Добірка наукової літератури з теми "Couche limite atmosphérique (ABL)"

Suite à une requête de la Défense belge dans le cadre des applications CBRN (chimique, biologique, radiologique et nucléaire), l’objectif initial du travail était de simuler un cas CBRN réaliste a l’air libre (dispersion de particules après une explosion dans une ville), en appliquant la stabilisation Streamline-Upwind Petrov-Galerkin (SUPG) sur une méthode d’éléments finis (FEM), incluant une deuxième phase (particules). Pour cette simulation, les développements se font dans le code Coolfuid 3, un langage spécifique au domaine (DSL) écrit en C++. Cependant, les applications à l’air libre nécessitent de décrire correctement la couche limite atmosphérique (ABL). Cela n’a jamais été fait en utilisant des éléments finis stabilisés. Par conséquent, le défi de ce travail est de répondre à la question simple : Comment modéliser une ABL en s’appuyant sur la méthode de stabilisation SUPG. Afin de réduire le nombre d’éléments nécessaires pour une simulation résolvant toutes les échelles de turbulences jusqu’aux parois, l’ABL a été implémentée avec un modèle de paroi, puis vérifiée en 2D, tandis que quelques corrections (la résolution du maillage, la stabilité du profil de vitesse) ont également pu être menées. Néanmoins, l’implémentation 3D a révélé certaines oscillations parasites, laissant supposer à une origine numérique. Bien que la SUPG produise de la dissipation, cette dernière ne semble pas suffisante pour un écoulement à nombre de Reynolds aussi élevé. Par conséquent, pour ajouter de la dissipation, deux directions ont été suivies : Premièrement, une implémentation de l’évolution de la SUPG, la Méthode Variationnelle MultiScale (VMS), a été initiée. Cette dernière fournit un cadre combiné à la fois pour la stabilisation et la modélisation de la turbulence. Deuxièmement, deux formulations LES, connues pour leur comportement dissipatif, ont également été intégrées. Après avoir réduit les oscillations parasites, le profil de vitesse a été analysé. Finalement, pour permettre la comparaison avec un résultat DNS disponible, le nombre de Reynolds visqueux du domaine ABL a été réduit. Favorablement, et ceci également pour deux autres conditions, l’implémentation du modèle ABL a fourni des résultats se rapprochant le plus de la courbe DNS. En conclusion, nous avons déterminé deux méthodologies (LES et SUPG / VMS) qui ont le potentiel d’approcher l’écoulement ABL. La FEM stabilisée utilisant la SUPG a révélé qu’elle n’est actuellement pas encore suffisante pour éviter les oscillations parasites dans le cas d’un écoulement ABL. En revanche, la LES a fourni des résultats encourageants, ce qui prouve qu’un certain type de modèle de turbulence est indispensable. Cela souligne l’intérêt pour la méthode VMS, bien que celle-ci reste difficile à implémenter
In the context of a Chemical, Biological, Radiological, and Nuclear (CBRN) application for the Belgian Defense, the original objective of the work was to simulate a realistic open-air CBRN case (e.g. dispersion after an explosion of particles in a city), by applying the Streamline-Upwind Petrov-Galerkin (SUPG) stabilization on a nite element method (FEM), together with a second phase (i.e. particles). This would be done through the code Cool uid 3, a Domain Speci c Language (DSL) written in C++.However, open-air applications requires to describe the atmospheric bound-ary layer (ABL) correctly. This has never been done using stabilized FEM. Consequently, the challenge of this work is to answer the simple question: How to model an ABL taking advantage of the SUPG stabilization method.To reduce the number of elements produced by a wall-resolved simulation, the ABL was implemented with a wall model and veri ed in 2D, while a few corrections (e.g. grid scalability, stable velocity pro le) could also be adressed.However, the 3D implementation revealed spurious oscillations, suggesting a numerical origin. Although SUPG does provide dissipation, it seemed not su cient enough for such a high Reynolds ow. Consequently, two directions were followed to add numerical dissipation: Firstly, the implementation of an extended version of the SUPG, the Variational MultiScale method (VMS), was initiated. The latter provides a combined framework for stabilization and turbulence modeling. Secondly, two LES formulations, known for their dissipative behavior, were integrated.Having solved the spurious oscillations, the velocity pro le was analyzed. Eventually, the viscous Reynolds number for the ABL domain was reduced to enable the comparison with an available DNS result. Fortunately, rela-tive to the standard no-slip wall condition and to the friction velocity condi-tion, the wall model implementation provided the best result, although not matching.In conclusion, we ascertained two methodologies (LES and SUPG / VMS) that have the potential to approach the ABL ow. The stabilized FEM using SUPG revealed that it is currently not su cient to avoid spurious oscillations in the case of an ABL ow. In contrast, LES provided encouraging results for reduced Reynolds number, supporting that some kind of turbulence model is indispensable. This emphasizes that the implementation of VMS should be promising, although challenging

Une analyse de la structure de la couche limite atmospherique au-dessus de l'ocean a ete realisee a partir des mesures aeroportees effectuees pendant l'experience sofia, dans la region des acores, en 1992. Les conditions generales de l'experience etaient caracterisees par des situations meteorologiques anticycloniques, avec des vents faibles, des flux de surface faibles, donc une instabilite tres moderee. La couche limite etait surmontee de stratocumulus non homogenes, constituant une couche nuageuse non couplee avec la couche de melange dirigee par les flux de surface. L'etude des principaux moments turbulents montre que, malgre une flottabilite a la surface faible, la couche de melange se comporte comme une couche limite continentale convective, mais sans entrainement important au sommet. Une technique d'echantillonnage conditionnel, appliquee aux signaux turbulents, a permis de caracteriser les differentes particules qui composent le champ turbulent dans la couche limite. Ces particules ont ete decrites par la surface qu'elles occupent et par les quantites qu'elles transferent. L'analyse spectrale des signaux a permis d'analyser les differentes echelles de mouvement, et de quantifier leur importance respective dans les transferts turbulents. Enfin, les donnees obtenues sur une situation particuliere de l'experience ont pu etre comparees aux sorties d'un modele de type large eddy simulation

Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stable
The modeling of the stable atmospheric boundary layer is one of the current challenge faced by weather and climate models. The stable boundary layer is a key for the prediction of fog, surface frost, temperature inversion, low-level jet and pollution peaks. Furthermore, polar regions, where stable boundary layer predominates, are one of the region with the largest temperature rise : the stable boundary layer modeling is crucial for the reduction of the spread of climate predictions. Since more than 15 years, the GABLS models intercomparison exercices have shown that turbulent mixing in the stable boundary layer is overestimated by numerical weather prediction models. Numerous models artificially strengthen the activity of their turbulence scheme to avoid a laminarization of the flow at a critical value of the gradient Richardson number. The existence of this threshold is only a theoretical and a numerical issues. Numerous observations and high-resolution numerical simulations do not support this concept and show two different regimes : the weakly stable boundary layer that is continuously and strongly turbulent; and the very stable boundary layer globally intermittent with a highly anisotropic and very weak turbulence. This thesis aims at improving the turbulence scheme within the atmospheric research model Méso-NH developped by Météo-France and the Laboratoire d'Aérologie, and the operational weather forecast model AROME. We use a traditional methodology based on the comparison of high-resolution simulations that dynamically resolve the most energetic turbulent eddies (Large-Eddy Simulations) to single-column simulations. Several LES covering the weakly and the very stable boundary layer were performed with Méso-NH. The limits of applicability of LES in stratified conditions are documented. The first part of the study deals with the overmixing in the weakly stable boundary layer. We propose a new diagnostic formulation for the mixing length which is a key parameter for turbulence schemes based on a prognostic equation for the turbulent kinetic energy. The new formulation adds a local vertical wind shear term to a non-local buoyancy-based mixing length currently used in Méso-NH and in the French operational model AROME. The new scheme is evaluated first in single-column simulations with Méso-NH and compared to LES, and then in the AROME model with respect to observations collected from the operational network of Météo-France. The second part presents a theoretical and numerical evaluation of a turbulence scheme based on two prognostic equations for the turbulent kinetic and potentiel energies. In stratified conditions, the heat flux contributes to the production of turbulent potential energy. The laminarization of the flow is then limited by a reduction of the destruction of the turbulent kinetic energy by a better representation of the anisotropy and a counter-gradient term in the heat flux. On the simulated cases, this new formulation behaves similarly than the scheme with one equation for the turbulent kinetic energy because the self-preservation mechanism is not dominant compared to the dissipation term. Further research should improve the turbulent kinetic energy dissipation closure in the very stable regime

On presente les recherches relatives aux etudes de dynamique de la couche limite de surface en region sahelienne, realisees de 1980 a 1984. L'accent est d'abord mis sur l'aspect bilan energetique dont l'importance est fondamentale pour la comprehension du role joue par la bande sahelienne dans la dynamique des climats. D'un point de vue plus finalise, les mesures faites dans une bande en permanence observee par satellite sont egalement d'un grand interet dans le domaine de la validation puis de la generalisation des donnees satellitaires. Dans cette etude le role particulierement important du sol en tant que regulateur de la distibution de l'energie thermique est analyse. Le role du cycle de l'eau dans le sol est egalement analyse mais incompletement traite. La part la plus originale de ce travail est relative a la mise en evidence du role du transfert radiatif dans le flux de chaleur sensible dans l'atmosphere pres de la surface. Cette contribution liee aux tres forts suradiabatismes rencontres (plus de 50#oc/m) est de l'ordre de 100 wm-2. Elle est de nature a modifier la dynamique de la cls (turbulence flux) et devrait conduire a terme a une nouvelle description universelle des proprietes de la couche limite de surface

La dynamique de la couche limite atmosphérique d'une vallée alpine est influencée par le relief environnant et par l’écoulement de grande échelle qui la surmonte. La paramétrisation de cette circulation atmosphérique requiert donc de caractériser finement ces effets. C'est l’objectif de ce travail de thèse : comprendre l’influence du relief environnant une vallée sur les bilans de masse et de chaleur au travers d’une section de cette vallée, par conditions stables et sèches et lorsque le vent synoptique est faible mais non négligeable. Le travail s’appuie sur des simulations numériques.Plusieurs vallées idéalisées ont tout d’abord été considérées: une vallée infiniment longue (bidimensionnelle) et une vallée tridimensionnelle, qualifiée de supérieure, ouvrant soit sur une plaine (cas “vallée-plaine”), soit sur une autre vallée, qualifiée d’inférieure. Cette seconde vallée est soit plus large (cas “drainage”) ou plus étroite (cas “quasi-stagnation”).Dans les vallées tridimensionnelles, deux régimes principaux ont été identifiés, quelle que soit le cas considéré : un régime transitoire, avant que le vent de vallée (descendant) ne se développe, puis un régime quasi-stationnaire, quand le vent de vallée est complètement développé. La présence d’une vallée inférieure réduit la variation de température le long de la vallée, de sorte que le vent de vallée y est plus faible que dans le cas vallée-plaine. En conséquence, la durée du régime transitoire augmente et est maximum pour le cas quasi-stagnation. Lorsque la vallée inférieure est très étroite, la variation de température peut même changer de signe, conduisant à un vent de vallée montant, de la vallée inférieure vers la vallée supérieure. Durant ce régime transitoire, le taux de refroidissement moyenné sur le volume de la vallée est maximum, sa valeur dépendant du cas considéré. En conclusion, les cas drainage et quasi-stagnation conduisent à une couche limite dans la vallée supérieure plus froide et plus profonde que dans le cas vallée-plaine.Dans le régime quasi-stationnaire, le taux de refroidissement moyenné sur le volume de la vallée est plus faible que dans le régime transitoire et varie peu en fonction du cas considéré. En effet, lorsque la vallée inférieure devient plus étroite, le réchauffement lié aux effets advectifs diminue car la vitesse du vent de vallée diminue, de sorte que la contribution (refroidissante) du flux de chaleur sensible diminue également. La conservation de la masse dans la couche limite de la vallée supérieure est assurée par un équilibre entre la convergence des vents de pente au sommet de la couche limite (alimenté par un courant de retour au-dessus (et en sens inverse) du vent de vallée descendant) et la divergence du vent de vallée, les effets de subsidence loin des parois de la vallée jouant un rôle négligeable.Le cas réaliste de la vallée de l’Arve autour de Passy durant une période d’observation intensive de la campagne de mesures PASSY-2015 a permis de caractériser l’impact des vallées environnant Passy sur les bilans de masse et de chaleur dans la vallée. Une couche d’air froid persistante se forme en fond de vallée, suite à l’advection d’air chaud associée au passage d’une crête anticyclonique au-dessus de l’Europe. Les écoulements le long des vallées tributaires présentent une grande variabilité durant la phase persistante de l’épisode, dépendant de la variabilité de l’écoulement à grande échelle, et ont un impact majeur sur l’intensité de la couche d’air froid et la hauteur de l’inversion qui la surmonte. La forte stratification près du sol conduit à leur décollement au-dessus du fond de vallée, les empêchant d'y pénétrer. L’évolution de l’écoulement à grande échelle durant l’épisode a un profond impact sur la dynamique proche du fond de vallée. Durant la nuit en effet, la canalisation de cet écoulement réduit la variation de température le long de la vallée contrôlant le vent de vallée, favorisant la stagnation de l’air
Alpine valleys are rarely closed systems, implying that the atmospheric boundary layer of a particular valley is influenced by the surrounding terrain and large-scale flows. A detailed characterisation and quantification of these effects is required in order to design appropriate parameterisation schemes for complex terrains. The focus of this work is to improve the understanding of the effects of surrounding terrain (plains, valleys or tributaries) on the heat and mass budgets of the stable boundary layer of a valley, under dry and weak large-scale wind conditions. Numerical simulations using idealised and real frameworks are performed to meet this goal. Several idealised terrains (configurations) were considered: an infinitely long valley (i.e. two-dimensional), and upstream valleys opening either on a plain (valley-plain), on a wider valley (draining) or on a narrower valley (pooling). In three-dimensional valleys, two main regimes can be identified for all configurations: a transient regime, before the down-valley flow develops, followed by a quasi-steady regime, when the down-valley flow is fully developed. The presence of a downstream valley reduces the along-valley temperature difference, therefore leading to weaker down-valley flows. As a result, the duration of the transient regime increases compared to the respective valley-plain configuration. Its duration is longest for pooling configuration. For strong pooling the along-valley temperature difference can reverse, forcing up-valley flows from the narrower towards the wider valley. In this regime, the volume-averaged cooling rate is found maximum and its magnitude dependent on the configuration considered. Therefore pooling and draining induce colder and deeper boundary layers than the respective valley-plain configurations. In the quasi-steady regime the cooling rate is smaller than in the transient regime, and almost independent of the configuration considered. Indeed, as the pooling character is more pronounced, the warming contribution from advection to the heat budget decreases because of weaker down-valley flows, and so does the cooling contribution from the surface sensible heat flux. The mass budget of the valley boundary layer was found to be controlled by a balance between the convergence of downslope flows at the boundary layer top and the divergence of down-valley flows along the valley axis, with negligible contributions of subsidence far from the slopes. The mass budget highlighted the importance of the return current above the down-valley flow, which may contribute significantly to the inflow of air at the top of the boundary layer. A case-study of a persistent cold-air pool event which occurred in February 2015 in the Arve River Valley during the intensive observation period 1 of the PASSY-2015 field campaign, allowed to quantify the effects of neighbouring valleys on the heat and mass budgets of a real valley atmosphere. The cold-air pool persisted because of warm air advection at the valley top, associated with the passage of an upper-level ridge over Europe. The contributions from each tributary valley to the mass and heat budgets of the valley atmosphere were found to vary from day to day within the persistent stage of the cold-air pool, depending on the large-scale flow. Tributary flows had significant impact on the height of the inversion layer and the strength of the cold-air pool, transporting a significant amount of mass within the valley atmosphere throughout the night. The strong stratification of the near-surface atmosphere prevented the tributary flows from penetrating down to the valley floor. The evolution of the large-scale flow during the episode had a profound impact on the near-surface circulation of the valley. The channelling of the large-scale flow at night, can lead to the decrease of the horizontal temperature difference driving the near-surface down-valley flow, favouring the stagnation of the air close to the ground

Nous decrivons un modele couple sol-atmosphere destine a etudier l'agregation de parametres de surface sur des sols heterogenes. Le modele de couche limite atmospherique est bidimensionnel et a pour caracteristiques la non-hydrostaticite et l'anelasticite. La turbulence du systeme est fermee a l'ordre un et demi (parametrisation en <<<> k -l <>>> avec le coefficient de diffusivite k fonction de l'energie cinetique turbulente et l une longueur caracteristique de la turbulence). Le modele de surface est de type <<<> big leaf <>>>. La resolution fait appel a une technique de splitting d'operateurs ; nous resolvons ainsi quatre modules distincts par des methodes numeriques adaptees aux proprietes intrinseques de chacun de ces modules : solveurs de riemann, schemas de godunov, elements finis, elements finis mixtes. . . Nous avons propose une nouvelle approche pour calculer la projection d'un champ de vitesse dans un espace a divergence nulle, et nous decrivons les trois methodes developpees dans ce sens. Nous presentons et analysons enfin les resultats de simulations effectuees dans des cas reels et academiques, et nous etudions leur sensiblite a la methode de resolution choisie.

La couche limite planétaire est la couche atmosphérique la plus basse qui est en interaction directe et constante avec les surfaces terrestres et marines sur lesquelles se concentrent les activités humaines, les cultures et divers écosystèmes. Comprendre l’origine de sa composition à la fois chimique et microbiologique est fondamental dans notre étude approfondie de la biosphère. Alors que les microorganismes de la couche limite planétaire – retrouvés jusqu’à 106 cellules par mètre cube d’air – semblent varier significativement à l’échelle spatiale et temporelle en termes de concentration et de diversité, ils restent largement méconnus. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment se structurent les communautés microbiennes dans la troposphère, et en particulier dans la couche limite planétaire, ainsi que d’identifier les facteurs de contrôle majeurs. En travaillant sur des échantillons collectés pendant plusieurs semaines sur neuf sites répartis sur la planète, et en utilisant les technologies de séquençage ADN haut-débit, nous avons étudié la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes de la phase gazeuse et solide de l’atmosphère (c’est-à-dire non associés aux nuages).Nos premiers résultats sur la taxonomie des communautés microbiennes révèlent que les surfaces proches des sites sont les contributeurs principaux de distribution des communautés microbiennes atmosphériques, malgré l’occurrence potentielle du transport longue-distance des microorganismes atmosphériques. Egalement, les conditions météorologiques combinées à la diversité des surfaces locales terrestres ou océaniques jouent un rôle important dans la variation temporelle de la structure des communautés microbiennes de la couche limite planétaire. Une deuxième étude nous a permis d’étudier davantage la variation temporelle des communautés microbiennes atmosphériques sur un site continental montagneux en France (1465 m d’altitude) sur une année complète. Cette étude révèle l’importance des conditions de surface des paysages aux alentours dans la composition taxonomique des communautés atmosphériques. L’évolution au cours de l’année des terres agricoles et de la végétation, qui composaient en majeure partie le paysage du site, était responsable du changement temporel observé dans la composition taxonomique des communautés microbiennes atmosphériques. Finalement, nous avons étudié la composition fonctionnelle des communautés microbiennes de la couche limite planétaire afin d’identifier si les conditions physiques et chimiques de l’atmosphère jouaient un rôle dans la sélection ou adaptation microbienne des microorganismes atmosphériques. L’analyse comparative de données métagénomiques ne révèle pas de signature atmosphérique spécifique du potentiel fonctionnel des communautés microbiennes atmosphériques. La composition fonctionnelle semble avant tout liée aux écosystèmes locaux. Toutefois, nous avons observé que les champignons étaient plus dominants relativement aux bactéries dans l’air comparativement aux autres écosystèmes. Ce résultat suggère un processus de sélection des champignons durant l’aérosolisation et/ou le transport aérien. Les champignons pourraient survivre davantage l’aérosolisation et le transport aérien comparativement aux bactéries du fait de leur résistance naturelle aux conditions physiques stressantes de l’atmosphère. Nos résultats ont apporté une meilleure compréhension des facteurs déterminants (c’est-à-dire les surfaces locales, les sources distantes, les conditions météorologiques locales, les conditions physiques stressantes de l’atmosphère) et de leur contribution dans la structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique. Nos investigations constituent une base importante pour de nouvelles études sur la prévision et le contrôle des communautés microbiennes atmosphériques, afin de répondre à des questions majeures dans les domaines de la santé publique et de l’agronomie
Up to 106 microbial cells per cubic meter are found in suspension in the planetary boundary layer, the lowest part of the atmosphere. Direct influences of the planetary boundary layer on humans, crops and diverse ecosystems like soils and oceans make the full understanding of its composition, both chemical and microbiological, of utmost importance. While microbial communities of the planetary boundary layer vary significantly at different temporal and spatial scales, they remain largely unexplored. The main goal of this thesis was to understand how airborne microbial communities are structured in the troposphere with special emphasis on the planetary boundary layer and to identify their main controlling factors. We investigated both the taxonomic and functional composition of airborne microbial communities in the dry phase (i.e. not cloud-associated) over time at nine different geographical sites around the world using high throughput sequencing technologies.Our investigation that focused on microbial taxonomy showed that local landscapes were the main contributors to the global distribution of airborne microbial communities despite the potential occurrence of long-range transport of airborne microorganisms. We also observed that meteorology and the diversity of the surrounding landscapes played major roles in the temporal variation of the microbial community structure in the planetary boundary layer. We further explored the temporal variation of airborne microbial communities at a continental and mountainous site in France (1465 m above sea level) over a full-year. This study demonstrated the importance of the surface conditions (i.e. vegetation, snow cover etc.) of the surrounding landscapes on the taxonomic composition of airborne microorganisms. The seasonal changes in agricultural and vegetated areas, which represented a significant part of the site’s surrounding landscape, were correlated to the shifts in the taxonomic composition of airborne microbial communities during the year. Finally, we investigated the functional composition of microbial communities of the planetary boundary layer to identify whether the physical and chemical conditions of the atmosphere played a role in selection or microbial adaptation of airborne microorganisms. The comparative metagenomic analysis did not show a specific atmospheric signature in the functional potential of airborne microbial communities. To the contrary, their functional composition was mainly correlated to the underlying ecosystems. However, we also showed that fungi were more dominant relatively to bacteria in air as compared to other (planetary bound) ecosystems. This result suggested a selective process for fungi during aerosolization and/or aerial transport and that fungi might likely survive aerosolization and/or aerial transport better than bacteria due to their innate resistance to stressful physical conditions (i.e. UV radiation, desiccation etc.). Our results provide a clearer understanding of the factors (i.e. surrounding landscapes, distant sources, local meteorology, and stressful physical atmospheric conditions) that control the distribution of microbial communities in the atmospheric boundary layer. Our investigations provide a basis for further studies on the prediction and even control of airborne microbial communities that would be of interest for public health and agriculture

La simulation physique des basses couches de l'atmosphère nécessite l'utilisation de soufflerie de grandes dimensions associées à des puissances élevées lorsqu'on veut obtenir une stratification thermique de l'écoulement. Ce genre de simulation est d'un intérêt particulièrement important pour la compréhension des phénomènes fondamentaux présents dans la couche de surface atmosphérique et pour l'étude de problèmes de micro météorologie sur site à relief plus ou moins complexe. Notre étude essentiellement expérimentale a consisté à simuler un tel écoulement par une couche limite turbulente thermiquement stratifiée stable se développant sur plaque plane lisse ou rugueuse. Cette stratification est obtenue par refroidissement intense, à l'azote liquide, du plancher de la soufflerie. Le travail présenté comporte quatre parties essentielles: en premier lieu, la présentation du dispositif de refroidissement qui a permis l'obtention d'un degré de stratification caractérisé par un nombre de Richardson global de l'ordre de 0,15; dans une seconde partie, l'influence des effets des forces de buoyancy et des rugosités sur les caractéristiques de la couche limite avec une vitesse de l'écoulement de 1,8 m/s est analysée; la confrontation de la théorie de Monin & Obukhov est ensuite discutée à partir des résultats obtenus sur paroi rugueuse; enfin dans la dernière partie, la validation avec nos résultats expérimentaux d'un modèle k- développé, au laboratoire, dans le cadre des écoulements dilatables a grands nombres de Reynolds.

Cette etude est consacree a la simulation numerique des ecoulements atmospheriques se developpant autour de structures baties a l'aide du code storm (cfd2000) aux volumes finis et de modeles de turbulence du premier ordre. Une importante etude bibliographique a prealablement ete realisee afin d'evaluer les lois de profil propres aux ecoulements atmospheriques, pour les diverses variables dynamiques, thermiques et turbulentes, qui sont ensuite introduites dans les simulations sous forme de conditions limites d'entree. Un travail d'optimisation a ensuite effectue afin de quantifier l'influence de parametres numeriques tels que la taille du domaine de calcul et celle des mailles proches des parois des batiments etudies. Les premiers resultats presentes montrent la dependance des resultats des simulations vis a vis de la valeur du nombre de reynolds et de l'importance de la rugosite du sol terrestre autour du batiment. Les resultats de l'etude consacree a la modelisation turbulente, montrent que le choix d'une valeur de la constante c# voisine de 0. 02 pour la couche limite atmospherique doit etre repercute sur la valeur de la constante # (en raison de l'interdependance de toutes les constantes apparaissant dans le modele k - ). Cette etude confirme egalement le fait que l'utilisation du modele k - rng permet de resoudre en grande partie les problemes de surdiffusion du modele standard. La derniere etude concerne l'influence de la statification thermique de la couche limite atmospherique. La comparaison des simulations basees sur les differentes theories de similitude dans le cas stable montre que cette parametrisation n'engendre pas de differences significatives sur les ecoulements autour de batiments de hauteur inferieure a 40 m. Par contre il est demontre que l'intensite de la stratification thermique joue un role important sur la structure de l'ecoulement etudie.