Dissertations / Theses on the topic 'Convection (météorologie) – Afrique occidentale'

L'objet de ce travail est l'étude des relations entre la pluie et différents indices en vue de la prévision, à quelques jours d'échéance, de la pluie quotidienne. La pluie quotidienne est fournie par l'IRD aux points de grille 2. 5ʿ x 2. 5ʿ de l'Afrique de l'Ouest (1968-1990) et les indices sont calculés à partir des réanalyses du NCEP-NCAR ; ce sont des combinaisons, parfois élaborées, des valeurs de base pression, altitude géopotentielle, température, humidité, composantes du vent. Les 65 indices retenus sont rangés en indices thermodynamiques (température et humidité) et indices dynamiques (vent). Une étude climatologique pour l'été 1985 montre les liens entre les indices, les ondes d'est et l'OLR. Ces liens sont beaucoup moins nets sur la Basse Côte qu'au Sahel. L'étude porte sur le mois d'août, d'une part parce que la ZCIT y atteint sa latitude nord extrême ce qui évite les difficultés liées à la tendance saisonnière et d'autre part parce que les précipitations y sont maximums. On cherche à prévoir la pluie à Dakar car c'est à cette extrémité ouest de lAfrique que l'on dispose du plus grand nombre possible de points de grille où calculer les indices prédicteurs, la circulation troposphérique estivale s'y faisant d'est en ouest (sauf dans la couche de mousson). La prévision de la pluie quotidienne est faite à l'aide d'équations de régression linéaires après qu'on ait réparti les pluies en 7 classes. Pour chaque échéance, on a recherché pour chaque indice, le point de grille où sa corrélation avec la pluie à Dakar était la plus grande (en valeur absolue), dans la période d'apprentissage (1968-1984). On a ensuite construit, pour chaque échéance, une équation de régression incluant les 65 indices, chacun étant pris au point de grille où sa corrélation avec la pluie était maximum. On a testé la qualité des équations sur l'intervalle 1985-1990. Jusqu'à 3 jours d'échéance, les prévisions calculées par les équations de régression sont meilleures que la prévision climatologique, cependant les très fortes pluies sont mal prévues. On a établi des équations de régression avec les mêmes indices pour prévoir les cumuls de pluie sur 3 jours consécutifs. Le taux d'erreur de prévision des faibles pluies est alors très petit. A l'aide d'une régression pas à pas ascendante on a déterminé les indices qui ont le plus de poids dans les équations de régression; ce sont : le niveau de condensation adiabatique, le tourbillon à 700 hPa, l'humidité à 925 hPa et le flux de vapeur d'eau<br>This study investigates the relation between stability indexes and West African daily rainfall amounts in order to predict the daily ram amount at 1-5 day lead times. Daily precipitation on a grid 2. 5ʿ x 2. 5ʿ for the period 1968-1990 was obtained from the Institut Français pour la Recherche et le Développement (IRD). Sixty-five indexes were computed using NCEP-NCAR reanalyses in the area 15ʿS-30ʿN, 30ʿW-30ʿE. The dataset consist of reanalyses of the global observation network of meteorological variable : pressure, geopotential height, temperature, humidity and wind components. Indexes may be divided into two categories thermodynamical (temperature and humidity) and dynamical (wind components). A climatological study for the summer 1985 shows links between indexes, easterly waves and OLR. These links are weaker in the Gulf of Guinea that in the Sahel. The study relates to daily rains in august because precipitation totals are larger then at Dakar and because the ITCZ lies at it most northerly latitude, thus all problems with trends were avoided. The Dakar region is the westernmost part of the Sahel. During summer, winds blow east to west in the troposphere above the monsoon layer ; hence, we have the largest possible number of grid points from which to compute the predictors. Linear regression equations were established to forecast rain at Dakar, divided in seven classes. For each lead time and each index, correlation coefficients were computed in order to deterrnine the grid point when the correlation reaches its maximum value during the period 1968-1984, and so to be included in the regression equation. The predicting skill of the equations was tested on the six remaining Augusts (1985-1990). The regression equations for six precipitation amount classes at the 1- to the 3-day lead times, though not very good for large rain amounts, perform better than the climatological forecast. Regression equations were also computed to predict 3-day rain amounts. Results show that it is difficult to miss small rainfall amounts. A stepwise foreward regression method was attempted to evaluate the importance of the various predictors. Thermodynamical indexes such as the Lifting Condensation Level and Humidity at 925 hPa, vorticity at 700 hPa and mixes indexes such as Water Vapor Fluxes were the best predictors

Les ondes d'est africaines (AEWs) sont des perturbations baroclines synoptiques (périodes 3-5 jours; longueurs d'onde 2000-5000 km) qui se propagent d'est en ouest sur le continent ouest-africain de manière intermittente au cours de la saison de mousson. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l'intermittence intra-saisonnière des AEWs en combinant des considérations sur l'origine et le déclenchement des ondes, et sur l'influence de l'environnement de croissance, en particulier le jet d'est africain (AEJ). Une analyse statistique permet de souligner les relations complexes entre les fluctuations intra-saisonnières de l'AEJ, la convection et l'activité en AEWs dans les observations. Une approche de modélisation idéalisée est également adoptée, qui met en oeuvre un modèle atmosphérique global uniquement dynamique et guidé par un terme de forçage constant dérivé des observations. Dans une première configuration, des AEWs sont déclenchées sur un état de base fixe en réponse transitoire à un chauffage convectif appliqué localement en amont de l'AEJ. L'efficacité d'un tel déclenchement est testée sur un large jeu d'états de base constitués à partir des observations pour représenter la variabilité intra-saisonnière de l'AEJ. Il est mis en évidence une forte dépendance de la réponse transitoire à l'état de base. Une deuxième configuration du forçage laisse le modèle libre de développer sa propre activité transitoire. Des AEWs réalistes se développent de manière intermittente dans ce GCM simple. Il est montré qu'elles y sont déclenchées par des précurseurs de nature dynamique, originaires des moyennes latitudes (de l'Atlantique nord en particulier)<br>African Easterly Waves (AEWs) are synoptic baroclinic disturbances (wavelength 2000-5000 km; period 3-5 days) that propagate westward over West Africa in the monsoon season and display intraseasonal intermittence. This thesis work aims to investigate the question of the origin, growth and intermittence of AEWs through idealised modelling and analysis of observations. Factors such as possible precursors for the waves, and the relationship of the waves with the background environment - in particular the AEJ - and with convection are examined and discussed. A statistical climatological study is made of the relationship between the observed intraseasonal variations in the mid-tropospheric flow over West Africa, convection and AEW activity. An idealised modelling approach is also developped through the use of a dry global primitive equation model driven by a constant forcing tem derived from the observations. This model is used in a first configuration to simulate linear AEWs on a set of various fixed basic-states using the same idealised convective heating localised upstream of the AEJ as an initial trigger. It is shown that these convectively triggered AEWs are strongly influenced by the intra-seasonal variability of the environment. A second forcing configuration allows the model to simulate observed distributions of jets and transient disturbances, and explicitly represents the interactions between them. This simple GCM produces realistic intermittent AEWs that are shown to be triggered by precursors coming from the North Atlantic storm track

Cette thèse a pour objectif d'étudier et d'améliorer la représentation du cycle de vie des systèmes convectifs de l'Afrique de l'Ouest (orages tropicaux, lignes de grains,. . . ) dans les modèles de circulation atmosphérique. Ces modèles de circulation sont devenus un des outils de base pour à la fois les recherches en physique du climat et pour la prévision opérationnelle du temps. La gamme d'échelles spatiales impliquée rend particulièrement complexe la modélisation de la mousson Ouest Africaine. Cependant, beaucoup de progrès ont été réalisés ces dernières années au Laboratoire de Météorologie Dynamique dans le développement des paramétrisations de convection nuageuse (Rio and Hourdin, 2008; Grandpeix et al. , 2010) et le modèle LMDZ est capable de représenter de façon correcte les caractéristiques moyennes du système de mousson Ouest Africaine. Notre travail de thèse repose en grande partie sur l'exploitation des données recueillies au cours de l'été 2006 pendant la période d'observation intensive (mesures sol, avions, ballons) de la campagne d'Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA). L'amélioration de la représentation de la convection dans ces régions est un enjeu de première importance, à la fois pour l'amélioration des prévisions du temps et pour essayer de prévoir les possibles variations du climat sur la région dans le cadre du réchauffement global du climat. La discrimination des systèmes locaux et propagatifs a permis de faire la comparaison des systèmes locaux avec le modèle qui ne représente pas pour le moment la propagation des systèmes convectifs. Ainsi le cycle diurne des systèmes locaux est comparable au cycle diurne du modèle. Un des résultats marquant obtenu durant cette thèse concerne la représentation du cycle diurne des précipitations convectives. Nous avons en particulier, montré que la nouvelle "paramétrisation" de la convection orageuse, prenant en compte explicitement les "poches froides" créées sous les nuages par réévaporation des pluies convectives, développée par Grandpeix et al. , (2010), permet de décaler dans la soirée les pluies convectives (qui se produisent en générale beaucoup trop tot dans les modèles, vers 12h, en phase avec l'insolation), en bien meilleur accord avec les observations. Nous avons aussi mis au point une approche d'initialisation physique de la convection par des températures de brillance du satellite Météosat Seconde Génération (MSG). Cette approche d'initialisation détectant les zones convectives donne une meilleure représentation spatiale de la convection de manière cohérente avec les observations

Ce travail est une contribution au projet etude des precipitations par satellite (epsat/senegal). Son objectif est d'etudier les caracteristiques spatio-temporelles des lignes de grains (lg) en zone cotiere et la cinematique des systemes convectifs associes a ces perturbations. Dans un premier temps nous avons etabli une statistique des vitesses des lignes de grains au senegal sur la periode 1980 - 1990, a partir des mesures conventionnelles de stations synoptiques. Cette etude a montre que la vitesse moyenne des lg est de l'ordre de 18 m. S#-#1 ; leur frequence est plus elevee en septembre et generalement dans une station donnee, cette frequence est plus elevee de nuit que de jour. L'etude menee a partir d'images du satellite meteosat a montre que la vitesse moyenne de ces lignes de grains est comprise entre 14 et 20 m. S#-#1 avec une moyenne de 17 m. S#-#1 ; il existe deux zones de dissipation situees l'une entre 0 et 300 km et l'autre entre 800 et 1100 km a l'est de dakar. A partir de moyennes decadaires d'images satellitaires, nous avons etudie l'evolution de la convection en zone sahelienne et de la cinematique des lg en afrique de l'ouest. Avec le deplacement meridien de la zcit, il apparait deux zones de minimum de convection dont les positions coincident avec celles des zones de dissipation precedemment trouvees. Un noyau de maximum de convection est egalement mis en evidence sur les cotes guineennes. Entre les mois de juillet et septembre ce noyau se deplace vers le continent. Les champs de divergence et de tourbillon vertical relatif deduits des analyses du centre europeen pour les previsions meteorologiques a moyen terme (cepmmt) confirment les resultats obtenus a partir des images satellitaires. Une etude composite des lg a dakar a ete effectuee a partir des analyses du cepmmt. Les resultats obtenus sont significatifs du phenomene etudie.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la région d'Afrique de l'Ouest, où les sécherresses sont dévastatrices pour les populations, montre les plus fortes incertitudes sur l'évolution des précipitations. C'est aussi la première source de poussières désertiques au monde dont la production est en augmentation par la sur-exploitation des sols. Or ces poussières désertiques, associées à des épidémies de méningite, absorbent et diffusent le flux solaire entraînant alors une modification du taux d'échauffement atmosphérique. En modifiant le bilan radiatif atmosphérique elles sont alors succeptible d'influencer de la turbulence de fine échelle aux circulations atmosphériques de grande échelle. Seulement les processus en jeu dans les interactions entre les poussières désertiques et l'atmosphère sont très variés, complexes, et constituent une grande source d'incertitude dans la prévision numérique. Afin d'appréhender ces processus, un cadre de modélisation à été développé permettant à la fois la résolution explicite de la convection, la résolution du cycle de vie des poussières et de leur impact radiatif, et la prise en compte de leurs interactions sur toute l'Afrique de l'Ouest à échelle mensuelle. Sur un cas extrême de tempête de poussières en saison sèche, la forte quantité de poussières soulevée par le front entraîne une amplification par deux de la signature de la tempête. La modélisation explicite des poussières améliore la prévisibilité de la tempête. De manière plus statistique, pendant la mise en place de la mousson, en juin, la fréquente présence de poussières participe activement à l'initiation du saut de mousson. D'une part, en affaiblissant la dépression thermique Saharienne, un des principaux moteurs de la mousson, mais aussi, d'autre part, en renforçant le déplacement vers le nord du coeur de la zone de convergence inter-tropicale et des jets. A plus fine échelle, la présence de poussières impacte la localisation et le cycle diurne des systèmes convectifs. Les poussières modifient alors la couverture nuageuse dont les impacts radiatifs sont plus forts que l'effet direct des poussières. La prise en compte des effets semi-directs des poussières sont donc essentiels pour la prévision en Afrique de l'Ouest<br>West Africa shows the greatest uncertainties about the evolution of precipitations. Moreover, in a warming climate, this region is very suceptible to droughts which can be devastating for the local populations. This region is also the main source of desert dust in the world where production is increasing due to over-exploitation of soils. Besides the fact that dust is associated with outbreaks of meningitis, it also has a direct impact on the atmosphere since it absorbs and scatters solar radiation causing a change in atmospheric heating. By altering the atmospheric radiation budget, the dust can influence the fine-scale turbulence up to large-scale atmospheric circulations. Also, the processes involved in the interactions between desert dust and atmosphere are very diverse, complex, and constitute a major source of uncertainty in numerical prediction. In order to understand these processes, a modeling framework was developed which englobes fine to regional scales. It explicitly resolves the deep convection, the dust life cycle and its radiative impacts, but also considers their interactions over all of West Africa at a monthly scale. Under dust storm conditions during the dry season, the high amount of dust raised by the fronts, leads to a near doubling of the storm intensity. By this positive feedback, explicit modeling of dust improves the predictability of the storm. During the establishment of the monsoon in June, the frequent occurrence of dust is actively involved in the initiation of the monsoon onset: On the one hand, by weakening the Saharan heat low, and on the other hand, by strengthening the northward movement of the heart of the inter-tropical convergence and jets. At finer scales, the presence of dust also impacts the location and the diurnal cycle of convective systems. Also, dust can change the cloud cover which leads to stronger radiative impacts than the direct effect of dust. This thesis suggests that accounting for the coupling between the dust and the atmosphere may improve the forecast skill in West Africa

Dans le cadre du projet international AMMA, visant à documenter la variabilité de la Mousson Africaine de l'Ouest (MAO), le radar polarimétrique Doppler en bande-C, RONSARD, ainsi qu'un récepteur bistatique Doppler ont été déployés dans le nord du Bénin durant l'été 2006 pour appréhender la dynamique et la microphysique des systèmes convectifs caractéristiques de la Mousson. La phase de préparation de cette campagne a été l'occasion de proposer une solution au problème posé par un réseau de radar Doppler monostatique-bistatique : la contamination des données bistatiques par les lobes secondaires de la fonction d'antenne du radar monostatique. Cette solution basée sur l'analyse variationnelle permet de s'affranchir du rejet systématique de données bistatiques contaminées, pratiqué jusqu'alors. Testée avec des données synthétiques, puis réelles, cette méthode permet d'utiliser l'ensemble des données échantillonnées et donc d'assurer des restitutions 3D de champs de vent sur des domaines plus importants avec des méthodes Dual-Doppler classiques. Durant la campagne, le récepteur bistatique n'a pas fonctionné, et, seul le radar RONSARD a assuré une acquisition de mesures exploitables sur le nord du Bénin. Aussi, l'étude de la ligne de grains du 28 juillet 2006, qui fait suite à la phase expérimentale, sera principalement basée sur ces données. La dynamique et la microphysique de ce système ont pu être détaillées à l'échelle convective et à la mésoéchelle. Sa dynamique, comparable à des études antérieures sur le même thème, nous a permis en la comparant à sa distribution particulaire de mieux comprendre les processus microphysiques mis en jeu dans les différentes régions d'intérêt. Les restitutions microphysiques sont cohérentes avec les descriptions de la dynamique du système avec une évidente organisation des classes d'hydrométéores de la phase liquide en pluie fine, modérée et forte dans la partie convective, et en pluie fine à modérée dans la partie stratiforme. .<br>During the AMMA international project, aimed to observe the variability of the West African Monsoon, the C-band polarimetric Doppler radar RONSARD and a bistatic receiver have been deployed in northern Benin during summer 2006 in order to document dynamics and microphysics of monsoon-related convective systems. The preparation phase of this campaign gave us an opportunity to examine and to propose a solution to the problem involved in a monostatic-bistatic Doppler radar network: the sidelobe contamination of bistatic measurements by the monostatic radar antenna gain. This solution based on variational analysis, proposes an alternative solution to the forced rejection of bistatic Doppler data so far considered. Tests with synthetic and real data are performed and this method allow us to use the complete sampled dataset in order to retrieve 3D wind fields on more important domains, using classical dual-Doppler methods. During the campaign, the bistatic receiver did not work and only the RONSARD radar provided exploitable measurements on northern Benin. In particular, the RONSARD data collected within the 28th July 2006 squall line were used to document the dynamics and microphysics at convective scale and mesoscale in this study. Dynamics, comparable to those from previous studies, and hydrometeor distribution allow us to better understand the microphysical processes involved in different regions of interest. .

Cette thèse porte sur l'influence de la couche limite convective et nuageuse sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest. Pour répondre à cette question, des simulations à haute résolution (50m) sont réalisées sur le modèle atmosphérique Méso-NH couplé à un mécanisme chimique détaillé représentant la chimie gazeuse et aqueuse. Cette échelle spatiale permet de représenter explicitement les caractéristiques spatiales et temporelles des structures turbulentes. Les thermiques en couche limite sont identifiés à l'aide d'un échantillonnage conditionnel basé sur l'utilisation d'un traceur passif à décroissance radioactive. L'impact du transport turbulent sur la redistribution d'espèces chimiques dépend du temps de vie chimique de ces espèces. La ségrégation spatiale créée au sein de la couche limite augmente ou réduit les taux de réaction moyens entre composés. La campagne de terrain AMMA, et plus récemment DACCIWA, sont utilisées pour définir des forçages dynamiques et chimiques pour des environnements simulés. Le premier est représentatif d'un environnement biogénique dominé par des émissions naturelles de COV. Le second reproduit un environnement urbain modérément pollué typique du Golfe de Guinée (Cotonou au Bénin). Pour simplifier, l'analyse des simulations est limitée aux réactions chimiques entre OH et l'isoprène dans le cas biogénique, entre les aldéhydes C&gt;2 et OH dans le cas urbain. L'influence de la couche limite convective est étudiée à l'échelle du thermique et du domaine. Cela permet une connexion avec les modèles à résolution plus lâche qui adoptent une hypothèse de mélange parfait et immédiat, négligeant de fait les variabilités spatiales de composés chimiques au sein d'une maille. Les premiers résultats, basés sur la phase gazeuse uniquement, montrent que les nuages en couche limite convective affectent le transport vertical d'espèces chimiques. Les thermiques sont des zones de réactions privilégiées où la réactivité chimique est maximale. La plus grande intensité de ségrégation est calculée au sommet de la couche limite, toutefois de signes opposés entre les deux environnements. En environnement biogénique, le mélange non-homogène de l'isoprène et de OH dans cette zone induit une diminution maximale de 30% du taux de réaction moyen. Dans le cas urbain, la constante de réaction effective entre OH et les aldéhydes est supérieure de 16% à la constante moyenne. La réactivité de OH est supérieure de 15 à 40% dans les thermiques comparé au reste du domaine, dépendant de l'environnement chimique et de l'heure. Comme les thermiques occupent une faible portion du domaine, l'impact des structures turbulentes sur la réactivité totale de OH est une diminution de 9% pour le cas biogénique et une augmentation maximale de 5% dans le cas anthropique. Des simulations LES incluant la réactivité aqueuse révèlent une baisse importante des rapports de mélange de OH associée à la présence de nuages<br>This thesis focuses on the influence of the convective and cloudy boundary layer on the chemical reactivity in West Africa. To answer this question, high resolution simulations (50m) are performed on the atmospheric model Meso-NH coupled to a detailed chemical scheme representing the gaseous and aqueous phases. This spatial scale allow to explicitly represent the spatial and temporal characteristics of turbulent structures. Thermals in the boundary layer are identified by a conditional sampling based on a radioactive-decay passive scalar. The turbulent transport influence on the redistribution of chemical species depends on the chemical lifetimes of these species. Spatial segregation is created within the convective boundary layer that increases or decreases the mean reaction rates between compounds. AMMA campaign field study, and more recently DACCIWA, are used to define dynamical and chemical forcing of two simulated environments. The first one is representative of a biogenic environment dominated by natural emissions of VOC. The second reproduces a moderately polluted typical urban area of the Guinean Gulf (Cotonou in Benin). For the sake of simplicity, simulations analysis are limited to the chemical reaction between isoprene and OH in the biogenic case, and the reaction between C&gt;2 aldehydes and OH in the anthropogenic case. The convective boundary layer influence is studied at thermal and domain scale. This makes the connection with coarse resolution models for which a hypothesis of perfect and immediate mixing is made, neglecting the spatial variability of chemical species within a grid cell. The first results are based on the gaseous phase only. Cloudy development in the convective boundary layer only affects the vertical transport of chemical species. The simulations show that thermals are preferential reaction zones where the chemical reactivity is the highest. The top of the boundary layer is the region characterized by the highest calculated segregation intensities but of the opposite sign in both environments. In the biogenic environment, the inhomogeneous mixing of isoprene and OH in this zone leads to a maximum decrease of 30% of the mean reaction rate. In the anthropogenic case, the effective rate constant for OH reacting with aldehydes is 16% higher at maximum than the averaged value. The OH reactivity is higher by 15 to 40% inside thermals compared to the surroundings depending on the chemical environment and time of the day. Because thermals occupy a small fraction of the simulated domain, the impact of turbulent motions on the domain-averaged OH total reactivity reaches a maximum 9% decrease for the biogenic case and a maximum of 5% increase for the anthropogenic case. LES simulations including the aqueous reactivity reveal a significant decrease in OH mixing ratios associated to the presence of clouds. Consequently, isoprene and C&gt;2 aldehydes mixing ratios increase at these altitudes

La modulation des précipitations dues aux lignes de grains affecte directement les populations d'Afrique de l'Ouest. C'est pour mieux comprendre la relation entre les lignes de grains et la mousson qu'a été mis en place le projet AMMA qui s'est accompagné d'une grande campagne de mesure en 2006. Cette étude tire son intérêt d'une utilisation combinée d'observations, de classifications polarimétriques du RONSARD. Et de modélisation grâce à une méthode de restitution microphysique, initialement développée pour les fonds européens, et adaptée aux conditions tropicales, et à l'intensité des lignes de grains. Le modèle microphysique a permis d'effectuer des resitutions en accord avec les observations du RONSARD. Pour représenter au mieux la partie convective et stratiforme d'une ligne de grains, on a montré qu'il fallait au moins deux espèces de glace précipitante (graupels et neige). On a mis en évidence la compétition entre le dépôt de vapeur d'eau sur la glace précipitante et la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes de nuage liquide dans la formation des précipitations glacées, et le rôle de celles-ci dans la formation des précipitations liquides. Le modèle microphysique nous a permies de déterminer les processus importants dans la formation des précipitations, à savoir la condensation de la vapeur d'eau en nuage liquide, la fonte, le givrage et l'accrétion du nuage liquide par la pluie. L'utilisation d'un modèle diagnostique microphysique et d'un modèle de transfert radiatif permet de relier le contenu en glace à la température de brillance, mais surtout d'établir des relations entre processus micorphysiques, température de brillance et contenus intégrés en eau<br>The rainfall variability due to squall lines directly affects West African populations. The African Monsoon Multidisciplinary Analyses (AMMA) campaign was designed in order to get a better knowledge of this phenomenon and was therefore based on a large field experiment in 2006. In this context the radar RONSARD was deployed. Allowing us to retrieve wind fields and polarimetric classifications. The main interest of this study is to combine the use of observations, polarimetric classification from RONSARD and modeling using a microphysical retrieval model. This model was originally developped for the Europeans fronts, was adapted to tropical conditions, and squall line's intensity. The microphysical model allowed us to perform retrievals that are in agreement withe RONSARD observations. For a realistic restitution of convective and stratiform part of a squall line, we showes that at least two species of precipitating ice (graupel and snow) are necessary. We highlighted the competition between water vapor deposition on the precipating ice and condensation of water vapor into liquid clouds droplets in forming precipating ice, and the role of these in the formation of rain. The microphysical model has allowed us to identify important processes in the formation of precipitation, especially the condensation of water vapor into liquid clouds, melting, riming and the accretion of liquid cloud by rain. The use of a diagnostic micophysics and of a radiative transfer model enabled to link the ice content to the brightness temperatures, but also to establish a relationships between microphysicals processes, brightness temperatures and integrated water content

Ce travail établit les signaux cohérents de la variabilité climatique de l’Afrique centrale et leurs connexions grâce a une base de données pluviométriques (1951-90), ainsi qu'à des données satellitales et des réanalyses issues de mcg. Les advections de vapeur d'eau sur l’Afrique centrale trouvent leur origine dans l'atlantique austral, avec des changements intrasaisonniers supérieurs à ceux observes à l'échelle interannuelle. Mais le coeur du bassin congolais constitue aussi une région-source de divergence présente pratiquement tout au long de l'année qui redistribue de la vapeur d'eau vers le sahel ou le sud-est du Zaîre. Le poids des conditions de surface est important. Par ailleurs, l'olr mensuelle reflète la pluviométrie de l’Afrique centrale associée à la convection cumuliforme et à la circulation tropicale à grande échelle, mais ce n'est pas un indicateur pertinent des précipitations régionales tout au long de l'année et pour toutes les régions. L’Afrique centrale n'est pas un ensemble pluviométrique uniforme qui varie de façon homogène à l'échelle interannuelle, mais il est tout de même possible d'observer plusieurs analogies avec la variabilité d’autres régions africaines. Le signal de l'enso est particulièrement lisible dans la convection profonde de l’Afrique centrale. Chaque occurrence enso correspond à une modulation d'amplitude du cycle pluviométrique semi-annuelle du Congo/Gabon, démontrant le pouvoir prédictif des tso. La modulation des précipitations de l’Afrique centrale par les tso atlantiques, pacifiques et indiennes est liée à un déplacement de la circulation est-ouest, par le biais de la modification des zones d'instabilité. Les variations thermiques de l'atlantique austral imposent aussi un dérèglement de la position latitudinale de la zcit et desadvections. La cartographie fonctionnelle du biome forestier grâce au ndvi identifie différents comportements forestiers et indique que le caractère sempervirent possède des nuances spatiales et temporelles. Le forçage saisonnier des précipitations sur la productivité végétale est souvent décalé dans le temps. Il est difficile d'extraire un signal bioclimatique interannuel à cause du biais d'origine instrumental, mais les variations interannuelles du ndvi de la rca et du Haut-Zaire sont expliquées par la pluviométrie<br>This study establishes the coherent signals of the climatic variability and its connections in central Africa from a rainfall data base (1951-90), as well as satellite data and a reanalysis of the data from gcm. The water vapour advections over central Africa originate in the southern Atlantic Ocean with greater intraseasonal changes than those observed at the interannual scale. The heart of the Congo basin is also a regional source of divergence which is present for most of the year, and which redistributes water towards the Sahel or south-eastern Zaire. The surface conditions, for example topography and forestry, are important. In addition, the monthly olr reflects the rainfall of central Africa associated with deep convection and tropical circulation on global scale, but is not a good indicator of rainfall for all regions and all periods of the year. Central Africa is not a uniform rainfall area which varies homogeneously at interannual scale. Nevertheless, many analogies can be mad with other African areas. The enso signal is particularly visible in the deep convection of central Africa. Each enso occurrence corresponds with a modulation of the amplitude of the semi-annual rain cycle in the Congo-Gabon area, proving the predictive power of the sst. The rainfall modulation of the Atlantic, pacific and Indian sst's in central Africa is linked to a change in the east-west circulation due to the modification of the instable areas. The thermal variations in the southern Atlantic also impose a change in latitude of the itcz and the advections. The phenological mapping of rainforests using ndvi identifies different forestry behaviours and indicates certain spatio-temporal differences. A time lag is often observed between the rainfall and the forestry productivity. It is difficult to extract a bioclimatic signal due to the instrumental bias, but the interannual variations of the ndvi of the rca and northern Zaire are explained by the rainfall

Ce travail teste une nouvelle approche pour la prévision des précipitations en Afrique de l'Ouest et de l'Est basée sur des prédicteurs relatifs au forçage continental et atmosphérique régional et la période 1968-1998. La partie diagnostique s'appuie sur les fichiers CRU, CRC, les réanalyses NCEP/NCAR. Les saisons des pluies ouest africaines sont précédées par des modifications du champ d'Energie Statique Humide. Une mémoire inter-saison est portée par l'humidité du sol, la végétation puis le champ d'ESH au printemps. Les saisons est africaines sont associées à des signaux dynamiques : mousson indienne et circulation type Walker pour les short rains, advections humides du Congo, interactions avec les latitudes subtropicales pour les long rains. La partie méthodologique propose des modèles de Régression Multiple, Analyse Discriminante et Réseaux Neuronaux basés sur les prédicteurs détectés. On obtient un gain moyen de 27% de variance expliquée et des prévisions correctes pour 2000-2001 au Sahel<br>A new approach for West and East African seasonal rainfall forecasting, based on continental and atmospheric forcing predictors and the 1968-1998 homogeneous period is developed. CRU and CRC precipitation databases, NCEP/NCAR reanalyses are used for diagnoses. The West African rainy seasons are preceded by Moist Static Energy field anomalies. An inter-season memory involving soil moisture, vegetation, then MSE over Guinea is found. The East African ones are related to atmospheric dynamics signals: Indian monsoon and Walker type circulation for the short rains, Congo basin air mass intrusion and subtropical stationary waves for the long rains. A 27% explained variance gain is obtained with multiple regression, discriminant analysis and neural networks models fed with these predictors. The 2000-2001 Sahelian rainy seasons real-time forecasts made with these models were correct

Cette thèse aborde une caractérisation d'évènements qui stucturent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de l'Ouest. La mise en place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien de la Zone de Convergence Intertropicale qui montre une transition rapide entre deux positions d'équilibre marquée par une amplification de la dynamique des basses pressions sahariennes. On s'attache également à décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l'Ouest qui s'expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours en cohérence avec la dynamique atmosphérique des basses couches et l'échelle des systèmes convectifs. Les applications agronomiques sont abordées en utilisant le modèle SARRA-H du CIRAD. Il est montré que la prise en compte de la mise en place de la mousson comme date de semis améliore le rendement et qu'il existe un impact fort des séquences sèches intra-saisonnières selon le degré de développement de la culture<br>By using daily rainfall data and wind reanalyses over the period 1968-1990 we document two main aspects of the West African monsoon dynamics : the onset of the monsoon and the intraseasonal modulation of convention. It is shown that the onset stage is linked to an abrupt latitudinal shift of the Inter-Tropical Convergence Zone associated to the heat low dynamics. We also show the evidence of coherent fluctuations in the rainfall and wind fields in two spectral windows : around 15 days, and between 30 and 40 days. These fluctuations are characterized by a westward propagation of large cyclonic and anticyclonic anomalies with a modulation of Mesoscale Convective System characteristics. By using a crop model SARRA-H (CIRAD), we study the agricultural impacts. It is shown that our definition of the onset can improve the yield through a better choice of the showing date. It is also shown a strong impact of extra-seasonal dry sequences during the flowering and the grain ripening phases

L’agriculture en Afrique de l’Ouest, vitale pour les populations locales, est extrêmement dépendante de la saison des pluies estivale et de ses fluctuations quotidiennes. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les événements météorologiques d’échelle synoptique sur le Sénégal et de mesurer leur impact sur la structure et la modulation du cycle saisonnier des pluies quotidiennes sur le Sénégal et à l'échelle plus locale. Pour cela on a appliqué le concept de régimes de temps en utilisant les variables de pression au niveau de mer et de vent au niveau de pression 850 hPa tirées des réanalyses atmosphériques du NCEP/NCAR sur les moussons d’été de 1979 à 2002. Cette approche s’appuie sur la classification des cartes topologiques auto organisatrices de Kohonen, qui est une famille des réseaux de neurones artificiels à apprentissage non supervisé, combinée à une classification ascendante hiérarchique. Dans un premier temps, une famille composée de neuf régimes de temps a été définie en éliminant l’influence des échelles de temps saisonnière et interannuelle. Une approche similaire a été aussi développée en éliminant cette fois ci le cycle saisonnier moyen mais en conservant la variabilité interannuelle. Cette approche permet aussi d’utiliser les régimes de temps dans un contexte opérationnel de prévision. On a trouvé une association forte entre ces deux familles de régimes de temps qui ont elles aussi un lien fort avec les précipitations quotidiennes au Sénégal. D’autre part, on a développé une méthodologie mixte de modélisation des précipitations sur le Sénégal en combinant l’algorithme d’apprentissage des cartes topologiques de Kohonen avec les sorties de précipitations fournies par les réanalyses ERA40. Ce modèle mixte améliore fortement la modélisation des précipitations les plus intenses, présentes en particulier au sud du Sénégal. Dans ce contexte l’information contenue dans la classification en régimes de temps n’a pas un impact significatif.

Cette thèse cherche à étudier les relations climat/agriculture en Afrique de l'Ouest. Dans un premier temps, nous passons en revue plusieurs études qui donnent une estimation de l'impact du climat futur sur les rendements agricoles. La valeur médiane d'évolution des rendements futurs se situe ainsi vers -11%. Il semble de plus nécessaire de travailler plus en détail sur les scénarii futurs, parfois trop limités et sur les différences entre variétés. Nous nous fondons sur ces constatations pour réaliser une étude d'impact originale utilisant des données observées sur 35 stations météorologiques en Afrique de l'Ouest. Les résultats montrent entre autre une évolution négative du rendement moyen principalement due à l'augmentation de température que la pluie peut seulement atténuer ou aggraver. On note également un impact plus négatif pour les variétés à cycle court et constant. Cela nous pousse donc à étudier l'intérêt des prévisions climatiques saisonnières qui permettent de minimiser l'impact de l'aléa pluviométrique. Nous calculons leur valeur pour les cultivateurs de mil nigériens en utilisant un modèle économique. Les résultats montrent un impact sur le revenu globalement positif (+6. 9%), même en années sèches et avec une précision d'une précision proche de l'existant. Enfin, afin d'étudier des points que l'évaluation théorique laissait en suspens nous élaborons au Sénégal des ateliers participatifs qui visent à étudier avec les acteurs locaux les changements de stratégies culturales en réaction à des prévisions climatiques, ainsi que le gain engendré par ces prévisions sur les rendements. L'impact sur les rendements est évalué avec l'aide d'un expert et montre que les prévisions ont certes un effet nul dans 62% des cas, mais qu'il est positif dans 31%<br>In this thesis, we first aim at reviewing all the studies assessing the impact of future climate changes on agricultural yields. The median value of all relative changes of yield is -11%. We also underline the relevance for future studies to define a large range of climatic scenarios. Based on these conclusions, we next intend to evaluate the impact of future climate change on West African yields using 35 meteorological stations. Results reveal a negative evolution of average yield, mainly driven by temperature rise. Rainfall anomalies can only compensate (positive anomaly) or aggravate (negative) this tendency. We also find that potential impacts are more pessimistic for cultivars with a constant cycle length. Given these previous findings about high year-to-year variability of rainfall (thus entailing a variability of yields) and given the uncertain future climate, we are led to study next what interest the farmers would have in having climatic information such as seasonal forecasts. These forecasts can be used to minimize the impacts of rainfall variability. We compute the value of such forecasts for millet growers in Niger, using a simple economic model. Results reveal a positive impact of such forecasts on average income, even for dry years and with a forecast accuracy close to a real one. This increase reaches +34% if other information such as the onset and the offset of the rainy season are given. Finally, we develop participatory workshops in Senegal (i) to study precisely how farmers change their cropping strategies with seasonal and decadal forecasts and (ii) to quantify the impact of such forecasts on yields. This study reveals that forecasts have mainly no impact on yields (62%). However, it is positive in 31% of cases

Notre travail part d'une analyse de l'hypothèse que les vents de pente à moyenne échelle sont une source éventuelle du déclenchement de la convection profonde sur les reliefs. L'absence de prise en compte de ce phénomène dans les modèles du climat se manifeste par une mauvaise distribution spatial de la pluviométrie dans la zone de l'Afrique de l'Ouest. Nous avons mis au point une paramétrisation des brise de montagne permettant de représenter ce phénomène dans un modèle de circulation générale atmosphérique (GCM). Le modèle consiste en une couche limite maillée longitudinalement à la pente, couplée à un modèle de sol. Une première partie a consisté à construire et éprouver ce modèle en mode dynamique. Nous avons effectué une analyse de sensibilité aux principaux paramètres du modèle et aux conditions d'environnement. La solution stationnaire de la partie aéraulique du modèle a alors été calculée pour une mise en forme plus économe en vue de son implémentation dans le GCM du laboratoire (LMDZ). Le modèle de brise résultant à tout d'abord été éprouvé dans la version uni-colonne du GCM, en mode couplé avec la convection, et enfin une version diagnostic dans la version 3D de LMDZ a permis de vérifier les hypothèses de départ, tant en Afrique de l'Ouest qu'à l'échelle mondiale. Cette paramétrisation devrait permettre d'améliorer substantiellement la représentation des systèmes convectifs dans les GCM, mais également la représentation des couches limites atmosphériques dans les régions montagneuses

C'est à l'échelle de la turbulence que se produit l'entraînement d'air sec du flux d'Harmattan à l'intérieur du flux humide de Mousson. Ce processus de petite échelle est analysé dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaires de la Mousson Africaine) qui vise a mieux renseigner et prévoir la mousson de l'Afrique de l'ouest. Les mesures atmosphériques réalisées par l'avion de recherche français ATR-42 et la modélisation des grands tourbillons (LES) sont complémentaires et permettent de documenter la structure verticale, moyenne et turbulente de la couche limite Sahélienne, de d'écrire les intrusions d'air sec et leur contribution dans les transferts turbulents, de quantifier le processus d'entraînement, de tester les paramétrisations existantes et de les relier aux conditions de grande échelle, et aux caractéristiques de la couche limite et de ses interfaces, notamment du cisaillement de vent Mousson/Harmattan<br>Entrainment of dry air from the Harmattan flow inside the moist monsoon flow is a turbulent process. This process is analysed in the context of the AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analysis) campaign experiment, which aimed at better understanding and forecasting the African Monsoon. The atmospheric measurements made by the ATR-42 research aircraft, and large eddy simulations enable us in a complementary way to study the mean and turbulent vertical structure of the sahelian boundary layer, to describe the dry intrusions and their contributions in the turbulent transferts, to quantify the entrainment process, to test the existing parametrizations and to link the entrainment process with the conditions, and with the characteristics of the boundary layer and its interfaces, in particular the windshear between monsoon &amp; Harmattan

Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particuliérement au Sahel ou les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Cette thèse s'inscrit dans la recherche des différents modes de variabilités atmosphèrique et de leurs conséquences sur les processus qui générent les pluies, afin de mieux apprehender le climat et ses variabilités dans cette région. <br />Ce travail porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal est de comprendre comment les perturbations du champ de vent à 700 hPa - les ondes d'est africaines (AEWs) - agissent sur la convectionqui est elle meme à l'origine des précipitations. <br />Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie en Afrique de l'Ouest, et expliqué la méthodologie développée pour étudier les ondes d'est, la variabilité des précipitations est étudiée à différentes échelles. La modulation de la convection et des précipitations par les ondes est ensuite traitée et permet de distinguer des secteurs propices aux fortes précipitations, ou au contraire inhibiteurs. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique est également abordé, en particulier dans les basses couches atmosphériques. Un autre aspect original de cette thèse est d'étudier comment les ondes d'est s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir mis en évidence des phases actives et inactives du flux de mousson, le comportement des ondes, de la convection et des précipitations est discriminé en fonction des phases de l'onde.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la région d'Afrique de l'Ouest, où les sécherresses sont dévastatrices pour les populations, montre les plus fortes incertitudes sur l'évolution des précipitations. C'est aussi la première source de poussières désertiques au monde dont la production est en augmentation par la sur-exploitation des sols. Or ces poussières désertiques, associées à des épidémies de méningite, absorbent et diffusent le flux solaire entraînant alors une modification du taux d'échauffement atmosphérique. En modifiant le bilan radiatif atmosphérique elles sont alors succeptible d'influencer de la turbulence de fine échelle aux circulations atmosphériques de grande échelle. Seulement les processus en jeu dans les interactions entre les poussières désertiques et l'atmosphère sont très variés, complexes, et constituent une grande source d'incertitude dans la prévision numérique. Afin d'appréhender ces processus, un cadre de modélisation à été développé permettant à la fois la résolution explicite de la convection, la résolution du cycle de vie des poussières et de leur impact radiatif, et la prise en compte de leurs interactions sur toute l'Afrique de l'Ouest à échelle mensuelle. Sur un cas extrême de tempête de poussières en saison sèche, la forte quantité de poussières soulevée par le front entraîne une amplification par eux de la signature de la tempête. La modélisation explicite des poussières améliore la prévisibilité de la tempête. De manière plus statistique, pendant la mise en place de la mousson, en juin, la fréquente présence de poussières participe activement à l'initiation du saut de mousson. D'une part, en affaiblissant la dépression thermique Saharienne, un des principaux moteurs de la mousson, mais aussi, d'autre part, en renforçant le déplacement vers le nord du coeur de la zone de convergence inter-tropicale et des jets. A plus fine échelle, la présence de poussières impacte la localisation et le cycle diurne des systèmes convectifs. Les poussières modifient alors la couverture nuageuse dont les impacts radiatifs sont plus forts que l'effet direct des poussières. La prise en compte des effets semi-directs des poussières sont donc essentiels pour la prévision en Afrique de l'Ouest.

L’étude vise à caractériser les indicateurs relatifs aux évènements hydroclimatiques extrêmes dans le bassin-versant de l'Ouémé à l'exutoire de Bonou. Pour atteindre cet objectif, les données climatologiques (pluies journalières, températures journalières, évapotranspiration potentielle journalières), les données hydrométriques (débits journaliers), les données de réanalyses (pression atmosphériques, humidité relative, vitesse du vent, Indices de Mousson West Africain), la température de surface océanique sur la côte de Cotonou et les données cartographiques relatives aux occupations du sol des années 1986, 2000 et 2015 sont utilisées. L’analyse de la variabilité hydroclimatique a révélé que le secteur d’étude a connu sur la période de 1951-2015, deux ruptures de stationnarité (1968 et 1987) qui ont divisé la série en trois sous-périodes. La variabilité pluviométrique révèle qu’il une régression de 18 % (au sud), de 16 % (au centre) et de 15,8 % (au nord) entre la première sous-période (1951-1968) et la deuxième sous-période (1969-1987), alors que la dernière sous-période (1988-2015) est marquée par une reprise pluviométrique de 15 % (au sud), de 16,3 % (au centre) et de 15,7 % (au nord) par rapport à la sous-période d’avant. Ce qui n’est pas sans conséquences sur la dynamique hydrologique du secteur d’étude. Ainsi, il est observé une régression de 49,27 % des débits moyens annuels entre les sous-périodes 1951-1968 et 1969-1987 et une augmentation de 65 % entre les sous-périodes 1969-1987 et 1988-2015. Sur la dernière sous-période (1988-2015), les résultats révèlent aussi une augmentation des indicateurs des évènements hydroclimatiques extrêmes susceptibles d’occasionner les inondations à Bonou. Les pluies maximales journalières ont une occurrence de 2 ans, 5 ans, 10 ans pour les événements pluvieux forts ; 20 ans, pour les événements pluvieux très forts ; 50 ans et + pour les événements pluvieux extrêmement forts dans le secteur d’étude. Les débits maximaux en 24 heures augmentent en même temps que les périodes de retour. Les débits maximaux de 50ème quantile surviennent chaque deux ans, les débits maximaux correspondants aux évènements hydrologiquement forts, très forts, surviennent tous les 10 ans et les débits extrêmement forts ont une occurrence centennale. Les conditions atmosphériques, océaniques, de la surface continentale, la vitesse du vent, l’humidité relative, les facteurs géographiques sont autant de facteurs qui interagissent dans la répartition spatio-temporelle de la pluie du secteur d’étude. La pluviométrie du bassin est également influencée par le flux de mousson (nord secteur d’étude) auquel s’associent les lignes de grains de sud-est, responsables des pluies orageuses et d’averses qui génèrent des inondations dans le bassin. De même, le contexte climatique actuel et la dynamique de l’occupation des terres constituent des déterminants qui amplifient la manifestation des inondations dans le secteur d’étude. La recherche indique que le modèle conceptuel pluie-débit GR4J, surestime les débits observés en période de basse eau et les sous-estime en période de hautes eaux. Les critères d’efficacité et de performance NSE, RMSE et KGE, mis en évidence et calculés sur les débits de hautes eaux ont donné des résultats meilleurs en calage qu’en validation. Mieux les valeurs du KGE varient de 83 à 85 % en calage et de 56 à 68 % en validation, ce qui confère au modèle GR4J, l’efficacité, la performance à reproduire les débits extrêmes de crues dans le bassin. Le GR4J peut donc être servir comme outil d’aide à la décision pour l’actualisation des normes hydrologiques dans le secteur d’étude. Dans la perspective de mieux étudier les évènements climatiques extrêmes futurs, cette recherche a évalué des données de projection de sorties des modèles climatiques régionaux issues du Programme CORDEX africain et qui pourraient être utilisées pour les projections hydrologiques des travaux futurs dans le secteur d’étude<br>This research aims to characterize the indicators relating to extreme hydroclimatic events in Ouémé Watershed at Bonou’s outlet. To achieve this objective, climatological data (daily rain, daily temperatures, potential daily evapotranspiration), hydrometric data (daily flows), reanalysis data (atmospheric pressure, relative humidity, wind speed, West African Monsoon Indices), the ocean surface temperature on the Cotonou coast and land use mapping data of 1986, 2000, 2015 are used. The analysis of the hydroclimatic variability revealed that during the 1951-2015 period, the study area is marked by two breaks stationarity (1968 and 1987) which divided the series into three sub-periods. The rainfall variability reveals a regression of 18 % (in the south), 16 % (in the center) and 15.8 % (in the north) between the first sub-period (1951-1968) and the second sub-period (1969-1987), while the last sub-period (1988-2015) is marked by a rainfall recovery of 15 % (in the south), 16.3 % (in the center) and 15.7 % (in north) relative to the previous sub-period (1969-1987). This is not without consequences on the hydrological dynamics of the study area. In this sense, it is noted that there is a regression of 49.27% of the average annual flows between the 1951-1968 and 1969-1987 sub-periods and a 65 % increase between the 1969-1987 and the 1969-1987 sub-periods. 1988-2015. In the last sub-period (1988-2015), the results also reveal an increase in the indicators of extreme hydroclimatic events likely to cause floods Ouémé Watershed at Bonou’s outlet. The results shows that daily maximum rainfall has an occurrence of 2 years, 5 years, 10 years for strong rainfall events; 20 years, for very heavy rain events, 50 years and over for extremely heavy rain events in the study area. The maximum flow rates in 24 hours at the sametime as the return periods. The maximum flow rates of 50th quantiles occur every two years (02 years), the maximum flows corresponding to the hydrologically strong events, very strong occur every 10 years and the extremely high flows have an occurrence centennial. The conditions of atmospheric, oceanic, continental surface, wind speed, relative humidity, and geographic factors are all elements that interact in the spatio-temporal distribution of rainfall in the study area. The Rainfall of the basin is also influenced by the monsoon flow (north of the study area), to which the southeastern grain lines are associated and are responsible for the stormy rains and showers that generate flooding in the area. In addition, the current climatic context and land-use dynamics are determinants that amplify the occurrence of floods in the study area. The reasearch indicates that the rain-flow conceptual model, of the Rural Engineering with four parameters and the daily time step (GR4J), overestimates the flows observed during the low water period and the sub-peaks. The efficiency and performance criteria NSE, RMSE and KGE, highlighted and calculated on high water flow rates, gave better results in calibration than in validation. Better KGE values range from 83 to 85 % calibration and from 56 to 68 % validation, which gives the GR4J model the efficiency and performance to reproduce extreme flows of floods in the study area. The GR4J can therefore be used as a decision to support tool for updating hydrological standards in the study area. In order to future study about extreme climatic events, this research assessed output projection data from regional climate models from the African CORDEX Program that could be used for hydrological projections in future work in Ouémé Watershed at Bonou’s outlet

L'objectif principal de ce travail a été de faire le diagnostic de la variabilité du système de mousson lors de son installation sur l'Afrique de l'Ouest et d'en mesurer la prévisibilité. Nous avons tout d'abord cherché si les fluctuations pluviométriques d'une année pouvaient être partiellement sous le contrôle d'une mémoire à long terme via des interactions entre surface continentale et atmosphère. Les résultats sont dépendants des jeux de données. Alors que l'humidité des sols des réanalyses ERA40 montre peu de sensibilité à l'excès pluviométrique automnal les données du SWI et les réanalyses NCEP-DOE AMIP-II révèlent que des anomalies positives automnales peuvent avoir des répercussions sur l'humidité des sols superficiels jusqu'en mai en zone soudanienne. Ces anomalies changent drastiquement les gradients horizontaux d'énergie dans les basses couches. La fin de la saison des pluies semble donc cruciale, aussi bien pour les conditions initiales de surface de la mousson suivante que pour les paramètres dynamiques de la mousson et les précipitations associées. Lors de son installation sur le continent le système de mousson enregistre des fluctuations caractérisées par une alternance entre les phases actives (pendant lesquelles les précipitations augmentent) et les pauses (pendant lesquelles les pluies stagnent, voire décroissent). Deux méthodes différentes de caractérisation et datation de ces fluctuations ont été mises au point sur deux jeux de données (CMAP et GPCP) apportant des résultats concordants. Les pauses significatives sont généralement au nombre de quatre. En moyenne, la 1ère est comprise entre le 19 mars et le 8 avril, la 2ème entre le 28 avril et le 13 mai, la 3ème entre le 2 juin et le 27 juin et, enfin, la 4ème entre le 22 juillet et le 11 août. La synchronisation entre les zones soudano-sahéliennes et guinéenne (pauses n°1 et n°2) permet de réviser la vision classique de la modulation intrasaisonnière de la mousson ouest-africaine et suggère que les événements détectés localement s'inscrivent dans une dynamique de plus large échelle. L'existence de ce type de modulation a également été prouvée au Sénégal où il a été démontré d'autre part que la péjoration pluviométrique (à partir de la fin des 60's) n'a ni modifié le schéma d'alternance « pauses/phases actives », ni son organisation annuelle (calendrier). Suite à la mise au point d'une méthode de détection du démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne une étude de prévisibilité a été effectuée. La détection s'est appuyée sur un indice décrivant la migration latitudinale de la ZCIT. En moyenne, la date de démarrage intervient entre les 22 et 23 juin. Le démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne est particulièrement sensible aux modulations de l'intensité des gradients de pression, de précipitations et d'énergie statique humide à 1 000 hPa. La meilleure modélisation statistique, basée sur les précipitations, permet d'expliquer 73 % de variance. Enfin, l'impact des paramètres climatiques sur la présence et l'abondance saisonnière des principaux vecteurs du paludisme a été recherché à Ndiop (Siné Saloum, Sénégal). Dans ce village, le complexe An. gambiae s.l. prédomine sur An. funestus. Le trait commun de la variabilité interannuelle de ces deux espèces est l'importante augmentation du nombre d'attaques lors de l'année 1999. Pour An. funestus, il s'agit, à cette latitude, du retour en nombre car il avait presque totalement disparu depuis la sécheresse. L'analyse de la relation entre précipitations et premières attaques vectorielles annuelles montre des résultats peu stables s'expliquant par : la non-prise en compte de paramètres primordiaux non mesurés localement (température et hygrométrie in situ, hauteur des mares, etc.) et la représentativité insuffisante de l'indice de précipitations utilisé par rapport à l'environnement pluviométrique réellement observé à plus petite échelle. Le phénomène de recrudescence vectorielle de 1999 trouve son origine dans les importantes précipitations des mois d'août, septembre et octobre ayant entraîné les plus grands cumuls pluviométriques annuels de la période 1993-1998. Dès septembre, l'humidité des sols associée a certainement joué un rôle important dans l'augmentation des densités agressives. La cartographie des anomalies de ces paramètres a suggéré que cet événement a pu potentiellement intervenir dans de nombreuses zones de la frange soudano-sahélienne. En termes de prévisibilité, il a été montré qu'aux pas de temps interannuel et intrasaisonnier, les densités d'An. gambiae s.l. peuvent être correctement reproduites. Au contraire, les densités d'An. funestus, vu ses préférences écologiques, ne sont pas très bien simulées par les modèles statistiques en raison de la mauvaise prise en compte des précipitations sur le long terme.

Le secteur agricole africain a été le parent pauvre des politiques de développement du siècle dernier, ne favorisant pas l'émergence d'une révolution verte comme en Asie du Sud ou, dans une moindre mesure, en Amérique Latine. Le continent détient pourtant une capacité de production importante mais les rendements observés restent très faibles. De nombreux défis menacent par ailleurs le développement du secteur agricole et la sécurité alimentaire en Afrique Subsaharienne : croissance démographique élevée, augmentation du prix des énergies fossiles nécessaire à l'intensification telle que l'ont connue les pays occidentaux, réchauffement climatique. Dans ce contexte, il est nécessaire de repenser certains choix organisationnels afin de permettre un développement du secteur agricole à même de faire face à ces défis. La sécurité alimentaire en Afrique est intrinsèquement liée aux revenus des ménages ruraux, pour lesquels la production agricole joue un rôle majeur. L'approvisionnement futur du continent semble dépendre de l’adoption d'innovations autorisant une intensification agricole qui permettrait une gestion durable des ressources rares. Nous étudions deux formes de changements organisationnels que sont la structure de marché des filières coton en Afrique Subsaharienne et les assurances fondées sur des indices météorologiques ou d'imagerie satellite. Dans les deux cas il s'agit de limiter les effets de pièges à pauvreté afin d'augmenter l'investissement agricole et donc le rendement moyen de long terme, en dépit de contraintes latentes de crédit et des risques qui pèsent sur le processus productif et la commercialisation<br>The PhD dissertation dealt with two kinds of organisational changes that aim at defining paths for future agricultural development in sub-Saharan African countries. Both were related to market, the first concerned cash crop market structure and reforms, the access to second financial markets and more particularly insurances. The two first chapters were dedicated to institutional changes. We looked empirically for supply responses of market reforms in the cotton sector of 16 sub-Saharan African countries. We controlled for the availability of environmental factors on yield and area cultivated with cotton using the average of available precipitations and temperatures during the crop cycle, weighted by density of cotton cultivation over national cotton production zones. We found that reforms leading to regulation and strong competition had a significant impact, both on area and yield (but no significant impact of reforms leading to low competition). In a nutshell, reforms have generally led to higher yields but that introducing strong competition significantly lowered the area cultivated with cotton. The three last chapters concerned a relatively recent organisational innovation designed for fostering investments and technology adoption: weather index-based insurance mechanisms. I studied the potential of index-based insurances in developing countries, using detailed agronomic data on cotton cultivation in Northern Cameroon and millet cultivation in South-West Niger, matched, in both cases, with observations from high density networks of rainfall stations. Those papers compare the performance of various meteorological indices based on daily rainfall data

Le climat ouest africain est gouverné par un régime de mousson, les précipitations, souvent intenses, y sont principalement associées à des systèmes convectifs de méso-échelle. Dans un contexte de risques hydrométéorologiques, caractériser ces précipitations jusqu'aux plus fines échelles est important. Deux types d'observation des précipitations par télédétection active, au sol, dans le domaine des micro-ondes, sont explorés : un radar météorologique polarimétrique et des liens micro-ondes commerciaux. La première partie de la thèse est dédiée à la caractérisation des hydrométéores à partir d'un radar polarimétrique opérant en bande X. Le lien entre les observations et les caractéristiques des hydrométéores peut se faire à partir de modèles physiques. L'inversion de ces modèles permet de retrouver les caractéristiques des hydrométéores à partir des observations. On présente une première méthode d'inversion permettant d'obtenir la densité des hydrométéores au-dessus de la couche de fusion grâce à la modélisation simple du profil vertical de réflectivité radar. La deuxième méthode d'inversion vise à créer des cartes horizontales de la distribution de taille de gouttes de pluie à partir des mesurables radar polarimétrique. La méthode exploite toute l'information d'une radiale pour estimer la distribution de taille de gouttes tout en corrigeant de l'atténuation par la pluie. La deuxième partie est consacrée à la mesure des précipitations à partir de liens micro-ondes commerciaux, issus des réseaux de téléphonie mobile. Cette méthode prometteuse pour les régions mal couvertes par les mesures météorologiques opérationnelles exploite l'atténuation par la pluie des signaux transmis entre les antennes relais. Les principes de la méthode, les sources d'incertitudes et la validation quantitative sur un jeu de données acquis au Niger sont présentés. Enfin, on analyse différentes méthodes d'interpolation des données de liens pour créer des cartes de pluie<br>West Africa climate is driven by a monsoon regime: the precipitations are characterized by heavy rain rates which are organized into mesoscale convective systems. In a context of hydro-meteorological risks, the characterization of such systems at fine scales is important. Two type of ground precipitation observation by active microwave remote sensing are explored: a meteorological polarimetric radar and commercial microwave links. The first part is dedicated to the characterization of hydrometeors with X-band polarimetric radar data. The link between the observations and the hydrometeor characteristics can be made with physical models. The physical characteristics of hydrometeors can be retrieved with inversion of these physical models. We present a first inversion method permitting the retrieval of the hydrometeors density above the 0°C isotherm, with the simple modelization of the vertical profile of reflectivity. The second inversion method aims to produce maps of rainfall drop size distribution with polarimetric radar observables. In the proposed method we use all the information of a radar radial to estimate the size distribution of drops and, at the same time, correcting the attenuation. The second part is focused on the precipitation estimation with commercial microwave links from telecommunication companies. This promising method for ill-equipped regions, uses the rain induced attenuation between a pair of antennas composing a link to estimate rainfall. The principle of the method, the sources of uncertainties and the quantitative evaluation of a dataset in Niger are presented. Finally, we analyse different interpolation methods to create rainfall maps from commercial microwave links data

Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection<br>Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection

Le changement climatique est relié à l'évolution de la composition chimique de l'atmosphère et de sa capacité oxydante, impliquant le système COV-NOy-HOx-O3. La troposphère tropicale, de l'Afrique de l'Ouest en particulier, joue un rôle critique sur la composition atmosphérique globale pour trois raisons majeures : (1) l'existence d'importantes sources de précurseurs d'espèces photooxydantes, (2) une photochimie active, (3) une activité convective intense en période de mousson. Pour évaluer son rôle, il est nécessaire de bien caractériser ces différents processus et leur interaction. Cette question est au coeur du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) dans lequel s'inscrit cette thèse. Ce travail a pour objectif de caractériser et d'évaluer l'impact de la convection nuageuse profonde sur la chimie photooxydante de la troposphère libre en Afrique de l'Ouest, en particulier pour les composés organiques volatils (COV), qui sont d'importants précurseurs d'ozone. Ce travail s'appuie sur les données physico-chimiques recueillies sur les deux avions de recherche français au cours de la campagne d'observation intensive de l'été 2006 de AMMA. Afin de compléter le dispositif instrumental embarqué, une nouvelle instrumentation de mesure indirecte des COV a été d'abord développée. Puis, l'utilisation de traceurs physico-chimiques et la mise en place d'outils diagnostiques appliqués aux COV (profils verticaux de concentrations, rapport de concentration de COV ad hoc, horloge photochimique, réactivité totale vis-à-vis de OH) ont montré que la convection profonde assure un transport vertical rapide et efficace des espèces gazeuses réactives émises près de la surface vers la haute troposphère. Enfin, un modèle photochimique de boîte 0D a permis de renseigner l'évolution de la composition chimique des masses d'air post-convectives. Les simulations montrent que les espèces transportées par la convection participent activement à la chimie et conduisent à une production nette et significative d'ozone dans la haute troposphère. La sensibilité de la production d'ozone aux précurseurs gazeux (COV et NOx) a été également évaluée

Cette etude porte sur la physico-chimie des pluies collectees de juin 1988 a juin 1989 sur le site forestier d'enyele (nord congo). Elle integre egalement les resultats des travaux anterieurs realises sur des pluies collectees de novembre 1986 a septembre 1987 a dimonika (sud congo). L'analyse statistique et temporelle de la composition chimique de ces pluies a permis de caracteriser et quantifier les principales sources de gaz et aerosols a l'echelle de l'afrique centrale au cours de cycles saisonniers complets. L'etude de l'influence des caracteristiques physiques des nuages precipitants sur les niveaux de concentrations chimiques de la pluie au sol comprend un volet experimental et un volet modelisation. Le volet experimental a permis d'etablir une nouvelle classification du type de pluie (stratiforme ou convectif) en fonction du contenu en eau moyen pondere realisee grace aux enregistrements granulometriques de 62 evenements pluvieux du nord congo. L'etude de regression entre les concentrations chimiques et le contenu en eau a montre des relations distinctes selon le type de pluie et la nature (gaz ou aerosol) du compose lessive. La modelisation a ete realisee a l'aide d'un modele de nuage convectif applique au lessivage de so#2gaz et so#4 aerosol. Elle a permis de confirmer le comportement distinct des gaz et des aerosols vis-a-vis de l'effet de dilution par les plus fortes pluies, et d'identifier les principaux processus mis en jeu

En Afrique de l’Ouest, la pluie est un élément essentiel de croissance économique des pays et de leurs populations. Pilotées par un régime de mousson, les précipitations se concentrent de mai à octobre. Suivant leur intensité et leur répartition spatiale et temporelle, elles peuvent engendrer l’essor d’une agriculture pluviale, ou conduire à des pertes alimentaires, économiques et humaines dès lors qu’elles sont à l’origine d’inondations sévères. Dans le contexte du changement climatique actuel et à venir, la région devrait être plus fréquemment touché par des événements extrêmes. Cette thèse contribue à fournir des éléments pour permettre d’accroître la qualité des estimations de précipitation dans une région du monde faiblement instrumentée. Les mesures du radar météorologique du MIT, déployé durant la campagne AMMA 2006-2007 à Niamey, sont traitées suivant deux approches méthodologiques afin d’étendre les estimations quantitatives des précipitations (QPE) au-delà du réseau de pluviographes AMMA-CATCH. La mesure de la pluie est également abordée à l’aide des liens de télécommunication des opérateurs de téléphonie mobile. Pour la première fois, en Afrique de l’Ouest, la méthode est validée sur un lien au nord-est de Ouagadougou par comparaison avec un pluviographe et le radar Xport. Sur l’ensemble des deux mois considérés, 95% du cumul de précipitation ont pu être estimés grâce à cette méthode, avec un nombre faible de fausses alertes, ou de non-détections. A l’échelle de l’événement, les résultats sont sensiblement plus mitigés suivant les événements.Par ailleurs, afin de documenter la microphysique glacée des systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) au Sahel, les mesures polarimétriques du radar Xport ont également servi à la validation de l’algorithme d’identification de particule (HID). Les distributions estimées de particules solides, en termes de graupels et d’agrégats, ont été confrontées aux mesures in situ acquises lors des vols instrumentés réalisés durant la pré-campagne de validation Mégha Tropiques à Niamey en août 2010. Des variables synthétiques obtenues par une modélisation T-matrix à partir des caractéristiques de forme et de densité mesurées par les sondes aéroportées au cours des vols ont conforté ces résultats<br>In West Africa, rainfall is an essential element for the economic growth of countries and their populations. Driven by a monsoon regime, rainfall is concentrated from May to October. Depending on their intensity and their spatial and temporal distribution, they can lead to the development of rain-fed agriculture, but also lead to food, economic and human losses when they cause severe flooding. In the context of current and future climate change, the region is expected to be more frequently affected by extreme events. This thesis contributes to provide elements to improve the quality of precipitation estimates in a poorly instrumented region of the world. Measurements from the MIT weather radar, deployed during the AMMA 2006-2007 campaign in Niamey, are treated following two methodological approaches in order to extend quantitative precipitation estimates (QPE) beyond the AMMA-CATCH rain gauge network. Rainfall measurement is also addressed using the telecommunication links of cell phone operators. For the first time in West Africa, the method is validated on a microwave link northeast of Ouagadougou by comparison with a rain gauge and Xport radar. Over the two months under consideration, 95% of the cumulative rainfall was estimated using this method, with a low number of false alarms or non-detections. At the scale of the event, the results are mixed depending on the events.Furthermore, in order to document the icy microphysics of mesoscale convective systems (MCS) in the Sahel, the polarimetric measurements of the Xport radar were also used to validate the particle identification algorithm (HID). The estimated solid particle distributions, in terms of graupels and aggregates, were compared with in situ measurements acquired during instrumented flights performed during the Megha Tropics pre-validation campaign in Niamey in August 2010. Synthetic variables, obtained by a T-matrix modeling from shape and density characteristics measured by the airborne probes during the flights, confirmed these results

La météorologie tropicale est un élément majeur pour le fonctionnement de l’atmosphère et pour le climat terrestre. Le satellite Megha-Tropiques regroupe des instruments de télédétection utilisant des algorithmes de restitution complexes. Cette thèse participe à la mise au point de stratégies de validation de ces algorithmes par l’acquisition d’une meilleure connaissance de la phase glacée des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS) tropicaux, en s’appuyant sur la campagne de mesures réalisée à Niamey au Niger à l’été 2010. De nombreux MCS à fort contenu en glace (IWC, Ice Water Content) ont été documentés à la fois par une instrumentation aéroportée, et par des radars au sol. Les informations obtenues grâce aux sondes aéroportées, et l’utilisation d’une loi masse-diamètre permettent de calculer une valeur de réflectivité Zin-situ. Le développement d’une méthode de colocalisation des mesures réalisées par les radars sol sur la trajectoire de l’avion a abouti à la validation du calcul de Zin-situ. La relation entre la réflectivité et l’IWC n’a pas été clairement observée pour le radar-précipitation du MIT. De plus, l’IWC est mieux documenté avec un radar-nuage qu’avec un radar-précipitation car ce dernier est trop sensible aux cristaux de grande taille. Les mesures in-situ s’avèrent donc indispensables pour obtenir l’information microphysique utile à la validation des algorithmes de restitution satellites et elles ne peuvent pas être remplacées par des mesures de réflectivités effectuées depuis le sol. L’utilisation du modèle numérique WRF (Weather Research and Forecasting) pourrait également permettre de connaître au mieux les MCS. Pour le cas d’étude analysé dans cette thèse, la modélisation a généré une ligne de grains mais n’a pas reproduit correctement toutes les caractéristiques du MCS réellement observé. Des différences dynamiques et microphysiques sont apparues. L’analyse du champ de réflectivité simulé grâce aux CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) a montré une sous-estimation de la réflectivité par rapport aux observations. L’utilisation du schéma microphysique de Morrison, plus complexe que celui de Thompson initialement employé, n’a pas permis d’améliorer les résultats. Les performances du modèle WRF ne sont pas encore suffisantes pour aider à la validation des algorithmes de restitution satellites<br>Tropical meteorology is a major issue for atmospheric physics and earth’s climate. The Megha-Tropiques satellite combines several teledetection instruments which need complex restitution algorithms. This work contributes to the development of validation’s strategies for these algorithms. This requires a better knowledge of the tropical mesoscale convective systems’ (MCS) ice phase. In this thesis, we use data from the Niamey’s (Niger) campaign, which took place during summer 2010. Numerous MCS with high Ice Water Content (IWC) were analyzed with an airborne instrumentation and ground radars. Reflectivity Zin-situ is calculated using airborne microphysic probes’ information and a mass-diameter relationship. A spatial and temporal interpolation technique is developed to colocalize the aircraft position with ground radar measurements. This method leads to the validation of Zin-situ calculation. The relationship between reflectivity and IWC is not satisfactory for the MIT precipitation radar. Moreover, the cloud radar gives better informations about the IWC than the precipitation radar. Indeed, precipitation radars are too sensitive to large ice crystals. Therefore, in-situ measurements are essential to get microphysic information in order to validate restitution algorithms used by satellites. They can’t be replaced by ground based reflectivity measurements. The WRF (Weather Research and Forecasting) model was used in order to get a better knowledge of MCS. In this work, we analyzed one case study. For this case, WRF generates a typical squall line but it doesn’t correctly reproduce every observed characteristics. Several dynamical and microphysical differences appear between simulation and observations. The simulated reflectivity field is analyzed by CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) and it shows a general underestimated reflectivity compared to the observations. The Thompson microphysic scheme is replaced by the more complex Morrison scheme, but this modification doesn’t improve the results of the simulation. Consequently, the WRF model isn’t yet efficient enough to help with the restitution algorithms’ validation

Ces travaux de thèse s'intègrent dans les objectifs du projet international d'Analyse de la Mousson Africaine (AMMA). Ils abordent la caractérisation des échanges entre l'océan et l'atmosphère dans l'Atlantique Equatorial Est (AEE) de l'échelle diurne à inter annuelle à partir de données d'observation et de la modélisation numérique. Ces échanges sont d'une très grande importance pour le déclenchement de la Mousson Africaine qui détermine en grande partie la saison des pluies en Afrique de l'Ouest. Nous montrons que les paramètres de la couche de mélange océanique dans le GG sont principalement pilotées, à l'échelle diurne, par les flux de chaleur et les processus de sub-surface (l'entraînement, le mélange vertical) et nous montrons aussi qu'à partir d'une paramétrisation de la turbulence océanique (TKE) fermée à l'ordre 1. 5, on parvient à restituer la turbulence océanique observée dans cette région. Afin de quantifier le rôle de la tension du vent sur la variabilité des paramètres de la couche de mélange océanique, nous utilisons un modèle linéaire forcé par les anomalies de la tension du vent. Les résultats montrent que près de l'équateur (3°S-3°N), le signal est retrouvé ; par contre de part et d'autre de la bande 3°S-3°N, les amplitudes des paramètres de la couche de mélange sont très largement sous estimés, ce qui montre que la tension du vent n'est pas le seul paramètre à moduler la variabilité de la température surface à ces latitudes. Les bilans de chaleur intégrés sur la couche de mélange ont permis de montrer le rôle des flux de chaleur et du mélange vertical dans l'AEE. En effet, l'AEE est subdivisé en plusieurs boîtes en tenant compte de la dynamique et de la thermodynamique et dans chaque boîte le bilan y est calculé. Les résultats montrent que les flux de chaleur et le mélange vertical dominent le bilan aux échelles saisonnière et inter annuelle. Ce mélange vertical, calculé par résidu, est comparé avec les données indépendantes de turbulence océanique (Dengler et al. , 2010 ; Rhein et al. , 2010) collectées lors des campagnes EGEE/AMMA en 2005-2007. Les résultats montrent que le résidu se compare très bien avec ces données indépendantes en terme de variabilité spatiale et temporelle. Le mélange vertical est très fort dans la région sauf dans les boîtes au sud de l'AEE et sa variabilité est largement pilotée par les flux de flottabilité et la tension du vent. En regard de ces résultats avec ceux obtenus sur le cycle diurne, on peut dire que dans l'AEE, la variabilité spatio-temporelle des paramètres de la couche de mélange est principalement pilotée à toutes les échelles par les flux de chaleur et les processus de sub-surface<br>This work is part of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) program. It focuses on the air-sea interactions in the Gulf of Guinea (GG) at diurnal to interannual timescales based on observations and numerical models. This coupling is the leading process that modulates the West African Monsoon onset which in turn impacts on the seasonal rainfall in the Western African countries. We have shown that the oceanic mixed-layer parameters in the GG are mainly driven, at diurnal timescale, by both the surface heat fluxes and the subsurface processes (entrainment, vertical turbulent mixing). We have also evidenced that from a simple parameterization of the Turbulent Kinetic Energy (TKE) based on a 1. 5 closure moment, it is possible to retrieve the turbulence dissipation in this region. In order quantify the potential role of the wind stress in the oceanic mixed-layer variability, we utilize a dynamical linear model forced by wind stress anomalies and where in the equation governing the sea surface variability, the surface heat fluxes are ignored. The results show that near the equator (3°S-3°N), the signal is retrieved; however away from this band (3°S-3°N), the amplitude of the oceanic mixed-layer parameters is largely underestimated meaning that the wind stress is not the leading process in these latitudes. Mixed-layer heat budgets from Argo profiles allow identifying both the role of surface heat fluxes and the vertical mixing in the GG. The GG is subdivided into boxes with respect to the dynamic and the thermodynamic and in each box the budget is estimated. The results show that the surface heat fluxes and the vertical mixing term dominate the budget at all timescales. This vertical mixing, estimated as a residual in this study, is compared with independent turbulence data measured during EGEE/AMMA campaigns during 2005-2007 (Marcus Dengler, personal communication; Rhein et al. , 2010). The results show that the vertical mixing compares very well with the independent turbulence data in terms of spatial and temporal variability. This vertical mixing is strong in the region except in the South of the GG and its seasonal cycle is largely modulated by the buoyancy heat flux and the wind stress. These results and those obtain from the diurnal cycle allow to stress that the oceanic mixed-layer in the GG s largely driven at all timescales by the surface heat fluxes and the subsurface processes

L'objectif de cette thèse est de mettre en évidence la relation climat/bilan hydrologique. Pour une meilleure analyse de la relation pluie/débit, une spatialisation pluviométrique est faite à partir de l'interpolation, en tenant compte de l'altitude et des coordonnées géographiques des stations.L'impact de la variabilité pluvio-hydrologique et de la dynamique des états de surface sur la sédimentation est aussi examiné.La variabilité des écoulements et la dynamique sédimentaire dans le bassin-versant Mono-Ahémé-Couffo pendant la période 1961-2000 dans un contexte de gestion intégrée des ressources en eau (GIRE) ont été analysées, en fonction des lames d'eau précipitées, des effets de lâchers d'eau du barrage de Nangbéto mis en service depuis septembre 1987, de la dynamique des états de surface et du substratum géologique (socle et grès) en place. L'approche combinée de l'utilisation des données météorologiques, hydrologiques, d'occupation du sol, sédimentologiques, associées aux études antérieures et aux observations de terrain, ont permis de développer des méthodes statistiques efficaces pour atteindre les objectifs fixés pour cette étude.Les résultats montrent que les déficits pluviométriques des décennies 1970 et 1980 ont multiplié par 4les déficits de l'écoulement, avec pour conséquence un déficit de la recharge. Mais, avec la légère reprise pluviométrique (3 %) de 1988 à 2000 par rapport à la sous-période 1965-1987, on assiste à un excédent d'écoulement de 0,1 % sur le Couffo et 37 % sur le Mono. Les effets du barrage de Nangbéto se traduisent par une augmentation de 97 % des débits d'étiage alors que les débits de crue ont connu une baisse de 3 %. Ceci montre le rôle joué par le barrage de Nangbéto sur le débit d'écoulement et l'atténuation des inondations et par conséquent une pérennisation de l'écoulement en aval du bassin.L'utilisation du modèle GR2M se révèle assez efficace à simuler les débits moyens malgré l'influence des lâchers d'eau du barrage de Nangbéto.En revanche les faibles coefficients d'écoulement et la faible corrélation entre écoulement et recharge,montrent que la précipitation ne constitue pas le seul paramètre expliquant le fonctionnement hydrologique du bassin, mais qu'interviennent aussi le substratum géologique et les états de surface.Ces derniers déterminent l'aptitude des sols à l'infiltration, au ruissellement et à l'érosion. De 1956 à2000, on note une évolution régressive des formations végétales naturelles au profit des formations anthropiques, du fait des pratiques agricoles. Cette pression humaine a entraîné une diminution de plus de 60 % des formations de forêts et de savanes arborées, qui jouent un rôle modérateur sur l'écoulement, facilitent l'infiltration et ralentissent les apports solides vers les lits des cours d'eau.Leur dégradation entraînerait donc une augmentation de l'écoulement et de l'évaporation au détriment de l'infiltration, accélérant le déficit des réservoirs souterrains ainsi que l'érosion et donc la sédimentation.À cet effet, la variation pluvio-hydrologique, associée à la dégradation actuelle des unités paysagiques, a contribué à l'augmentation des charges solides dans le bassin, dont les plus importantes parviennent au lit en période des hautes eaux, et occupent seulement 8 % de ce temps.Ces apports sont à la fois d'origine continentale et marine, dont les plus importants sont ceux drainés par les cours d'eau. Ils ont contribué à la réduction des superficies des plans d'eau de 4 % dans la basse vallée. Avec les apports du Mono avant la construction du barrage de Nangbéto, le système lagunaire se comble de 1,6 mm.an-1 et pourrait engendrer, la destruction de la biocénose et donc la disparition des ressources halieutiques.

Dans les régions tropicales, l'ozone troposphérique, est à la fois contrôlée par des mécanismes photo-chimiques et dynamiques. L'objectif de ce travail est, à partir d'une approche climatologique basée sur des données de radiosondages (Réunion et Irene-Afrique du Sud-), des données avions (MOZAIC), des données satellites (NOAA) et des données de modèles (NCEP et ECMWF), d'évaluer l'importance et les rôles respectifs des différents mécanismes mis en jeu. Dans ce but plusieurs méthodes de télédétection, utilisant les données des satellites NOAA ont été développées. Leur mise en oeuvre a permis la détermination des périodes et des zones affectées par les feux de végétation produisant de forts développements de panaches de fumées (septembre pour le Sud-Est africain et octobre-novembre pour Madagascar), et également la détermination des zones de convection (octobre pour le Sud-Est africain et fin octobre- novembre pour Madacascar). Les résultats obtenus sont utilisés pour analyser l'origine des variations saisonnières d'ozone au-dessus du site de La Réunion. L'ozone troposphérique durant les années 1993 et 1995 montrent les caractéristiques très différentes et font l'objet de deux cas d'études : 1993 étant une année typique et 1995 l'année atypique. L'étude de l'année 1993 souligne l'importance de la présence des zones de convection à proximité des régions sources. Au mois d'août, pendant la saison sèche, seule la couche moyenne est contaminée en ozone. En revanche, en fin de saison des feux et début de la convection, toute la troposphère libre est contaminée avec une concentration de l'ordre de 100 ppbv d'ozone. Les radiosondages obtenus en 1995 présentent des concentrations d'ozonetroposphérique beaucoup plus fortes. Le cas d'étude du 25 août présente de ce point de vue un intérêt particulier, car l'ozone y atteint plus de 200 ppbv dans toute la troposphère. Une analyse dynamique montre que, si pendant cette période on n'observe pas de sévère pertubation d'origine dynamique au-dessus de la Réunion, il y a contribution des sources éloignées de différentes nature : des feux de végétation d'une part et des intrusions stratosphériques d'autre part (Afrique du Sud). Ce travail a permis de montrer que l'origine des variations saisonnières de l'ozone troposphérique au-dessus de l'océan Indien n'est pas simple, car il faut tenir compte à la fois des sources anthropiques et des perturbations, tropicales et latitudes moyennes, à proximité du site ou à distance.

Les nuages jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et de l'énergie au sein de l'atmosphère. De plus, ils représentent l'une des principales sources d'incertitudes dans les projections des modèles de climat en raison notamment de la difficulté à paramétrer les processus qui leurs sont associés ainsi que leurs interactions avec l'environnement. Dans cette thèse nous étudions les nuages de mi-niveau qui ont été beaucoup moins étudiés que les nuages bas et les nuages hauts, en se focalisant sur l’Afrique de l'Ouest. L'Afrique de l'Ouest se caractérise par une forte saisonnalité des précipitations survenant au Sahel de juin à septembre durant la période dite de mousson. Cette période coïncide également avec le maximum annuel de la couverture nuageuse. Au travers du déploiement de la station mobile ARM (Atmospheric Radiation Measurement) durant une année en 2006 à Niamey (Niger), Bouniol et al. (2012) ont documenté les différents types de nuages observés pendant la mousson et ont montré la présence récurrente de nuages vers 6 km d'altitude dont l’impact radiatif est important dans les domaines du visible et de l'infrarouge. Dans le prolongement de cette étude, l'objectif de cette thèse est donc d'analyser plus en détails ces nuages de mi-niveau en documentant leur occurrence, leur cycle diurne et leurs caractéristiques macro- et microphysiques. Nous analysons également l'environnement thermodynamique dans lequel ces nuages sont observés ainsi que leurs effets radiatifs. D’autre part, en analysant les simulations effectuées dans le cadre du projet CMIP5, Roehrig et al. (2013) ont montré une sous-estimation de ce type de nuages dans les modèles de climat. Nous documentons plus précisément ici comment les modèles de climat et les modèles à aire limitée simulent ces nuages de mi-niveau. Afin de documenter ces nuages, des observations obtenues à partir d'instruments de télédétection active déployés sur deux sites sols : Niamey au Sahel et Bordj Badji Mokhtar au Sahara ont été combinées avec les données satellites de CloudSat et CALIPSO. Ces observations ont révélé une occurrence de ces nuages tout au long de l'année avec une prédominance durant la période de mousson. Ces nuages sont majoritairement observés dans le Sud et l'Ouest de l'Afrique de l'Ouest mais s’étendent jusqu’au cœur du Sahara. Leur présence dans cette zone désertique pourrait s’expliquer par la dynamique de la dépression thermique saharienne (Saharan Heat Low). Ces nuages sont généralement fins (la plupart ont une épaisseur inférieure à 1000 m) et sont principalement composés d'eau liquide. Une méthode de clustering appliquée à ces données nous a permis d'identifier trois types de nuages : le premier avec des bases plus basses, le deuxième avec des bases plus hautes et le dernier avec de plus fortes épaisseurs. Les radiosondages et les mesures de rayonnement nous ont permis de déterminer la stratification thermodynamique dans laquelle ces nuages sont observés ainsi que d’estimer leur impact radiatif. On observe généralement des inversions de température potentielle au sommet des nuages des deux premières familles. Dans les modèles de climat, nous avons mis en évidence une forte dispersion des occurrences des nuages de mi-niveau en termes de fréquence, de position et d’extension sur la verticale et de cycle saisonnier. L'analyse des simulations régionales indique aussi une influence de la résolution spatiale et de la paramétrisation de la convection sur la modélisation des nuages de mi-niveau simulés au Sahel et sur le Sahara.

Structurée en trois principaux chapitres, cette étude présente une approche pluridisciplinaire en combinant desanalyses spatiales et temporelles de la variabilité interannuelle des saisons de pluies d’une base de données agroclimatique,des essais phénologiques mensuelles d’une sélection de variétés photopériodiques de mil et de sorgholocales et améliorées, et l’utilisation conjointe d’un modelé de culture calibre pour les effets de la latitude et d’unSystème d’Information Géographique (SIG). Elle permet de tirer des conclusions originales et d’identifier lesenvironnements cibles prometteurs pour la vulgarisation des variétés de mil et de sorgho photopériodiques enAfrique de l’Ouest. Elle met en évidence l’existence de relations significatives entre les réponses phénologiques,le degré de sensibilité à la photopériode des variétés et les facteurs environnementaux, dont les principales sont :‒ La variabilité interannuelle des pluies en Afrique de l’Ouest durant les cinquante dernières années (1950-2000) est marquée par une diminution globale de la pluviométrie annuelle caractérisée par une variabilitéaccrue des dates de début de saison des pluies dans les latitudes basses que dans les latitudes élevées etune variabilité interannuelles des dates de fin de saison plus notable sur les latitudes du Nord plus quedans les basses latitudes au sud.‒ La distribution spatiale des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est étroitement liée à larépartition spatiale et temporelle de la variabilité des dates de débuts et de fin de la saison de pluies. Lesvariétés photopériodiques se localisent essentiellement dans les basses latitudes ou la variabilité des datesde début de saison est plus élevée que celle des dates de fin de saison plus stable.‒ La réponse phénologique des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est strictement dépendantede la date de semis et de la latitude. Les effets de la latitude sur la phénologie et la réactionphotopériodique des variétés est proportionnelle à la distance entre la zone de culture d’une variété et salatitude d’origine.‒ Le modèle de développement des céréales photopériodiques « Impatience » calibré et corrigé à cet effet(effet de la latitude) prévois et défini avec plus de précision les zones d’adaptation variétale optimale pourles variétés de mil et de sorgho photopériodiques en Afrique de l’Ouest.‒ L’adéquation entre la durée du cycle phénologique calibrée par le modèle de culture corrigé de l’effet dela latitude et celle observée dans les systèmes agraires à base de mil et de sorgho photopériodiques dansles agro-systèmes villageois au Mali valide le modèle les cartes d’adaptation variétale optimale<br>Structured in three main chapters; this study addresses multidisciplinary approach combining spatial and temporalanalysis of interannual variability of rainfall, multi-locations trials of a large and representative sample of photoperiodicvarieties of sorghum and millet combined with a photoperiod response crop model and Geographic Information System(GIS). It allowed identifying specific target environment to promote the vulgarization of photoperiodic varieties ofsorghum and millet in West Africa. This study depicted significant relationships between phenology, PP sensitivityresponses and environmental factors, where the mains components are listed below:‒ The interannual rainfall variability in West Africa over the past fifty years (1950-2000) was marked by ageneral decrease in annual rainfall characterized by high variability in the onset of growing period at lowerlatitudes and an increase in the interannual variability of the end of growing period in the northern latitudeswith least significant variability through climatic periods.‒ The spatial distribution of PP sensitivity varieties of millet and sorghum is closely related to the spatial andtemporal distribution of the interannual variability of the onset and end dates of growing period. Photoperiodsensitive varieties are located mainly at lower latitudes where the interannual variability in the onset of thegrowing period is much higher than the end of the growing period.‒ Phonological response and expression of photoperiod sensitivity are strictly dependent on sowing date andlatitude. Effects of latitude on the expression of photoperiod sensitivity and phenology are proportional tolatitude.‒ The "impatience" sub-crop model calibrated and corrected for latitudinal effect predicts and identifies moreaccurately optimal varietal adaptation areas for sorghum and millet varieties in West Africa.‒ The adequacy between calibrated duration of the phonological cycle by the crop model adjusted for latitudinaleffect and that observed in farming systems in agro-systems in Mali, allowed to validate the predicted optimalvarietal adaptation maps by defined the model