitation, two approaches are commonly used. The first one is known as the spectral unmixing, which consists in unmixing an observed pixel in order to estimate the pure material spectra and their associated abundances. The spectral unmixing is based on methods developed in the fields of Blind Source Separation. The second approach consists in fusing a hyperspectral image with a multispectral or a panchromatic one, which covers the same observed area, in order to obtain a hyperspectral image with high spatial resolution. Some of fusion methods are based on the spectral unmixing. The use of spectral unmixing requires the knowledge of the mixing model. The widespread model is the linear mixing model, which represents a pixel as a linear mixture of pure material spectra and their associated abundances. Despite its simplicity, this model is rather limited by some phenomena: the nonlinearity and the spectral variability. The linear mixing model assumes that each endmember is represented by the same spectrum in the whole image. However, such a hypothesis is no longer valid in many configurations. To overcome such constraints and avoid errors during the unmixing process, the concept of endmembers must be substituted by another one, which considers classes of endmembers. The main objective of this thesis is to incorporate the spectral variability in the spectral unmixing. The first part of this manuscript is devoted to the spectral unmixing. Therefore, three methods are developed in this thesis based on a new introduced mixing model that integrates the spectral variability phenomenon within an additive manner. The three methods are based on nonnegative matrix factorization. The obtained results are encouraging. The second part presents fusion methods integrating the spectral variability to merge a hyperspectral image and a multispectral one. To this end, two methods are developed. The conducted experiments show the importance to take into account the spectral variability phenomenon in the fusion process.; Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux traitements des images hyperspectrales de télédétection, plus précisément, à une problématique liée à qui est la faible résolution spatiale de ce type d'images. Cet aspect impacte directement le processus classificatoire, communément utilisé, car il est plus complexe de déterminer la proportion ou la superficie occupée par un matériau pur dans un pixel donné. Pour résoudre cette limitation, deux approches existent. La première, nommée démélange spectral a pour objectif de séparer les composantes du pixel c'est-à-dire les matériaux purs et déterminer leurs proportions appelées aussi abondances. Le démélange spectral tire profit des techniques développées dans la filière de la Séparation Aveugle de Sources (SAS). La deuxième technique consiste à fusionner une image hyperspectrale avec une image multispectrale ou panchromatique, de la même région, pour incorporer l'information spatiale contenue dans ces deux types d'images afin d'aboutir à une image hyperspectrale avec une résolution spatiale de meilleure qualité. Parmi ces approches, plusieurs méthodes de fusion se basent sur le démélange spectral. Le démélange spectral nécessite la connaissance de la loi régissant le mélange. La plus répandue représente un spectre observé dans un pixel par un mélange linéaire des spectres des matériaux présents dans le même pixel, ce cas de figure est nommé mélange linéaire instantané. Malgré sa simplicité de mise en œuvre, ce dernier reste limité par deux phénomènes fréquents, à savoir, la non-linéarité et la variabilité spectrale. En particulier, le modèle de mélange linéaire stipule que chaque matériau pur présent dans une scène est décrit par un même spectre dans la totalité de la scène observée. Cela n'est pas toujours valide à cause de certains phénomènes physiques. Dans ce cas précis, la notion de matériau pur doit être remplacée par la notion de classe de matériaux. Nous parlons alors de variabilité spectrale. Une partie de cette thèse traite cette problématique en intégrant la variabilité spectrale dans le démélange spectral. Le travail de cette thèse s'inscrit dans cette configuration pour développer des méthodes tenant compte de la variabilité spectrale pour le démélange spectral dans la première partie. Ainsi trois méthodes ont été développées dans cette thèse en se basant sur un nouveau modèle de mélange proposé qui introduit la variabilité spectrale sous une forme additive. Les trois méthodes de démélange ont été développées en utilisant des algorithmes de factorisation en matrice non-négatives. Les résultats obtenus sont très prometteurs. La deuxième partie de cette thèse a permis de développer des méthodes de fusion, intégrant le phénomène de la variabilité spectrale, pour combiner une image hyperspectrale et une autre image multispectrale, de la même zone observée. Dans cette optique, deux méthodes ont été développées et présentées dans la deuxième partie de ce manuscrit. Les tests effectués montrent l'importance de considérer le phénomène de la variabilité spectrale dans le processus de fusion.

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