Tesi: "Modélisation du bilan de masse en surface"

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Gential, Luc. "Modélisation du bilan de masse en surface de la calotte glaciaire antarctique". Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10092.

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Abstract (sommario):

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

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Gential, Luc. "Modélisation du bilan de masse en surface de la calotte glaciaire antarctique". Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00189139.

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Abstract (sommario):

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

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Donat-Magnin, Marion. "Variabilité atmosphérique en Antarctique de l'Ouest : Impact sur la circulation océanique et sur le bilan de masse de surface de la calotte Interannual Variability of Summer Surface Mass Balance and Surface Melting in the Amundsen Sector, West Antarctica". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU032.

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Abstract (sommario):

Depuis les années 90, l’Antarctique de l’Ouest, dont le secteur d’Amundsen, affiche une importante perte de masse provenant principalement de l’accélération des glaciers côtiers en réponse à une fonte océanique plus conséquente sous les plateformes de glace. Ces plateformes sont généralement confinées est agissent comme un verrou pour l’écoulement. En subissant davantage de fonte basale, les plateformes deviennent fragiles et les glaciers en amont s’accélèrent, contribuant ainsi à augmenter le niveau des mers. L’avenir de l’Antarctique de l’Ouest est particulièrement préoccupant car sa configuration rend la calotte sujette à une instabilité marine. Par ailleurs, ces plateformes pourraient s’affaiblir sous l’effet d’une augmentation de la fonte de surface dans un climat plus chaud (hydrofracturation), rendant là aussi une instabilité possible. L’arrivée de ces instabilités pourrait être freinée ou compensée par l’évolution du bilan de masse de surface qui se compose majoritairement de précipitations neigeuses, sporadiquement augmenté par la pluie, et légèrement amoindri par la sublimation et le runoff. Cette thèse porte sur la modélisation de l’ensemble des processus atmosphériques et océaniques pouvant faire évoluer la contribution de l’Antarctique de l’Ouest au niveau des mers.Pour cela une projection océanique représentant les cavités sous-glaciaires a d’abord été réalisée avec le modèle NEMO. La circulation induite par la fonte océanique modifie la réponse de l’océan côtier à un futur changement de circulation atmosphérique, si bien qu’utiliser des modèles de climat ne représentant pas les cavités donne une indication faussée du réchauffement de l’océan autour de la calotte. Nous avons également mis en évidence une rétroaction positive entre la fonte sous-glaciaire et le retrait de la ligne d’échouage, entraînant une augmentation de la fonte jusqu’à 2.5 fois. Ces résultats indiquent la nécessité de coupler des modèles de calotte et d’océan pour établir des projections futures, même si les projections envisagées dans cette thèse restent relativement idéalisées.Pour établir des projections de bilan de masse de surface, il est nécessaire d’utiliser un modèle atmosphérique avec une représentation fine des processus polaires, notamment ceux liés au manteau neigeux. Ainsi nous avons utilisé le modèle atmosphérique régional MAR pour établir des projections dans le secteur d’Amundsen. Nous avons d’abord montré que MAR est approprié pour représenter le climat de surface observé en Antarctique de l’Ouest. Nous avons trouvé qu’aucun des modes climatiques (ASL, SAM, ENSO) n’expliquent plus de 50% de la variance de la fonte et du SMB en été à l’échelle interannuelle, et il est donc difficile d’utiliser des projections des modes climatiques comme indication de l’évolution du climat de surface.Forcé par le signal multi-modèle CMIP5 dans le scénario rcp85, MAR prévoit une augmentation du bilan de masse de surface de 30-40% d’ici 2100. Cette augmentation est équivalente à une baisse de 0.33 mm/an de niveau des mers, ce qui compenserait l’effet de la dynamique si celle-ci restait à son niveau actuel (0.26 mm/an). Ces projections indiquent également 5 à 15 fois plus de fonte de surface sur les plateformes du secteur Amundsen, mais la quasi-totalité de la fonte produite chaque année continue à regeler dans la couche de neige annuelle, et ne devrait donc contribuer de manière importante ni au bilan de masse de surface ni à l’hydrofracturation.Il ressort de ces travaux qu’un couplage océan/calotte dans les modèles de climat est primordial pour simuler le futur de l’Antarctique et de l’océan Austral. Une représentation fine des processus liés à la fonte de surface et au regel dans le névé est également essentielle car la possibilité d’hydrofracturation des plateformes dans un climat plus chaud relève d’un équilibre subtil entre l’augmentation de l’accumulation, de la température, et les rétroactions liées à l’albédo et à l’humidité
West Antarctica, and particularly the Amundsen sector, has shown since the 1990s a large increase of mass loss related to coastal glacier acceleration in response to an increase of oceanic melt underneath ice shelves. Ice shelves play a buttressing role for ice-stream and increased oceanic melt therefore lead to ice shelves thinning and glacier acceleration, which contributes to sea level rise. West Antarctica is of particular concern because its configuration is prone to marine ice-sheet instability. It has been suggested that ice shelves weaken under large surface melt in a warmer climate (hydrofracturing), possibly leading to another kind of instability. Instabilities could be slowed down or compensated by future Surface Mass Balance (SMB) that consists mainly of snowfall, sporadic rainfall, and is slightly reduced by sublimation and runoff. The main objective of this PhD work is to model the atmospheric and oceanic processes that will most likely affect the future West Antarctic contribution to sea level rise.First, oceanic projections have been developed using the NEMO ocean model. The ocean circulation induced by ice-shelf basal melting affects the ocean response to future changes in surface winds. Therefore, models that do not represent ice-shelf cavities produce wrong warming patterns around Antarctica. A positive feedback between oceanic melting and grounding-line retreat has been identified and can increase melt rates by a factor of 2.5. These results are strong incentive to couple ocean and ice sheet models, although the projections proposed here are relatively idealized.To run SMB and surface melting projections, an atmospheric model with a fine representation of polar processes, including those related to the snowpack, is needed. MAR is found to be an appropriate tool to simulate the present-day surface climate in the Amundsen region. We find that none of the large climate modes of variability (ASL, SAM, ENSO) explains more than 50% of surface melt and SMB summer variance at the interannual timescale. The use of climate mode variability projections to estimate the future surface climate of West Antarctica is therefore not trivial.Forced by the CMIP5 multi-model mean under the RCP8.5 scenario, MAR predicts an increase of SMB by 30-40% for the end of the 21st century. This increase corresponds to 0.33 mm yr-1 of sea level drop down, which is higher than the current West Antarctic contribution of ~0.26 mm yr-1 from ice dynamics. Surface melt is also projected to increase by a factor of 5 to 15 over the Amundsen ice shelves, but most of it is projected to refreeze in the annual snow layer, so future melting should not have a strong contribution to SMB or hydrofracturing.To conclude we show that coupled ocean and ice sheet climate models are essential to simulate the future of Antarctica and Southern Ocean. A fine representation of surface melt and refreezing processes within the snowpack is also crucial as possible hydrofracturing is threatening in a warmer climate and it comes within a delicate equilibrium between snowfall, air temperature, and feedback related to albedo and humidity

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Colleoni, Florence. "La glaciation de la fin du Saalien (160-140 ka) : modélisation du climat". Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10131.

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Abstract (sommario):

Ce travail se concentre essentiellement sur le glaciation de la fin du Saalien (160 -140 ka) en Eurasie. Les résultats du projet Quaternary Environment of the Eurasian North montrent que durant cette période, la calotte Eurasienne était plus grosse que durant le Dernier Maximum Glaciaire (LGM, 21 ka). Les paramètres orbitaux de ces deux périodes étaient différents alors que les concentration de gaz à effet de serre étaient identiques. Afin de comprendre comment cette calotte a pu atteindre cette taille en Eurasie durant la fin du Saalien, nous avons utilisé un modèle de circulation générale atmosphérique (AGCM), un AGCM couplé à une couche mixte océanique ainsi qu'un modèle de végétation pour explorer l'influence des paramètres régionaux, des températures de surface océaniques et des paramètres orbitaux sur le bilan de masse en surface (SMB) de cette calotte Saalienne. A 140 ka, les lacs proglaciaires, la végétation et les températures océaniques simulées refroidissent le climat régional, diminuant l'ablation le long des marges Sud. Les dépôt de poussière au contraire, réchauffent le climat. La présence d'un ice-shelf dans l'Océan Arctique durant le MIS 6 n'affecte pas le SMB de la calotte eurasienne. Selon les données géologiques, la calotte Saalienne avait atteint sa taille maximale avant 160 ka. L'insolation d'été dans les hautes latitudes montre un pic très net vers 150 ka. La climat simulé avant 140 ka est plus humide et l'ablation le long des marges sud est plus importante bien que le SMB reste positif. La calotte Saalienne semble avoir été suffisamment grosse pour générer son propre refroidissement régional et se maintenir en Eurasie jusqu'à la Terminaison II (130 ka)
This thesis focuses on the glaciation of the Late Saalian period (160 -140 ka) over Eurasia. The Quaternary Environment of the Eurasian North project evidenced that during this period, the Eurasian ice sheet was substantially larger than during the entire Weichselian cycle and especially than during the Last Glacial Maximum (21 ka, LGM). The Late Saalian astronomical forcing were different than during the LGM while greenhouse gas concentrations were similar. To understand how this ice sheet could have grown so large over Eurasia during the Late Saalian, we use an Atmospherical General Circulation Model (AGCM), an AGCM coupled to an oceanic mixed layer and a vegetation model to explore the influence of regional parameters, sea surface temperatures (SST) and orbital parameters on the surface mass balance (SMB) of the Late Saalian Eurasian ice sheet. At 140 ka, proglacial lakes, vegetation and simulated Late Saalian SST cool the Eurasian climate, reducing the ablation along the southen margins. Dust deposition on snow have the opposite effect. The presence of a Canada Basin ice-shelf during MIS 6 in the Arctic Ocean, does not affect the mass balance of the ice sheet. According to geological evidences, the Late Saalian Eurasian ice sheet reached its maximum extent before 160 ka. Northern Hemisphere high latitudes summer insolation shows a large insolation peak towards 150 ka. The simulated climate prior to 140 ka is milder and ablation is larger along the southern margins of the Eurasian ice sheet although the mean annual SMB is positive. The Late Saalian Eurasian ice sheet, may have been large enough to generate its own cooling needed for its maintenance over Eurasia

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Colleoni, Florence. "La glaciation de la fin du Saalien (160 - 140 ka): modélisation du climat". Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00418445.

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Abstract (sommario):

Ce travail se concentre essentiellement sur le glaciation de la fin du Saalien (160 -140 ka) en Eurasie. Les résultats du projet Quaternary Environment of the Eurasian North montrent que durant cette période, la calotte Eurasienne était plus grosse que durant le Dernier Maximum Glaciaire (LGM, 21 ka). Les paramètres orbitaux de ces deux périodes étaient différents alors que les concentration de gaz à effet de serre étaient identiques. Afin de comprendre comment cette calotte a pu atteindre cette taille en Eurasie durant la fin du Saalien, nous avons utilisé un modèle de circulation générale atmosphérique (AGCM), un AGCM couplé à une couche mixte océanique ainsi qu'un modèle de végétation pour explorer l'influence des paramètres régionaux, des températures de surface océaniques et des paramètres orbitaux sur le bilan de masse en surface (SMB) de cette calotte Saalienne.
A 140 ka, les lacs proglaciaires, la végétation et les températures océaniques simulées refroidissent le climat régional, diminuant l'ablation le long des marges Sud. Les dépôt de poussière au contraire, réchauffent le climat. La présence d'un ice-shelf dans l'Océan Arctique durant le MIS 6 n'affecte pas le SMB de la calotte eurasienne. Selon les données géologiques, la calotte Saalienne avait atteint sa taille maximale avant 160 ka. L'insolation d'été dans les hautes latitudes montre un pic très net vers 150 ka. La climat simulé avant 140 ka est plus humide et l'ablation le long des marges sud est plus importante bien que le SMB reste positif. La calotte Saalienne semble avoir été suffisamment grosse pour générer son propre refroidissement régional et se maintenir en Eurasie jusqu'à la Terminaison II (130 ka).

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Dupont, Florent. "Télédétection micro-onde de surfaces enneigées en milieu arctique : étude des processus de surface de la calotte glaciaire Barnes, Nunavut, Canada". Thèse, Université de Sherbrooke, 2014. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/5306.

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Abstract (sommario):

Résumé : La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, il est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour pallier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives sont d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte. // Abstract : Significant climate change is curently monitored in the Arctic, and especially in the region of the canadian arctic archipellago. This climate warming leads to recession of seaice extent and seasonnal snow cover, and also to large mass loss of the archipellago’s ice caps. One of the most southern ice cap, the Barnes Ice Cap, located on the Baffin Island, is no exception to significant mass loss and margins recession as satellite observations exhibited over the last decades. Despite the relative low sea level potential of the small ice caps located in the canadian arctic achipellago in regards to major ice sheets, Antarctica and Greenland, their contribution to the current sea level rise is significant. Climate projections show that this contribution could accelerate significant over the next decades. However, to estimate the future evolution of these ice caps and their impact on climate or sea level rise, a better characterisation of the surface processes such as the evolution of the surface mass balance is needed. This knowledge is currently very limited, mainly due to the sparse covering of automatic weather stations or in-situ measurements over the Arctic. Furthermore, several ice caps, among with the Barnes Ice Cap, present a superimposed ice accumulation area which particularities have to be taken into account in the surface processes studies. Given the lack of in-situ data, the approach choosen in this work is to use remote sensing data, that have the advantage to offer a good spatial and temporal coverage. In particular, passive microwave data are very suitable for snowy surfaces studies. To complement these data, physical and electromagnetic snowpack modeling provide a fine characterisation of surface processes such as snow accumulation. The whole work presented in this manuscript thus consisted in developping specific tools to improve the understanding of surface processes of small arctic ice caps. This methodological development was performed and applied on the Barnes Ice Cap using the surface scheme SURFEX-CROCUS and the electromagnetic model DMRT-ML. First results highlight a significant increase in surface melt duration over the past 3 decades on the Barnes Ice Cap (increase of more than 30% over 1979-2010 period). A similar trend is also monitored over the Penny Ice Cap, located in the south part of the Baffin Island (increase of more than 50% over the same period). Then, the surface mass balance over the last decade was modeled by using a physical based modeling chain constrained by remote sensing data. The results give a mean net accumulation of +6,8 cm y−1 on the summit area of the ice cap. Finaly, sensitivity tests, performed to investigate the climatic sensitivity of the surface mass balance, highlight a threshold effect that may lead to a complete disapearence of the accumulation area of the Barnes Ice Cap. With a temperature increase less than 1°C, modeling results suggest it is likely that the threshold will be reached rapidly leading to an increase in mass loss from the ice cap.

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Hoang, Thi Khanh Dieu. "A numerical approach to understanding rates of ice sheet build-up during the Quaternary". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2025. http://www.theses.fr/2025UPASJ002.

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Abstract (sommario):

Au cours du Quaternaire (depuis 2.6 Ma), les calottes glaciaires connaissent différents épisodes d'avancée-retrait correspondant aux cycles glaciaires-interglaciaires. L'étude de ces événements épisodiques permet de mieux comprendre les mécanismes à l'origine de l'évolution de la Terre et d'améliorer les prévisions dans le contexte du réchauffement climatique actuel.La simulation des interactions entre les calottes polaires et le climat sur des échelles de temps aussi longues nécessite des approches de modélisation numérique qui représentent suffisamment le système réel tout en maintenant des coûts de calcul faibles. Dans la première partie de cette thèse, j'utilise un modèle système terre système terrestre de complexité intermédiaire (iLOVECLIM) couplé au modèle 3D de calotte polaires GRISLI pour simuler l'avancée abrupte de la calotte glaciaire au début du dernier cycle glaciaire (120-115 kaBP). Les résultats indiquent que les débuts de glaciation ne peuvent pas être expliqués uniquement par la théorie astronomique (en résponse aux forçages orbitaux). Les rôles de la biosphère et de l'océan par le biais de différents mécanismes de rétroaction doivent être inclus pour expliquer la localisation et l'étendue de l'avancée de la calotte glaciaire. De plus, une simulation appropriée du processus d'accumulation de la calotte glaciaire est essentielle pour obtenir des résultats corrects.Dans la deuxième partie de la thèse, j'étudie les comportements d'un modèle de neige multicouche BESSI afin de fournir une simulation de bilan de masse de surface (SMB) davantage basée sur la physique pour iLOVECLIM-GRISLI. Le modèle de neige présente de bons résultats par rapport à un modèle climatique régional MAR de pointe pour le climat actuel dans différentes conditions de calotte glaciaire. Pour le dernier interglaciaire (130-116 kaBP), BESSI forcé par iLOVECLIM montre une plus grande sensibilité aux forçages climatiques que la paramétrisation SMB existante d'iLOVECLIM-GRISLI. En outre, l'évolution du SMB simulée par BESSI-iLOVECLIM se situe également dans une fourchette acceptable par rapport à d'autres études. Cependant, comme ce modèle de neige est davantage fondé sur la physique que la paramétrisation existante, l'influence des biais d'iLOVECLIM est plus importante pour BESSI, ce qui nuit à ses performances. Moyennant des travaux à venir sur la correction de biais et la méthode de couplage, mon étude ouvre la voie à l'utilisation de BESSI dans le cadre du couplage entre le modèle de climat iLOVECLIM et le modèle de calottes glaciaires GRISLI
During the Quaternary (since 2.6 Ma), ice sheets experience different advance-retreat episodes corresponding to glacial-interglacial cycles. Studying these episodic events provides a better understanding of the mechanisms behind the Earth's evolution, improving the future projection for the current global warming.Simulating ice sheet-climate interactions for long timescales requires numerical modeling approaches that sufficiently represent the real system while maintaining low computational costs. In the first part of this thesis, I utilize an Earth System of Intermediate Complexity (iLOVECLIM) coupled to the 3D ice sheet model GRISLI to simulate the abrupt ice sheet advance during the beginning of the last glacial cycle (120-115 kaBP). The results indicate glacial inceptions cannot be explained solely by the astronomical theory (the influence of orbital forcings). The roles of the biosphere and ocean through different feedback mechanisms must be included to explain the location and extent of ice sheet advance. Also, an appropriate simulation of the ice sheet accumulation process is essential to obtain results consistent with the paleo records.In the second part of the thesis, I investigate the behaviors of a multi-layer snow model BESSI to provide a more physics-based surface mass balance (SMB) simulation for iLOVECLIM-GRISLI. The snow model exhibits good results compared to a state-of-the-art Regional Climate Model MAR for the present-day climate under different ice sheet conditions. For the Last Interglacial (130-116 kaBP), BESSI forced by iLOVECLIM shows higher sensitivity to the climate forcings than the existing SMB parameterization of iLOVECLIM-GRISLI. Additionally, the SMB evolution simulated by BESSI-iLOVECLIM is also in an acceptable range compared to other studies. However, since this snow model is more physics-based than the existing parameterization, the influence of biases of iLOVECLIM is more significant for BESSI, hampering its performance. With further work to come on bias correction and the coupling method, my study paves the way for the use of BESSI in the coupling between the iLOVECLIM climate model and the GRISLI ice sheet model

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Guinaldo, Thibault. "Paramétrisation de la dynamique lacustre dans un modèle de surface couplé pour une application à la prévision hydrologique à l’échelle globale". Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0125.

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Abstract (sommario):

L'hydrologie continentale s'intéresse à tous les aspects du cycle de l'eau des terres émergées et représente les flux de masse d'eau qui sont échangées. Que ce soit dans le sous-sol, au sein des lacs ou dans le brassage continu des torrents, l'eau et les processus hydrologiques associés entretiennent un lien direct avec la dynamique atmosphérique et la variabilité climatique. La représentation, à l'échelle globale, de ces processus hydrologiques s'appuie sur des techniques de modélisation qui, au CNRM, passent par un système couplé composé du modèle de surface ISBA et du modèle de routage en rivière CTRIP. Ces dernières années, les progrès réalisés sur les paramétrisations existantes et la représentation des nouveaux processus dans ISBA comme dans CTRIP ont abouti à une nette amélioration des performances de ce système pour des applications hydrologiques régionales ou globales couplées avec un modèle de climat. Dans la continuité de ces efforts, l'objectif principal de cette thèse est de développer une paramétrisation dynamique des lacs pour intégrer leur bilan de masse dans le modèle global CTRIP à 1/12°. Par ailleurs, le modèle développé, MLake, propose un diagnostic sur le marnage des lacs afin de permettre le suivi du niveau d'eau basé sur des mesures satellitaires. Bénéficiant d'un réseau de mesures dense et de forçages climatiques à haute résolution, le bassin versant du Rhône a été choisi pour évaluer localement MLake sur la période 1960-2016. Les résultats sur trois stations de jaugeages montrent une progression nette des performances de CTRIP dans la simulation des débits du Rhône aboutissant à un lissage des hydrographes qui se caractérise par un écrêtement des débits de crues et un soutien à l'étiage. Par ailleurs, la confrontation du diagnostic sur les niveaux d'eau du Léman avec des mesures locales révèle une capacité du modèle à suivre les cycle annuels et inter-annuels du marnage. Une deuxième évaluation s'est ensuite portée à l'échelle globale pour confirmer le comportement du modèle dans des conditions hydroclimatiques contrastées. Cette évaluation confirme la capacité du modèle à simuler des débits réalistes mais révèle la perturbation importante du cycle hydrologique naturel par l'anthropisation. Enfin les résultats préliminaires d'une simulation globale démontre l'intérêt d'utiliser MLake avec une amélioration systématique des scores dans les zones de grande densité lacustre. Ainsi, 45% des stations évaluées, principalement dans les régions arctiques, présentent une amélioration des scores statistiques. Enfin, cette étude engage une réflexion sur les perspectives d'améliorations du modèle, notamment la mise en place d'une bathymétrie de lac à l'échelle globale, en vue d'un couplage avec un modèle de climat et de l'utilisation des données de la future mission spatiale SWOT
The water cycle encompasses the main processes related to mass fluxes that influence the atmosphere and climate variability. More specifically, continental hydrology refers to the water transfer occurring at the land surface and sub-surface. Modelling is one of the main methods used for the representation of these processes at regional to global scales. The land surface model system used in this thesis is composed of the ISBA land surface model coupled to the river routing model TRIP that combines the CNRM’s latest developments for use in stand-alone hydrological applications or coupled to a climate model. This PhD is focused on the development and evaluation of lake mass-balance dynamics and water level diagnostics using a new non-calibrated model called MLake which has been incorporated into the 1/12° version of the CTRIP model. Simulated river flows forced by high resolution hydrometeorological forcings are evaluated for the Rhone river basin against in situ observations coming from three river gauges over the period 1960-2016. Results reveal the positive contribution of MLake in simulating Rhone discharge and in representing the lake buffer effects on peak discharge. Moreover, the evaluation of the simulated and observed water level variations show the ability of MLake to reproduce the natural seasonal and interannual cycles. Based on the same framework, a final evaluation was conducted in order to assess the value of the non-calibrated MLake model for global hydrological applications. The results confirmed the capability of the model to simulate realistic river discharges worldwide. At 45% of the river gauge stations, which are mostly located within regions of high lake density, the new model resulted in improved simulated river discharge. The results also highlighted the strong effect of anthropization on the alterations of river dynamics, and the need for a global representation of human-impacted flows in the model. This study has lead to several future perspectives, such as the incorporation of a parametrization of lake hypsometry for use at global scale. The implementation of such developments will improve the representation of vertical water dynamics and facilitate both the coupling of MLake within the CNRM earth system model framework and the future spatial mission SWOT for improved future global hydrological and water resource projections

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Dumas, Christophe. "Modélisation de l'évolution de l'Antarctique depuis le dernier cycle glaciaire-interglaciaire jusqu'au futur : importance relative des différents processus physiques et rôle des données d'entrée". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701353.

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Abstract (sommario):

Le système climatique terrestre est forme de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (océans, atmosphère, calottes de glace, biosphère et lithosphère). La modélisation numérique permet d' étudier ces interactions. Dans ce travail, nous avons modélisé l' évolution de la calotte de glace Antarctique, le plus grand réservoir d'eau douce sur Terre. Nous avons utilisé le modèle 3D développé au LGGE. Il tient compte du couplage thermomécanique entre les vitesses et les températures dans la glace et de l' écoulement spécifique de la glace flottante. Le modèle a été amélioré sur plusieurs points : la loi de déformation de la glace, la loi de frottement sous les fleuves de glace, le calcul de la chaleur de déformation et la paramétrisation de la fusion sous les plates-formes de glace flottante. De plus, des modifications numériques ont été apportées. Différentes expériences ont montré une grande asymétrie de comportement de la calotte en englacement et déglacement. Une simulation des quatre derniers cycles glaciaires-interglaciaires a permis de valider les modifications effectuées sur le modèle. Les résultats indiquent que, dans le futur, la contribution de l'Antarctique à l'augmentation du niveau des mers pour les prochains siècles devrait être négligeable, puis s'accentuer ensuite. Nous avons aussi montré la forte sensibilité des résultats à la carte de socle utilisée en entrée du modèle. Enfin, la résolution du modèle a été augment ée en passant d'une maille de 40 km à 20 km, ce qui permet de mieux prendre en compte les structures fines de la topographie.

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Magand, Olivier. "Bilan de masse de surface antarctique : techniques de mesure et analyse critique". Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10042.

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Abstract (sommario):

Les régions polaires représentent actuellement les régions mondiales où les changements liés au réchauffement climatique se manifestent de manière particulière et souvent spectaculaire. Notre capacité actuelle à comprendre les modes naturels de la variabilité climatique dans ces zones, ainsi que les impacts directs ou indirects de l'activité anthropique sur ces modes, reste encore relativement limitée. Ainsi, la nappe glaciaire Antarctique et ses composantes (atmosphère, océan, glace de mer) restent encore mal représentées dans les modèles climatiques actuels, contribuant notamment à de fortes incertitudes sur les projections climatiques futures et l'évolution associée du niveau des océans. La poursuite des études sur l'équilibre ou non (et l'évolution future) du bilan de masse (surface et total) des différents secteurs du continent Antarctique, par rapport au réchauffement climatique actuel, s'avère donc primordiale. Dans le cadre de ce manuscrit, je propose de contribuer à réduire les incertitudes du Bilan de Masse de Surface (BMS) Antarctique, permettant d'aborder une optimisation de la cartographie actuelle de ce dernier que ce soit avec les modèles climatiques ou les cartes d'interpolation de BMS
The study of the cryosphere, which is one of the main active component in the global climate system, including global sea level, represents a major interest in the understanding of the current climatic changes. The polar zones are, at the moment, the world areas where the climatic changes appear in a spectacular way, and this reinforces the necessity of a better understanding of the total and surface mass balance of the ice sheets. Indeed, the Antarctic mass balance (surface and total), is not well known yet and is not correctly represented in current climatic models; this matter of fact contributes to strong uncertainties about future climate projection as well as associated potential contribution on sea level change. As a consequence, the continuation of studies on total and surface mass balance (and future change) in the different Antarctic regions, in response to the actual (and future climate), appears essential. In the framework of the present manuscript, I propose to reduce uncertainties in the Antarctic surface mass balance (SMB) estimates, inducing the possibility to optimize the reconstruction of the accumulation parameter over the continent with atmospheric general circulation (climatic) models and interpolation maps of in situ observations

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Magand, Olivier. "Bilan de Masse de Surface Antarctique : Techniques de mesure et analyse critique". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00374371.

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Abstract (sommario):

Les régions polaires représentent actuellement les régions mondiales où les changements liés au réchauffement climatique se manifestent de manière particulière et souvent spectaculaire. Notre capacité actuelle à comprendre les modes naturels de la variabilité climatique dans ces zones, ainsi que les impacts directs ou indirects de l'activité anthropique sur ces modes, reste encore relativement limitée. Ainsi, la nappe glaciaire Antarctique et ses composantes (atmosphère, océan, glace de mer) restent encore mal représentées dans les modèles climatiques actuels, contribuant notamment à de fortes incertitudes sur les projections climatiques futures et l'évolution associée du niveau des océans. La poursuite des études sur l'équilibre ou non (et l'évolution future) du bilan de masse (surface et total) des différents secteurs du continent Antarctique, par rapport au réchauffement climatique actuel, s'avère donc primordiale. Dans le cadre de ce manuscrit, je propose de contribuer à réduire les incertitudes du Bilan de Masse de Surface (BMS) Antarctique, permettant d'aborder une optimisation de la cartographie actuelle de ce dernier que ce soit avec les modèles climatiques ou les cartes d'interpolation de BMS.

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Bernus, Anthony. "Modélisation du bilan d’énergie des lacs dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASJ002.

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Abstract (sommario):

Au regard de l’importance des lacs sur le climat et de leur rôle sociétal, il estpertinent de les implémenter dans les modèles de climats pour comprendre leur influence sur les différents cycles comme ceux de l’eau, du carbone, du méthane ou encore leur interaction avec la couche limite de l’atmosphère. Cette thèse vise à implémenter les lacs dans le modèle de surface continental ORCHIDEE. Nous avons choisi le modèle à une dimension Flake qui simule le bilan d’énergie des lacs.Dans une première partie de cette thèse nous avons réalisé une analyse de sensibilité des différents paramètres su modèle Flake. Nous avons mis en avant que les températures de surface des lacs et les flux de chaleur de surface sont d’abord sensibles à la profondeur. Cependant selon l’intervalle de profondeur choisie (peu ou très profond), on remarque que l’influence de la profondeur est plus important pour les lacs peu profond. Le coefficient d’extinction qui mesure la pénétration du rayonnement solaire dans l’eau est lui aussi influent pour les lac de faible profondeur.Dans la suite du travail, nous avons couplé ORCHIDEE avec FLake et testé plusieurs stratégies d’agrégation des profondeurs à plusieurs résolutions (0.25 et 0.5 degrés). Nous avons utilisé la base de données GloboLakes pour valider les températures de surface de lac et la base de données « Global Lake and River Ice Phenology Database » pour valider les périodes de gel. Nous avons utilisé 5 forçages atmosphériques différents et nous avons remarqué la forte sensibilité du couplage aux forçages choisis. La stratégie d’agrégation des profondeurs des lacs à l'échelle de la maille de calcul, quant à elle, influence peu les résultats.Le modèle couplé a finalement montré de bons résultats. Pour chaque série, la médiane des erreurs obtenues sur les températures à varie entre 2.7 K et 3.2 K. Les périodes de gel sont en général surestimées. La médiane des erreurs sur la période de gel varie entre 20 et 41 jour selon le forçage utilisé.Des pistes d’amélioration du couplage sont envisagées comme la paramétrisation spatiale du coefficient d’extinction et l’évolution temporelle des profondeurs contraintes par les mesures satellitaires du futur instrument SWOT. Enfin, dans une perspective à plus long terme, il est envisagé de coupler le modèle ORCHIDEE-FLake avec le modèle atmosphérique LMDZ
Given the importance of lakes on the climate and their socio-economic role, it is important to implement them in climate models to understand their influence on the various cycles such as water, carbon, methane or energy cycle and their interaction with the atmospheric boundary layer. This thesis aims to implement lakes in the ORCHIDEE continental surface model. We have chosen the one-dimensional Flake model which simulates the energy balance of lakes.In a first part of this thesis we have performed a sensitivity analysis of the different parameters of the Flake model. We show that lake surface temperatures and surface heat fluxes are mainly sensitive to depth. However, depending on the chosen depth interval (shallow or very deep), we notice that the influence of the depth is more important for the shallow lakes. The extinction coefficient which measures the penetration of solar radiation in water is also influential for shallow lakes.In the following work, we coupled ORCHIDEE with FLake and test several depth aggregation strategies at several resolutions (0.25 and 0.5 degrees). We use the GloboLakes database to validate lake surface temperatures and the Global Lake and River Ice Phenology Database to validate freezing periods. We used five different atmospheric forcings and noticed the strong sensitivity of the coupling to the chosen forcings. The aggregation strategy of the lake depths has a small influence on the results.Finally, the coupled model shows good results. For each series, the median of the errors obtained on the temperatures varies between 2.7 K and 3.2 K. The freezing periods are generally overestimated. The median of the errors on the freezing period varies between 20 and 41 days depending on the forcing used.Future works are considered to improve the coupling, such as the spatial parameterization of the extinction coefficient and the temporal evolution of the depths constrained by the satellite measurements of the future SWOT instrument. Finally, in a longer term perspective, it is envisaged to couple the ORCHIDEE-FLake model with the atmospheric model LMDZ

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Agosta, Cécile. "Evolution du bilan de masse de surface Antarctique par régionalisation physique et contribution aux variations du niveau des mers". Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENU023/document.

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Abstract (sommario):

Le Bilan de Masse de Surface (BMS, c'est-à-dire les précipitations de neige auxquelles est retranchée l'ablation par sublimation, ruissellement ou érosion) de la calotte polaire Antarctique représente une contribution majeure et encore mal connue à l'évolution actuelle du niveau des mers. Le stockage d'eau douce par accumulation de neige sur la calotte posée est supposé s'intensifier au cours du 21eme siècle, modérant l'élévation du niveau des mers et modifiant la dynamique glaciaire. Les trois-quarts du bilan de masse de surface Antarctique sont concentrés au dessous de 2000 m d'altitude alors que cette zone ne représente que 40% de la surface de la calotte posée. Les précipitations orographiques sont une contribution majeure à l'accumulation dans cette région, il est donc crucial d'estimer précisément ce terme. La modélisation de ce processus est fortement dépendant de la résolution des modèles, car les pentes de la calotte influencent l'intensité des précipitations orographiques. La sublimation et la fonte de la neige sont eux aussi fortement dépendant de l'élévation. Bien qu'ils contribuent actuellement peu au bilan de masse de surface de l'Antarctique, ils sont susceptibles de subir des changements importants au cours des prochains siècles. Les modèles atmosphériques de climat, globaux ou régionaux, ne peuvent pas atteindre une résolution allant au delà de 40 km sur l'Antarctique pour des simulations à l'échelle du siècle du fait de coûts de calcul importants. A ces résolutions, la topographie des zones côtières Antarctique n'est pas correctement représentée. C'est pourquoi nous avons développé le modèle de régionalisation SMHiL (Surface Mass balance High-resolution downscaLing) qui permet d'estimer les composantes du bilan de masse de surface Antarctique à haute résolution (~15 km) à partir de champs atmosphériques de plus grande échelle. Nous calculons l'effet de la topographie fine sur les précipitations orographiques et sur les processus de couche limite menant à la sublimation, la fonte et le regel. SMHiL est validé pour la période actuelle à partir d'un jeu de données inédit constitué de plus de 2700 observations de qualité contrôlée. Cependant, les observations représentatives du BMS de la zone côtière Antarctique y sont sous-représentées. Dans ce contexte, nous montrons que la ligne de balise mise en place par l'observatoire GLACIOCLIM-SAMBA en bordure de calotte constitue une référence pour estimer les performances des modèles. Enfin, nous utilisons SMHiL à l'aval du modèle de circulation générale LMDZ4 pour évaluer les variations de BMS au cours du 21eme et du 22eme siècles. Le BMS à haute résolution est significativement différent de celui de LMDZ4 et est plus proche du BMS observé pour la période actuelle. Les résultats suggèrent que les précédentes estimations d'augmentation du BMS au cours du prochain siècle étaient sous-estimées de près de 30% par LMDZ4. Les changements de BMS à faible élévation résulteront d'une compétition entre l'augmentation d'accumulation de neige et de ruissellement. SMHiL est un outil destiné à être appliqué à l'aval d'autres modèles de climat, globaux ou régionaux, pour une meilleure estimation des variations futures du niveau des mers
The Antarctic Surface Mass Balance (SMB, i.e. the snow accumulation from which we subtract ablation by sublimation, run-off or erosion) is a major yet badly known contribution to changes in the present-day sea level. Water storage by snow accumulation on the Antarctic continent is expected to increase in the 21st century, which would moderate the rise in sea level and impact the ice dynamic response of the ice sheet. Three-quarters of the Antarctic SMB are concentrated below 2000 m above sea level whereas this area represents only 40% of the grounded ice sheet area. Orographic precipitation is a major contributor to snow accumulation in this region, which is why a better estimation of this term is important. The representation of this process by models depends to a great extent on the resolution of the model, since precipitation amounts depend on the ice sheet slopes. Sublimation and snowmelt also depend on elevation, and although they are presently minor contributors to the Antarctic SMB, their role is expected to become more important in the coming centuries. Global and regional atmospheric climate models are unable to achieve a 40-km resolution over Antarctica at a century time scale, due to their computing cost. At this resolution, the Antarctic coastal area is still badly represented. This is why we developed the downscaling model SMHiL (Surface mass balance high-resolution downscaling) to estimate the Antarctic SMB components at a high resolution (~15 km) from large-scale atmospheric forcings. We computed the impact of the high-resolution topography on orographic precipitation amounts and the boundary layer processes that lead to sublimation, melting and refreezing. SMHiL has been validated for the present period with a dataset composed of more than 2700 quality-controlled observations. However, very few of these observations are representative of the Antarctic coastal area. In this context, we show that the GLACIOCLIM-SAMBA stake lines located on the ice sheet coast-to-plateau area is an appropriate reference to evaluate model performance. Finally, we used SMHiL to estimate the SMB changes during the 21st and 22nd centuries, by downscaling the atmospheric global climate model LMDZ4. The high-resolution SMB is significantly different from the SMB given by LMDZ4 and is closer to the observed one for the present period. Our results suggest that previous studies using the LMDZ4 models underestimated the future increase in SMB in Antarctica by about 30%. Future changes in the Antarctic SMB at low elevations will result from the conflict between higher snow accumulation and runoff. The downscaling model is a powerful tool that can be applied to climate models for a better assessment of a future rise in sea level

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Genco, Marie-Laure. "Les marées dans l'Océan atlantique : modélisation et bilan énergétique". Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10009.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette these est d'ameliorer notre connaissance des marees dans l'ocean atlantique. Ce travail a ete mene en particulier dans le cadre de la mission satellitale topex/poseidon, l'exploitation des donnees altimetriques necessitant des corrections tres precises de marees. Cette etude repose sur l'utilisation d'un modele hydrodynamique original, formule par le provost en 74. Ce modele est base sur les equations des ondes longues integrees sur la verticale et quasi lineaire. Une methode spectrale permet la decomposition en temps des equations et conduit a resoudre un probleme specifique pour chaque onde du spectre, avec pour inconnue la denivellation de la surface libre. Nous avons applique ce modele sur les deux bassins nord et sud de l'ocean atlantique, a partir de maillages elements finis de tres haute resolution spatiale adaptes a la topographie. Nous avons obtenu des solutions en amplitude et en phase pour les ondes m2, k1 et n2. Ces resultats ont ete valides par une comparaison aux donnees in situ disponibles. Les rms calcules sur l'ensemble des observations pelagiques et de plateaux sont, sur le bassin nord, inferieures a 3 cm. Par contre, sur le bassin sud, la precision est moindre: elle est comprise entre 1 et 7 cm. L'interpretation que nous avons proposee de cette difference entre les precisions des resultats dans les oceans atlantique nord et sud est d'une part l'abondance des donnees d'observations disponibles et utilisees pour l'optimisation des solutions dans l'atlantique nord et par contre notre ignorance de la topographie de la mer de weddell dont nous avons discute l'importance. Une premiere quantification des termes entrant dans le calcul des bilans d'energie a ete realisee a partir de nos solutions

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Verfaillie, Deborah. "Suivi et modélisation du bilan de masse de la calotte Cook aux iles Kerguelen. Lien avec le changement climatique". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENU035/document.

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Abstract (sommario):

Les glaciers des régions sub-polaires entre 45 et 60°S ont reculé dramatiquement au cours du dernier siècle. L'archipel des Kerguelen (49°S, 69°E) constitue un site unique dans ces régions où peu d'observations sont disponibles pour comprendre le recul glaciaire. Situés à faible altitude et proches de l'océan, ses glaciers ont montré une sensibilité particulière aux variations atmosphériques et océaniques. Ainsi, depuis les années 60, la calotte Cook (~400 km2) a reculé de manière spectaculaire, perdant 20% de sa surface en 40 ans. L'objectif de mon travail de thèse était d'évaluer l'état actuel et futur de la calotte, et de comprendre les causes de ce recul tout en les replaçant dans un contexte global. Pour ce faire, un réseau météorologique et glaciologique a été mis en place en 2010 sur l'archipel et des campagnes de mesures ont depuis été réalisées annuellement. L'analyse de ces mesures nous permet de confirmer le bilan de masse négatif de la calotte. Parallèlement, l'étude de l'albédo de l'ensemble de la calotte Cook à partir d'images satellites MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) permet d'évaluer l'évolution de la ligne de neige de la calotte depuis 2000, mettant en évidence une réduction importante de sa zone d'accumulation au cours des dix dernières années. La modélisation du bilan de masse de la calotte Cook à l'aide d'un modèle degré-jour couplé à une routine dynamique révèle par ailleurs que son retrait est principalement dû à une forte diminution des précipitations sur l'archipel depuis les années 60. Afin de replacer le recul des glaciers aux îles Kerguelen dans un contexte global, les tendances climatiques sur l'ensemble des zones subpolaires sont étudiées, faisant apparaître que la zone sub-Antarctique est actuellement celle où les retraits sont les plus forts à l'échelle du globe. Pour comprendre ces variations, nous analysons un ensemble complet de jeux d'observations de terrain, de satellites et de résultats de modélisation : réanalyses, modèles de l'exercice CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5), observations de température atmosphérique et océanique, précipitations, etc. Ceux-ci révèlent un réchauffement et un assèchement quasi généralisé de l'ensemble de la zone 40-60° S, lié à un déplacement vers le sud des zones dépressionnaires en réponse aux phases de plus en plus fréquemment positives du mode annulaire austral (Southern Annular Mode, SAM). Le recul récent des glaciers des îles Kerguelen, mais également d'autres zones glaciaires des régions subpolaires de l'hémisphère sud, est donc principalement lié à un déficit d'accumulation causé par le SAM, et amplifié par le réchauffement atmosphérique. L'évolution future du bilan de masse de la calotte Cook aux îles Kerguelen est évaluée grâce au Modèle Atmosphérique Régional (MAR), forcé à ses frontières par les modèles de l'exercice CMIP5. Des simulations du bilan de masse récent sont d'abord effectuées sur base des réanalyses ERA-Interim et NCEP1, et comparées aux observations in situ. Parallèlement, des simulations d'un an sont réalisées avec le désagrégateur de précipitations SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) en sortie du MAR, à différentes échelles, afin d'évaluer l'impact du changement d'échelle sur la représentation des précipitations. Une évaluation des modèles CMIP5 par rapport à ERA-Interim sur la période récente est ensuite réalisée sur base de certaines variables climatiques-clé. Le modèle le plus proche d'ERA-Interim sur la période récente, et les deux modèles les plus extrêmes sont ensuite utilisés pour forcer le MAR sur le prochain siècle, et les sorties de bilan de masse de surface sont analysées de manière critique. L'analyse du retrait de la calotte des îles Kerguelen à l'aide de différents outils a permis de mieux comprendre le lien entre glaciers et climat, mettant en évidence le rôle majeur du SAM, mais a également soulevé de nouvelles questions
Glaciers of the southern hemisphere sub-polar regions between 45 and 60°S have declined dramatically over the last century. The islands of Kerguelen archipelago (49°S, 69°E) represent a unique location in regions where few data are available to understand glacier retreat. Situated at low altitudes and close to the ocean, their glaciers have shown particular sensitivity to atmospheric and oceanic variations. Thus, since the 1960s, the Cook Ice Cap (~400km2) has retreated spectacularly, losing 20% of its area in 40 years. The aim of my thesis was to assess the present and future state of the ice cap, and to understand the causes of this decline while putting them in a global context. To do so, a meteorological and glaciological network was set up in 2010 on Kerguelen archipelago and field campaigns have been carried out annually since then. Analysis of these measurements confirms the negative mass balance of Cook Ice Cap. In parallel, the study of the albedo over the whole ice cap from MODIS satellite images (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) gives us access to the evolution of the snow line since 2000, highlighting an important reduction of Cook Ice Cap accumulation area over the last decade. Mass balance modelling of the Cook Ice Cap using a degree-day model coupled to a simple ice motion routine further reveals that its retreat is mainly due to a strong decrease in precipitation over the Kerguelen Islands since the 1960s. In order to put the decline of the cryosphere on Kerguelen in a global context, climatic trends over the whole sub-polar regions are studied, revealing that the sub-Antarctic area is currently the one where glacier retreat is the strongest. To understand these variations, we analyse a complete set of field and satellite observations and modelling results : reanalyses, models from the CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5) experiment, atmospheric and oceanic temperature and precipitation observations, etc. The latter show warming and quasigeneralised drying of the whole 40-60°S area, linked to the southward shift of storm tracks in response to the more frequent positive phases of the Southern Annual Mode (SAM). Recent glacier retreat on Kerguelen archipelago, and for other glaciers and ice caps located at similar latitudes, is thus mainly due to a deficit of accumulation caused by the SAM, and amplified by atmospheric warming. The future evolution of Cook Ice Cap mass balance is evaluated using the MAR (Modèle Atmosphérique Régional) model, forced at its boundaries by CMIP5 models. Recent mass balance simulations are first carried out using ERA-Interim and NCEP1 reanalyses, and compared to in situ observations. In parallel, one-year simulations are produced with the precipitation desagregation scheme SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) on MAR outputs, at various scales, in order to evaluate the impact of downscaling on precipitation. An evaluation of CMIP5 models over the recent period against ERA-Interim is then carried out, considering certain key climatic variables. The model closest to ERA-Interim as well as the two most extreme models are then used to force the MAR model over the next century, and surface mass balance outputs are critically analysed. The analysis of the decline of the Kerguelen ice cap using different tools and techniques brought new insights on the link between glaciers and climate, highlighting the major role of the SAM, but also raised new questions

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Agosta, Cecile. "Evolution du bilan de masse de surface Antarctique par régionalisation physique et contribution aux variations du niveau des mers". Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00877881.

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Abstract (sommario):

Le Bilan de Masse de Surface (BMS, c'est-à-dire les précipitations de neige auxquelles est retranchée l'ablation par sublimation, ruissellement ou érosion) de la calotte polaire Antarctique représente une contribution majeure et encore mal connue à l'évolution actuelle du niveau des mers. Le stockage d'eau douce par accumulation de neige sur la calotte posée est supposé s'intensifier au cours du 21eme siècle, modérant l'élévation du niveau des mers et modifiant la dynamique glaciaire. Les trois-quarts du bilan de masse de surface Antarctique sont concentrés au dessous de 2000 m d'altitude alors que cette zone ne représente que 40% de la surface de la calotte posée. Les précipitations orographiques sont une contribution majeure à l'accumulation dans cette région, il est donc crucial d'estimer précisément ce terme. La modélisation de ce processus est fortement dépendant de la résolution des modèles, car les pentes de la calotte influencent l'intensité des précipitations orographiques. La sublimation et la fonte de la neige sont eux aussi fortement dépendant de l'élévation. Bien qu'ils contribuent actuellement peu au bilan de masse de surface de l'Antarctique, ils sont susceptibles de subir des changements importants au cours des prochains siècles. Les modèles atmosphériques de climat, globaux ou régionaux, ne peuvent pas atteindre une résolution allant au delà de 40 km sur l'Antarctique pour des simulations à l'échelle du siècle du fait de coûts de calcul importants. A ces résolutions, la topographie des zones côtières Antarctique n'est pas correctement représentée. C'est pourquoi nous avons développé le modèle de régionalisation SMHiL (Surface Mass balance High-resolution downscaLing) qui permet d'estimer les composantes du bilan de masse de surface Antarctique à haute résolution (~15 km) à partir de champs atmosphériques de plus grande échelle. Nous calculons l'effet de la topographie fine sur les précipitations orographiques et sur les processus de couche limite menant à la sublimation, la fonte et le regel. SMHiL est validé pour la période actuelle à partir d'un jeu de données inédit constitué de plus de 2700 observations de qualité contrôlée. Cependant, les observations représentatives du BMS de la zone côtière Antarctique y sont sous-représentées. Dans ce contexte, nous montrons que la ligne de balise mise en place par l'observatoire GLACIOCLIM-SAMBA en bordure de calotte constitue une référence pour estimer les performances des modèles. Enfin, nous utilisons SMHiL à l'aval du modèle de circulation générale LMDZ4 pour évaluer les variations de BMS au cours du 21eme et du 22eme siècles. Le BMS à haute résolution est significativement différent de celui de LMDZ4 et est plus proche du BMS observé pour la période actuelle. Les résultats suggèrent que les précédentes estimations d'augmentation du BMS au cours du prochain siècle étaient sous-estimées de près de 30% par LMDZ4. Les changements de BMS à faible élévation résulteront d'une compétition entre l'augmentation d'accumulation de neige et de ruissellement. SMHiL est un outil destiné à être appliqué à l'aval d'autres modèles de climat, globaux ou régionaux, pour une meilleure estimation des variations futures du niveau des mers.

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Dagès, Cécile. "Analyse et modélisation de l'influence de réseaux de fossés sur les échanges surface-souterrain en bassin versant méditerranéen". Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20138.

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Abstract (sommario):

L'influence des fossés sur les échanges surface-souterrain pendant une crue est étudiée par voie expérimentale et par voie numérique à l’échelle d'un tronçon de fossé et à l’échelle d’un réseau de fossés dense. A l’échelle du tronçon est établi un schéma de fonctionnement du massif de sol non saturé et saturé sous le fossé engendré par l'infiltration. Une approche de modélisation darcienne des écoulements permet de reproduire l’ensemble des processus dans la zone non saturée comme dans la nappe. A l'échelle du réseau de fossé, est observée la dynamique tridimensionnelle induite par l'infiltration dans le réseau. Le calcul du bilan hydrologique sur une unité de paysage permet de démontrer que la part de la recharge concentrée des nappes peu profondes en contexte Méditerranéen est significative. En terme de modélisation il s’avère indispensable de développer une approche de modélisation tridimensionnelle des écoulements tenant compte d’un point de vue découpage de l'espace, des réseaux de fossés, et d’un point de vue représentation des processus, de la zone non saturée et de la nappe

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Moreaux, Virginie. "Observation et modélisation des échanges d’énergie et de masse de jeunes peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14506/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires
In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems

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Collao, Barrios Gabriela. "Estimation du bilan masse de surface du Glacier San Rafael et du Champ du Glace Nord de Patagonie par diverses approches". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAU044/document.

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Abstract (sommario):

Le champ de glace nord de Patagonie (NPI) a connu des pertes de glace accélérées depuis le Petit Âge de Glace (PAG). Cette thèse évalue les conditions climatiques moyennes régnant en Patagonie, ainsi que les bilans de masse de surface et les flux de glace engendrés par la dynamique de la glace du NPI. En raison du manque de données disponibles, l’approche est principalement basée sur des modélisations physiques à la fois des conditions atmosphériques et de la dynamique de l’écoulement des glaciers.Dans un premier temps, la dynamique du glacier San Rafael (SRG) est modélisée à l’aide du modèle full-Stokes Elmer/Ice. Le modèle d’écoulement est initialisé et contraint à l’aide des données de vitesse de surface et d’altitude du lit rocheux. Le modèle est forcé en considérant diverses paramétrisations et scénarios d’évolution du bilan de masse de surface (BMS) avec l’altitude. Les modélisations visent à retrouver un accord entre bilan de masse total, BMS et dynamique de la glace. Les simulations montrent que les études précédentes ont systématiquement surévalué l’accumulation sur le plateau et à haute altitude. Le déséquilibre du glacier est principalement contrôlé par un flux de glace élevé (-0.83 +- 0.08 Gt/a) en comparaison du BMS légèrement positif (0.08 +- 0.06 Gt a-1). Nos modélisations permettent d’évaluer que les pertes de glace irréversibles pour le glacier (ou committed mass balance) seront en moyenne de 0.34 +- 0.03 Gt/a pour le prochain siècle. Cette valeur est la perte minimale attendue pour ce glacier en réponse au changement climatique futur.Dans un second temps, nous modélisons le BMS de SRG et de NPI à l’aide d’un modèle de circulation atmosphérique régionale, le modèle MAR. Le modèle est forcé par les reanalyses climatiques ERA-Interim et adapté de façon à reproduire l’accumulation mesurée sur le plateau. Une attention particulière est aussi portée aux valeurs d’ablation et d’albédo. Les températures et précipitations sont validées à l’aide de données provenant des vallées alentour. Entre 1980 et 2014, les valeurs de BMS intégrées à l’échelle du SRG et de NPI était de 0.86 Gt/a et -1.84 Gt/a, respectivement, associées à une forte variabilité interannuelle (de 1.4 Gt/a et 6.1 Gt/a respectivement). Cette variabilité dépend directement de celle des températures et des précipitations neigeuses en Patagonie. En raison de l’hypsometrie du SRG, de faibles variations de BMS autour de la ligne d’équilibre ont un impact très fort sur la valeur intégrée de BMS à l’échelle du glacier. Néanmoins, l’obtention de données in-situ d’accumulation est encore nécessaire pour réduire l’incertitude des valeurs de BMS. Ici, les BMS intégrés à l’échelle des trois plus gros glaciers à terminaison terrestre de NPI ont été validés à partir de bilans géodésiques. Ainsi, combinée aux pertes par vêlage, la valeur négative de BMS proposée pour NPI aurait permis la perte de masse du champ de glace depuis les années 80.Enfin, l’étude du bilan d’énergie de surface révèle que les variations d’albédo contrôlent celles du BMS, car il contrôle le rayonnement de courtes longueurs d’ondes et la fonte du glacier. Les variations d’albédo expliquent indirectement le lien existant entre température et fonte celui-ci étant conditionné par la phase des précipitations sur le plateau. Ainsi, les changements des précipitations neigeuses expliquent les variations de BMS, et nous supposons que les conditions climatiques ayant régné au PAG étaient plus humides et ont permis au glacier de se développer jusqu’à des altitudes trop faibles pour que les glaciers soient stables aujourd’hui.Cette thèse a ainsi permis d’évaluer les conditions atmosphériques régionales et de mieux contraindre la dynamique des glaciers et les valeurs de BMS du champ de glace NPI. Néanmoins, de nouvelles estimations sont à effectuer en zone d’accumulations de NPI pour contraindre encore le BMS et conclure définitivement sur les causes du recul de NPI depuis le PAG
The Northern Patagonia Icefield (NPI) have been losing mass at an accelerated rate during the last decades compared to the mean losses recorded since the Little Ice Age. Here we look for accurate estimates of the mean climate variables, surface mass balance (SMB) and ice dynamics of NPI. Due to the lack of available data in the area, the approach is based on physical models for both the atmosphere and the ice dynamics, in order to properly attribute the components of the glacial mass budget (mass balance, surface mass balance and ice discharge).First, the San Rafael Glacier (SRG) ice dynamics are modelled using the full-Stokes model Elmer/Ice. The flow model is initialised and constrained using the most up-to-date observations of surface velocities and bedrock elevation. The model is forced with several parametrisations of thealtitudinal SMB distribution to obtain consistency between the changes in SMB and ice dynamics. We show that previous studies have proposed excessive accumulation values on the icefield plateau, and that SRG imbalance is largely controlled by a large ice discharge (-0.83 +- 0.08 Gt/a compared to a slightly positive glacier-wide SMB (0.08 +- 0.06 Gt/a). This allows for an estimation of a committed mass loss of 0.34 +- 0.03 Gt/a for the next century. This value likely constitutes a minimum wastage in the future global climate change situation.Second, we model the SMB of the SRG and the NPI using the regional circulation model MAR (Modèle Atmosphérique Regional). This model is forced by the ERA-Interim reanalysis outputs and adapted to accurately reproduce accumulation on the icefield. In addition to accumulation, attention is paid to estimating accurate ablation and albedo values on the plateau. The modelled temperature and precipitation are also validated using data from weather stations in the valleys around the icefield. For the period 1980-2014, the modelled mean SMB of the SRG and the NPI are 0.86 Gt/a and -1.84 Gt/a, respectively, with a large inter-annual variability of 1.4 Gt/a and 6.1 Gt/a, which is induced by temperature and snowfall variability. Due to the hypsometry of the SRG, small changes in the punctual SMB around the ELA have impacts over large areas and have significant consequences on the final glacier-wide SMB. However, in-situ data above the ELA are lacking, leading to important uncertainty in accumulation. Nevertheless, our SMB estimates for the 3 largest non-calving glaciers of the icefield are similar to mass balance values given by geodetic techniques. This validation shows that our estimate of SMB, which is the first negative proposed at the scale of NPI, is accurate. Combined with the ice discharge proposed in the first section of this study, this SMB could have contributed to the observed mass loss from the 1980s.Finally, the study of the surface energy balance given by MAR reveals the key role of the albedo and the shortwave radiation budget in the variations of the SMB. Albedo variations indirectly justify the existing correlations between temperature and melting as air temperature controls the phase of precipitation on the plateau. Thus, changes in solid precipitation explain most of the SMB variations. Consequently, past conditions with higher solid precipitation may have explained larger glaciers in Patagonia. The current instability is possibly a result from the location of glacier fronts which are well below the necessary altitude for equilibrium in the current icefield topography.This study allows us to conclude that well constrained atmospheric and ice dynamic modelling leads to SMB values which are in better agreement with the mass balance of the icefield. Nevertheless, new field data is necessary to better constrain SMB estimates of the SRG and the NPI in order to improve our understanding of past and future climate change impacts on these glaciers

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Wille, Jonathan. "Climatologie et impacts des rivières atmosphériques en Antarctique West Antarctic surface melt triggered by atmospheric rivers". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2021. http://www.theses.fr/2021GRALU003.

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Abstract (sommario):

En raison de l’augmentation de la pression de vapeur saturante avec la température, les précipitations en Antarctique sont censées augmenter au cours du prochain siècle. Cela conduirait à un accroissement de l’accumulation de neige sur le continent, atténuant ainsi en partie l’augmentation future du niveau des mers. Les tendances récentes de température et d’accumulation de neige en Antarctique ne reflète pas clairement ce processus. Le rôle joué par les intrusions d’humidité dans la variabilité des températures et des précipitations pourrait expliquer en partie ce paradoxe. Jusqu’à présent, seuls des événements épars de très forte intensité avaient été analysés. Une étude de 2014 portant sur la région de Dronning Maud Land avait montré la concordance des intrusions intenses avec l’occurrence de rivières atmosphériques (RA). Dans cette thèse, nous développons un algorithme de détection des rivières atmosphériques adapté aux régions polaires et créons une climatologie de ces événements à l’échelle de l’Antarctique. En utilisant les sorties du modèle à aire limitée MAR (Modèle Atmosphérique Régional), nous évaluons les impacts de rivières atmosphériques sur la fonte, la stabilité des plateformes de glace de la Péninsule Antarctique et sur les précipitations neigeuses en surface de la calotte.Chaque point de la calotte est concerné par des rivières trois jours par an en moyenne. Cette valeur est plus faible encore à l’intérieur du continent. Pourtant, les rivières contrôlent les processus de fonte de surface sur l’Antarctique de l’ouest et la variabilité des précipitations sur l'Antarctique de l’Est. A l’ouest, les RA qui pénètrent à l’intérieur du continent provoquent des anomalies positives du rayonnement de grande longueur d’onde incident et de vent, accompagné d’effet foehn marqué le long des pentes situées sous le vent. Entre 1979 et 2017, les rivières provoqué 40% de la fonte estivale sur la plateforme de Ross (près de 100% à plus haute altitude sur Marie Byrd Land) et 40 à 80% de la fonte hivernale le long des plateformes de la péninsule Antarctique. En été, ces RA contribuent aussi à la fonte des plateformes de glace de Larsen situées à l’est de la Péninsule. Les RA provoquent 60 à 80% des événements de fonte/ruissellement les plus intenses ainsi que les extrêmes de chaleur. Cette fonte est amplifiée par l’effet Foehn et par les anomalies positives des flux radiatifs incidents provoqués à l’Est de la Péninsule. L’eau de fonte s’accumule alors dans des lacs et des crevasses en surface des plateformes, étape préliminaire à la désintégration d’une plateforme par phénomène de fracturation hydraulique. Les RA repoussent aussi la glace de mer loin de la côte permettant à la houle d’abîmer les marges des plateformes de glace, permettant de déclencher leur désintégration. En particulier, la présence de RA a été découverte lors de la désintégration des plateformes de Larsen A fin janvier 1995 et de Larsen B fin février/début mars 2002. Dans l’ensemble, depuis 2000, 12 des 20 derniers événements de vêlage ou d’effondrement le long des plateformes de Larsen ont été précédés (dans la limite de 5 jours) par l’arrivée d’une RA. Enfin, les RA sont responsables de la majorité des précipitations les plus intenses en Antarctique. A l’Est, elles provoquent 20 à 30% de l’accumulation de neige et contrôlent les tendances et la variabilité interannuelle précipitations neigeuses sur cette partie du continent. Ce contrôle s’étend même à la majeure partie de la calotte glaciaire entre 1980 et 2018.En définitive, les RA jouent un rôle important du climat de l’Antarctique. Une évolution des conditions de blocage atmosphérique autour de l’Antarctique au cours du 21ème siècle engendrerait des changements du bilan de masse de surface de l’Antarctique. De telles évolutions sont actuellement ignorées dans le cadre des projections d’impact du changement climatique
Due to the increased ability of the air to hold moisture with temperature, precipitation in Antarctica is expected to increase significantly over the next century. This process will undoubtedly lead to an increase in snow accumulation on the continent, thereby partially mitigating future sea level rise. However, recent observed trends in temperature and snow accumulation in Antarctica are insignificant and paradoxical. The role played by moisture intrusions in temperature and precipitation variability could partly explain this phenomenon. These events are known to transport warm air masses from the oceans to the Antarctic continent, but only individual and unrelated intrusion events have been described so far. In an earlier study of the Dronning Maud Land region, the description of atmospheric rivers (ARs) provided an innovative view to describe high intensity moisture intrusions. In this thesis, we develop an atmospheric river detection algorithm adapted to the polar regions, in order to create a climatology of these events at the Antarctic scale. Using the outputs of the regional climate model, MAR (Regional Atmospheric Model), we evaluate the impacts of atmospheric rivers on the melting in West Antarctic, ice-shelf stability on the Antarctic Peninsula ice shelves, and on snowfall across the Antarctic ice sheet.Atmospheric rivers are infrequent events with coastal areas of Antarctica experiencing AR conditions around only three days per year on average and this value is even lower in Antarctic interior. However, ARs control surface melting processes on West Antarctica and precipitation variability on East Antarctica. In the west, ARs entering the interior of the continent cause positive anomalies in downward longwave radiation via highly liquid-laden clouds and wind, resulting in a marked foehn effect along leeward slopes. Between 1979 and 2017, rivers were thus associated with about 40% of the summer melt on the Ross Ice Shelf (nearly 100% at higher altitudes on Marie Byrd Land) and 40-80% of the winter melt along the ice shelves of the Antarctic Peninsula. In summer, these rivers also contribute to the melting of the Larsen ice shelves located east of the Peninsula. Their direct contribution to cumulative melting is more limited than in winter because the intense solar radiation in summer allows daily melting to occur. However, ARs caused 60-80% of the most intense melt/runoff events as well as high temperature extremes. This melting is linked to the Foehn effect and the positive longwave radiative fluxes anomalies over the eastern Peninsula during AR passages. The melt water accumulates in lakes and crevasses on the ice shelf surface, a preliminary step in ice shelf disintegration by hydraulic fracturing. ARs also push sea ice away from the coast, allowing swells to hit and apply strain to the ice-shelf margins. ARs can thus trigger the final disintegration of ice shelves. In particular, ARs were present during the disintegration of the Larsen A ice shelf in late January 1995 and the Larsen B ice shelf in late February/early March 2002. Overall, since 2000, 12 of the last 20 calving or collapse events along the Larsen Ice Shelves have been preceded (within 5 days) by the arrival of an AR. Finally, atmospheric rivers are responsible for the majority of the most intense precipitation in Antarctica. In eastern Antarctica, 20-30% of the snow accumulation occurred during of AR landfalls. Although this value remains modest, we observe that AR activity controls the trends and interannual variability of snowfall in this part of the continent. This control even extends to most of the ice sheet between 1980 and 2018.Ultimately, ARs play an important role in the Antarctic surface mass balance. Therefore, a change in atmospheric blocking conditions around Antarctica during the 21st century would lead to changes in the Antarctic surface mass balance. Such changes are currently ignored in climate change impact projections

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Schiesko, Loïc. "Etude expérimentale et modélisation de l'interaction plasma-surface : gaines anodiques, cathodiques et application à la génération d'ions négatifs". Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11070.

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Abstract (sommario):

Etude et modélisation de la gaine anodique : l'influence de l'émission secondaire. Un échantillon de cuivre faisant face à un spectromètre de masse avec une résolution en énergie est polarisée positivement, au delà du potentiel plasma dans un plasma d'argon basse pression (0. 05-0. 1 Pa). Les ions crées dans la gaine par les électrons extraits du plasma sont accélérés vers le spectromètre de masse où ils sont détectés en fonction de leur énergie. Par conséquent, la distribution en énergie des ions nous permet de sonder le potentiel de la gaine sans perturbations. Nous observons une forte chute du signal des ions positifs quelques électron-volts avant le potentiel de l'échantillon. Nous attribuons cet effet aux électrons secondaires émis par la surface sous bombardement électronique. En effet, des résultats récents sur le taux d'émission secondaire du cuivre, montrent que la composante de rétro-diffusion (diffusion élastique) tend vers l'unité pour des électrons de faible énergie (<10eV). Les électrons secondaires émis par la surface avec une faible température ( 2eV) sont piégés par le potentiel électrique et ont un temps de résidence important près de la surface, augmentant localement de façon importante la densité électronique. Les profils de potentiel et les fonctions de distribution des ions sont calculés à partir d'un modèle numérique qui inclut l'émission secondaire. Un très bon accord est trouvé entre le modèle et l'expérience. Génération d'ions négatifs sur une surface de graphite HOPG en plasma d'hydrogène et deutérium. Nous mesurons les ions négatifs H- et D- avec un spectromètre de masse résolu en énergie dans un plasma d'hydrogène (et deutérium) basse pression (0. 2-1Pa) et faible puissance RF (50-300W). Un échantillon de graphite HOPG est placé directement en regard du spectromètre de masse et polarisé négativement. Les ions négatifs formés sur le graphite à partir du bombardement par les ions positifs sont détectés en fonction de leur énergie. La distribution en énergie des ions H- ou D- ainsi obtenue présente deux aspects. Une queue chaude attribuée aux ions négatifs crées par double capture (deux simples captures successives) à partir d'H2+ et H3+, et un pic principal où deux mécanismes sont superposés : il s'agit des ions négatifs crées par la pulvérisation des atomes d'hydrogène adsorbés ainsi que la double capture. Nous montrerons un effet isotopique en comparant H- et D- ainsi que des résultats en température permettant de dissocier les deux effets sur le pic et ainsi de déterminer la proportion des ions négatifs provenant de chaque mécanismes.

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Lemonsu, Aude. "Modélisation des processus de surface et de la couche limite en milieu urbain". Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30140.

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Bauget, Fabrice. "Production d'huiles lourdes par dépressurisation : étude des interfaces huile-air et modélisation du procédé". Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112202.

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Abstract (sommario):

"La thèse est une contribution expérimentale et théorique à la modélisation d'écoulements de bruts pétroliers produits par dépressurisation du réservoir. Il s'agit de produire l'huile en dessous du point de bulle et de profiter de l'expansion de la phase gaz pour déplacer l'huile (procédé appelé "Solution Gas Drive"). Jusqu'à présent les simulateurs de réservoir permettaient la simulation d'un tel mécanisme pour les huiles légères. Un problème se pose avec les huiles lourdes dont la forte viscosité et la physico-chimie intensifient l'état hors d'équilibre dû au mécanisme de changement de phase. Les simulateurs numériques classiques ne prennent pas en compte ce type de mécanisme hors équilibre, ni l'écoulement du gaz sous forme dispersée. Bien qu'un grand nombre de travaux aient déjà été réalisés essentiellement à l'échelle des pores, l'étude bibliographique montre qu'il est nécessaire d'avoir un modèle décrit par des équations continues (approche de Darcy). L'étude expérimentale des propriétés physico-chimiques (tension dynamique, élasticité de surface) des principaux constituants des bruts montre que les asphaltènes ont un effet tensioactif favorisant la formation de mousse au dessus d'une concentration seuil. Enfin, l'étude théorique des différents processus physiques permet d'établir un modèle d'écoulement continu, ne faisant intervenir que des grandeurs macroscopiques mesurables. La nucléation et le transfert de masse sont modélisés par une fonction volumique de transfert, la nucléation étant basée sur le modèle de bulles préexistantes. Deux phases gaz peuvent coexister : l'une continue à l'échelle du milieu, l'autre dispersée dans l'huile sous forme de bulles. Les simulations de plusieurs expériences, réalisées avec des roches et des fluides différents, montrent que le modèle permet d'interpréter et de prédire les productions de gaz et d'huile. "
This thesis is an experimental and theoretical contribution to the modeling of the crude oil production in petroleum reservoirs under depressurization. Oil is produced under the bubble point in order to take advantage of gas expansion to displace the oil phase, a process called " solution gas drive ". So far, existing reservoir simulators are able to simulate such a mechanism only for light oils. For heavy oils, there is a problem due to the high viscosity and the physicochemical properties of the oils. Standard numerical simulators can account neither for out of equilibrium mechanisms, nor flow of a dispersed gas phase. A large number of studies have been published, especially at pore level, but a literature study shows the need for a model described by continuous equations (Darcy's approach). The experimental study of physicochemical properties (dynamic surface tension, surface elasticity) of the crude components show that asphaltenes can act as a surfactant which enhance foam production above a concentration threshold. A continuum model has been developed, based on the physical mechanisms and involving only measurable variables. Gas nucleation and mass transfer are modeled using a volumic transfer function, nucleation being described by preexisting bubbles. Gas can be present either as a continuous phase or as bubbles dispersed in the oil phase. The simulations of several experiments with various rocks and fluids had proven that the model can predict the amount of oil and gas produced during the experiments

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Belot, Alice. "Simulation des échanges d'énergie et de masse d'un couvert végétal : développement et validation d'un modèle quasi 3D, DART-EB". Phd thesis, AgroParisTech, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003054.

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Abstract (sommario):

La plupart des nombreux modèles de transfert sol-végétation-atmosphère (SVAT) qui simulent le transfert radiatif, le bilan d'énergie et le fonctionnement des couverts végétaux reposent sur des hypothèses très simplificatrices pour représenter le couvert. Ainsi, l'architecture tridimensionnelle (3D) des couverts est en général représentée par un milieu turbide, ce qui tend à induire de fortes erreurs sur la simulation des propriétés optiques et du fonctionnement des couverts. C'est dans ce contexte que le SVAT 3D appelé DART-EB a été développé. Il simule avec précision le transfert radiatif et les principaux processus de surface (activité photosynthétique des couverts, flux de chaleur et d'eau dans le sol, flux convectifs dans le couvert, etc.). Une de ses principales originalités est d'introduire, de manière réaliste, l'architecture 3D du milieu et de couvrir une large gamme d'échelles spatiales, de la parcelle à un ensemble de parcelles agricoles et boisées. DART-EB utilise le modèle 3D de transfert radiatif DART (Discrete Anisotropic Radiative Transfer) (Gastellu-Ethegorry et al., 1996, 2004 ; Martin, 2006) pour simuler à la fois les paysages (naturels et urbains, avec atmosphère et relief) et leurs bilan radiatif et images de télédétection, dans les domaines spectraux du visible à l'infrarouge thermique. La modélisation de la photosynthèse foliaire s'inspire du modèle de Collatz, modifié pour s'appliquer à une architecture 3D. Les échanges turbulents au sein du couvert (i.e., profils de température, humidité et concentration en CO2) sont déterminés par la "Localized Near Field Theory" de Raupach (1989). Ils sont calculés actuellement en une dimension mais doivent évoluer vers une approche 3D. Enfin, les échanges d'énergie et de masse au niveau du sol sont modélisés via une approche diffusive type ISBA-df. DART-EB a été testé de manière concluante avec des mesures terrain sur les sites de MUREX et du Bray. Il est un outil efficace pour étudier le fonctionnement des couverts et l'impact de leur architecture 3-D sur leurs propriétés radiatives et énergétiques (e.g., écarts de température de près de 1K sur un même niveau de houppier). Un SVAT 3D capable de simuler des images de télédétection spatiale, tel que DART-EB, offre des perspectives très intéressantes pour étudier les surfaces terrestres par télédétection. Ainsi, il permet d'évaluer l'impact de l'hétérogénéité de surface sur les températures de brillance observées, d'estimer par télédétection certains paramètres de surface, etc.

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Negny, Stéphane. "Modélisation et étude expérimentale d'un film liquide laminaire à interface libre ruisselant sur une surface structurée : couplage hydrodynamique-transferts de masse et d'energie". Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT025G.

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Abstract (sommario):

L'objectif principal de ce travail est l'etude d'un film liquide tombant sur une surface ondulee. Dans premier temps un modele a ete developpe pour la simulation de l'hydrodynamique et des transferts simultanes de matiere et de chaleur sur un motif de paroi. Celui-ci est caracterise par le couplage entre une description detaillee de l'hydrodynamique du film avec une interface libre et les transferts simultanes de matiere et de chaleur. Dans un second temps, une investigation numerique a ete realisee. Celle-ci repose sur une analyse des methodes de resolution des systemes d'equations differentielles partielles et algebriques. Elle a conduit a la mise en place d'une strategie sure et fiable. Dans un troisieme temps, un dispositif experimental est mis en uvre pour la validation de la partie hydrodynamique du simulateur. La validation consiste en la determination de la position de l'interface par une technique non intrusive constituee d'une camera c. C. D. Connectee a un logiciel de traitement d'image. Nous avons ainsi pu etablir une bonne adequation entre les resultats experimentaux et theorique en ce qui concerne l'epaisseur du film. Le simulateur valide est etendu d'un motif de paroi a une colonne entiere. L'absorption du dioxyde de soufre par du tetraethylene glycol dimethyl ether sur un tube ondule d'un metre est simulee. Cette etude de cas, nous a permis d'effectuer une analyse du comportement d'une telle colonne ainsi qu'une interpretation du couplage entre tous les phenomenes mis en jeu.

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Roupioz, Laure. "Modélisation et suivi de l'éclairement et de l'albédo de surface à partir de données satellitaires : le cas du Tibet". Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAD022/document.

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Abstract (sommario):

Le suivi journalier du bilan radiatif solaire est indispensable à l’étude des processus à l'interface sol-atmosphère, en particulier en climatologie et en hydrologie. Dans le cadre du projet CEOP-Aegis visant à étudier l'hydrologie du plateau du Tibet, cette thèse se concentre sur le développement d'une méthode permettant d’en estimer le bilan radiatif solaire de surface de façon quotidienne. Une série temporelle de flux radiatifs produite à partir de produits satellitaires existants met en évidence la nécessité d’intégrer la variabilité sous-pixel du terrain et des nuages pour les zones aussi hétérogènes que le Tibet. L’analyse de l’impact de la variabilité spatiale et temporelle des nuages sur le rayonnement solaire illustre le bénéfice lié à l’utilisation de la répartition des nuages plutôt que la fraction de nébulosité et l’importance d’une résolution temporelle élevée. Une méthode novatrice proposée pour la correction topographique sous-pixel montre que l’utilisation d’un modèle numérique de terrain à haute résolution spatiale améliore significativement l'estimation de l’éclairement ainsi que de l'albédo. Deux approches sont proposées pour améliorer l’estimation du bilan radiatif intégrant de manière adéquate l’hétérogénéité sous-pixel
Monitoring the solar radiation budget on a daily basis is a prerequisite to study land surface processes, especially in climatology and hydrology. As part of the CEOP-Aegis project studying the hydrology of the Tibetan Plateau, this thesis focuses on developing a method to adequately estimate at-surface daily solar radiation budget over this particular area. A radiation budget time series produced based on existing satellite data products highlights the necessity to consider terrain and clouds sub-pixel variability when working over heterogeneous areas such as the Tibetan Plateau. The analysis of the impact of spatial and temporal variability of clouds on solar radiation demonstrates that the surface irradiance estimation would benefit from using cloud distribution instead of cloud fraction and the significance of high temporal resolution. A new sub-pixel topographic correction method is proposed and shows that using high resolution digital elevation model improves the irradiance as well as the albedo retrieval. Two approaches are proposed to improve solar radiation budget estimates taking into account adequately the sub-pixel heterogeneity

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Zuñiga, Ulloa Ruben. "Études numérique et expérimentale des transferts couplés masse-chaleur modélisation, simulation et optimisation d'un traitement thermique dynamique de surface d'un produit alimentaire". Nantes, 2005. http://www.theses.fr/2005NANT2039.

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Abstract (sommario):

Ce travail concerne le procédé de décontamination de la surface des produits alimentaires par convection avec de l'air chaud. Ce procédé a pour but de détruire la majeure partie des organismes pathogènes à la surface des aliments. Si ce traitement thermique trouve un regain d'intérêt, il n'en demeure pas moins nécessaire de parfaitement maîtriser l'évolution de la température de surface au cours du procédé. Dans cet objectif, nous avons développé un modèle de transferts couplés de matière et de chaleur. Ce modèle prend en compte les mécanismes de convection, de diffusion, d'évaporation et de rétractation du produit au cours du traitement. La variation des propriétés thermophysiques avec la teneur en eau a été considérée. Après détermination expérimentale du coefficient d'échange convectif, nous avons validé ce modèle en le confrontant à des expérimentations menées dans une chambre de traitement spécifique. L'exploitation de ce modèle nous a conduit à mettre en évidence l'influence considérable de la diffusivité de l'eau au sein du produit. Nous avons optimisé par méthodes inverses cette propriété et montré son évolution en fonction de l'échange convectif. Enfin, ce modèle a servi de référence pour construire un algorithme de commande permettant de suivre une trajectoire imposée pour la température de surface. Cette loi de commande nécessitant la connaissance d'une température interne, nous avons élaboré un capteur logiciel
This work concerns the decontamination of the surface of a food, consisting in blowing hot air onto the food surface with the objective of inactivating the bacteria located on the surface. This process has a renewal of interest but it is still a challenge to accurately control the evolution of the surface temperature. In this aim, a coupled heat and mass transfer model has been developed taking into account convective and diffusive mechanisms, evaporation and shrinkage of the product during the treatment. It also accommodates the dependence of the thermal properties with the moisture content. A specific heat treatment chamber was used to validate the model. Some parameters of the model were taken from the literature whereas the convective heat transfer coefficient was experimentally determined. From simulations, we highlighted the great influence of the water diffusivity on the surface temperature prediction. Reverse methods were then used to optimize this parameter and we pointed out its correlation with the convective heat transfer. Finally, this model was used as a simulator to design a control law allowing surface temperature tracking. This algorithm required the knowledge of an internal temperature, which was supplied by a software sensor

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Navas, Giuliat. "Amélioration de la modélisation de la calotte de glace Antarctique à partir de la topographie de la surface". Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00648409.

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Abstract (sommario):

La modélisation des calottes polaires est importante pour reconstruire l'état passé des calottes, comprendre l'état présent, et prévoir son évolution dans le contexte du réchauffement climatique et de l'élévation du niveau des mers. Les mécanismes qui interviennent dans la dynamique des calottes de glace et qui dépendent du climat sont nombreux, mais pour l'Antarctique il y a deux mécanismes très importants qui s'opposent : L'augmentation de la température qui est supposée entraîner une augmentation de la précipitation et un épaississement de la calotte, et l'intensification de l'écoulement de la glace qui tend à amincir la calotte. Pour étudier ces deux mécanismes, nous avons suivi deux approches : caractériser la calotte à partir des observations directes (c.-à-d. topographie de la surface et les vitesses d'écoulement de glace) ou indirectes (c.-à-d. Flux de bilan). Et la modéliser avec GRISLI (GRenoble Ice Shelf and Land Ice), en prenant en considération la dynamique des fleuves de glace et leurs localisations précises, pour mieux comprendre les mécanismes actifs qui interviennent dans la calotte. Le sujet de la thèse est l'amélioration de la modélisation de la calotte Antarctique à partir des données disponibles. Notamment celles basées sur la première et la deuxième dérivées de la surface (pente et courbures respectivement) pour faire des liens avec le drainage de la glace, et les structures de vitesses de bilan. Ces informations nous ont permis entre autres de développer différentes méthodes pour autoriser les fleuves de glace, qui ensuite ont été introduites dans GRISLI. Nous avons ensuite fait plusieurs études de sensibilité de la calotte sur les localisations des fleuves de glace, les données du flux géothermique et des paramètres qui contrôlent le glissement et la déformation de la glace. Enfin nous avons fait des comparaisons entre les structures observées et modélisées de la calotte, et nous avons vu que le modèle n'est pas loin de reproduire les structures observées.

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Oudart, Didier. "Modélisation de la stabilisation de la matière organique et des émissions gazeuses au cours du compostage d'effluents d'élevage". Phd thesis, INSA de Toulouse, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00935691.

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Abstract (sommario):

Le compostage est un procédé aérobie de stabilisation de la matière organique (MO). Les transformations de la MO conduisent à des émissions gazeuses (NH3, N2O, CH4, CO2) et une perte d'azote utile pour la fertilisation. La variété des pratiques et les différences de nature des substrats modifient la vitesse de dégradation de la MO, la qualité finale du compost produit et la part d'émissions sous forme de polluants gazeux. L'optimisation du procédé nécessite la prédiction de ces transformations ou la réalisation d'essais empiriques. Cette thèse analyse les interactions entre les processus biologiques, biochimiques, physico-chimiques et thermodynamiques majeurs à l'origine de la stabilisation de la MO et des émissions gazeuses de CO2, H2O, NH3, N2O. Elle se focalise sur le compostage par aération passive en andain d'effluents d'élevage. La méthode s'appuie sur la modélisation dynamique, semi-empirique, du procédé et sur des expérimentations sur des andains de petite taille. Dans un premier temps, l'impact des interactions entre les facteurs clés du compostage, soit la biodégradabilité du carbone, la disponibilité de l'azote, l'humidité et la porosité, sur la cinétique et la stœchiométrie des émissions gazeuses est analysé à partir de données acquises en conditions contrôlées et sur une plateforme de compostage à la Réunion sur des périodes allant de 20 à 80 jours. Les facteurs ont été hiérarchisés : l'effet de la porosité couplé à l'effet de l'humidité joue le rôle majeur dans la régulation des transformations de la MO et des émissions gazeuses. Les effets de la porosité, de l'humidité et du type de structurant sur les transformations de la MO, observés en conditions commerciales, confirment les observations en conditions contrôlées. Alors que les écarts de répétabilité en conditions contrôlées sont faibles sur les températures et bilans de masse, ces écarts deviennent élevés en conditions de reproductibilité sur le terrain. Dans un deuxième temps, un modèle dynamique de compostage a été développé simulant la stabilisation du carbone et de l'azote ainsi que les émissions gazeuses de CO2, H2O, NH3 et N2O. Ce modèle est composé de quatre modules couplés. Le premier simule les cinétiques d'oxydation de la MO par une population microbienne hétérotrophe produisant du CO2 et de la chaleur. Le deuxième décrit les échanges thermiques se déroulant lors du compostage, à l'origine de l'aération passive de l'andain et des cinétiques de température interne et d'évaporation d'H2O. Le troisième module décrit le transfert d'oxygène au sein de l'andain modulé par la porosité et l'humidité. Le quatrième module simule les transformations et la stabilisation de l'azote ainsi que les cinétiques d'émissions d'NH3 et de N2O. Le système global représentant un andain de compostage en aération naturelle est considéré comme homogène en termes de composition et de caractéristiques thermiques. Lors de la phase thermophile, le facteur limitant le plus rapidement l'organisation de la MO est la disponibilité de l'azote. L'abaissement de la porosité entraîne une diminution des pertes gazeuses par l'augmentation de l'organisation de la MO. Le fractionnement initial de la MO ainsi que la teneur initiale en biomasse microbienne sont les facteurs clés pour prédire les cinétiques d'organisation du carbone et de l'azote. Les paramètres spécifiques des émissions d'NH3, d'H2O et de N2O sont initialisés en fonction de la nature du substrat et des caractéristiques physiques de l'andain. La calibration du modèle reste à améliorer, et par la suite le modèle devra être validé en condition industrielles. Les effets modélisés de la porosité, de l'humidité et du type de structurant sur les transformations de la MO permettent d'envisager l'usage du modèle pour optimiser le compostage d'effluents d'élevage.

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Gervois, Sébastien. "Les zones agricoles en Europe : évaluation de leur rôle sur les bilans d'eau et de carbone à l'échelle de l'Europe ; sensibilité de ces bilans aux changements environnementaux sur le vingtième siècle". Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066390.

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Coutinho, Luiz Felipe Carvalho. "Analyse du bilan de matière du pétrole dans une région en phase d’exploitation avancée – bassin de Reconcavo, Brésil". Paris 6, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00811915.

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Abstract (sommario):

Etablir un bilan de masses entre la génération, la migration et l'accumulation du pétrole est un processus important pour quantifier des systèmes pétroliers. Ce bilan donne en effet des indications sur la répartition des hydrocarbures dans un bassin sédimentaire, que ce soit une province très explorée ou un secteur d'exploration frontière. Cette thèse a établi la méthodologie pour approcher un bilan de masses d'un système pétrolier sur un cas réel. Elle a non seulement quantifié les termes sources et les pertes, mais s'est également intéressée aux aspects compositionnels. Les accumulations connues ont pour cela servi de données de calibration des paramètres influant le bilan. Dans cette optique, le cas d'étude choisi est le bassin de Recôncavo au Nord-Est du Brésil. Il s'agit d'un rift avorté qui a été formé pendant la fragmentation du Gondwana, au cours de le Crétacé Inférieur. Le stade mature de l'exploration de ce bassin a contribué à réduire les incertitudes sur les pertes et les charges, points essentiels d'une définition de bilan de matière. Les nombreux paramètres qui influencent le bilan ont pu être calibrés de façon précise. Pour procéder au bilan, on a d'abord effectué des analyses géochimiques pour la description cinétique compositionnelle des membres Tauá et Gomo (Fm. Candeias), les roches mères principales de ce bassin. Une loi de restauration du carbone organique total (COT) a été obtenue en résultat des expériences thermogravimétriques et de l’analyse Rock-Eval. Une deuxième partie de ce travail a intégré les résultats de géochimie dans un schéma séquentiel de modélisation de systèmes pétroliers en 1D,2D et 3D. Une calibration du régime au cours du temps géologique thermique indépendante des données de maturité a servi de guide pour le terme source. Puis la genèse, l'expulsion et la migration ont été modélisées. Ces résultats ont fourni les éléments du bilan de masses sur ce bassin, qui montre que seulement 8 % des hydrocarbures expulsés des roches mères ont été piégés, 16 % sont perdus dans le réseau poreux non réservoir et 76 % sont sortis latéralement du système au cours de son évolution
The mass balance study for the generated, migrated and accumulated petroleum constitutes an important tool for quantification of the petroleum systems providing indication for the comprehension of the oil distribution in a studied basin, whether it is a very explored province or a frontier area. This thesis has established a methodology for a mass balance construction in a petroleum system on a real case study. It is not only interested on the quantification of its charges and losses, but equally in its compositional aspects. The known hydrocarbon accumulation were used as a criteria for calibration of the mass balance parameters. It was chosen the Reconcavo basin, located at the Northeastern part of Brazil to this study. The basin is an aborted rift created during the fragmentation of the Gondwana supercontinent, during Lower Cretaceous. The quite known stage of exploration of the Reconcavo basin has contributed to the reduction of uncertainties concerning charges and losses, important issues to the definition of mass balance The large number of parameters that influence the mass balance were then calibrated on a precise way. For its acquisition it was used a geochemical protocol involving the kinetic-compositional description of the Tauá and Gomo Members (Candeias Formation), the main source rocks of the basin. A restoration law of Total Organic Carbon (TOC) was obtained through the results of the thermogravimetric experiments and also by Rock-Eval analysis. A second part of this work integrated these geochemical results in a sequential scheme of petroleum system modelings (1D, 2D and 3D). A thermal history calibration apart from the maturation data was used to obtain the source term. Later on, generation, expulsion and migration were modeled. These results provided the elements of mass balance for the Reconcavo basin showing that 8% of the expelled oil from the source rocks was accumulated, 16% was lost at the porous framework of the non-reservoir rocks and 76% left the system laterally or through exsudation, during its geological evolution

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Gonzalez-Sosa, Enrique. "Mesure et modélisation à long terme du bilan de masse et d'énergie d'une jachère du sud-ouest de la France : influence et rôle d'une couche naturelle de résidus végétaux, ou mulch". Grenoble INPG, 1999. http://www.theses.fr/1999INPG0122.

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Abstract (sommario):

Afin de tester la pertinence des modeles de transferts sol-vegetation-atmosphere (tsva) utilises pour representer les transferts de masse et d'energie a la surface des continents, des experimentations, dans un premier temps de courte duree, ont ete menees sous differents type de climat. Mais en general, leur duree (quelques mois) ne permettait pas de tester la robustesse de ces modeles vis-a-vis du cycle de l'eau dont l'evolution est beaucoup plus lente. Pour cela une ou plusieurs annees de donnees sont necessaires. C'est avec cet objectif de suivi sur le long terme que l'experience murex (monitoring the usable reservoir experiment) a ete menee durant trois annees (1995-1997) afin de disposer de donnees aussi completes que possible pour la validation de modeles svat de complexite variee sur plusieurs cycles hydrologiques. Le site experimental murex est une jachere de 30 ha situee sur la moyenne terrasse de la garonne a une quarantaine de km de toulouse (france). Les variables climatiques ont ete mesurees ainsi que les composantes du bilan d'energie par le dispositif samer. Trois sites de suivi du bilan hydrique sont ete instrumentes et on a egalement suivi l'evolution de la hauteur de la vegetation, la biomasse ainsi que l'indice foliaire. Des tests in situ et de laboratoire ont ete realises pour caracteriser les proprietes hydrodynamiques et thermiques du site. Les transferts de masse et d'energie ont ete modelises a l'aide du modele sispat (simple sol plante atmosphere transferts) en considerant les apports lateraux des parcelles voisines et une colonne du sol de 1. 30 m. Les resultats initiaux du modele etaient assez mauvais et on a fait l'hypothese que les residus vegetaux pouvaient etre responsables de ce desaccord entre mesure et modele. Les transferts au travers de la litiere formee par la decomposition des vegetaux morts appelee mulch, a ete modelise et le modele sispat modifie en consequence. Les donnees de l'annee 1995 ont ete utilisees pour calibrer le modele et estimer les parametres qui n'avaient ete mesures. La validation du modele a ete faite avec la serie de donnees des annees 1996 et 1997 en gardant les memes valeurs des parametres pour les trois annees. Les resultats montrent que l'evaporation mesuree a partir de la samer est assez bien modelisee pour les trois annees quand le mulch a ete mis en compte. L'evolution temporelle de l'humidite dans le premiers cinq centimetres du sol est bien reproduite pour les annees 1995 et 1997. En revanche les flux d'energie et principalement le flux de chaleur dans le sol sont moins bien restitues. La temperature dans le sol a ete aussi bien reproduite pour toutes les profondeurs. Dans tous les cas, les resultats et notamment l'evolution a long terme de l'evaporation sont meilleurs lorsque le mulch est pris en compte. Cela justifie a posteriori sa modelisation explicite dans les transferts de masse et d'energie.

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Vincent, Axel. "Conception et simulation d'un réacteur fil-cylindre à décharge couronne avec barrière diélectrique adapté au traitement des oxydes d'azote dans des effluents marqués par un isotope". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066477.

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Rojas, Sophie. "Etude du rôle des propriétés de surface de l'aérosol sur leur propriétés hygroscopiques appliquée à différents types de masse d'air". Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30281.

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Abstract (sommario):

Les aérosols jouent un rôle non négligeable sur le bilan de rayonnement global solaire et tellurique, d'une part, en diffusant et/ou absorbant une partie de ce rayonnement (effet direct), et en agissant comme noyaux de condensation nuageuse (CCN), d'autre part (effet indirect). Ce dernier point est mal quantifié. L'une des principales incertitudes concerne les paramètres influençant les propriétés hygroscopiques des aérosols, et en particulier leur potentiel CCN. Celui-ci peut être décrit par la théorie de Köhler qui prend en compte la tension de surface des particules d'aérosol en fonction de leur taille et de leur nature chimique, et en considérant l'aérosol comme un mélange externe de particules. Cependant de récentes études (Tervahattu et al. (2002), Russel et al. (2002)) ont observé l'existence, pour des masses d'air âgées, d'une pellicule enrobant certaines particules d'aérosol qui se forme par divers processus au cours du transport atmosphérique. Cette pellicule pourrait modifier la tension de surface de la particule et par conséquent ses propriétés hygroscopiques. Les études concernant l'influence de cette pellicule de surface sur le potentiel CCN des aérosols sont contradictoires. Afin de déterminer si la présence de cette couche de surface est capable d'influer sur l'hygroscopicité de l'aérosol, des mesures de concentration d'aérosol (CN) et de CCN, ainsi que des spectres granulométriques des particules, ont été effectués avant et après passage des échantillons dans un four utilisé pour volatiliser la pellicule externe éventuellement présente à la surface des particules échantillonnées (thermo-desorption). Ces échantillons ont été collectés sur trois sites de mesure (Zugspitze, Puy de Dôme, région de Strasbourg) représentatifs des différentes couches atmosphériques et exposés à l'influence de différents types de masse d'air. .
Aerosols have a non-negligable effect on the solar and telluric radiations by diffusing and/or absorbing a part of this radiation (direct effect), and by acting as Cloud Condensation Nuclei (Indirect effect). One of the main uncertainties about the last point concerns the hygroscopic properties of aerosols, in particular their CCN potential. Köhler's theory explains this potential. This theory describes the surface tension of the aerosol compared to its size and its chemistry. Nevertheless, recent studies (Tervahattu et al. (2002), Russel et al. (2002)) have observed the existence, of old polluted air masses, of a surface film coating some aerosol particules. This surface film is formed by some process during atmospheric transport. This film could modify the surface tension of the particule and consequently its hygroscopic properties. Studies concerning the influence of the surface coating on the CCN potential of the aerosol do not agree. In order to determine if this surface coating could influence aerosol hygroscopicity, some measurements have been made. These are aerorsol (CN) and CCN concentration and aerosol granulometric size distribution. These measurement were made before and after a owen. Owen was used to volitilising the eventual external film. This measurmement were made in three places (Zugspitze, Puy de Dôme and around Strasbourg) which represent different atmospheric layers and are exposed to the influence of different air mass origin. .

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Carvalho, Coutinho Luiz Felipe. "Analyse du bilan de matière du pétrole dans une région en phase d'exploitation avancée - bassin de Reconcavo, Brésil". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00811915.

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Abstract (sommario):

Etablir un bilan de masses entre la génération, la migration et l'accumulation du pétrole est un processus important pour quantifier des systèmes pétroliers. Ce bilan donne en effet des indications sur la répartition du pètrole dans un bassin sédimentaire, que ce soit une province très explorée ou un secteur d'exploration frontière. Cette thèse a établi la méthodologie pour approcher un bilan de masses d'un système pétrolier sur un cas réel. Elle a non seulement quantifié les termes sources et les pertes, mais s'est également intéressée aux aspects compositionnels. Les accumulations connues ont pour cela servi de données de calibration des paramètres influant le bilan. Dans cette optique, le cas d'étude choisi est le bassin de Recôncavo au Nord-Est du Brésil. Il s'agit d'un rift avorté qui a été formé pendant la fragmentation du Gondwana, au cours de le Crétacé Inférieur. Le stade mature de l'exploration de ce bassin a contribué à réduire les incertitudes sur les pertes et les charges, points essentiels d'une définition de bilan de matière. Les nombreux paramètres qui influencent le bilan ont pu être calibrés de façon précise. Pour procéder au bilan, on a d'abord effectué des analyses géochimiques pour la description cinétique compositionnelle des membres Tauá et Gomo (Fm. Candeias), les roches mères principales de ce bassin. Une loi de restauration du carbone organique total (COT) a été obtenue en résultat des expériences thermogravimétriques et de l'analyse Rock-Eval. Une deuxième partie de ce travail a intégré les résultats de géochimie dans un schéma séquentiel de modélisation de systèmes pétroliers en 1D,2D et 3D. Une calibration du régime thermique au cours du temps géologique indépendante des données de maturité a servi de guide pour le terme source. Puis la genèse, l'expulsion et la migration ont été modélisées. Ces résultats ont fourni les éléments du bilan de masses sur ce bassin, qui montre que seulement 8% des hydrocarbures expulsés des roches-mères ont été piégés, 16% sont perdus dans le réseau poreux non réservoir et 76% sont sortis du système latéralement ou par exsudation au cours de son évolution.

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Vasconcelos, Nogueira Neto Antonio. "Mécanismes contrôlant les anomalies de température de surface de la mer et de précipitation au cours de deux années contrastées 2010 et 2012 dans l'Atlantique tropical". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30010.

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Abstract (sommario):

Peu d'études ont été consacrées à la documentation des processus pilotant l'évolution de l'ITCZ maritime sur l'Atlantique (AMI). La présente étude fournit une analyse de l'évolution de l'océan et de l'atmosphère de l'Atlantique tropicale pour deux années contrastées en Température de Surface de la Mer (TSM), 2010 et 2012, qui ont été respectivement les années les plus chaudes et les plus froides observées au cours de la période 1982-2015. Les mécanismes à l'origine des anomalies interannuelles et saisonnières de la TSM sont d'abord explorés via un bilan thermique dans la couche de mélange océanique (CMO) effectué à partir de flotteurs Argo, de données satellitaires et des réanalyses atmosphériques ERA-Interim pour la période 2007-2012. Le flux de chaleur latente en surface s'est avéré être sous-estimé de 20 W.m-2 conduisant à un mélange vertical erroné dans l'ensemble du domaine. La correction de ce flux de surface a permis d'assimiler le résidu à un mélange vertical turbulent à la base de la couche de mélange d'intensité réaliste. Une fois corrigé, le bilan de la CMO montre que les anomalies de TSM observées en 2010 et 2012 ont été générées par une anomalie de vent liée à une anomalie de flux de chaleur latente sur l'Atlantique nord en hiver. L'advection horizontale induite par le vent joue cependant un rôle fondamental pour équilibrer les flux de surface dans l'Atlantique Sud en 2012. Ces résultats montrent que l'Atlantique tropical nord est une région clé pour la génération des anomalies de TSM observées en 2010 et 2012. La deuxième partie de l'étude étudie la mise en place des anomalies pluviométriques de 2010 et 2012 et les mécanismes associés. En moyenne saisonnière, les précipitations de 2010 ont été plus intenses sur une grande partie du bassin tandis que celles de 2012 présentaient un dipôle méridien avec un maximum de précipitations décalé de 5° au nord par rapport à la climatologie. Un bilan d'eau intégré verticalement a montré que l'advection d'humidité est la principale contribution à l'anomalie de précipitation pour les deux années, notamment via l'anomalie de vent horizontal. À l'échelle intrasaisonnière, une analyse des régimes de pluie révèle que les pluies fortes étaient plus fréquentes en 2010 alors que en 2012 les pluies faibles étaient plus fréquentes. La relation entre les précipitations et certains facteurs clés tels que la TSM et l'eau précipitable dans la zone de l'AMI montrent qu'en 2010, le seuil de TSM pour le déclenchement des pluies est supérieur à celui de 2012. La relation eau précipitable - pluie montre également l'existence d'un seuil d'eau précipitable pour le déclenchement des pluies différent selon les années et selon la température de la troposphère. On montre ainsi que les conditions atmosphériques plus chaudes de 2010 ont contribué à "atténuer" l'effet de l'anomalie de TSM via le mécanisme de Clausius-Clapeyron. La pluie est également modulée par le tourbillon vertical qui est plus faible en 2010 qu'en 2012 à régimes de pluie équivalents, ce que souligne le rôle des perturbations atmosphériques. Une analyse spectrale des précipitations montre que les ondes d'Est Africaines, dans la gamme 2 - 10 jours, expliquent l'essentiel des différences observées dans la variabilité des pluies entre 2010 et 2012. Enfin, un ensemble de simulations réalisées avec le modèle atmosphérique à aire limitée Méso-NH a été utilisé pour comprendre les contributions de l'océan et de l'atmosphère aux anomalies de pluies de 2010 et 2012. Les pluies simulées en changeant la TSM de 2010 par celle de 2012 et en gardant les conditions latérales de 2010 sont très proches de celles de 2010. Ce comportement confirme que le facteur clé pour déterminer l'anomalie de pluie de 2010 n'est pas l'anomalie de TSM mais l'anomalie de vent horizontal et de température de la troposphère
The Atlantic Marine ITCZ (AMI) is a regional manifestation of the ITCZ over the warm water of the tropical Atlantic oceans. Few studies have been devoted to document the processes driving the evolution of the SST and precipitation, most of which were centered on the eastern side of the basin. The present study provides an analysis of the evolution of the ocean and the atmosphere over the Western part of the Atlantic for two contrasted years in Sea Surface Temperature (SST), 2010 and 2012, that were respectively the warmest and coldest years observed during the 1982-2015 period. The causes of interannual and seasonal anomalies of SST are first explored via an oceanic mixed-layer (ML) heat budget performed from Argo floats, satellite-based data and ERAI-Interim atmospheric reanalysis for the period 2007-2012. The surface latent heat flux was found to be under-estimated by 20 W/m2 and conducted to erroneous vertical mixing in the whole domain. Correction of these surface fluxes yielded to residuals which were assimilated to vertical turbulent mixing at the mixed-layer base, which fell into realistic range. Once corrected, the ML budget shows that the observed SST anomalies in 2010 and 2012 were generated by anomalous wind stress and, consequently, anomalous latent heat flux in the north Atlantic during winter. The wind-induced horizontal advection plays a fundamental role in balancing the surface flux in the south Atlantic in 2012. The north tropical Atlantic appears as a key region for the generation of the SSTs pattern observed in 2010 and 2012. The second part of the study analyses the building of the 2010 and 2012 rainfall anomalies and the underlying mechanisms. On seasonal average, 2010 shows a more intense rainfall over the basin while 2012 exhibits a meridional dipole of precipitation with a rainfall maximum shifted 5 degrees north of its climatological location. An analysis of the water budget integrated vertically indicates that the anomalous vertical advection of moisture is the leading term that contributed to the precipitation anomalies for both years and that anomalous horizontal wind has the greatest contribution to this term. At the intraseasonal scale, an analysis of the precipitation regimes reveal that 2010 favoured more frequent heavy rainfall than 2012 while 2012 was characterised by more frequent lighter rain. The relationships between the precipitation and some key factors such as SST and precipitable water (PW) are analysed within the AMI to understand how deep convection was altered under different SST conditions. The main results is that the 2010 shows a higher SST threshold than 2012 for strong rainfall to occur. The precipitation - PW relationships shows the existence of a threshold of precipitable water too, which depends on the years and the tropospheric temperature. It is underlined that the atmospheric warmer conditions in 2010 vs 2012 acted to "damp" the SST anomaly via Clausius-Clapeyron mechanism, i.e. by increasing the water vapour saturation threshold of the atmosphere. A spectral analysis of precipitation revealed that African Easterly Waves at periods of 2-10 days explain most of the difference in the variability of precipitation between both years. Finally a set of simulation realised with the limited-area atmospheric model Meso-Nh was used to understand the contribution of the ocean and the atmosphere to the anomalous precipitation for 2010. Sensitivity experiments to the SST and initial/lateral boundary conditions were performed. The rainfall simulated by Meso-NH when forcing the model with the SST from 2012 and keeping the lateral boundary conditions to those of 2010 are very close to the rainfall obtained for 2010. It shows that the key factor to determine the 2010 rainfall anomaly is not the SST but the atmospheric properties provided by the lateral boundary conditions i.e. the anomalous horizontal wind and the tropospheric temperature

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Bouteffeha, Maroua. "Echanges hydrologiques surface-souterrain induits par une retenue collinaire en milieu méditerranéen : quantification et analyse". Thesis, Montpellier, SupAgro, 2014. http://www.theses.fr/2014NSAM0042/document.

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Abstract (sommario):

Les retenues collinaires sont des aménagements hydrauliques largement rencontrés en Afrique du Nord, et plus généralement dans les zones arides et semi-arides de la planète. Ils visent à la fois la conservation en eau dans les bassins versants amont et la rétention des matériaux issus de l'érosion afin d'éviter l'envasement des grands barrages en aval. L'implantation et la gestion de l'eau mobilisée par les retenues collinaires doit s'appuyer sur une connaissance de leur fonctionnement hydrologique. Or ce fonctionnement est encore peu connu, en particulier les processus et l'intensité des flux des échanges retenue-souterrain, constituent une question très ouverte. L'objectif de ce travail est de quantifier et d'analyser le fonctionnement des échanges retenue-souterrain sur un bassin versant agricole. L'étude a été menée sur la retenue collinaire du bassin versant expérimental de Kamech, appartenant à l'ORE OMERE. Dans la première partie de ce travail, une approche de bilan hydrologique a été développée et a permis de montrer que les échanges retenue-souterrain sont dominés par l'infiltration, qui représente environ 79 % des pertes à la retenue collinaire et dépasse largement les pertes par évaporation qui ne représente que 21 %.En revanche, l'analyse croisée des dynamiques hydrologiques dans la retenue et dans la nappe au voisinage de la retenue a mis en évidence des échanges qui se produisent dans les deux sens : des échanges dominés par un flux d'infiltration avec la nappe au pied du barrage, par contre, les échanges avec la nappe latérale des versants se produisent dans les deux sens mais restent très fugaces. Les résultats préliminaires de l'approche de modélisation développé dans ce travail a permis de souligner la complexité des échanges retenue-souterrain et montre que la relation entre la hauteur d'eau dans la retenue et le flux d'infiltration n'est pas univoque et présente des comportements différents entre la phase de montée et la phase de descente du niveau d'eau dans la retenue
Hill reservoirs are hydraulic infrastructures widely used in North Africa, generally in arid and semi arid zones of the planet. These infrastructures are used for both water conservation in the catchment scale and to reduce siltation of downstream dams. The implementation and the management of water resources mobilized in this infrastructure must be based on knowledge of their hydrological functioning. However, the hydrological functioning of this system is not very known, especially the water flux exchange processes and intensity between the reservoir and the subsurface is still an open question.The main purpose of this study is to quantify and analyse the hydrological functioning of the reservoir-subsurface exchange processes for an agricultural catchment. This study was conducted on the hill reservoir of the experimental observation site of Kamech belonging to the OMERE observatory. In the first part of this study, we develop a water balance approach to estimate reservoir-subsurface exchange flux. The results of this approach shows that reservoir-subsurface exchange flux is dominated by infiltration that represent about 79% of the water outflow, and largely exceeds the water loss by evaporation that represents only 21 % of the total water outflow. However, the cross-analysis of the hydrological dynamics of the hill reservoir and the aquifer in the vicinity of the reservoir revealed that infiltration can occur in both directions: reservoir-subsurface exchange dominated by infiltration with the aquifer located in the foot of the dam, however the water exchange with the lateral aquifer of the hill reservoir can occur in both directions but remain very fleeting. The preliminary results of the modeling approach developed in this work has highlighted the complexity of reservoir-subsurface exchange flux. In fact, the relationship between water level in the hill reservoir and the infiltration flux is not unique and can present different behavior between the rise and decrease phase of the water level in the hill reservoir

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Doan, Thuy Kim Phuong. "Fonctionnement biogéochimique d'un barrage tropical : application au système turbide de Cointzio (Mexique)". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENU011/document.

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Abstract (sommario):

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide
La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide

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Bellouin, Nicolas. "Estimation de l'effet direct des aérosols à partir de la modélisation et de la télédétection passive". Lille 1, 2003. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2003/50376-2003-183-184.pdf.

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Abstract (sommario):

Les aérosols atmosphériques influent sur le bilan radiatif terrestre en diffusant et absorbant le rayonnement incident (effet direct) et en modifiant le cycle de vie et les propriétés radiatives des nuages (effet indirect). Les interactions aérosols anthropiques - nuages - rayonnement constituent un forçage du système dont le signe et l'ordre de grandeur sont mal connus. Cette thèse étudie l'effet direct à partir d'observations satellitaires et de photométrie au sol. Elle aborde également plusieurs aspects de la modélisation des aérosols et de la surface dans les codes de transfert radiatif. Après avoir présenté les aérosols atmosphériques et leur impact climatique, on définit la perturbation des flux radiatifs due à l'effet direct des aérosols. Les outils utilisés par cette thèse sont le code de transfert radiatif Streamer qui, associé à une technique de reconstitution du signal, permet de simuler flux et réflectances, l'instrument satellitaire Polder, qui est multidirectionnel et effectue des mesures polarisées, et le réseau de photomètres Aeronet-Photons. On étudie tout d'abord l'impact sur la perturbation radiative directe des aérosols de deux simplifications souvent utilisées dans les calculs de transfert radiatif. Il est montré, à partir de mesures de la fonction de phase, que négliger la non-sphéricité des aérosols entraîne des erreurs importantes sur la perturbation radiative directe et sur l'inversion de l'épaisseur optique. La prise en compte de la surface océanique par son albédo entraîne également des erreurs par rapport à la prise en compte rigoureuse utilisant la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle. Pour estimer l'absorption par les aérosols, nous avons associé les inversions de Polder à un jeu d'albédos de diffusion simple issu de l'analyse de mesures Aeronet-Photons. L'algorithme utilisé permet d'identifier l'aérosol présent dans l'atmosphère en se basant sur les propriétés optiques déduites des mesures de Polder et sur la localisation géographique de la scène. Notre estimation de l'absorption en ciel clair est 2,5 Wm-2en moyenne globale sur les huit mois de données Polder. Nous présentons ensuite une méthode originale d'estimation de la perturbation radiative au-dessus des océans et en ciel clair à partir des réflectances de Polder. Grâce à l'utilisation de nombreux modèles d'aérosols, notre algorithme permet de défmir une incertitude. L'application sur les huit mois de mesures de Polder permet d'évaluer la perturbation radiative entre -6,8 et -7,8 Wm-2 en moyenne globale et sur huit mois. Une modification sera apportée à l'algorithme afm de mieux prendre en compte l'effet du vent sur la surface marine. La thèse se termine par une discussion sur l'estimation de la perturbation radiative directe au-dessus des continents, où la prise en compte de la surface est difficile.

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Ahmad, Alexandre. "Animation de structures déformables et modélisation des interactions avec un fluide basées sur des modèles physiques". Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/4f73d6f8-b8f0-4794-924b-8f827db44689/blobholder:0/2007LIMO4046.pdf.

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Abstract (sommario):

Je présente dans cette thèse des travaux concernant la simulation d'interactions entre un fluide et des membranes déformables. Ce sujet ne manque pas d'applications puisque l'interaction d'un fluide avec des feuilles, des tissus ou même des nageoires de poisson est un scénario courant. Pourtant, peu de travaux en synthèse d'images se sont intéressés à reproduire ce phénomène. Pour ce faire, je propose un algorithme de réaction de contacts entre un fluide Lagrangien et une membrane déformable qui est indépendant du pas d'intégration temporelle. Afin de pallier les artefacts visuels dus à des triangles, issus du processus d'extraction de surface du fluide, qui passent au travers de la membrane lors d'interactions, je présente une technique qui projette la portion de volume erronée le long de la membrane. De plus, une paramétrisation intuitive de coefficients hétérogènes de friction sur une surface est exposée. Je présente également deux modèles d'optimisation. Le premier modèle propose de filtrer les vitesses de particules calculées par une méthode explicite afin de réduire la forte contrainte sur le pas d'intégration temporelle. Des analyses fréquentielles permettent de quantifier cette réduction. Le deuxième modèle est une structure de subdivision spatiale dynamique qui détermine efficacement le voisinage d'un point et d'un triangle. Cette structure a pour but de réduire les temps de calculs des processus de détermination du voisinage pour les fluides Lagrangiens, mais aussi ceux de la détection de collisions et enfin ceux de l'extraction de surface
The presented works' main focus is the interaction of liquids and thin shells, such as sheets of paper, fish fins and even clothes. Even though such interactions is an every day scenario, few research work in the computer graphics community have investigated this phenomenon. Thereby, I propose an algorithm which resolves contacts between Lagrangian fluids and deformable thin shells. Visual artefacts may appear during the surface extraction procedure due to the proximity of the fluids and the shells. Thus, to avoid such artefacts, I propose a visibility algorithm which projects the undesired overlapping volume of liquid onto the thin shells' surface. In addition, an intuitive parametrisation model for the definition of heterogeneous friction coefficients on a surface is presented. I also propose two optimisation methods. The first one reduces the well-known dependency of numerical stability and the timestep when using explicit schemes by filtering particles' velocities. This reduction is quantified with the use of frequency analysis. The second optimisation method is a unified dynamic spatial acceleration model, composed of a hierarchical hash table data structure, that speeds up the particle neighbourhood query and the collision broad phase. The proposed unified model is besides used to efficiently prune unnecessary computations during the surface extraction procedure

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Celso, Dantas Antonino Antônio. "Modélisation des transferts de masse et de chaleur dans le système sol-plante-atmosphère : influence de la variabilité spatiale des caractéristiques hydrodynamiques du sol". Grenoble 1, 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10096.

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Abstract (sommario):

Le mémoire est relatif à la modélisation des transferts couples de masse et de chaleur dans le système sol-plante-atmosphère: le modèle mécaniste est l'objet de mesures intensives dans le sol, sur la plante et dans les basses couches atmosphériques. Une version stochastique du modèle est développée afin d'étudier de façon théorique l'influence de la variabilité des caractéristiques hydrodynamiques du sol sur les transferts dans les systèmes sol nu atmosphère et sol-plante-atmosphère. Alors que l'approche déterministe apparaît adéquate pour un sol cultive, la végétation ayant tendance à lisser l'influence de la variabilité sur les transferts, elle n'est pas pertinente pour la modélisation des flux de surface dans le cas d'un sol nu

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Zhong, Xueqian. "Modélisation des bilans et des flux de métaux en traces dans les sols sous agriculture urbaine". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0051.

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Abstract (sommario):

La consommation de légumes cultivés dans un sol contaminé par des métaux et l'inhalation directe du sol représente un risque pour la santé humaine. Afin de maintenir la durabilité des jardins urbains, la prédiction de l'évolution des métaux dans les sols devrait nous permettre d'identifier les risques liés à la contamination des sols par les métaux, et ainsi de mettre en place des pratiques permettant de mieux préserver les fonctions rendues par les sols des jardins et de cibler une réhabilitation plus efficace des sols contaminés. Nous avons utilisé un modèle de bilan de masse pour simuler l'évolution des métaux du sol sous les différentes pratiques de jardinage au cours du temps. Le modèle de bilan de masse a été amélioré pour le rendre applicable aux jardins potagers en considérant leur utilisation régulière et intensive d'amendements organiques. La lixiviation et le prélèvement par les plantes sont les principaux flux de perte de métaux dans les sols. Nous avons incorporé, respectivement, les modèles RothC et VSD+ pour simuler les changements du carbone et du pH dans les sols. Des valeurs spécifiques de PUF (plant uptake factor) pour plus de 60 espèces végétales ont été recueillies dans la littérature pour simuler la perte de métaux par le prélèvement par les plantes. Les flux d'entrée de métaux ont été pris en compte dans le modèle de bilan de masse, en considérant les apports d’engrais chimiques, d’amendements organiques, de pesticides et les dépôts atmosphériques. La profondeur du travail du sol et la rotation des cultures ont également été prises en compte dans le modèle. Nous avons prédit l'évolution des concentrations de métaux dans le sol de 104 jardins potagers français au cours des 100 prochaines années. Si les pratiques de jardinage actuelles sont maintenues, une augmentation des teneurs en Cd (35% en moyenne), Cu (183%) et Zn (27%) du sol devrait se produire après un siècle. La concentration de Pb dans le sol ne devrait pas varier de façon notable. Le modèle a également été utilisé pour simuler les tendances historiques et futures des concentrations en métaux du sol dans le Potager du Roi à Versailles, qui compte plus de 300 ans de pratiques de jardinage depuis sa création en 1683. Le pH du sol et la MO du sol simulés par les modules RothC et VSD+ sont très proches des valeurs mesurées, avec une variation inférieure à 10%. Les teneurs en Zn des sols ont été bien simulées par rapport aux valeurs mesurées, avec un intervalle de variation de 3% à 25% dans les différents scénarios. Des résultats moins précis ont été trouvés dans les simulations de tendances historiques de la teneur en Cd, Cu et Pb dans les sols. Dans les simulations de tendances futures, les teneurs en métaux des sols du Potager du Roi augmenteront de 39 % pour le Cd, 20 % pour le Cu, 5 % pour le Pb et 32 % pour le Zn dans un siècle, alors que les pratiques de jardinage actuelles seraient maintenues. Le compost de déchets verts contribue à plus de 70 % du total des flux de métaux entrants et sortants. En outre, il existerait une surexposition alimentaire chronique au Cd et au Pb pour les personnes qui ne consommeraient que des légumes cultivés dans le Potager du Roi à l'avenir. D'après les résultats des simulations, les pratiques de jardinage actuelles peuvent entraîner une accumulation de métaux dans les sols des potagers français. Une norme relative aux pratiques de jardinage devrait être élaborée pour prévenir/atténuer la contamination des sols par les métaux afin de garantir la sécurité alimentaire
Consumption of vegetables grown in a soil contaminated by trace metals and direct soil inhalation pose a risk to human health. In order to maintain the sustainability of urban gardens, predicting the evolution of metals in soils should allow to identify risks related to metal contamination of soil, and thus to apply practices to better preserve the functions rendered by garden soils and target a more efficient rehabilitation of contaminated soils. We used a mass balance model to simulate the evolution of soil metals under the different gardening practices over time. The mass balance was improved to make it more applicable to vegetable gardens by considering the regular and intensive use of organic waste amendments. Leaching and plant uptake are the main flows of metals loss in soils. We incorporate the RothC and VSD+ models to simulate the changes in soil carbon and pH over time, respectively. Specific values of plant uptake factor for over 60 vegetable species have been collected from literature to simulate metal loss via plant uptake. Metal input flows are associated to chemical fertilizers, organic waste amendment, pesticides and atmospheric deposition. Soil tillage depth and crop rotation have also been considered in the model. We predicted the evolution of soil metal (Cd, Cu, Pb and Zn) concentrations in 104 French vegetable gardens over the next 100 years. If current gardening practices are maintained, an increase in soil Cd (35% on average), Cu (183%), and Zn (27%) contents should occur after a century. Soil Pb concentration should not vary consistently. The model has also been used to simulate the historical and future trends of soil metal concentrations in the King’s Vegetable Garden (Potager du Roi) in Versailles, which has more than 300 years of gardening practices since its creation in 1683. Simulated soil pH and OM by the integrated RothC and VSD+ modules are very close to measured values, with variation less than 10%. Soil Zn contents have been well simulated comparing to measured values, with a variation range of 3% to 25% in different scenarios. Less accurate results were found in the historical trend simulations of Cd, Cu and Pb content in soils. In the future trend simulations, the soil metal contents will increase by 39% for Cd, 20% for Cu, 5% for Pb, and 32% for Zn for the next century, while the current gardening practices will be maintained in King’s Vegetable Garden. Green waste compost contributes over 70% of the total input and output metal flows. Moreover, there would be a chronic over-exposure to Cd and Pb for people who would only consume vegetables grown in the King's Vegetable Garden in the future. According to the results of the simulations, current gardening practices can lead to accumulation of metals in French vegetable garden soils. A standard for gardening practices should be developed to prevent/mitigate soil metal contamination in order to ensure food safety

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Khalifa, Abderrahmen. "Contribution à la modélisation microclimatique des situations hivernales en milieu urbain". Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0295/document.

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Abstract (sommario):

En viabilité hivernale, la prévision de l’état de surface des infrastructures s’avère indispensable, et permet une anticipation, une meilleure coordination et une efficacité d’intervention des services d’exploitation. La majorité des pays dispose de modèles de prévision de la température de surface d'infrastructures et des routes en particulier (TSR). La complexité de ces outils d’aide à la décision est croissante, pour servir au mieux les usagers et l’exploitant. Le microclimat urbain influence le bilan énergétique de surface selon différents processus : radiatifs, aérodynamiques et hydrologiques. Néanmoins, d’autres processus physiques anthropiques influencent cette TSR, tel que le trafic. Des travaux ont été menés par le passé concernant l’apport énergétique du trafic dans le bilan thermique de la ville. Celui-ci a fait l’objet d’études sur les périodes estivales et les îlots de chaleur urbains associés. Cependant, dans les cas de dégradations des conditions hivernales de circulation, ces apports énergétiques ont été intégrés de façon marginale dans la modélisation des paramètres de surface de la route. L’absence de cette contribution du trafic dans la modélisation du bilan énergétique de surface explique, dans une certaine limite, la prévision imparfaite de l’état de surface de la route. La bibliographie recense plusieurs études conduites afin d’identifier et de quantifier ces effets du trafic. Elles n'ont pas ou peu traité la perte ou le gain d'énergie causé par le passage des véhicules sur le bilan énergétique de surface, ou sur la modélisation de la TSR. Dans la présente étude, deux approches ont été proposées pour paramétrer le trafic dans le modèle numérique Town Energy Balance (TEB), l'une globale et la seconde détaillée. Leur analyse comparée indique que la seconde a significativement amélioré les résultats de la modélisation de la TSR. Les apports thermiques du trafic ont augmenté la TSR de 2 à 4°C pour la rapprocher des mesures expérimentales (écart de 0.5 à 1°C en moyenne). Elle est le résultat de l’effet cumulatif des différents processus physiques associés au trafic, et varie en fonction de ses paramètres (densité, vitesse de circulation, fluidité, etc.). Une étude de sensibilité a été menée afin d’apprécier les processus physiques responsables de l’amélioration de la TSR. Les résultats indiquent que l’effet turbulent, la densité de flux radiatif ainsi que la densité de flux due aux frottements des pneumatiques contribuent le plus à l'augmentation la TSR. Néanmoins la contribution énergétique de chacun de ces processus dépend à la fois des paramètres du trafic et des conditions météorologiques. Cette étude a présenté également une analyse préliminaire de l’influence de la lame d’eau présente en surface sur la TSR. Cette dernière décroit en fonction de l’épaisseur de la lame d’eau. Les facteurs anthropiques tels que le trafic et l’adjonction de fondants routiers sur la lame d’eau présente en surface sont décrits et discutés, et une paramétrisation proposée en perspectives
In winter maintenance, forecasting the infrastructure surface status is mandatory, to allow anticipation, better coordination and efficiency of services. The majority of countries have forecast models of the infrastructure surface temperature and especially roads one (RST). The complexity of these decision tools is growing, to best serve the users and managers. The urban microclimate influences the surface energy balance according to various processes: radiative, aerodynamic and hydrologic. However, other anthropogenic physical processes influence this RST, such as traffic. Studies have been carried out in the past about the traffic heat input in the town heat balance. These were conducted on the summer periods and associated urban heat islands. However, in case of traffic in adverse winter conditions, these energy contributions were marginally integrated into the modeling of the road surface parameters. The absence of this traffic's contribution in the surface energy balance modeling explains, to a given limit, the imperfect forecasting of road surface status. The literature identifies several studies conducted to identify and to quantify these effects of traffic. They have insufficiently or not treated the loss or gain on energy caused by circulating vehicles on the surface energy balance, or on modeling the RST. In this study, two approaches have been proposed to parameterize the traffic in the Town Energy Balance (TEB) numerical model, this first one being overall and the second one detailed. Their comparative analysis indicates that the second significantly improved the results of the RST modeling. The traffic heat inputs increased RST by 2 to 4°C, results being then closer to experimental measurements (average difference of 0.5 to 1°C). It is the result of the cumulative effect of the various traffic physical processes, and varies according to its parameters (density, vehicle velocity, fluidity, etc.). A sensitivity analysis was conducted to assess the physical processes responsible for the improvement of the RST. The results indicate that the turbulent effect, the radiative heat flux and flux density due to tires friction represent the greatest contribution to RST increase. Nevertheless the energy contribution of each of these processes depends both traffic parameters and weather conditions. This study also presented a preliminary analysis of the influence of a water layer over the surface on the RST. The latter decreases as a function of the thickness of the water layer. Anthropogenic factors such as traffic and the addition of de-icing products into the water layer present on the surface are described and discussed, and a parameterization proposed as a perspective

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Coudert, Benoit. "Apport des mesures de température de surface par télédétection infrarouge thermique pour la modélisation des échanges d'énergie et d'eau à l'interface sol végétation atmosphère". Phd thesis, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00151869.

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Abstract (sommario):

La température des surfaces naturelles est un terme clé du bilan d'énergie et d'eau à l'interface entre le sol la végétation et l'atmosphère (SVA). Cette variable est accessible par télédétection dans le domaine spectral infrarouge thermique correspondant à une fenêtre atmosphérique pour les mesures spatiales. Dès lors, des mesures fréquentes de celle-ci au niveau du sol ou par satellite comme celles du capteur SEVIRI de MétéoSat8 (MSG) à la résolution du quart d'heure, permettent le suivi continu des échanges de surface. La représentation numérique de ces échanges pour les couverts végétaux par des modèles TSVA comme le modèle SEtHyS, utilisé pour cette étude, peut alors être contrainte par l'assimilation de la température de surface. La spécificité de ce travail de thèse a été de développer une méthodologie basée sur la dynamique de son cycle diurne pour suivre le bilan d'énergie et d'eau à l'interface SVA au niveau de la parcelle agricole puis à l'échelle du paysage hétérogène.

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Pambou-Tobi, Nadia. "Influence des conditions de friture profonde sur les propriétés physicochimiques de la banane plantain Musa AAB « harton » : étude du vieillissement des huiles et modélisation des transferts de matière au cours du procédé". Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0063/document.

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Abstract (sommario):

La banane plantain est un fruit couramment consommé au Congo-Brazzaville sous la forme cuite en tant qu’accompagnement. Le procédé de friture profonde de la banane plantain est une pratique très répandue, souvent mal maitrisé, compte tenu de l’utilisation prolongée des huiles de friture entrainant la formation de composés néfastes à la santé. En effet, depuis un certain nombre d’années, la consommation d’huiles locales (soja, palme) et leurs dégradations après chauffage constituent une des préoccupations principales pour la sécurité sanitaire du consommateur. Les objectifs de cette thèse consistaient à étudier l’influence du procédé de la friture profonde appliqué à la banane plantain Musa AAB, variété « Harton » au stade de maturité 7, consommée sous la forme de disque. Nous avons dans un premier temps appliqué la méthodologie des surfaces de réponse au procédé de friture profonde, afin de déterminer l’influence de trois paramètres (temps / température / quantité) sur différentes réponses (couleur, dureté, teneurs en huile et en eau des produits frits) en fonction de la nature de l’huile utilisée (soja, palme, huile Frial). Une fois les conditions optimales obtenues sur la banane plantain en condition domestique, l’étude s’est focalisée sur l’évolution de la stabilité des huiles de friture par le suivi des paramètres physico-chimiques de dégradation de ces dernières (composés polaires totaux, acides gras libres, composés primaires et secondaires d’oxydation). Des analyses de la couleur, du point de cristallisation et de la viscosité sont venues compléter l’étude et ont permis d’établir la durée d’utilisation optimale de ces huiles en fonction de la quantité de banane plantain à frire. Enfin, les mécanismes de transfert d’eau et d’absorption d’huile dans la matrice ont été étudiés et modélisés en fonction de la température, de l’épaisseur et du temps d’immersion
Plantain is a fruit commonly consumed in Congo - Brazzaville in its cooked form, as an accompaniment. The process of deep frying plantain is a widespread practice, often poorly mastered, given the prolonged use of frying oils, leading to the formation of compounds harmful to health. Indeed, for a number of years, the consumption of local oils (soybean, palm) and their degradation after heating are cause of major concern for consumer safety. The objectives of this study were to investigate the influences of the deep frying process applied on the Musa AAB plantain of "harton" variety, maturity level 7, as consumed in sliced form. We initially applied response surface methodology (RSM) to the deep frying process to determine the influence of three parameters (time / temperature / quantity) on different responses (color, hardness, oil uptake and water content) according to the type of oil used (soybean, palm, Frial oils). Once optimal conditions were obtained from the plantain in domestic conditions, the study focused on the evolution of frying oil stability, by monitoring physicochemical parameters of the degradation of the aforementioned (total polar compounds, free fatty acids, primary and secondary oxidation products). Analyses of color, crystallization point and viscosity, were added to the study and helped establish the optimal duration of use for these oils depending on the quantity of plantains fried. Lastly, the mechanisms of water transfer and oil uptake in the matrix has been studied and modeled according to temperature, thickness and immersion time

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Arellano, Salazar Marcela Patricia. "Caractérisation expérimentale et modélisation de systèmes multiphasiques au cours du procédé de congélation à l'échelle pilote : Application à la fabrication de sorbets dans des échangeurs à surface raclée". Phd thesis, AgroParisTech, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01059043.

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Abstract (sommario):

La congélation partielle du mix dans un échangeur de chaleur à surface raclée (ECSR)est l'étape la plus critique dans la fabrication d'un sorbet, car c'est la seule étape où de nouveaux cristaux de glace se forment; par la suite ces cristaux ne font que grossir. L'objectif principal est de produire un grand nombre de cristaux les plus petits possibles afin d'obtenir une texture onctueuse. Pendant le procédé de congélation, le produit est soumis à des interactions couplées d'écoulement du fluide, de transfert de chaleur, de changement de phase et de cisaillement. Ces interactions sont déterminées par les conditions opératoires du procédé de congélation et affectent l'évolution de la distribution de taille des cristaux de glace, ainsi que la texture finale du produit. Ce travail présente la caractérisation expérimentale et la modélisation du procédé de congélation d'un sorbet. La congélation du sorbet à été effectuée dans un ECSR à l'échelle pilote. L'objectif principal de ce travail est l'étude de l'influence des conditions opératoires du procédé de congélation sur les caractéristiques finales du produit: distribution de taille de cristaux de glace, température du produit, fraction volumique de glace et viscosité apparente. Le comportement de l'écoulement du produit dans l'ECSR a été caractérisé par une étude expérimentale et une modélisation de la distribution du temps de séjour (DTS). Une approche de modélisation de la cristallisation de la glace couplant le modèle de DTS avec des équations de transfert de chaleur et de bilan de population des différentes classes de taille de cristaux a été développée. À partir d'une première estimation des paramètres, le modèle de cristallisation prédit de façon satisfaisante les tendances expérimentales et donne un bon aperçu de l'évolution de la distribution de taille des cristaux de glace au cours du procédé de congélation dans l'ECSR.

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Doan, Thuy kim Phuong. "Fonctionnement biogéochimique d'un barrage tropical : application au système turbide de Cointzio (Mexique)". Phd thesis, Université de Grenoble, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01067849.

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Abstract (sommario):

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture "Trans-Mexicain Volcanique Belt " (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

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Arellano, Salazar Marcela Patricia. "Caractérisation expérimentale et modélisation de systèmes multiphasiques au cours du procédé de congélation à l’échelle pilote : Application à la fabrication de sorbets dans des échangeurs à surface raclée". Thesis, Paris, AgroParisTech, 2012. http://www.theses.fr/2012AGPT0088/document.

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Abstract (sommario):

La congélation partielle du mix dans un échangeur de chaleur à surface raclée (ECSR)est l'étape la plus critique dans la fabrication d'un sorbet, car c'est la seule étape où de nouveaux cristaux de glace se forment; par la suite ces cristaux ne font que grossir. L'objectif principal est de produire un grand nombre de cristaux les plus petits possibles afin d'obtenir une texture onctueuse. Pendant le procédé de congélation, le produit est soumis à des interactions couplées d'écoulement du fluide, de transfert de chaleur, de changement de phase et de cisaillement. Ces interactions sont déterminées par les conditions opératoires du procédé de congélation et affectent l'évolution de la distribution de taille des cristaux de glace, ainsi que la texture finale du produit. Ce travail présente la caractérisation expérimentale et la modélisation du procédé de congélation d'un sorbet. La congélation du sorbet à été effectuée dans un ECSR à l'échelle pilote. L'objectif principal de ce travail est l'étude de l'influence des conditions opératoires du procédé de congélation sur les caractéristiques finales du produit: distribution de taille de cristaux de glace, température du produit, fraction volumique de glace et viscosité apparente. Le comportement de l'écoulement du produit dans l'ECSR a été caractérisé par une étude expérimentale et une modélisation de la distribution du temps de séjour (DTS). Une approche de modélisation de la cristallisation de la glace couplant le modèle de DTS avec des équations de transfert de chaleur et de bilan de population des différentes classes de taille de cristaux a été développée. À partir d'une première estimation des paramètres, le modèle de cristallisation prédit de façon satisfaisante les tendances expérimentales et donne un bon aperçu de l'évolution de la distribution de taille des cristaux de glace au cours du procédé de congélation dans l'ECSR
The partial freezing of the mix inside the scraped surface heat exchanger (SSHE) is the most critical step in sorbet manufacturing, since it is the only stage where new ice crystals are produced; further in the process these ice crystals will only grow. The main objective of the freezing process is to form the smallest possible ice crystals, so as to assure a smooth texture in the final product. During the freezing process the product is subjected to coupled interactions of fluid flow, heat transfer, ice phase change and shear. These interactions are determined by the freezing operating conditions and affect the evolution of the ice crystals size distribution (CSD) and the final texture of the product. This work presents the experimental characterization and the modelling of the initial freezing process of a sorbet. The freezing of sorbet was carried out in a SSHE at the pilot scale. The main objective of this work was the study of the influence of the freezing operating conditions on the final product characteristics: ice CSD, product temperature, ice volume fraction, apparent viscosity. The product flow behaviour in the SSHE was characterized by an experimental and modelling study of the residence time distribution (RTD) of the product. An ice crystallization modelling approach, taking into account the coupling of an empirical RTD model with heat transfer equations and a population balance of the different ice crystal size classes was developed. With a first set of estimated parameters, the ice crystallization model predicts satisfactorily the experimental trends, and made it possible to have an insight on the evolution of ice CSD during the freezing process in the SSHE

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Siefridt, Laure. "VValidation des données de vent ERS-1 et des flux de surface du CEPMMT dans le contexte de la modélisation des circulations océaniques à l'échelle d'un bassin". Université Joseph Fourier (Grenoble), 1994. http://www.theses.fr/1994GRE10242.

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Abstract (sommario):

Une validation d'ensembles de donnees relatives a la surface de l'ocean est proposee dans le contexte de la modelisation numerique realiste des circulations oceaniques. Les flux de surface (chaleur et quantite de mouvement) produits au centre europeen pour les previsions meteorologiques a moyen terme (cepmmt) sont d'abord etudies. A cette occasion, une banque de donnees des variables atmospheriques de surface du cepmmt de 1986 a 1992 est mise a la disposition de la communaute scientifique. Une validation climatologique de ces analyses, produites a l'origine dans un objectif de previsions a moyen terme (10 jours), est primordiale et s'accompagne de l'etude de la variabilite interannuelle du signal. Enfin, une parametrisation du forcage thermique des modeles d'oceans est proposee ; elle permet le reequilibrage du modele avec une atmosphere en etat stationnaire prescrit, qui est representee par les variables climatologiques du cepmmt. Dans une seconde partie, les vents diffusiometriques satellitaires ers-1 sont analyses par une procedure variationnelle. Le but est de produire, sur une periode de quelques jours et a l'echelle d'un bassin, des champs de vent complets sur une grille reguliere, qui possedent les caracteristiques des mesures initiales ainsi que des proprietes physiques definies, tout en s'affranchissant de l'echantillonnage sequentiel satellitaire. La procedure est mise au point par comparaison a des mesures in-situ, et l'on verifie par une etude spectrale que les echelles pertinentes au forcage des oceans sont conservees. Les cartes de vent a 3 et 5 jours ainsi produites representent la premiere vision du vent a ces echelles et ouvrent des perspectives nouvelles pour la modelisation oceanique

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Viani, Alessandra. "Fonctionnement hydro-glaciologique du bassin versant de l'Arve dans les Alpes françaises : variabilité climatique et sur la disponibilité de la ressource en eau". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU015/document.

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Abstract (sommario):

La réduction du volume des glaciers et la fusion printanière plus précoce de la neige causée par le réchauffement climatique provoquent des variations du cycle hydrologique à la fois pour les têtes de bassin versant, mais aussi pour les zones situées plus à l’aval. Afin de prédire correctement l’amplitude des changements possibles futurs et d’envisager une gestion adaptée, une bonne connaissance de l’interaction entre les glaciers, le climat et les écoulements hydriques est nécessaire. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’effet de la variabilité climatique sur le fonctionnement hydro-glaciologique et ses conséquences sur la disponibilité de l’eau du bassin versant de l’Arve (Alpes françaises) depuis 1960. Ce bassin s’étend sur une surface de 1958 km2 et est composé de cinq bassins versants emboités (Arveyron d’Argentière, Arveyron de la Mer de Glace, Arve au Pont des Favrands, à Sallanches and au Bout du Monde), tous influencés par la fusion glaciaire et nivale mais dans différentes proportions étant donnée la large gamme d’extension de couverture glaciaire s’étalant de 5 á 53%. Ce travail est basé sur des longs jeux de données glaciologiques, météorologiques, hydrologiques et de couverture de neige qui sont issues soit de mesures ponctuelles dans l’espace soit de données obtenues par télédétection.L’analyse des tendances a été réalisée sur des données hydrologiques et météorologiques des cinq bassins versants emboités. Pour cela, le cycle saisonnier du débit est ajusté en utilisant une fonction mathématique de type “modèle à pic asymétrique”. Les changements observés des débits ont été reliés aux variables météorologiques ainsi que à l’évolution de la couverture glaciaire. Les résultats indiquent un comportement contrasté entre les bassins versants selon les taux d’englacements, avec une tendance croissante des valeurs de débit dans les bassins versants fortement englacés (couverture de glacier >30%) et une décroissante pour les moins englacés. La sensibilité du cycle hydrologique au changement climatique futur a été évaluée. Pour le milieu du 21e siècle, on prévoit que le volume annuel écoulé serait réduit de 16% pour l’Arveyron d’Argentière et de 31% pour l’Arveyron de la Mer de Glace. Pour la période estivale, la quantification détaillée de chaque terme de l’équation du bilan hydrologique, ainsi que leurs incertitudes, sur les bassins versants de l’Arveyron d’Argentière et de l’Arveyron de la Mer de Glace-Leschaux a permis de souligner l’importance des transferts d’eau souterraine pour représenter et prédire le comportement hydro-glaciologique d’un bassin versant donné. Deux model d’écoulement distribués de type degré-jour couples à un modèle de routage hydrologique à réservoir linéaire ont était utilisé sur le bassin versant de l’Arveyron d’Argentière sur la période 1960–2009. La calibration est effectuée autant sur la base des données de débit qu’avec une approche multicritère avec les données de débit, de couverture neigeuse et du bilan de masse annuel, à pas de temps journalier. Les résultats montrent l’aptitude d’utiliser un modèle classique degré-jour pour simuler le comportement hydro-glaciologique et la production d’eau sous-glaciaire d’un bassin versant fortement glaciaire. Pour la période 1960–2004, une valeur de Kling Gupta Efficiency de 0.85 entre le débit simulé et observe à était obtenu. La calibration multicritère semble réduire les incertitudes des simulations
Glacier recession and the anticipation of spring snow melt driven by a warming climate could lead to changes in the hydrological cycle affecting not only the headwater catchments but also the areas downstream. In order to correctly predict the magnitude of future possible changes and to consider appropriate strategies of water management, a good understanding of the interaction between glaciers, climate and hydrology is needed. The aim of this study is to assess the effect of climate variability on the hydro-glaciological behaviour and its consequence on water availability in the Arve River catchment (French Alps) since 1960. It covers 1958 km2 and is composed by five nested catchments (Arveyron d’Argentière, Arveyron de la Mer de Glace, Arve at Pont des Favrands, Arve at Sallanches and Arve at Bout du Monde), all influenced by glacier and snow melt but characterized by various percentages of glacier cover ranging from 5 to 53%. This research is based on a long dataset of in situ or remote sensing glaciological, meteorological, hydrological and snow cover area data.Trend analyses are performed on the hydrological and meteorological data at all the considered sites. The seasonal cycle of each catchment is fitted using a mathematical function, namely the asymmetric peak model, and changes in the discharge are related to observed changes in the meteorological variables and the glaciers’ evolution. Results point out a contrasting behaviour among the catchments characterized by different glacier covers, showing an increasing trend on the discharge values in highly glacierized catchments (with a glacier cover >30%) and a decrease in the low glacierized ones. The sensitivity of the seasonal cycle to the future climate is evaluated. In the mid-21st century the annual runoff would be reduced by 16% for Arveyron d’Argentière and 31% for Arveyron de la Mer de Glace. Over the summer season, a detailed quantification of each term of the hydrological balance equation, as well as their uncertainties, on the Argentière and Mer de Glace-Leschaux drainage basins allows to underline the importance of considering the groundwater transfers to represent and predict the hydro-glaciological behaviour of a considered catchment. Two different distributed temperature index melt models coupled with a linear reservoir discharge model are used on the Arveron d’Argentière catchment over the 1960–2009 period. The calibration is carried out against discharge only and with a multi- criteria approach considering the discharge, the snow cover area and the glacier-wide annual mass balance values at daily time step. Results demonstrate the suitability of the use of a classical degree day model in simulating the hydro-glaciological behaviour and the subglacial water production of a highly glacierized catchment. A KGE of 0.85 is obtained between the observed and simulate discharge values over the 1960–2004 period. The use of a multi-criteria approach seems to reduce the simulation uncertainties

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Tesi sul tema "Modélisation du bilan de masse en surface"

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