Dissertations / Theses on the topic 'Pluie et pluviométrie'

L'objectif est la detection de circulations oceano-atmospheriques associees aux variations interannuelles des pluies des differentes regions tropicale d'afrique australe (136 stations). Les donnees climatiques de surface sur les oceans indien et atlantique (fichiers focal et coads), et les indices des oscillations australe et quasi biennale stratospherique, furent utilises. Le travail est effectue pour les deux trimestres de la saison des pluies (octobredecembre et janvier-mars). En afrique australe tropicale, nous n'observons pas de changement climatique sur la periode 1946-1979. En revanche, nous detectons, a l'aide d'analyses en composantes principales, des configurations spatiales d'anomalies pluviometriques etendues et recurrentes. A l'exception de la tanzanie, les annees soixante-dix furent les plus humides, suivies des annees cinquante. Les annees soixante, et plus encore les annees quatre-vingt, furent anormalement seches. Entre octobre-decembre et janvier-mars, des mecanismes differents regissent la pluviometrie et sa variabilite. En octobre-decembre, la cellule indienne de walker exerce un controle sur la pluviometrie de l'est du sous-continent. Sur le sud-ouest, la variabilite pluviometrique semble associee aux variations en puissance de l'anticyclone de sainte-helene. En janvier-mars, les variations en intensite de la convection equatoriale malgache jouent un role important. Un autre element nouveau est apporte par la mise en relation entre les pluies des plateaux de namibie et du karoo et les variations en intensite de nombre de circulations cellulaires (walker sur les oceans pacifique et indien, hadley sur l'ocean indien, l'atlantique nord et l'atlantique sud). Enfin, l'anti-enso, plus que l'enso, exercerait un forcage non negligeable. Enfin, l'anti-enso, plus que l'enso, exercerait un forcage non negligeable.

La contribution concerne d'une part l'etude des precipitations, et d'autre part l'etude des relations pluie-debit. Ainsi, apres avoir tout d'abord evoque l'aspect de la prevision meteorologique et procede a une evaluation de celle-ci a partir des bulletins qualitatifs quotidiens, une etude statistique des pluies est realisee sur cinq stations pluviographiques de l'agglomeration toulousaine, et sur une station du bassin de l'aveyron. L'etude porte d'une part sur la production de courbes hauteur-duree-frequence, et d'aure part sur la notion d'abattement. Puis l'on aborde la partie principale du travail, qui est l'experimentation sur le bassin versant de l'aveyron d'algorithmes de relation pluie-debit, en vue de l'application operationnelle a la prevision des crues. Cette experimentation consiste a appliquer tout d'abord la methode dpft, puis a examiner un certain nombre de complements ou extensions. Les resultats semblent satisfaisants, au regard des criteres d'adequation prealablement definis. Enfin, une estimation de la crue de projet decennale est faite pour la station de villefranche, en utilisant les resultats des essais pluie-debit et de l'etude statistique des pluies

Ce mémoire étudie les processus de production de la Pluie Efficace dans les modélisations globales (qui considèrent le bassin versant comme une seule entité) de la relation pluie débit à l'aide de la méthode DPFT. S'appuyant sur un ensemble de crues, celle méthode permet d'identifier une Fonction de Transfert moyenne pour le bassin et un jeu de Pluies Efficaces propres à chaque crue. Celles-ci sont ensuite utilisées afin d'optimiser la Fonction de Production. Dans une première étape, nous avons utilisé trois modèles représentant les grandes familles de modèles globaux de Fonction de Production, et nous avons mesuré leurs performances et limitations sur les données de deux bassins versants : le Gardon d'Anduze et le Réal Collobrier. Les résultats obtenus ont montré la nécessité d'introduire des informations complémentaires à celles données par la lame moyenne de Pluie Brute. Dans une deuxième étape, nous avons introduit de façon simplifiée la topographie du bassin et la variabilité spatiale de la pluie à l'aide de la fonction de répartition d'un indice topographique et d'un indice de concentration de la pluie tombée, et sous l'hypothèse que ces deux aspects jouent un rôle de second ordre par rapport à la description fournie par un modèle global. Les résultats obtenus ont permis de proposer des améliorations des modèles pluie-débit globaux, susceptibles d'être utilisés dans un contexte de prévision de crues.

La region du sahel souffre d'un deficit important de precipitation depuis une vingtaine d'annees. Dans ce contexte, l'experience epsat-niger en general, et sa composante radar en particulier, fournissent un jeu de donnees apte a caracteriser la repartition spatio-temporelle des pluies et a etudier les complexes convectifs proches du type ligne de grains se propageant a travers la bande sahelienne. L'interet majeur du radar meteorologique se situe dans la couverture spatiale continue qu'il procure. Pour utiliser quantitativement les champs de reflectivites acquis avec le radar bande c de niamey il est necessaire de definir une ou des procedures de correction, la methode classique consistant a ajuster le radar sur une moyenne apportee par le reseau sol. Cette approche est developpee ainsi qu'une seconde methode utilisant un algorithme iteratif afin de detordre le signal mesure du phenomene d'attenuation de l'onde radar. L'algorithme utilise se montre cependant tres sensible aux differents parametres mis en jeu. Outres ces difficultes de mesure, le radar meteorologique fournit des grandeurs integrees dans l'espace or ses proprietes d'integration varient en fonction de la distance. Pour caracteriser ce phenomene une etude est menee sur la variabilite des champs d'intensite d'abord a l'aide d'un simulateur puis sur les donnees reelles. Apres l'etape prealable de validation, la variabilite des images simulees n'exhibe aucune tendance. Par contre les donnees reelles montrent une diminution de la variabilite des champs d'intensite a mesure que la distance augmente. Les images radar collectees durant la campagne epsat-niger peuvent etre utilisees pour determiner la vitesse des systemes precipitants, estimer les precipitations ou bien evaluer la distribution climatologique des intensites. En particulier les performances du radar et la sensibilite aux traitements de la mesure sont testees sur la determination des lames d'eau a differentes echelles d'espace et de temps. Les resultats soulignent l'importance des corrections a apporter aux donnees radar brutes, sans qu'aucun des protocoles de correction examines n'apparaisse nettement superieur aux autres

La variabilité des relations reliant d'une part l'intensité de pluie moyenne, , à l'aire intégrale spatio -temporelle de la pluie, (ATI)R, et d'autre part le volume de pluie cumulé, V, à l'intégrale spatio-temporelle de la couverture nuageuse, (ATI) TB, à la transition entre un climat aride et un climat équatorial est analysée. La zone d'étude, localisée dans la partie la plus à l'est des côtes sahéliennes, est caractérisée par deux forts gradients du cumul saisonnier du volume de pluie, l'un terre-mer et l'autre nord-sud. La zone d'étude est ainsi subdivisée en 4 sous-zones qui permettent l'analyse de la variabilité des coefficients linéaires des relations étudiées par rapport aux gradients terre-mer et nord-sud du cumul saisonnier de la précipitation. A partir d'une base de données de 6 années (1994-1999) collectées avec le radar météorologique de Dakar Yoff, nous montrons que le coefficient linéaire S(tR) reliant et F(tR) pour différents seuils tR d'intensité de pluie est reproductible pour les 4 sous-zones, en accord avec le caractère ergodique de la distribution de l'intensité de pluie observée dans la région. Ceci montre que S(tR) est indépendant des caractéristiques climatiques locales. Ce résultat est démontré aussi bien pour l'échantillon " Ligne de Grains " que pour les échantillons " Ligne de Convection " et " Région Stratiforme " pris séparément. On montre aussi que pour optimisation de la méthode, il faut se placer à des seuils d'intensité de pluie proches des moyennes climatiques des échantillons considérés. Avec les données infrarouges de Meteosat et le volume de pluie estimé par radar pour 23 évènements pluvieux obtenus en regroupant les données de 4 saisons de pluie (de 1996 à 1999), nous établissons la relation entre V et l'(ATI)TB à différents seuils de température de brillance radiométrique tTB. On montre que la variabilité du paramètre linéaire G(tTB) reliant V et l'(ATI)TB est minimale pour les seuils tTB situés entre 243 et 235K, avec un coefficient de variation (CV) de seulement 8%, c'est à dire presque constant pour les 4 sous-zones. Pour tTB égal à 235K, la valeur moyenne de G(tTB) dans les 4 sous-zones est de 3,02 mmh-1, presque exactement la valeur trouvée pour l'indice GPI durant l'expérience GATE. La stabilité de G(tTB) suggère que les processus dynamiques et microphysiques qui soutendent la relation entre la pluie et l'intégrale spatio-temporelle de la couverture nuageuse correspondante sont faiblement influencés pas les caractéristiques climatiques locales. Ces résultats montrent, en accord avec, les conclusions d'études antérieures l'efficacité de la méthode ATI pour la mesure des précipitations cumulées depuis l'espace.

Les rejets urbains par temps de pluie constituent un problème majeur pour les gestionnaires de l'eau en région parisienne. Une meilleure caractérisation des matières organiques rejetées par temps de pluie permet de mieux évaluer la désoxygénation du milieu récepteur, la Seine. Un bassin versant expérimental a été choisi en proche banlieue parisienne pour étudier les eaux usées par temps de pluie. Les résultats montrent que les flux sont une fonction du cycle journalier des eaux usées et de l'intensité des pluies. En journée par temps sec, les teneurs en polluants et les débits sont plus élevés que pendant la nuit. Les flux des polluants déversés pendant la journée sont ainsi supérieurs aux flux rejetés la nuit à pluie égale. Dans les réseaux de petite taille et de faibles pentes, un dépôt de temps sec peut être remis en suspension par des pluies intenses et augmenter temporairement la charge polluante. Les matières organiques du réseau en temps sec sont mieux et plus rapidement dégradables qu'en temps de pluie. La biodégradabilité des matières en suspension dans le réseau diminue avec l'intensité des pluies en raison d'un apport de carbone faiblement dégradable par les eaux de ruissellement et les dépôts en réseau. L'effet toxique des rejets urbains de temps de pluie sur le milieu récepteur a été étudié au laboratoire sur une population mixte du phytoplancton de la Seine. Nos études montrent que les rejets peuvent diminuer la production primaire de la Seine de l'ordre de 60% après une dilution au cinquième, cette inhibition est principalement due aux micropolluants organiques et partiellement aux métaux lourds, dont le zinc. Les effets varient fortement avec la composition des rejets, la toxicité des métaux en particulier dépendant de leur état de complexation. Le comportement de la matière organique et des bactéries hétérotrophes rejetées par temps de pluie dans le milieu récepteur a été étudié en Seine après d'importants rejets du principal déversoir de la région parisienne. Lorsque la dilution du rejet est inférieure à 10%, les effets sur le milieu sont peu sensibles. Les masses d'eau usée ont pu être suivies in situ à l'aide de la conductivité et des concentrations d'oxygène. Une relation entre la quantité de carbone organique dissous biodégradable rejetée et le déficit d'02 a pu être établie. La matière organique fixée aux matières en suspension sédimente très rapidement et ne participe pas directement à la désoxygénation. La désoxygénation in situ est principalement due aux bactéries allochtones, apportées par le rejet, de taille supérieure à 1µm. Leur croissance est plus élevée que celle des bactéries fluviales, mais leur vitesse de disparition l'est aussi. Les polluants toxiques du rejet sont susceptibles de diminuer la production du phytoplancton et d'aggraver ainsi les déficits de près d'un milligramme d'oxygène voire plus en période de forte production. Ces données permettent des simulations détaillées de l'évolution de l'oxygène dissous en Seine suite aux principaux rejets de l'agglomération parisienne.

La thèse présentée s'intéresse à la modélisation de l'aléa pluviométrique dans la région du Sud-Est de la France centrée sur les Cévennes. Cette région connait régulièrement des crues rapides et très localisées appelées crues éclair qui ont des impacts socio-économiques considérables. Une mesure statistique de l'aléa est la fréquence d'occurrence ou, de manière équivalente, la période de retour. La pluie étant un phénomène qui s'accumule non uniformément dans le temps et dans l'espace, l'aléa pluviométrique est une variable multi-échelle. Cette thèse vise à en proposer une modélisation intégrée pour la région du Sud-Est de la France, c'est à dire valide pour le continuum d'échelles spatio-temporelles.La première partie de ces travaux permet de comprendre quel cadre d'inférence est le plus adapté à cette modélisation. La seconde partie propose un modèle permettant d'exprimer l'aléa pluviométrique sur le continuum d'échelles spatio-temporelles. Enfin, le troisième partie propose un cadre de quantification multi-échelle (en temps et en espace) de fréquence d'occurrence d'un événement pluviométrique donné ainsi que la quantification des incertitudes associées
This thesis aims at modelling the rainfall hazard in a mountainous region of southeastern France centered on the Cévennes massif. This region undergoes intense rainfall events leading to flash floods, which have considerable socio-economics impacts. A statistical measure of hazard is the frequency of occurrence, or equivalently the return period. Since rainfall accumulates in both time and space, rainfall hazard in a multi-scale variable. This thesis propose a generic framework for rainfall hazard modelling over the continuum of spatio-temporal scales.The first part of this work allows to determine which is the most relevant statistical framework. The second part proposes a multi scale modelling of rainfall hazard for the region. Finally, the third part allows the multi-scale quantification of the frequency of occurrence of a given storm and of the related uncertainties

Dans un but d'evaluation des ressources en eau dans les zones de transition et de foret de la cote d'ivoire, plusieurs modeles globaux pluie-debit sont testes. Ces modeles au pas de temps annuel, mensuel et journalier sont cales sur un ensemble de 90 stations-annees en foret et 54 en zone de transition, reparties en 27 bassins versants de 100 a 7000 km#2. L'analyse des differents calages fait ressortir une adequation satisfaisante du modele au pas de temps mensuel dans la restitution des hydrogrammes. Les modeles au pas de temps journalier ont conduit a des resultats de qualite diverse du fait, d'une part de problemes lies a la qualite des donnees journalieres, issues des reseaux de mesure et souvent entachees d'erreurs, et, d'autre part, des algorithmes eux-memes qui prennent insuffisamment en compte les differences de saturation du sol en saison seche et en saison des pluies. Ce travail permet neanmoins d'offrir un panel complet de methodes d'evaluation des ressources en eau, valide sur l'ensemble du territoire ivoirien

207 postes pluviométriques de l’Agence brésilienne sur l’eau (ANA) dans le sud de l'Amazonie et au nord du Cerrado sont analysés, tout en utilisant des tests non-paramétriques de Pettitt qui identifie les ruptures dans les séries chronologiques de pluviométrie, le test de Mann-Kendall qui détecte des tendances annuelles et saisonnières des indices pluviométriques, ainsi qu’un modèle de régression linéaire qui identifie les tendances subtiles de croissance ou décroissance dans les précipitations. Le test de Pettitt a indiqué 16% des ruptures dans les séries chronologiques des précipitations, et le test mensuel/saisonnière de Mann-Kendall a mis en évidence que 41% des postes ont des tendances négatives, principalement dans les saisons de transition (début et fin de la saison de pluie). Le modèle de régression linéaire a montré que 63% des données ont présenté des tendances négatives. Et en fine échelle les données temporelles nous ont permis d’identifier les dates de début et fin de la saison des pluies. Les résultats suggèrent qu'il existe de forts contrastes entre l'Amazonie et le Cerrado. Cette analyse chronologique a également indiqué que durant la période couverte par l’étude il y a eu un retard dans le début de la saison des pluies pour 84% des postes pluviométriques, et pour la fin un décalage prématuré de 76%, et pour son ampleur une diminution en 88%. L’analyse de krigeage exponentielle ordinaire des postes pluviométriques dans les zones déboisées a également révélé qu’il y a d’importantes chances que la déforestation soit un adjuvant à l'affaiblissement de la saison des pluies, en particulier dans les zones fortement déboisées de l’État de Mato Grosso et les régions au nord de l’État de Rondônia. Dans ce travail, des séries chronologiques des précipitations sont mises en corrélation avec des données d’occupation du sol, acquises par des images satellites Landsat 5, à partir d'une perspective temporelle. Cette analyse des zones tampons (1-50km) est divisée par 3 périodes de couverture forestière (avant 1997, parmi 1997-2010 et 2010) a indiqué que sur le plan local, au niveau des précipitations, il n’existe pas de corrélation. Pourtant, la méthodologie des zones tampons a suggéré que dans les grandes zones forestières, elle peut éventuellement s’appliquer. Malgré que les données climatiques ne montrent pas decorrélation significative avec les données de la couverture forestière, les analyses de Pettit, Mann-Kendall, la régression linéaire et l'identification de la saison des pluies rejoignent des découvertes récentes sur les modèles de circulation de large-échelle
207 Rain Gauges (RG) of the Brazilian National Agency for Water (ANA) were analyzed using statistical non-parametrical tests. The Pettitt’s test identified ruptures in the chronological rainfall series, while the Mann-Kendall’s test detected annual and seasonal tendencies in rainfall indexes and a linear regression analysis identified slight gain or loss in precipitation. Pettitt’s test indicated 16% of ruptures in the chronological rainfall series at the same time as Mann-Kendall’s monthly test put in evidence 41% of the RG having negative trends in transition seasons (onset and offset of the rainy season). Lastly the linear regression analysis showed 63% of data having negative trends. Additionally the dates of onset and offset of the rainy season were identified and its results submitted to Mann-Kendall’s and the linear regression approach. The data suggests strong contrasts between the Southern Amazon and the Northern Cerrado showing a delay on the onset of the rainy season for 84% of the RG, a premature offset for 76% and a reduction in the rainfall seasonal extend for 88%. An exponential ordinary kriging analysis of RG in deforested areas also revealed major chances of deforestation areas working as an adjuvant in the weakening of the rainy season- especially in highly deforested areas of the Mato Grosso State and the northern Rondônia. Aiming to build a tool to detect interactions between land surface and rainfall patterns the207 RG were correlated through a buffer zones analysis with land use data acquired from satellite LANDSAT 5. The time frame previously selected was divided into three periods of forest cover (before 1997, between 1997-2010 and acumulated for 2010). The cross-related buffer zones analysis (1-50km) indicated at local level that precipitation patterns are not well correlated to forest cover. Yet the buffer zones methodology suggested that as larger the forest areas are, larger are the probabilities of those influencing precipitation at regional scale, contrary to forest fragments in local level. Despite the climatic data in the buffer analyzes do not reveal significant correlation to forest cover, the statistic Pettit and Mann-Kendall tests, the linear regression analyzes and the identification of the rainy season, confirmed a fine linkage with recent findings which focus large-scale circulation models including forest cover as a variable
Este estudo analisou 207 estações pluviométricas da Agência Nacional das Águas (ANA) no Sul da Amazônia e no Cerrado no período de 1970-2010, utiizando-se dos testes estatísticos não-paramétricos de Pettitt que identifica rupturas nas séries cronológicas pluviométricas, o teste de Mann-Kendall que detecta tendências anuais e sazonais dos índices pluviométricos, e uma análise de regressão linear que identifica tendências sutis de acréscimo ou decréscimo nas precipitações. O teste de Pettitt indicou um total de 16% de rupturas nas séries cronológicas de chuva enquanto que o teste sazonal/mensal de Mann-Kendall coloca em evidência que 41% das estações apresentam tendências negativas principalmente nas estações de transição (início e fim da estação chuvosa). Já a análise de regressão linear indicou que 63% dos dados apresentam tendências negativas nas precipitações. Como complemento também foram identificadas as datas do início e fim da estação chuvosa. Esta se deu por meio da adaptação de método estatístico atrelado às análise de tendências de Mann-Kendall e de regressão linear. Os resultados sugerem fortes contrastes entre o Sul Amazônico e o Cerrado. Esta análise cronológica do período chuvoso indicou o atraso significativo no início da estação chuvosa para 84% das estações, e um fim prematuro em 76%, além da redução do período em 88% dos casos. Por fim, foi desenvolvido,examinado e verificado a correlação de dados climáticos e cobertura do solo através da análise climática oriunda da regressão linear, e da classificação do uso da terra adquiridos do satélite LANDSAT 5 a partir de uma perspectiva temporal. A correlação dos dados delimitados por zonas tampão de 1-50km e divididos em 3 períodos cronológicos anteriores a 1997, entre 1997-2010 e o acumulado de 2010 contemplam o total de floresta. As análises indicam que os padrões de precipitação local não são correlacionados diretamente a cobertura florestal. No entanto, a metodologia de zonas tampão sugere que quanto maiores as áreas de floresta, maiores são as probabilidades destas influenciarem as precipitações, ao contrário de pequenos fragmentos florestais como indicado nos resultados das correlações até 50km. Apesar dos dados climáticos não mostrarem correlação significativa com os dados da cobertura florestal, as análises dos testes de Pettit, Mann-Kendall, regressão linear e de identificação do período chuvoso vão em direção de descobertas recentes com foco nos modelos de circulação em larga-escala, que incluem a cobertura florestal como variável

207 postes pluviométriques de l'Agence brésilienne sur l'eau (ANA) dans le sud de l'Amazonie et au nord du Cerrado sont analysés, tout en utilisant des tests non-paramétriques de Pettitt qui identifie les ruptures dans les séries chronologiques de pluviométrie, le test de Mann-Kendall qui détecte des tendances annuelles et saisonnières des indices pluviométriques, ainsi qu'un modèle de régression linéaire qui identifie les tendances subtiles de croissance ou décroissance dans les précipitations. Le test de Pettitt a indiqué 16% des ruptures dans les séries chronologiques des précipitations, et le test mensuel/saisonnière de Mann-Kendall a mis en évidence que 41% des postes ont des tendances négatives, principalement dans les saisons de transition (début et fin de la saison de pluie). Le modèle de régression linéaire a montré que 63% des données ont présenté des tendances négatives. Et en fine échelle les données temporelles nous ont permis d'identifier les dates de début et fin de la saison des pluies. Les résultats suggèrent qu'il existe de forts contrastes entre l'Amazonie et le Cerrado. Cette analyse chronologique a également indiqué que durant la période couverte par l'étude il y a eu un retard dans le début de la saison des pluies pour 84% des postes pluviométriques, et pour la fin un décalage prématuré de 76%, et pour son ampleur une diminution en 88%. L'analyse de krigeage exponentielle ordinaire des postes pluviométriques dans les zones déboisées a également révélé qu'il y a d'importantes chances que la déforestation soit un adjuvant à l'affaiblissement de la saison des pluies, en particulier dans les zones fortement déboisées de l'État de Mato Grosso et les régions au nord de l'État de Rondônia. Dans ce travail, des séries chronologiques des précipitations sont mises en corrélation avec des données d'occupation du sol, acquises par des images satellites Landsat 5, à partir d'une perspective temporelle. Cette analyse des zones tampons (1-50km) est divisée par 3 périodes de couverture forestière (avant 1997, parmi 1997-2010 et 2010) a indiqué que sur le plan local, au niveau des précipitations, il n'existe pas de corrélation. Pourtant, la méthodologie des zones tampons a suggéré que dans les grandes zones forestières, elle peut éventuellement s'appliquer. Malgré que les données climatiques ne montrent pas decorrélation significative avec les données de la couverture forestière, les analyses de Pettit, Mann-Kendall, la régression linéaire et l'identification de la saison des pluies rejoignent des découvertes récentes sur les modèles de circulation de large-échelle

Cette étude consiste en une description de la variabilité du régime pluviométrique dans la zone sahélienne de l'Afrique de l'Ouest et à une évaluation des impacts de cette variabilité sur les ressources en eau de la région à travers une série de modélisations hydrologiques. En effet, les résultats de plusieurs études sur la variabilité pluviométrique au Sahel au cours des cinq dernières décennies (1961-2009) montrent une baisse significative de la pluviométrie annuelle depuis 1970. Ce déficit pluviométrique a entraîné une situation de stress hydrique sévère dans la région. Burkina Faso, pays sahélien, se trouve affecté par cette situation de sécheresse continue. Ainsi, pour la caractérisation de la situation climatique à l'échelle du pays, nous avons analysé les données pluviométriques des dix stations synoptiques du pays à travers une discrétisation de la saison des pluies en plusieurs caractéristiques relatives à la période de la saison, à la fréquence et à l'intensité des pluies, et aux séquences sèches. La détermination de ces caractéristiques dans les données pluviométriques observées et dans les données simulées par cinq modèles climatiques régionaux (CCLM, HadRM3P, RACMO, RCA et REMO) mis en œuvre sous le scénario A1B de IPCC, a permis d'évaluer la représentativité des simulations pluviométriques sur le territoire burkinabé. Les simulations pluviométriques se caractérisent par une fréquence élevée de pluies de faibles intensités (comprises entre 0.1 mm/jour et 5 mm/jour), et des intensités très élevées pour les pluies maximales journalières. Cependant, l'application d'une méthode de correction (quantile-quantile) à ces simulations a permis de réduire significativement les différents biais et de produire des données pluviométriques similaires aux données observées sur la période 1961-2009. L'analyse de la variabilité pluviométrique future sur la période de prédiction de 2021-2050 en comparaison avec la période de référence de 1971-2000 montre diverses tendances pour l'évolution de la pluviométrie annuelle : une tendance significative à la baisse pour deux modèles et une tendance significative à la hausse pour deux autres modèles. Les différents changements significatifs de la pluviométrie annuelle corroborent soit avec une baisse de la fréquence des pluies, soit avec une hausse des intensités des pluies. Cependant, trois consensus se dégagent parmi les cinq modèles : une baisse de la fréquence des faibles pluies (0.1 à 5 mm/jr), un allongement de la durée moyenne des séquences sèches et une fin tardive des saisons de pluies. Aussi, quatre modèles montrent une augmentation des intensités de fortes pluies (>50 mm/jr). D'autre part les cinq modèles climatiques montrent une tendance à la hausse de l'évapotranspiration potentielle (ETP) annuelle sur la période 1961-2050. Les impacts des changements du champ des pluies et de la hausse de l'ETP sur le régime hydrologique de la partie sahélienne du bassin du Nakanbé au Burkina Faso (bassin versant de la station hydrométrique de Wayen) sont évalués à l'aide de deux modèles hydrologiques, GR2M et ORCHIDEE. Le modèle GR2M, calé et validé sur la période 1978-1999 reproduit de façon pertinente le bilan hydrologique du bassin alors qu'une procédure de répartition des écoulements simulés fut élaborée pour la validation des simulations du modèle ORCHIDEE. La mise en uvre de deux modèles hydrologiques sous les conditions climatiques d'une baisse de la pluviométrie annuelle a montré une situation hydrologique contraignante avec une baisse des écoulements et de la recharge de la nappe, et une augmentation du taux de l'évaporation dans le bilan hydrologique du bassin. Cependant, l'ampleur des impacts hydrologiques dépendent de la nature du changement dans les deux principales caractéristiques de la saison des pluies : la fréquence et l'intensité des pluies. Ainsi, une baisse de l'intensité des pluies est beaucoup plus préjudiciable à la disponibilité des ressources en eau sur le bassin avec un taux plus important de l'évapotranspiration et une réduction plus importante des ruissellements et de la recharge des nappes.

Ce travail rentre dans la problématique d'analyse de données spatiales multivariées, par le biais de composantes optimales. Une synthèse bibliographique des différentes méthodes existantes est réalisée. Elles sont basées sur le calcul de composantes qui optimisent un certain critère spatial. Nous introduisons de nouveaux critères, qui permettent de définir de nouvelles méthodes. Il s'agit de l'analyse sur composantes spatialisées à paramètres constants ou variables, et de ses variantes. Elles permettent d'obtenir des composantes dont le variogramme expérimental s'ajuste au mieux à un certain variogramme théorique. Nous avons testé les méthodes sur des données de pluie du Nordeste brésilien, mesurées sur 65 stations de janvier 1937 à décembre 1984. La deuxième partie de ce travail est de nature un peu différente. Il s'agit en effet de tester des méthodes de régression non paramétrique utilisant comme variables explicatives des composantes calculées par régression pls. Ces méthodes de régression utilisent des outils d'analyse spatiale, par le biais du krigeage et de la distance euclidienne. Nous les avons appliquées sur les données de pluie en utilisant comme variables explicatives des variables de température superficielle de la mer et l'indice d'oscillation australe (SOI).

Notre objectif est d’analyser et de documenter les relations Climat-Rendements coton au Nord Cameroun. La complexité de cette étude repose sur la différence entre les échelles mises en jeu : la grande échelle climatique et l’échelle locale des rendements. Après avoir caractériser l’évolution interannuelle du cycle saisonnier des précipitations du Cameroun, une analyse diagnostique de téléconnexion des observations et des simulations sur LMDZ4, a montré que la variabilité interannuelle de la petite saison des pluies (MAMJ) est directement liée aux anomalies de SST de l’Atlantique tropical. Et les pluies de Juillet-Août, sont téléconnectées aux anomalies d’ENSO et aux anomalies de SST de la Méditerranée. La variabilité interannuelle des pluies de la zone coton est ainsi liée à un signal de grande échelle. L’échelle saisonnière a montré une absence du saut de mousson sur le secteur longitudinal 10°E-15°E mais une migration progressive de celle-ci. De plus, elle migre moins vers le Nord dû à la présence de la dépression thermique de surface. L’échelle intrasaisonnière montre le rôle des modes de variabilité « sahélien » à 15 jours et « global africain » à 40 jours qui modulent la convection de la mise en place de la mousson au dessus de la zone coton au 12 Juin en moyenne. Les pluies de Juin se sont révélé être la variable climatique qui explique le mieux la variabilité interannuelle des rendements. Cette étude a montré une approche particulière et s’avère ainsi être un outils essentiel comme support pour l’étude des liens Climat-Rendements en coton et comme document de base pour l’étude des régimes pluviométrique du Cameroun aux différentes échelles spatiotemporelles.

La région du Sud-Est de la France est marquée par des épisodes de pluies diluviennes à l'origine de crues-éclair dévastatrices, souvent engendrés par des systèmes convectifs quasi-stationnaires de méso-échelle. Cette thèse a pour objectifs d'améliorer la connaissance de ces systèmes convectifs et de progresser dans leur prévision en utilisant des simulations à haute résolution du modèle de recherche MESO-NH. Dans une première partie, on montre l'apport d'observations de méso-échelle pour définir les états initiaux de ces simulations. Ces données sont les observations de surface du réseau de méso-échelle de Météo-France et les réflectivités du réseau de radars ARAMIS combinées à la température de brillance infrarouge METEOSAT. Une méthode d'initialisation statique existante, combinant une analyse par Interpolation Optimale des observation de surface et un ajustement de l'humidité et des hydrométéores sur la base des réflectivités radar et de la température de brillance IR, est testée sur deux cas convectifs sur les Cévennes. .
Heavy rainfall events occur frequently over South-East of France, they are often produced by quasi-stationary convective mesoscale systems and they may cause devastating flash floods. The aims of this thesis are to improve the understanding and forescasting of these systems using high resolution simulations performed with the non-hydrostatic research model MESO-NH. First, the benefit of mesoscale data for the generation of the initial state of the simulations is shown. These data include surface observations from the mesonet of Météo-France and radar reflectivities from the ARAMIS network combined with infrared brightness temperature from METEOSAT. .

Depuis le développement des mesures satellites de nombreuses missions spatiales sont dédiées au suivi de l'atmosphère et de la surface terrestre. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre de la mission Megha-Tropiques dédiée au cycle de l'eau et de l'énergie en zone tropicale. L'objectif est d'évaluer le potentiel des estimations de précipitation par satellite pour des applications hydrologiques en zone tropicale. Les Tropiques réunissent les plus grands fleuves du globe, mais ne bénéficient pas de réseaux d'observation in-situ denses et continus permettant une gestion intégrée efficace de la ressource et des systèmes d'alertes. Les estimations des précipitations issues des systèmes d'observation satellite offrent une alternative pour ces bassins peu ou pas instrumentés et souvent exposés aux extrêmes climatiques. C'est le cas du fleuve Niger, qui a subi une grande variabilité climatique depuis les années 1950, mais aussi d'importants changements environnementaux et hydrologiques. Depuis les années 2000, le Niger moyen connaît une recrudescence des inondations pendant la période de crue Rouge (engendrée par ses affluents sahéliens pendant la mousson). A Niamey, des niveaux record de hauteur d'eau et de période d'inondation ont été enregistrés en 2003, 2010, 2012 et 2013, engendrant de nombreuses pertes humaines et matérielles. Ces travaux analysent l'influence du forçage pluviométrique sur les inondations liées à la crue Rouge à Niamey. Une gamme de produits pluviométriques (in situ et satellite) et la modélisation hydrologique (ISBA-TRIP) sont combinés pour étudier : (i) l'apport des produits satellite pour diagnostiquer la crue Rouge récente, (ii) l'impact des caractéristiques des produits et de leurs incertitudes sur les simulations et enfin (iii) l'évaluation du rôle des précipitations, face aux changements de conditions de surface, dans l'évolution de la crue Rouge à Niamey depuis les années 1950. L'étude a mis en évidence l'impact des caractéristiques des estimations des précipitations (cumul, intensité et distribution spatio-temporelle) sur la modélisation hydrologique et le potentiel des produits satellites pour le suivi des inondations. Les caractéristiques des précipitations se propageant dans la modélisation, la détection des inondations est plus efficace avec une approche relative à chaque produit plutôt qu'avec un seuil absolu. Ainsi des produits présentant des biais peuvent être envisagés pour la simulation hydrologique et la détection des inondations. Le nouveau produit TAPEER de la mission MT présente un fort potentiel hydrologique, en 2012 et pour la zone d'étude. D'autre part, l'étude de la propagation de l'erreur associée à ces précipitations a mis en évidence, la nécessité de déterminer la structure du champ d'erreur pour l'utilisation d'une telle information en hydrologie. Enfin la modélisation a été utilisée comme levier pour décomposer les sensibilités de la crue Rouge aux variations des précipitations et des conditions de surface. Pour simuler les changements hydrologiques entre les périodes 1953-1982 et 1983-2012, les changements d'occupation du sol et d'aire de drainage doivent être pris en compte. Puis les variations des précipitations peuvent expliquer les changements majeurs décennaux et annuels entre les années 1983 et 2012
Since the development of satellite based remote sensing in the 1970s, many missions have been dedicated to monitoring the terrestrial atmosphere and surfaces. Some of these satellites are dedicated to the Tropics with specific orbits. Megha-Tropiques (MT) is devoted to the water and energy cycle in the tropical atmosphere and provides an enhanced sampling for rainfall estimation in the tropical region. This PhD work was initiated within MT hydro-meteorological activities, with the objective of assessing the hydrological potential of satellite rainfall products in the Tropics. The world most important rivers lay in tropical areas where the in situ observation networks are deficient. Alternative information is therefore needed for water resource management and alert systems. The present work focuses on the Niger River a basin which has undergone drastic climatic variations leading to disasters such as droughts and floods. Since 1950, the Niger has been through 3 main climatic periods: a wet period (1950-1960), a long and intense drought period (1970-1980) and since 1990 a partial recovery of the rainfall. These climatic variations and the anthropic pressure, have modified the hydrological behaviour of the basin. Since 2000, the middle Niger River has been hit by an increase of floods hazards during the so-called Red flood period. In Niamey city, the highest river levels and the longest flooded period were recorded in 2003, 2010, 2012 and 2013, leading to heavy casualties and property damage. This study combines hydrological modelling and a variety of rainfall estimation products (satellite and in-situ) to meet several objectives: (i) the simulation of the Niamey Red flood and the detection of floods (during the recent period 2000-2013) (ii) the study of the propagation of satellite rainfall errors in hydrological modelling (iii) the evaluation of the role of rainfall variability, and surface conditions, in the changes of the Red flood in Niamey since the 50s. The global model ISBA-TRIP, is run with a resolution of 0.5° and 3h, and several rainfall products were used as forcing. Products derived from gauges (KRIG, CPC), pure satellite products (TAPEER, 3B42RT, CMORPH, PERSIANN) and mixed satellite products adjusted by rain gauges (3B42v7, RFE2, PERSIANN-CDR). This work confirms the hydrological potential of satellite rainfall products and proposes an original approach to overcome their biases. It highlights the need for documenting the errors associated with the rainfall products and the error structure. Finally, the hydrological modelling results since the 1950s have given a new understanding of the relative role of rainfall and surface conditions in the drastic increase of flood risk in Niamey

Le cycle de l'eau en région Cévennes-Vivarais est influencé par l'interaction entre masses d'air et sol. La topographie est partagée entre une plaine et un plateau par des vallées encaissées, délimitées par de petits massifs montagneux. Des systèmes convectifs produisent des précipitations sur une large gamme d'échelles. Ces échelles météorologiques et topographiques interagissent. L'analyse de données pluviométriques permet de lier l'échelle temporelle des phénomènes météorologiques à la topographie. Cette dernière a plus d'impact sur les pas de temps longs. La modélisation numérique est indispensable à la compréhension des phénomènes météorologiques. Une partie de cette thèse est consacrée à la recherche d'échelles où la simulation est valide. La modélisation est utilisée pour comprendre le lien entre la topographie, l'humidité des sols et les événements pluvieux sensibles à pas de temps long
Hydrometeorological data are analyzed to better understand and represent the space variability of rainfall in the Cévennes-Vivarais region. The analysis of raingauge databases shows that the statistical properties of rainfall do not depend on the localisation of the mountains for short integrating limes. But if the rainfall is integrated on longer time steps, its statistical properties are highly correlated with the topography. Numerical simulations show that shallow convection is very sensitive to atmospherical forcing, especially through the way the air masses "read" the topography. The impact of soil humidity is less important; it can nevertheless change the stratification of the atmosphere up to more th an 1 km. A method to validate simulations is developed. Il allows comparing the scale of the simulation errors with the scale of the hydrosystems. This method is tested with idealised rainfalls, then with real rainfalls but idealised simulation errors, then with real simulations

Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.

La thèse est structurée en trois chapitres. Dans le premier, on rappelle brièvement le contexte historique et législatif de l'évolution de l'assainissement en Europe. Le deuxième chapitre s'intéresse à l'étude diagnostic du réseau d'assainissement de la ville de Saint-Etienne, tant sur les plans quantitatif que qualitatif. Pour cela, nous développons un logiciel de simulation dont l'originalité réside dans sa structure informatique. Nous effectuons une étude de la pluviométrie locale, nous localisons les points de dysfonctionnement par la simulation et nous analysons l'impact des rejets stéphanois en phosphore sur la qualité des eaux de la Loire. Le troisième chapitre essaie par des développements méthodologiques de répondre aux questions soulevées précédemment, tout d'abord par une étude visant à caractériser les structures spatiales des pluies en utilisant des techniques issues de l'analyse de données, ensuite par une étude de sensibilité du modèle d'écoulement à la distribution spatiale de la pluie, au coefficient de ruissellement et au temps de réponse de bassins versants élémentaires, enfin par une dernière étude visant à déterminer la localisation optimale du réseau de pluviographes, en utilisant la technique du krigeage, en y intégrant la structure spatiale de la pluie et les coefficients de ruissellement des bassins versants

Réduire la vulnérabilité et accroître la résilience des sociétés d'aujourd'hui aux fortes précipitations et inondations exige de mieux caractériser leur très forte variabilité spatio-temporelle observable sur une grande gamme d'échelle. Nous mettons donc en valeur tout au long de cette thèse l'intérêt méthodologique d'une approche multifractale comme étant la plus appropriée pour analyser et simuler cette variabilité. Cette thèse aborde tout d'abord le problème de la qualité des données, qui dépend étroitement de la résolution temporelle effective de la mesure, et son influence sur l'analyse multifractale et la détermination de lois d'échelle des processus de précipitations. Nous en soulignons les conséquences pour l'hydrologie opérationnelle. Nous présentons la procédure SERQUAL qui permet de quantifier cette qualité et de sélectionner les périodes correspondant aux critères de qualité requise. Un résultat surprenant est que les longues chronologies de pluie ont souvent une résolution effective horaire et rarement de 5 minutes comme annoncée. Ensuite, cette thèse se penche sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Nous analysons les sources d'incertitudes dans les méthodes multifractales " classiques " d'estimation des paramètres et nous en déduisons des améliorations pour tenir compte, par exemple, de la taille finie des échantillons et des limites de la dynamique des capteurs. Ces améliorations sont utilisées pour obtenir les caractéristiques multifractales de la pluie à haute résolution de 5 minutes pour plusieurs départements de la France (à savoir, les départements 38, 78, 83 et 94) et pour aborder la question de l'évolution des précipitations durant les dernières décennies dans le cadre du changement climatique. Cette étude est confortée par l'analyse de mosaïques radars concernant trois événements majeurs en région parisienne. Enfin, cette thèse met en évidence une autre application des méthodes développées, à savoir l'hydrologie karstique. Nous discutons des caractéristiques multifractales des processus de précipitation et de débit à différentes résolutions dans deux bassins versant karstiques au sud de la France. Nous analysons, en utilisant les mesures journalière, 30 minutes et 3 minutes, la relation pluie-débit dans le cadre multifractal. Ceci est une étape majeure dans la direction d'une définition d'un modèle multi-échelle pluie-débit du fonctionnement des bassins versants karstiques

Dans les pays du Sud ruraux et à faibles revenus, la vulnérabilité des zones agricoles pluviales, face à la variabilité pluviométrique, nécessite de trouver des solutions efficaces pour limiter les effets des aléas climatiques sur les récoltes. La prévision des caractéristiques des saisons des pluies quelque temps avant leur démarrage devrait aider à l’établissement de stratégies agricoles d’adaptation aux aléas pluviométriques. C’est à cet objectif que s’attache ce travail, appliqué à l’Afrique de l’Est (Kenya et nord de la Tanzanie), et articulé en 3 parties :- Définir et comprendre le comportement des descripteurs intra saisonniers (DIS) qui feront l’objet de l’étude de prévisibilité. Un travail spécifique a permis le développement d’une nouvelle approche méthodologique dans la manière de définir les démarrages (DSP) et fins (FSP) de saisons des pluies à l’échelle régionale. Cette approche basée sur une analyse multivariée, permet de s’affranchir des choix subjectifs de seuils pluviométriques imposés par les définitions communément utilisée en agro-climatologie. Une analyse de cohérence spatiale à l’échelle inter annuelle montre que, pour les deux saisons des pluies (long rains et short rains), le cumul saisonnier et le nombre de jours de pluie présentent une forte cohérence spatiale, tandis qu’elle est plus modérée pour le démarrage et fin des saisons et faible pour l’intensité quotidienne moyenne.- Analyser la prévisibilité des DIS aux 2 échelles spatiales régionale et locale en s’appuyant sur les simulations numériques du modèle climatique global ECHAM 4.5. Les précipitations quotidiennes simulées par le modèle, même après correction des biais, ne permettent pas d’appréhender correctement la variabilité interannuelle des DIS. Une spécification de la variabilité des DSP et FSP menée par le biais de modèles statistiques construits à partir d’indices climatiques observés, présuppose une prévisibilité modérée des deux descripteurs à l’échelle locale (régionale), et cela quelle que soit la saison. Le développement de modèles statistico-dynamiques à partir des champs de vents simulés par ECHAM 4.5, en mode forcé par les températures marines observées d’une part et prévues d’autre part, montre également des performances faibles localement et régionalement. - Explorer la manière dont la variabilité spatio-temporelle des paramètres climatiques et environnementaux module la variabilité des rendements de sorgho. Ces rendements sont simulés par le modèle agronomique SARRA-H à partir de données climatiques observées (1973-2001) dans 3 stations localisées à différentes altitudes le long des pentes orientales du Mt Kenya. Le cumul précipité et la durée de la saison expliquent une part importante de la variabilité des rendements. D’autres variables apparaissent comme jouant un rôle non négligeable ; le nombre de jours de pluies, l’intensité quotidienne moyenne ou encore certains DIS relatifs à l’organisation temporelle des pluies au sein d’une saison en font partie. L’influence des autres variables météorologiques est seulement visible pour les ‘long rains’ avec une covariation négative entre les rendements et les températures maximales ou, le rayonnement global. La date de semis semble jouer un rôle dans la modulation des rendements pour les stations de haute et moyenne altitudes, mais avec des différences notables entre les deux saisons des pluies
In Southern countries with rural low income populations, the vulnerability of rainfed agriculture to rainfall variability requires effective solutions to mitigate the effects of climatic hazards on crops. Predicting the characteristics of rainy seasons some time before they start should help the establishment of agricultural adaptation strategies to rainfall hazards. This is the objective of the present study, focused on East Africa (Kenya and northern Tanzania), and divided in three parts:- Define and document intra-seasonal descriptors (ISD) that will be considered in the predictability study. A new methodological approach has been developed in order to define the onset date (ORS) and the cessation date (CRS) of the rainy seasons at the regional level. Based on a multivariate analysis, it eliminates the subjective choice of rainfall thresholds imposed by the definitions commonly used in agroclimatology. An analysis of spatial coherence at interannual time-scale shows that for the two rainy seasons ("long rains" and "short rains"), the seasonal amount and the number of rainy days have a high spatial coherence, while it is medium for the onset and cessation dates and low for the average daily rainfall intensity.- Analyze the predictability of the ISD at both regional and local scales based on numerical simulations from the global climate model ECHAM 4.5. Daily precipitation simulated by the model, even after bias correction, do not correctly capture the IDS interannual variability. A specification of the ORS and CRS variability using statistical models applied to observed climate indices, suggests quite a low predictability of the descriptors at the local (regional) scale, regardless of the season. The development of statistical-dynamical models from wind fields simulated by ECHAM 4.5, in experiments forced by either observed or predicted sea temperatures, also shows quite poor skills locally and regionally.- Explore how the space-time variability of climatic and environmental factors modulate the variations of sorghum yields. Crop yields are simulated by the agronomic model SARRA-H using observed climate data (1973-2001) at three stations located at different elevations along the eastern slopes of Mt Kenya. The seasonal rainfall accumulation and the duration of the season account for a large part of the yields variability. Other rainfall variables also play a significant role, among which the number of rainy days, the average daily intensity and some ISD related to the temporal organization of rainfall within the season. The influence of other meteorological variables is only found during the long rains, in the form of a negative correlation between yields and both maximum temperature and global radiation. Sowing dates seem to play a role in modulating yields for high and medium altitude stations, but with notable differences between the two rainy seasons