Academic literature on the topic 'Précipitations extrêmes'

L'estimation de l'intensité de précipitations extrêmes est un sujet de recherche en pleine expansion. Nous présentons ici une synthèse des travaux de recherche sur l'analyse régionale des précipitations. Les principales étapes de l'analyse régionale revues sont les méthodes d'établissement de régions homogènes, la sélection de fonctions de distributions régionales et l'ajustement des paramètres de ces fonctions. De nombreux travaux sur l'analyse régionale des précipitations s'inspirent de l'approche développée en régionalisation des crues. Les méthodes de types indice de crues ont été utilisées par plusieurs auteurs. Les régions homogènes établies peuvent être contiguës ou non-contiguës. L'analyse multivariée a été utilisée pour déterminer plusieurs régions homogènes au Canada. L'adéquation des sites à l'intérieur d'une région homogène a souvent été validée par une application des L-moments, bien que d'autres tests d'homogénéité aient aussi été utilisés. La loi générale des valeurs extrêmes (GEV) est celle qui a le plus souvent été utilisée dans l'analyse régionale des précipitations. D'autres travaux ont porté sur la loi des valeurs extrêmes à deux composantes (TCEV), de même que sur des applications des séries partielles. Peu de travaux ont porté sur les relations intensité durée dans un contexte régional, ni sur les variations saisonnières des paramètres régionaux. Finalement, les recherches ont débuté sur l'application des concepts d'invariance d'échelle et de loi d'échelle. Ces travaux sont jugés prometteurs.

Résumé - L’objectif de cette étude est d’estimer la fréquence de retour des précipitations convectives extrêmes dans les plaines de la basse Betsiboka, Madagascar. L’approche méthodologique consiste à trouver les distributions statistiques des pluies convectives journalières maximales annuelles de 1959 à 2021 en les ajustant avec des distributions des valeurs extrêmes généralisées. Les paramètres des distributions des valeurs extrêmes généralisées ont été estimés par la méthode des moments pondérés. Les résultats obtenus montrent que l’ajustement des données étudiées avec les distributions des valeurs extrêmes généralisées sont adéquats. En outre, les maximas annuels suivent des distributions à queues lourdes. Les pluies convectives extrêmes sont imprévisibles et engendrent des crues et inondations qui pourront avoir des conséquences économiques et sociales graves dans cette zone. L’estimation de la récurrence de ces évènements météorologiques extrêmes est donc d’un grand intérêt.

En septembre 2002, les régions méditerranéennes françaises et notamment le département du Gard ont été affectées par des précipitations d'une extrême intensité. On estime que 80% de ce département a été inondé, on dénombre 23 victimes et les dégâts ont été évalués à 1.2 milliards d'euros. Cette catastrophe hydrologique soulève à nouveau les problèmes de la fréquence de ces événements et de l'augmentation des forts cumuls de pluie ces dernières années. L'objet de cet article est d'apporter quelques éléments de réponse, notamment à travers l'analyse régionale des pluies extrêmes journalières ayant affecté la région Languedoc-Roussillon de 1958 à 2002. La fréquence régionale des pluies extrêmes est estimée en prenant en compte la superficie couverte par ces événements en fonction des hauteurs pluviométriques. A l'échelle régionale la période de retour de l'événement varie entre 80 ans pour la superficie touchée par au moins 200 mm à 140 ans pour celle couverte par 300 mm. La stationnarité des fréquences des pluies extrêmes est analysée à partir des chroniques du nombre annuel d'événements pluvieux dépassant 200 mm, 250 mm et 300 mm en 24h maximum, entre 1958 et 2002 sur la région. Les tests de stationnarité ne révèlent pas de tendance significative à l'augmentation de ces fréquences. Les données historiques aboutissent aux mêmes conclusions. L'augmentation réelle des inondations est en fait principalement liée à l'augmentation de la vulnérabilité des bassins.

Le but de cet article est la recherche de liaisons entre les précipitations extrêmes de pas de temps de 1 à 24 heures dans les Alpes Françaises. En particulier, il semble important de pouvoir déduire les valeurs pour de faibles pas de temps (1h, 2h... ) de celles de forts pas de temps, 24h en particulier. En effet, nous disposons actuellement de peu d'enregistrements historiques à pas de temps fin. En fait, le réseau de pluviographes utilisé est constitué de seulement 65 stations. Par contre, l'existence d'un réseau très dense de pluviomètres permet de déterminer les caractéristiques de pas de temps 24h. Pour ce faire, nous définissons une variable traduisant l'évolution des précipitations en fonction du temps de retour pour chaque pas de temps et chaque station : le gradex. Nous avons testé plusieurs types de relations pour lier les gradex des différents pas de temps entre eux : relation linéaire, puissance, exponentielle, logarithmique ; c'est la relation linéaire qui est la meilleure dans les Alpes Françaises. L'étude des relations entre les gradex des différents pas de temps montre que les pas de temps voisins sont bien corrélés entre eux, ce qui n'est plus le cas lorsque les pas de temps deviennent très distincts. Ces résultats sont confirmés par la définition de 4 régions homogènes par rapport aux précipitations extrêmes sur lesquelles nous testons l'éventualité de relations linéaires entre les gradex des différents pas de temps. Finalement, nous avons mis en évidence l'absence de relations simples permettant de passer de pas de temps longs à des pas de temps faibles. Par contre, on peut passer sans trop d'erreur d'un pas de temps de 24 heures à celui de 12 heures ou 6 heures, résultat déjà fort intéressant.

La qualité des statistiques des précipitations, notamment les courbes Intensité-Durée-Fréquence, dépend étroitement de la fiabilité des données disponibles. Or, il a été montré que la plupart des séries temporelles provenant de pluviomètres à augets basculants ont une fréquence effective de mesure inférieure à celle assumée. Cette question est particulièrement importante pour l'hydrologie urbaine qui doit prendre en compte les fluctuations hautes fréquences des précipitations. Des études préliminaires ont montré que le nombre d'inondations estimé à l’aide de données à basse fréquence temporelle était plus faible que celui obtenu à l’aide des données à haute fréquence temporelle. Le déficit en données à haute fréquence peut conduire à d’apparentes ruptures des lois d’échelle, ce qui complique inutilement et notoirement la modélisation des précipitations. Il est donc indispensable de quantifier la qualité des données avant de les utiliser. Nous présentons une procédure SERQUAL qui permet de répondre à cette question et nous utilisons cette procédure SERQUAL pour sélectionner les sous-séries ayant les qualités requises pour des analyses à haute résolution. L’approche multifractale est alors appliquée sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Cet article présente ainsi une estimation fiable des paramètres multifractaux de la pluie à haute résolution de cinq minutes pour les départements français de l’Isère (38), des Yvelines (78), du Var (83) et du Val-de-Marne (94). Ces paramètres peuvent être utilisés pour caler ou valider des modèles statistiques ou stochastiques. D’autre part, l’évolution des caractéristiques multifractales peut être aussi utilisée pour évaluer des conséquences hydrologiques du changement climatique. Les résultats obtenus montrent que l’influence du changement climatique n’est pas perceptible sur les précipitations pour les périodes étudiées en région Ile-de-France.

La compréhension de l’évolution actuelle du climat et des risques naturels qui lui sont associés passe par une meilleure connaissance de la variabilité climatique passée. Des méthodes de reconstruction existent mais leurs validités sont difficiles à établir notamment en l’absence de valeurs de référence sur les périodes anciennes. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche sur les extrêmes hydrologiques de la Moselle (RECRET) pour lequel des reconstitutions de longues séries climatiques (précipitations et températures) ont été réalisées. Pour permettre une évaluation relative de ces séries, nous proposons de comparer les séries de précipitations mensuelles à des reconstructions climatiques issues de différents travaux. La comparaison repose sur cinq méthodes : RECRET (Delus et al., 2018), une méthode fondée sur le Gradient Régional de Pression (Grelier et al., 2017), SCOPE Climate (Caillouet et al., 2019), FYRE Daily (Devers et al., 2019) et SAFRAN (Vidal et al., 2010). L'étude se concentre sur la cohérence entre les estimations de précipitations issues de ces différentes méthodes. Les séries RECRET et FYRE Daily présentent des résultats convergents et proches de SAFRAN.

Résumé La démarche s’appuie sur des approches analytiques testées avec satisfaction en Tunisie. Sur le plan ponctuel : les précipitations journalières maximales annuelles de Tunisie présentent une distribution fortement dissymétrique du fait de la présence dans la majorité des séries observées de quelques valeurs très exceptionnelles ou horsains. Cette dissymétrie est particulièrement marquée dans le centre et le sud du pays. On suggère d’ajuster ces échantillons à une loi statistique à deux composantes (loi expo-double), qui prend en compte la forte dissymétrie, mais qui admet également la loi des extrêmes : la loi de Gumbel. La méthode repose sur la combinaison de deux populations de distributions exponentielles et poissonniennes, en distinguant les pluies extrêmes « ordinaires » des valeurs de pluies très exceptionnelles (horsains). Cette façon de faire ne semble pas incompatible avec la situation géographique de la Tunisie, qui se trouve en transition et sous l’influence de deux domaines climatiques bien distincts : l’influence méditerranéenne par le nord et l’influence Saharienne par le sud. Sur le plan spatial : le tracé des courbes isovaleurs des cartes des Gradex et des pluies journalières décennales s’appuie sur les estimations ponctuelles des postes pluviométriques et tient compte du relief, des longitudes et latitudes, ainsi que de la distance à la mer. Les paramètres explicatifs ont été soigneusement choisis de façon à ce qu’ils soient facilement mesurables ou calculables pour n’importe quel point de l’espace. Ces techniques d’ajustement statistique et de synthèse cartographique ont été appliquées à 399 séries pluviométriques de plus de trente ans d’observation (18 496 stations-années), réparties sur la totalité du territoire tunisien. Elles ont permis d’élaborer la carte des Gradex et la carte des pluies journalières décennales de la Tunisie.

Les précipitations extrêmes en France sont responsables de phénomènes d'inondations entraînant la perte de vies humaines et des millions d'euros en dégâts matériels. Mesurer le risque associé à ces événements météorologiques rares fait appel à la théorie statistique des valeurs extrêmes, qui propose plusieurs approches permettant d'évaluer des scénarios catastrophes. Cette thèse s'intéresse en particulier à trois mesures de risque faisant intervenir à la fois des lois de probabilité jointes et des méthodes de prédiction spatiale liées à la géostatistique.Dans un premier temps, plusieurs modèles spatiaux de valeurs extrêmes construits sur des données de maxima annuels sont évalués dans une étude comparative sous la forme d'un article. La comparaison des méthodes est menée en se servant de simulations construites à partir de données réelles de maxima annuels de précipitations en France et porte sur des critères liés aux deux mesures de risque que sont le niveau de retour centennal et le coefficient extrémal.Un modèle en particulier, le processus max-stable et hiérarchique de Reich et Shaby (2012) est étudié en détail et fait l'objet d'une implémentation sous la forme d'un package R dédié à la simulation et à l'estimation par cette méthode.Dans un second temps, les données journalières dépassant un seuil élevé sont modélisées dans un cadre spatial dans le but d'estimer une probabilité d'échec conditionnelle. Plusieurs estimateurs de cette mesure sont proposés en se concentrant d'une part sur des méthodes paramétriques liées aux processus Pareto et d'autre part sur deux approches non paramétriques. Les méthodes sont construites de sorte que la dépendance temporelle observable dans les valeurs journalière soit prise en compte lors de l'estimation.Tout au long de la thèse, les méthodes développées sont appliquées sur des données journalières de précipitations en France
Extreme precipitation in France are responsible for flooding events that cause people's deaths and billions of euros in material damage. Measuring the risk associated to these rare meteorological events is possible thanks to the extreme value theory which allows the estimation of such catastrophic scenarios. This thesis focus on three risk measures involving joint probabilities and spatial prediction methods related to geostatistics.In a first time, several spatial models for extreme values built on annual maxima are evaluated in a comparative study in the form of an article. This comparison is performed using simulated data from real annual maxima of precipitation in France. It is also based on two criteria linked to risk measures: the hundred years return level and the extremal coefficient. One particular model is presented in details: the one of Reich and Shaby (2012). This model is implemented under a R package entirely dedicated to its estimation and simulation procedures.In a second time, exceedances of spatial daily data are modelled in order to estimate a conditional failure probability. Several estimators of this measure are proposed, based on the one hand on parametric methods involving Pareto processes and on the other hand on non parametric approaches. The temporal dependence in extremes is also considered with care when estimating this probability.Along this thesis, the methods are applied on daily data of precipitation in France

Ce travail de thèse traite du changement climatique dans le Pacifique Sud, d'ici à la fin du siècle dans le scénario RCP8.5 (=scénario le plus extrême équivalent à augmentation du forçage radiatif de 8.5W.m-2), à plusieurs échelles spatiales ((1) le Pacifique, (2) le Pacifique sud-ouest, (3) et la Nouvelle-Calédonie) et de ses impacts. Les projections climatiques des modèles CMIP5 comportent de nombreuses biais (e.g. double ITCZ, forte dispersion des patrons de changement de SST) dans cette région que nous nous sommes attachés à réduire. Pour ce faire nous avons utilisé un modèle atmosphérique régional (Weather Research and Forecast). (1) A cette échelle nous nous sommes intéressés au devenir de la zone de convergence du pacifique sud (SPCZ). Les simulations de changement climatique ont montré un possible assèchement (-30%) de la SPCZ piloté par des changements de circulation. (2) Nous nous sommes ici intéressés au devenir de la cyclogenèse du Pacifique Sud-Ouest. Les simulations de changement climatique nous ont permis de montrer une diminution de l'intensité des cyclones, une augmentation des précipitations cyclonique, ainssi qu'un possible effondrement du nombre de cyclone (-50%) du à une augmentation du cisaillement vertical du vent. (3) A cette échelle nous nous sommes focalisés sur l'évolution du climat Néo-Calédonien. Les simulations de changement climatique ont montré une diminution moyenne des précipitations de 20%, avec des contrastes très forts en fonction des régions (côte Est vs côte Ouest), ainsi qu'un doublement du nombre de vagues de chaleur. Enfin nous avons montré l'interet de ces simulations régionales pour des études d'impacts appliquées aux écosystèmes
In this thesis we are interested in the South Pacific climate changes, at the end of the 21st century under the RCP8.5 scenario (i.e. the most extreme scenario equivalent to a radiative forcing increase of 8.5W.m-2), at several spatial scales ((1) Pacific, (2) Southwest Pacific, (3) and New Caledonia) and in its impacts. The climate projections of the CMIP5 models include many biases (e.g. double ITCZ, strong intermodel variability of SST change patterns) in this region that we reduced by using a regional atmospheric model (Weather Research and Forecast). (1) At this scale we are interested in the future of the South Pacific Convergence Zone (SPCZ). Climate change simulations showed a possible drying (-30%) of SPCZ driven by circulation changes. (2) We are interested here in the future of the Southwest Pacific cyclogenesis. Climate change simulations have shown a decrease of cyclone intensity, an increase of cyclonic precipitation, and a possible collapse of the cyclones number (-50%) due to an increase of vertical wind shear. (3) And then we focused on the evolution of the New Caledonian climate. Climate change simulations showed a decrease of rainfall (-20%) in average, with very strong contrasts across regions (East coast vs West coast), as well as a doubling of the heat waves number. Finally, we showed the interest of these regional simulations for impact studies applied to ecosystems

Les bassins versants nord-méditerranéens sont fréquemment soumis à des crues extrêmes liées à des précipitations convectives intenses et aux caractéristiques hydrologiques locales. La région méditerranéenne est considérée comme une des régions les plus affectées par le réchauffement climatique, ce qui laisse présager des changements dans le cycle hydrologique. L’objectif de cette thèse CIFRE est d’évaluer les impacts du changement climatique sur les précipitations extrêmes à travers une méthode dite de « futurisation », dans laquelle une fonction de transfert est construite en comparant la distribution des quantiles de précipitations du climat présent et futur. Les impacts du changement climatique sur les précipitations extrêmes sont évalués à travers les simulations à haute résolution EMCORDEX. L’exercice se focalise sur le bassin versant de l’Orbieu dans le sud de la France. La méthode de futurisation est appliquée à six épisodes majeurs de précipitations ayant généré des crues éclair. Les impacts hydrologiques des équivalents statistiques futurs des épisodes de précipitations sont ensuite évalués à travers un modèle hydrologique évènementiel conceptuel. Une estimation des changements d’humidité du sol liés au changement climatique est réalisée et couplée à la quantification des impacts hydrologiques. Le choix d’une modélisation hydrologique conceptuelle a été motivé par ses futures applications opérationnelles. Les conséquences de ce choix sont évaluées à travers une comparaison avec un modèle hydrologique à base physique. Ce dernier est mis en place grâce à une caractérisation du fonctionnement hydrologique du bassin versant de l’Orbieu appuyée par plusieurs campagnes de terrain
Northern mediterranean meso-scale river catchments are submitted to extremes floods events linked to intense convective precipitation and local hydrologic features. The Mediterranean region is known to be one of the most affected areas by global warming, and it is likely that changes can be expected in the hydrological cycle. The aim of this CIFRE thesis is to assess the climate change impacts on extreme precipitation events using a so-called “futurization” method, in which a transfer function is built by comparing the quantiles of distribution for both present and future climate precipitation. The climate change impact on extreme precipitation events is assessed over high-resolution EMCORDEX simulations. The focus is on the Orbieu catchment located in southwestern France. The futurization method is applied to six major events of precipitation that trigger flash floods. The hydrological impacts of those future statistical counterpart precipitation events are therefore assessed through a conceptual event-based hydrological model. An assessment of soil moisture changes under climate change is performed and coupled to the hydrological impact quantification. The conceptual hydrological model chosen, have been motivated by its future operational applications. The consequences of that choice are assessed through a comparison to a physically based hydrological model. It has been implemented through the hydrological functioning caracterisation of the Orbieu catchment supported by several field campaigns

Les inondations constituent le risque naturel prédominant dans le monde et les dégâts qu'elles causent sont les plus importants parmi les catastrophes naturelles. Un des principaux facteurs expliquant les inondations sont les précipitations extrêmes. En raison des changements climatiques, l'occurrence et l'intensité de ces dernières risquent fort probablement de s'accroître. Par conséquent, le risque d'inondation pourrait vraisemblablement s'intensifier. Les impacts de l'évolution des précipitations extrêmes sont désormais un enjeu important pour la sécurité du public et pour la pérennité des infrastructures. Les stratégies de gestion du risque d'inondation dans le climat futur sont essentiellement basées sur les simulations provenant des modèles numériques de climat. Un modèle numérique de climat procure notamment une série chronologique des précipitations pour chacun des points de grille composant son domaine spatial de simulation. Les séries chronologiques simulées peuvent être journalières ou infra-journalières et elles s'étendent sur toute la période de simulation, typiquement entre 1961 et 2100. La continuité spatiale des processus physiques simulés induit une cohérence spatiale parmi les séries chronologiques. Autrement dit, les séries chronologiques provenant de points de grille avoisinants partagent souvent des caractéristiques semblables. De façon générale, la théorie des valeurs extrêmes est appliquée à ces séries chronologiques simulées pour estimer les quantiles correspondants à un certain niveau de risque. La plupart du temps, la variance d'estimation est considérable en raison du nombre limité de précipitations extrêmes disponibles et celle-ci peut jouer un rôle déterminant dans l'élaboration des stratégies de gestion du risque. Par conséquent, un modèle statistique permettant d'estimer de façon précise les quantiles de précipitations extrêmes simulées par un modèle numérique de climat a été développé dans cette thèse. Le modèle développé est spécialement adapté aux données générées par un modèle de climat. En particulier, il exploite l'information contenue dans les séries journalières continues pour améliorer l'estimation des quantiles non stationnaires et ce, sans effectuer d'hypothèse contraignante sur la nature de la non-stationnarité. Le modèle exploite également l'information contenue dans la cohérence spatiale des précipitations extrêmes. Celle-ci est modélisée par un modèle hiérarchique bayésien où les lois a priori des paramètres sont des processus spatiaux, en l'occurrence des champs de Markov gaussiens. L'application du modèle développé à une simulation générée par le Modèle régional canadien du climat a permis de réduire considérablement la variance d'estimation des quantiles en Amérique du Nord
Precipitation extremes plays a major role in flooding events and their occurrence as well as their intensity are expected to increase. It is therefore important to anticipate the impacts of such an increase to ensure the public safety and the infrastructure sustainability. Since climate models are the only tools for providing quantitative projections of precipitation, flood risk management for the future climate may be based on their simulations. Most of the time, the Extreme value theory is used to estimate the extreme precipitations from a climate simulation, such as the T-year return levels. The variance of the estimations are generally large notably because the sample size of the maxima series are short. Such variance could have a significant impact for flood risk management. It is therefore relevant to reduce the estimation variance of simulated return levels. For this purpose, the aim of this paper is to develop a non-stationary and regional statistical model especially suited for climate models that estimates precipitation extremes. At first, the non-stationarity is removed by a preprocessing approach. Thereafter, the spatial correlation is modeled by a Bayesian hierarchical model including an intrinsic Gaussian Markov random field. The model has been used to estimate the 100-year return levels over North America from a simulation by the Canadian Regional Climate Model. The results show a large estimation variance reduction when using the regional model

Les inondations constituent le risque naturel prédominant dans le monde et les dégâts qu’elles causent sont les plus importants parmi les catastrophes naturelles. Un des principaux facteurs expliquant les inondations sont les précipitations extrêmes. En raison des changements climatiques, l’occurrence et l’intensité de ces dernières risquent fort probablement de s’accroître. Par conséquent, le risque d’inondation pourrait vraisemblablement s’intensifier. Les impacts de l’évolution des précipitations extrêmes sont désormais un enjeu important pour la sécurité du public et pour la pérennité des infrastructures. Les stratégies de gestion du risque d’inondation dans le climat futur sont essentiellement basées sur les simulations provenant des modèles numériques de climat. Un modèle numérique de climat procure notamment une série chronologique des précipitations pour chacun des points de grille composant son domaine spatial de simulation. Les séries chronologiques simulées peuvent être journalières ou infrajournalières et elles s’étendent sur toute la période de simulation, typiquement entre 1961 et 2100. La continuité spatiale des processus physiques simulés induit une cohérence spatiale parmi les séries chronologiques. Autrement dit, les séries chronologiques provenant de points de grille avoisinants partagent souvent des caractéristiques semblables. De façon générale, la théorie des valeurs extrêmes est appliquée à ces séries chronologiques simulées pour estimer les quantiles correspondants à un certain niveau de risque. La plupart du temps, la variance d’estimation est considérable en raison du nombre limité de précipitations extrêmes disponibles et celle-ci peut jouer un rôle déterminant dans l’élaboration des stratégies de gestion du risque. Par conséquent, un modèle statistique permettant d’estimer de façon précise les quantiles de précipitations extrêmes simulées par un modèle numérique de climat a été développé dans cette thèse. Le modèle développé est spécialement adapté aux données générées par un modèle de climat. En particulier, il exploite l’information contenue dans les séries journalières continues pour améliorer l’estimation des quantiles non stationnaires et ce, sans effectuer d’hypothèse contraignante sur la nature de la non-stationnarité. Le modèle exploite également l’information contenue dans la cohérence spatiale des précipitations extrêmes. Celle-ci est modélisée par un modèle hiérarchique bayésien où les lois a priori des paramètres sont des processus spatiaux, en l’occurrence des champs de Markov gaussiens. L’application du modèle développé à une simulation générée par le Modèle régional canadien du climat a permis de réduire considérablement la variance d’estimation des quantiles en Amérique du Nord.

La zone euro-méditerranéenne a été identifiée comme particulièrement vulnérable au changement climatique avec une probabilité plus élevée d'occurrence d'événements extrêmes conduisant à des inondations et des sécheresses. Cependant, les modèles ont tendance à simuler trop souvent de faibles précipitations et à sous-estimer les fortes précipitations, ce qui les rend peu fiables pour l'estimation des futurs événements extrêmes dans cette région. La motivation de ce projet de thèse est de mieux comprendre et modéliser les processus conduisant à ces extrêmes, en considérant leur variabilité spatiale liée à des conditions très diverses, et de mieux estimer la réponse de ces processus au changement climatique. J'analyse d'abord le déclenchement des précipitations en me basant sur la relation entre les précipitations, la vapeur d'eau intégrée et la température troposphérique à partir de différents ensembles de simulations climatiques régionales sur l'Europe, de 0,44° de résolution à une résolution de l'ordre de 3 km permettant le développement explicite de la convection (CP pour convective-permitting), afin d'évaluer l'impact de la résolution et de la paramétrisation de la convection dans la représentation du déclenchement des précipitations. Ensuite, j'ai exploité un autre petit ensemble de simulations dans lesquelles la paramétrisation de la convection profonde est désactivée à une résolution plus grossière que 3km, ceci afin de démêler l'impact d'une résolution plus élevée de celui de la convection explicite dans les simulations CP. Enfin, j'ai étudié l'évolution des processus de déclenchement des précipitations dans un climat en réchauffement en utilisant un ensemble de simulations de CP. Les résultats montrent que l'ensemble de simulations CP permet de diminuer l'occurrence des faibles précipitations et de simuler des extrêmes de précipitations plus intenses. Pour expliquer ces résultats, je détermine la valeur critique d'humidité (IWVcv) au-delà de laquelle l'occurrence des précipitations augmente rapidement pour différents bins de température. Je montre que la fréquence plus faible des précipitations dans les simulations CP peut être expliquée par une valeur d'IWVcv plus élevée et une probabilité plus faible de dépasser cette valeur critique dans les régions de convection forte. La convection explicite joue un rôle plus important dans la simulation de la fréquence des précipitations, tandis que l'impact d'une résolution plus élevée varie selon les modèles. En outre, sur les hautes montagnes, la résolution du modèle a un impact plus important dans la simulation de l'IWVcv car les processus dynamiques liés à l'orographie jouent un rôle important dans le déclenchement de la convection. Sur les plaines, une résolution plus élevée a un impact plus important pour les basses températures mais à haute température, quand les processus convectifs dominent, l'impact de la convection explicite profonde est plus important. Au-dessus de la mer, l'IWVcv n'est pas affectée par la résolution du modèle car le déclenchement des précipitations dépend de la convergence à grande échelle. Dans un climat en réchauffement, la distribution de l'IWVcv devrait se déplacer vers des températures et une vapeur d'eau plus élevées, ce qui conduit à une convection moins fréquente mais plus forte dans les projections futures
The Euro-Mediterranean area has been identified as a hot-spot for climate change with higher probability of occurrence of extreme events conducive to floods and droughts. However, models tend to simulate too often light precipitation and to underestimate heavy precipitation, making them unreliable for the estimation of future extreme events over this region. The motivation of this PhD project is to better understand and model the processes leading to these extremes, by considering their spatial variability linked to very diverse conditions, and to better estimate the answer of these processes to climate change. I first analyze the triggering of precipitation based on the relationship between precipitation, IWV and tropospheric temperature from different ensembles of the regional climate simulations over Europe from 0.44° to convective-permitting (CP) resolution to assess the impact of resolution and convection parameterization in representing precipitation triggering. Then I used a small ensemble of simulations with the parameterization of deep convection switched off at a coarser resolution than the CP ensemble, this aims to disentangle the impact of higher resolution and explicit convection in CP simulations. Finally, I investigated the evolution of precipitation triggering processes in a warming climate using an ensemble of CP simulations. The results show that CP ensemble presents a lower occurrence of weak precipitation and more intense extreme events. To explain this tendency, I determine the critical value of water vapor (IWVcv) over which the precipitation occurrence picks up for different bins of temperature and I compare the values obtained for the different ensembles. I show that lower frequency of precipitation in CP simulations can be explained by higher IWVcv and lower probability to exceed IWVcv over the areas with vigorous convection. The explicit convection plays a more important role in simulating precipitation frequency, while the impact of higher resolution varies with different models. In addition, over the high mountain, model resolution has a larger impact in simulating IWVcv because dynamical processes linked to orography play an important role in triggering convection. Over the plains, higher resolution has a larger impact at low temperature bins but at high temperature, the impact of deep explicit convection is greater. Over the sea, IWVcv is not impacted by model resolution because precipitation triggering depends on large scale convergence over there. In a warming climate, the distribution of IWVcv is expected to shift towards higher temperature and water vapor, this leads to a less often but stronger convection in the future projections

Cette recherche porte sur deux points méthodologiques essentiels: l'étude des pluies extrêmes et l'analyse de l'érosivité des pluies en Tunisie centrale. La première partie concerne l'analyse statistique des séries pluviographiques et met en évidence: la bonne adéquation des lois de Gumbel et Montana aux séries de maxima saisonniers et annuels, pour différents pas de temps compris entre la demi-heure et 24 heures, la liaison entre le paramètre b de la loi de Montana, et le rapport des gradex des pluies journalières d'automne et annuels, ainsi que l'indépendance de ce paramètre avec les périodes de retour. Ainsi, la statistique des pluies extrêmes se caractérise assez bien à partir des trois paramètres: la pluie journalière décennale, le gradex journalier, et le paramètre b de la loi de Montana. Ces trois paramètres sont estimes sur les séries pluviométriques, et font l'objet d'une cartographie. L'application pratique de ce volet consistait enfin à fournir aux projecteurs une méthodologie régionale de prédétermination des pluies extrêmes horaires en tout lieu géographique et pour différentes durées comprises entre 30 minutes et 24 heures. La seconde partie aborde l'analyse de l'érosivité des pluies. Cette analyse s'est faite à l'aide d'un générateur stochastique des pluies, et du modèle pluie-érosivité de Wischmeier. On observe que la liaison de l'index r d'érosivité des pluies par rapport aux paramètres de pluie est particulièrement forte avec les intensités en 30 minutes. L'évènement érosif maximal de l'année est souvent très fortement érosif, si bien que l'ensemble de ces évènements extrêmes sur de longues périodes sont responsables de plus de 50% de l'érosion. Leur apparition est fréquente au printemps et surtout à l'automne. L'index des pluies se cumulant dans le temps comme l'érosion ou le dépôt de sédiments, nous avons simulé l'envasement progressif des retenues d'eau, afin de rechercher une méthode probabiliste de prédiction de leur durée de service. Nous avons notamment analyse les probabilités d'écart par rapport à une durée de service moyenne préalablement estimée
The research work presented in this thesis addresses two essential methodological themes: the study of extreme rainfalls, and the analysis of the rainfall erosivity in central tunisia. The first part of the study, devoted to the statistical analysis of the rainfall series, has highlighted the following aspects: the good fit between gumbel's and montana's laws at the seasonal and annual series of maxima for various time lags ranging from 30 minutes to 24 hours and the link between the b perameter of montana's law and the gradex ratio of the daily autumnal and annual rainfalls, as well as the independence of this parameter vis-a-vis the return intervals. The statistical analysis of extreme rainfalls may thus be well characterized using the three parameters that are the decenial rainfall on a daily basis,the daily gradex and the b parameter of montana's law. These three parameters are estimated from the rainfall series and have ben mapped. Such maps present the advantage of being generated from recent data collected over the study area. The practical application of part one of the study has finally consisted in providing a regionally valid methodology of aid to planners in predetermining extreme rainfalls on an hourly basis at any given point and for durations ranging from 30 minutes to 24 hours. Part two is devoted to the analysis of rainfall erosivity. The methodological procedure has been based on a stochastic rainfall generator and on the rainfall-erosivity model of wischmeier. It was observed that the distribution of the r inde of rainfall erositivy in relation of rainfall parameters is especially strong with the 30 minutes intensities because of their short duration. The maximum erosive event in the year is often extremely erosive, such that the sum of the extreme episodes over long periods accounts for over 50% of the measured erosion. These episodes are most commonly observed in spring, and especially in autumn

Chaque automne, des événements de précipitations intenses (HPEs) ont lieu en Méditerranée nord-occidentale. Cette thèse adopte une approche par la modélisation climatique régionale couplée atmosphère-océan pour traiter de la sensibilité de ces événements à des changements de température de surface de la mer (SST) résultant soit de biais dans le modèle couplé, soit de la réponse de la couche de mélange océanique à des forçages atmosphériques. Deux cas d’études mettent en évidence la sensibilité particulière des zones de convergence d’humidité aux changements de SST. L’élaboration d’indices synthétiques de changements dans les précipitations et de changements de SST en amont des zones précipitantes met en lumière dans plusieurs régions (Cévennes, région de Valence, Calabre) une relation linéaire entre ces deux quantités dans deux plateformes de modélisation différentes : MORCE et CNRM-RCSM4. Dans la région de Valence, en Espagne, nous montrons en outre que les événements de précipitations intenses sont souvent précédés d’un épisode de Mistral qui refroidit la zone amont des précipitations dans les jours précédant celles-ci, refroidissement qui tend ensuite à réduire l’intensité de l’événement précipitant
Every year in autumn, heavy precipitation events (HPEs) occur in the northwestern Mediterrranean. This thesis uses coupled atmosphere-ocean regional climate modeling to tackle the sensitivity of these events to sea surface temperature (SST) changes coming either from model biases or from the oceanic mixed layer response to atmospheric forcing. Two case studies show the particular sensitivity of moisture convergence zones to SST changes. The use of synthetic indexes of precipitation changes and SST changes in the upstream zones shows a linear relationship between the two indexes in several regions (Cévennes, the region of Valencia, Calabria) in the modeling platforms MORCE and CNRM-RCSM4. Furthermore, we show that the HPEs in the region of Valencia are often preceded by a Mistral event which cools the upstream zone whithin 5 days before the HPEs. In turn, this cooling tends to reduce the intensity of the HPE

Chaque automne, des événements de précipitations intenses (HPEs) ont lieu en Méditerranée nord-occidentale. Cette thèse adopte une approche par la modélisation climatique régionale couplée atmosphère-océan pour traiter de la sensibilité de ces événements à des changements de température de surface de la mer (SST) résultant soit de biais dans le modèle couplé, soit de la réponse de la couche de mélange océanique à des forçages atmosphériques. Deux cas d’études mettent en évidence la sensibilité particulière des zones de convergence d’humidité aux changements de SST. L’élaboration d’indices synthétiques de changements dans les précipitations et de changements de SST en amont des zones précipitantes met en lumière dans plusieurs régions (Cévennes, région de Valence, Calabre) une relation linéaire entre ces deux quantités dans deux plateformes de modélisation différentes : MORCE et CNRM-RCSM4. Dans la région de Valence, en Espagne, nous montrons en outre que les événements de précipitations intenses sont souvent précédés d’un épisode de Mistral qui refroidit la zone amont des précipitations dans les jours précédant celles-ci, refroidissement qui tend ensuite à réduire l’intensité de l’événement précipitant
Every year in autumn, heavy precipitation events (HPEs) occur in the northwestern Mediterrranean. This thesis uses coupled atmosphere-ocean regional climate modeling to tackle the sensitivity of these events to sea surface temperature (SST) changes coming either from model biases or from the oceanic mixed layer response to atmospheric forcing. Two case studies show the particular sensitivity of moisture convergence zones to SST changes. The use of synthetic indexes of precipitation changes and SST changes in the upstream zones shows a linear relationship between the two indexes in several regions (Cévennes, the region of Valencia, Calabria) in the modeling platforms MORCE and CNRM-RCSM4. Furthermore, we show that the HPEs in the region of Valencia are often preceded by a Mistral event which cools the upstream zone whithin 5 days before the HPEs. In turn, this cooling tends to reduce the intensity of the HPE

Parallèlement au contexte du réchauffement climatique, la vulnérabilité face aux événements hydrologiques extrêmes est en constante augmentation, notamment en France. Si l'effet du changement climatique sur les températures maximales est avéré, son impact sur le régime des pluies fortes n'est pas établi, et l'on s'interroge, depuis quelques années, sur la perception d'une recrudescence des événements extrêmes : urbanisation mal maîtrisée, surmédiatisation ou changement climatique ? Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est double. Premièrement, mettre au point des outils statistiques permettant l'étude régionale de la stationnarité des extrêmes climatiques. En effet, le changement climatique est un phénomène à grande échelle qui devrait avoir un impact à l'échelle régionale. Deuxièmement, étudier la stationnarité des précipitations méditerranéennes intenses. Deux approches sont ici proposées. La première permet de mettre en évidence des changements locaux significatifs à l'échelle régionale. La deuxième consiste à rechercher une tendance régionale qui soit commune à l'ensemble des stations d'une même zone. Cette deuxième méthode est basée sur l'utilisation de copules multivariées qui permettent de prendre en compte formellement la dépendance spatiale des données. L'estimation par maximum de vraisemblance est alors réalisée via les algorithmes génétiques. Ainsi, 92 séries de précipitations du pourtour méditerranéen français sont examinées. Une tendance à la hausse des maxima annuels est observée sur une bande méridienne allant de l'Ariège à la Corrèze, mais également dans le Massif Central, les Cévennes et les montagnes du Roussillon
At the same time as the global warming context, the vulnerability in front of extreme hydrological events is in constant increase, notably in France. If the effect of the climate change on the maximal temperatures is turned out, its impact on the regime of strong rains is not established, and we wonder, for some years, about the perception of an increasing number of extreme events: badly mastered urbanization, excessive media coverage or climate change? In this context, the objective of this thesis is double. In the first place, to define statistical tools allowing the regional study of the stationnarity of climatic extremes. Indeed, the climate change is a large-scale phenomenon which should have an impact at the regional scale. Secondly, to study the stationnarity of the intense Mediterranean precipitations. Two approaches are proposed here. The first one allows to detect significant local changes at the regional scale. The second consists in looking for a regional tendency which is common to all the stations of a same zone. This second method is based on the use of multivariate copula which allow to take formally into account the spatial dependence of the data. The estimation by maximum likelihood method is then realized via the genetic algorithms. So, 92 precipitation series of the French Mediterranean region are examined. An increase of annual maxima is observed on a meridian band going from the Ariège to the Corrèze, and also in the Massif Central, Cevennes and the mountains of Roussillon