\relax \catcode`:\active \catcode`;\active \catcode`!\active \catcode`?\active \bibstyle{hdr} \select@language{french} \@writefile{toc}{\select@language{french}} \@writefile{lof}{\select@language{french}} \@writefile{lot}{\select@language{french}} \citation{Dufr:02} \citation{bopp2004} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {1}Introduction}{9}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.1}Avant propos}{9}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.2}Couplages entre composition et transport atmosph\'erique}{9}} \citation{Pier:98} \citation{Hour:93} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.3}Mod\'elisation du climat}{10}} \citation{Hour:93} \citation{Hour:95} \citation{Forg:98} \citation{Mont:04} \citation{Rann:02} \citation{Lebo:03} \citation{Hour:04} \citation{Toka:01} \citation{VanL:77} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.4}Repr\'esentation du transport dans les mod\`eles globaux}{11}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.5}Calculs de dispersion et surveillance de l'environnement}{12}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {1.6}Couplages entre composition et dynamique sur Titan}{13}} \citation{Hour:95b} \citation{Toub:95} \citation{Caba:92} \citation{Rann:95} \citation{Hour:98} \citation{Rann:04} \citation{Lebo:01} \citation{Hour:04} \citation{Rann:05database} \citation{Jous:90} \citation{Gent:95} \citation{Prei:97} \citation{Hour:93} \citation{Hour:95} \citation{Hour:92e} \citation{Hour:95b} \citation{Edou:96a} \citation{Edou:97} \citation{VanL:77} \citation{VanL:77} \citation{VanL:77} \citation{Russ:81} \citation{Prat:86} \citation{Hour:99} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {2}Repr\'esentation du transport des esp\`eces traces}{17}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \newlabel{ch:lmdzt}{{2}{17}} \citation{Sado:84} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.1}Le mod\`ele LMDZ}{19}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.1.1}Description g\'en\'erale}{19}} \citation{Kasa:77} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.1}{\ignorespaces Disposition des variables pour la grille du mod\`ele LMDZ.}}{20}} \newlabel{fg:grille1}{{2.1}{20}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.1.2}Discr\'etisation des \'equations primitives}{20}} \newlabel{eq:pl}{{2.2}{20}} \newlabel{eq:cont}{{2.6}{21}} \newlabel{eq:hydrostat}{{2.11}{21}} \citation{Hour:93} \newlabel{eq:exner}{{2.12}{22}} \newlabel{eq:ener1}{{2.13}{22}} \newlabel{eq:ener1}{{2.21}{22}} \citation{Hour:06LMDZ} \citation{Lava:81} \citation{Morc:91} \citation{Fouq:80} \citation{Morc:86} \citation{Tied:89} \citation{LeTr:91} \newlabel{sec:phylmd}{{2.1.3}{23}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.1.3}Les param\'etrisations physiques du mod\`ele de climat terrestre}{23}} \citation{Hour:93} \citation{Lava:81} \citation{Eman:93} \citation{Guic:04} \citation{Hour:06LMDZ} \citation{Gran:04} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.2}{\ignorespaces Climatologie des pr\'ecipitations en janvier dans deux versions du mod\`ele LMDZ. En haut : la version LMDZ3 avec le sch\'ema de convection de Tiedtke et le mod\`ele de seau d'eau en surface. Cette version a \'et\'e beaucoup utilis\'ee pour le d\'eveloppement des aspects chimie et traceurs. Au milieu : le mod\`ele LMDZ4 avec le sch\'ema de convection d'Emanuel, des nuages coupl\'es \`a la convection et le sch\'ema de surface SECHIBA du mod\`ele ORCHIDEE. C'est la version utilis\'ee pour le mod\`ele coupl\'e de l'IPSL. En bas : Observations (Climatologie de Xie-Arkin). Les simulations sont effectu\'ees en prescrivant les temp\'eratures de surface de l'oc\'ean et les cartes montrent des moyennes sur 5 ann\'ees cons\'ecutives.}}{25}} \newlabel{fg:precip1}{{2.2}{25}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.3}{\ignorespaces Climatologie des pr\'ecipitations en juillet dans deux versions du mod\`ele LMDZ. En haut : la version LMDZ3 avec le sch\'ema de convection de Tiedtke et le mod\`ele de seau d'eau en surface. Cette version a \'et\'e beaucoup utilis\'ee pour le d\'eveloppement des aspects chimie et traceurs. Au milieu : le mod\`ele LMDZ4 avec le sch\'ema de convection d'Emanuel, des nuages coupl\'es \`a la convection et le sch\'ema de surface SECHIBA du mod\`ele ORCHIDEE. C'est la version utilis\'ee pour le mod\`ele coupl\'e de l'IPSL. En bas : Observations (Climatologie de Xie-Arkin). Les simulations sont effectu\'ees en prescrivant les temp\'eratures de surface de l'oc\'ean et les cartes montrent des moyennes sur 5 ann\'ees cons\'ecutives.}}{26}} \newlabel{fg:precip7}{{2.3}{26}} \citation{Bony:01} \citation{Rosnay:2002} \citation{Krinner:gbc2005} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.4}{\ignorespaces S\'eparation entre les parties dynamique 3D et physique 1D du code LMDZ.}}{28}} \newlabel{fg:physdyn}{{2.4}{28}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.1.4}Organisation informatique - version unidimensionnelle - mode guid\'e}{28}} \citation{Jeuk:96} \citation{Bona:these} \newlabel{sec:traceurs}{{2.2}{29}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.2}L'\'equation de transport : s\'eparation d'\'echelles}{29}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.1}S\'eparation des processus}{29}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.2}S\'eparation d'\'echelles}{30}} \newlabel{eq:adv1}{{2.25}{30}} \newlabel{eq:masse}{{2.26}{30}} \newlabel{eq:adv2}{{2.27}{30}} \newlabel{eq:direct11}{{2.29}{31}} \newlabel{eq:direct12}{{2.30}{31}} \newlabel{sec:volumesfinis}{{2.3}{31}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.3}Le transport grande \'echelle}{31}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.1}Les diff\'erentes approches}{31}} \citation{Rood:87} \citation{Roux:02} \citation{Godu:59} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.2}Les sch\'emas en volumes finis}{32}} \newlabel{eq:m}{{2.31}{32}} \newlabel{eq:q}{{2.32}{32}} \citation{VanL:77} \citation{Russ:81} \citation{Prat:86} \newlabel{sec:general}{{2.3.3}{33}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.3}Description des sch\'emas en dimension un}{33}} \newlabel{eq:dm}{{2.33}{33}} \newlabel{eq:dqm}{{2.34}{33}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.5}{\ignorespaces Principe du sch\'ema de Van Leer et notations. On montre le cas o\`u la distribution sous-maille est repr\'esent\'ee au moyen d'un polyn\^ome du premier degr\'e. L'axe vertical correspond \`a la concentration massique du traceur. Les deux axes horizontaux correspondent \`a l'indi\c cage des variables et \`a la masse d'air compt\'ee \`a partir du centre de la maille $i$ et normalis\'ee par la masse totale de cette m\^eme maille, $m_i$. La surface gris\'ee correspond \`a la quantit\'e de traceur qui est transf\'er\'e au travers de l'interface durant un pas de temps. }}{34}} \newlabel{fg:schema2b}{{2.5}{34}} \newlabel{eq:q1d}{{2.39}{34}} \newlabel{eq:m1d}{{2.40}{34}} \newlabel{eq:q1db}{{2.41}{34}} \citation{VanL:77} \citation{VanL:77} \citation{Rood:87} \citation{Godu:59} \newlabel{eq:monotone1}{{2.42}{35}} \newlabel{eq:monotone2}{{2.43}{35}} \newlabel{sec:Godunov}{{2.3.4}{35}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.4}Le sch\'ema de Godunov}{35}} \citation{VanL:77} \citation{VanL:79} \citation{Russ:81} \citation{Russ:81} \citation{From:68} \citation{Russ:81} \citation{VanL:77} \citation{Russ:81} \citation{VanL:77} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.5}Sch\'emas du second ordre}{36}} \citation{VanL:77} \citation{VanL:77} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.6}{\ignorespaces Sch\'emas du 2nd ordre. Illustration de l'estimation de la pente par diff\'erences finies pour le sch\'ema I de Van Leer ({\bf a}) et par calcul par moindres carr\'es \`a partir de la distribution en ligne bris\'ee r\'esultant de l'advection au pas pr\'ec\'edent ({\bf b}). Cette seconde estimation correspond au sch\'ema des pentes de \cite {Russ:81} ou au sch\'ema III de Van Leer (se reporter au texte pour plus de d\'etails). {\bf c :} Exemples de calculs d'advection unidimensionnelle sur un domaine p\'eriodique de 70 points (axe horizontal), avec une vitesse constante $u$ et trois distributions initiales. Les concentrations de traceur ($c$, unit\'e arbitraire) sont montr\'ees apr\`es une r\'evolution compl\`ete, au pas de temps 350 pour un nombre de Courant $U/m=0,2$. }}{37}} \newlabel{fg:1}{{2.6}{37}} \newlabel{sec:limiteurs}{{2.3.6}{37}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.6}Limiteurs de pentes}{37}} \newlabel{eq:slope0}{{2.49}{37}} \citation{Wood:81} \citation{Wood:84} \citation{Cole:84} \citation{Carp:90} \citation{Lin:96} \citation{Vaut:01} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.7}{\ignorespaces {\bf a)} Illustration de l'application d'un limiteur de pente. A droite, impact des limiteurs de pentes sur le sch\'ema des pentes ({\bf b}) et sur le sch\'ema I de Van Leer ({\bf c}). Les cas sans limiteurs (les m\^emes que sur la Fig.~\ref {fg:1}) et les limiteurs faibles et forts (se reporter au texte pour plus de d\'etails) sont montr\'es pour les distributions carr\'ee et gaussienne. }}{38}} \newlabel{fg:limit}{{2.7}{38}} \newlabel{eq:geom}{{2.50}{38}} \citation{Prat:86} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.7}Sch\'emas du troisi\`eme ordre}{39}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.8}Introduction des sch\'emas dans LMDZ}{39}} \citation{Carp:90} \citation{Lin:96} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.8}{\ignorespaces Advection uniforme d'un pic gaussien de concentration le long de la diagonale d'un maillage bidimensionnel r\'egulier. En haut, le calcul de la divergence des flux est effectu\'e \`a partir de flux estim\'es ind\'ependamment en $x$ et en $y$. La ligne du bas montre un calcul altern\'e avec d'abord une advection en $x$ puis une advection en $y$. Ces illustrations num\'eriques ont \'et\'e r\'ealis\'ees avec le sch\'ema I de Van Leer, sur un maillage de 60 points dans chaque direction horizontale. }}{40}} \newlabel{fg:split}{{2.8}{40}} \citation{VanL:79} \citation{Alle:91} \citation{Russ:81} \citation{Prat:86} \citation{Russ:81} \citation{Lin:96} \citation{Yabe:01} \newlabel{eq:shift}{{2.51}{41}} \citation{Will:89} \citation{Alle:91} \citation{Will:89} \citation{Alle:91} \citation{Prat:86} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.9}{\ignorespaces Test num\'erique d'advection transpolaire. Suivant \cite {Will:89} et \cite {Alle:91}, la distribution initiale de traceur est donn\'ee par $c(\lambda ,\phi )=(1+\mathop {\mathgroup \symoperators cos}\nolimits [\unhbox \voidb@x \hbox {min}(r[\lambda ,\phi ]/R,1)])/2$ avec $r=\mathop {\mathgroup \symoperators arccos}\nolimits (\mathop {\mathgroup \symoperators cos}\nolimits \lambda \mathop {\mathgroup \symoperators cos}\nolimits \phi )$ et $R=7\times (2\pi )/128$. La grille utilis\'ee comprend 128 points en longitude et 64 en latitude. On montre de gauche \`a droite, la solution exacte, un test du sch\'ema I de Van Leer avec 16000 pas de temps (pour avoir un nombre de Courant plus petit que 1) pour une r\'evolution compl\`ete, un test du sch\'ema de Prather avec le m\^eme pas de temps et enfin une simulation avec le sch\'ema I mais seulement 160 pas de temps. Les graphiques du haut montrent la distribution de traceur juste apr\`es le premier passage par un p\^ole. Les graphiques du bas montrent le r\'esultat obtenu apr\`es une r\'evolution compl\`ete autour du globe. }}{43}} \newlabel{fg:pole}{{2.9}{43}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.9}Tests bidimensionnels}{43}} \newlabel{eq:psi}{{2.55}{44}} \newlabel{eq:upsi}{{2.56}{45}} \newlabel{eq:vpsi}{{2.57}{45}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.10}{\ignorespaces Tests d'advection bidimensionnelle avec un champ de vent analytique. La distribution initiale de traceur est une fonction gaussienne de la longitude. Les graphiques du haut montrent l'\'etat initial (\`a gauche) et la solution exacte aux instants $T/2$ et $T$. Le temps $T$ correspond \`a une r\'evolution compl\`ete au centre du domaine. En dessous, on montre les r\'esultats num\'eriques au temps $T$ pour diff\'erents sch\'emas d'advection et 3 r\'esolutions~: r\'esolution pleine, 1/2 et 1/3, correspondant respectivement \`a des grilles longitude-latitude de $120\times 60$, $60 \times 30$ et $40\times 20$ points. }}{46}} \newlabel{fg:uv}{{2.10}{46}} \citation{VanL:77} \citation{Roux:02} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.10}Remarques pour conclure}{47}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.4}Le transport sous-maille}{47}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.4.1}Turbulence de couche limite}{47}} \citation{Lava:81} \citation{Arak:74} \citation{Tied:89} \citation{Eman:91} \citation{Tied:89} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.11}{\ignorespaces Notations pour le transport en flux de masse des traceurs par la convection. }}{48}} \newlabel{fg:tiedtke}{{2.11}{48}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.4.2}Convection nuageuse}{48}} \citation{Haug:04} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Diffusion lat\'erale}{50}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.5}Architecture}{50}} \citation{Idel:these} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.12}{\ignorespaces Organigramme du mod\`ele LMDZT}}{51}} \newlabel{fg:organ}{{2.12}{51}} \citation{Jaco:90} \citation{Gent:95} \citation{Maho:97} \newlabel{sec:validation}{{2.6}{52}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.6}El\'ements de validation de la composante traceurs de LMDZ}{52}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.6.1}Simulations Radon}{52}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.13}{\ignorespaces Mesure (points) et simulation (trait) du $^{222}$Rn\ (mBq/m$^3$) \`a l'\IeC {\^\i }le d'Amsterdam pour l'ann\'ee 2000. La simulation est r\'ealis\'ee avec le mod\`ele LMDZT guid\'e par les analyses ECMWF en utilisant une grille r\'eguli\`ere avec une r\'esolution de $2^o\times 2^o$. }}{53}} \newlabel{fg:AMS}{{2.13}{53}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.14}{\ignorespaces Mesure (points) et simulation (trait) du $^{222}$Rn\ (mBq/m$^3$) \`a Mace Head pour l'ann\'ee 2000. La simulation est r\'ealis\'ee avec le mod\`ele LMDZT guid\'e par les analyses ECMWF en utilisant une grille r\'eguli\`ere avec une r\'esolution de $2^o\times 2^o$.}}{54}} \newlabel{fg:MHD}{{2.14}{54}} \citation{Idel:these} \citation{VanD:98} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.15}{\ignorespaces Grille retenue pour les simulations ETEX-1 et localisation des 11 stations retenues pour les diagnostics d'intercomparaison. }}{55}} \newlabel{fg:map}{{2.15}{55}} \newlabel{sc:ETEX}{{2.6.2}{55}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.6.2}Evaluation sur la campagne ETEX }{55}} \citation{Cres:59} \citation{Cres:59} \citation{Idel:these} \citation{Vaut:01} \newlabel{eq:fmt}{{2.75}{56}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.6.3}Discussion}{56}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.16}{\ignorespaces Panaches de PMCH (ng~m$^{-3}$) observ\'es et simul\'es pour la campagne ETEX. Le panache est reconstitu\'e \`a partir des mesures aux stations en appliquant un filtre de \cite {Cres:59} utilisable depuis le logiciel graphique du domaine publique GrADS utilis\'e pour ces figures. Les concentrations sont en ng par kg d'air. Les heures sont compt\'ees par rapport au temps T0 de rel\^achage du PMCH. Pour la simulation, plut\^ot que de tracer le panache directement, on commence par extraire pour chacune des 168 stations la s\'equence des concentrations simul\'ees (en prenant la valeur au point de grille le plus proche) puis on reconstitue le panache avec la m\^eme m\'ethode que pour les observations. }}{57}} \newlabel{fg:panaches}{{2.16}{57}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.17}{\ignorespaces Sch\'ema illustrant le crit\`ere FMT (\`a gauche) et FMTs calcul\'es pour les 11 stations de la Fig.~\ref {fg:map} et pour un grand nombre de mod\`eles utilis\'es dans le cadre d'ETEX et pour LMDZT (\`a droite). }}{58}} \newlabel{fg:interc}{{2.17}{58}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.18}{\ignorespaces Sensibilit\'e des simulations ETEX \`a la r\'esolution horizontale et \`a la dissipation. La simulation de contr\^ole a une maille de 120~km de c\^ot\'e. On teste des grilles deux fois plus fines dans les deux directions. La simulation ``Haute r\'esolution" correspond \`a un cas o\`u on recalcule la m\'et\'eorologie et le transport sur une grille plus fine. Dans la simulation avec ``Red\'ecoupage horizontal", on utilise les archives de la simulation de contr\^ole mais on red\'ecoupe la maille horizontalement pour le transport suivant le sch\'ema de droite. Cette solution permet de diminuer la diffusivit\'e sans avoir \`a recalculer la m\'et\'eorologie. Ses r\'esultats sont tr\`es proches de ceux de la simulation ``Haute r\'esolution". On teste \'egalement l'impact d'introduire une dissipation horizontale avec pour coefficient de dissipation $K_h$, 10$^5$ ou 10$^6$~m$^2$~s$^{-1}$. }}{59}} \newlabel{fg:etexhr}{{2.18}{59}} \citation{Bouc:02} \citation{quaas2004} \citation{reddy2004b} \citation{boucher_2002b} \citation{bopp2004} \citation{cosme_2002} \citation{Krinner:transport} \citation{Haug:04} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {2.7}Applications et perspectives}{60}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.7.1}Applications "traceurs" avec le mod\`ele LMDZ}{60}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Etude des couplages chimie-climat et a\'erosols-climat sur Terre}{60}} \citation{Hour:93} \citation{Hour:95} \citation{Mont:04} \citation{Ange:04} \citation{Lefe:04} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{L'\'etude des grands cycles climatiques martiens}{61}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Autres applications}{61}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.7.2}Inclusion de la composante traceurs dans le mod\`ele de convection d'Emanuel}{61}} \citation{Jaco:90} \citation{Jaco:97} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.19}{\ignorespaces Concentration moyenne de $^{222}$Rn (10$^{-21}$ mol/mol) en Janvier obtenue avec les param\'etrisations de Tiedtke et Emanuel pour la convection profonde ainsi que la diff\'erence relative -- (Emanuel - Tiedtke)/Tiedtke -- en pourcentage. }}{62}} \newlabel{fg:rnconv}{{2.19}{62}} \citation{Sado:75a} \citation{Sado:75} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {2.7.3}Transport des variables actives}{63}} \newlabel{eq:thermo}{{2.76}{63}} \newlabel{eq:cont}{{2.77}{63}} \citation{Hour:92e} \@writefile{lot}{\contentsline {table}{\numberline {2.1}{\ignorespaces Diff\'erentes formulations possibles pour le terme d'advection verticale dans l'\'equation du mouvement (voir le texte pour les d\'etails). }}{64}} \newlabel{tb:vadv}{{2.1}{64}} \newlabel{eq:u1}{{2.80}{64}} \newlabel{eq:v1}{{2.81}{64}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Advection verticale}{64}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {2.20}{\ignorespaces Grilles volumes-finis \'equivalentes correspondant \`a l'advection des scalaires (\`a gauche) et de la vorticit\'e (\`a droite) dans la formulation actuelle du mod\`ele. Les tiret\'es correspondent aux d\'elimitations des volumes de contr\^ole. }}{65}} \newlabel{fg:grilles}{{2.20}{65}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Vers les volumes finis}{65}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Changement de grille}{66}} \newlabel{eq:cont}{{2.88}{66}} \newlabel{eq:contb}{{2.89}{66}} \newlabel{eq:u1}{{2.93}{67}} \newlabel{eq:v1}{{2.94}{67}} \@writefile{toc}{\contentsline {paragraph}{L'\'equation thermodynamique}{67}} \newlabel{eq:thermo}{{2.96}{67}} \citation{Dear:72} \citation{Troe:86} \citation{Holt:93} \citation{Abde:97} \citation{Dear:72} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {3}Le ``mod\`ele du thermique" }{69}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \newlabel{ch:therm}{{3}{69}} \citation{Stul:84} \citation{Plei:92} \citation{Arak:74} \citation{Tied:89} \citation{Eman:91} \newlabel{sec:kdiff}{{3.1}{71}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.1}Bases physiques des param\'etrisations en diffusion}{71}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.1.1}La longueur de m\'elange}{71}} \citation{Busi:71} \citation{Dear:72a} \citation{Mell:74} \citation{Mell:74} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.1.2}Les fermetures bas\'ees sur une \'equation pronostique de l'\'energie cin\'etique turbulente}{73}} \citation{Stul:88} \citation{Yama:83} \citation{Ayot:96} \citation{Yama:83} \citation{Blac:62} \citation{Yama:83} \newlabel{eq:dqorig}{{3.23}{75}} \citation{Forg:99} \newlabel{eq:dq}{{3.27}{76}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.1}{\ignorespaces Cycle diurne de la couche limite sur Mars. Comparaison d'observations par les sondes Viking (qui ont fonctionn\'e plusieurs ann\'ees \`a la surface de Mars dans les ann\'ees 70) et les r\'esultats de simulations num\'eriques effectu\'ees avec une version unidimensionnelle du mod\`ele de circulation g\'en\'erale martien du LMD. {\bf a~:} Cycle diurne de la temp\'erature de l'air mesur\'ee au bout du bras Viking (\`a 1,6 m au-dessus du sol) et simul\'ee dans la premi\`ere couche du mod\`ele (altitude de 4 m). {\bf b :} Module du vent horizontal (m~s$^{-1}$). {\bf c~:} Fluctuations turbulentes du vent (m~s$^{-1}$). Pour b) et c), on montre, {\bf \`a gauche,} les r\'esultats du mod\`ele en fonction de l'heure locale et de l'altitude et, {\bf \`a droite,} les \'evolutions compar\'ees des m\^emes grandeurs pr\`es de la surface pour le mod\`ele et les observations Viking. Les axes horizontaux correspondent aux heures locales. Pour les fluctuations turbulentes ({\bf c}), les donn\'ees sont calcul\'ees \`a partir de mesures haute fr\'equence du vent et les valeurs simul\'ees sont estim\'ees \`a partir de l'\'energie cin\'etique turbulente pr\'edite par la param\'etrisation de Mellor et Yamada. }}{77}} \newlabel{fg:mymars}{{3.1}{77}} \citation{Lava:81} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.1.3}Les fermetures bas\'ees sur un \'equilibre de l'\'energie cin\'etique turbulente}{78}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.1.4}Les param\'etrisations bas\'ees sur des relations de similitude}{78}} \citation{Dear:72} \citation{Busi:71} \citation{Hogs:88} \citation{Mell:73} \citation{Busi:71} \citation{Bros:78} \citation{Bros:78} \citation{Troe:86} \@writefile{lot}{\contentsline {table}{\numberline {3.1}{\ignorespaces Fonctions de Businger Dyer telles qu'elles sont utilis\'ees dans les simulations pr\'esent\'ees plus loin.}}{80}} \newlabel{tb:Businger}{{3.1}{80}} \newlabel{eq:bulkri}{{3.42}{80}} \newlabel{sec:cbl}{{3.2}{81}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.2}Sp\'ecificit\'es de la couche limite convective}{81}} \citation{Brow:80} \citation{Brow:80} \citation{LeMo:73} \citation{Moen:94} \citation{Moen:94} \citation{Moen:94} \citation{Moen:94} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.2.1}Organisation \`a meso-\'echelle}{82}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.2}{\ignorespaces Rues de nuages observ\'ees dans la mer de Bering. }}{83}} \newlabel{fg:bering}{{3.2}{83}} \citation{Brow:72} \citation{LeMo:73} \citation{Somm:78} \citation{Moen:94} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.3}{\ignorespaces Vue sch\'ematique de l'organisation de la convection de couche limite en rouleaux, le long de l'axe du vent. D'apr\`es \cite {Brow:80}. }}{84}} \newlabel{fg:rouleau}{{3.3}{84}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.4}{\ignorespaces Simulations des grands tourbillons de la couche limite convective d'apr\`es \cite {Moen:94}. Coupes horizontales instantan\'ees \`a $0,2 z_i$ pour deux simulations (B \`a gauche et SB1 \`a droite). On montre, en haut, le vent vertical $w$ (m~s$^{-1}$) et, en bas, les perturbations de temp\'erature potentielle virtuelle $\theta _v$ (K). }}{85}} \newlabel{fg:moeng1}{{3.4}{85}} \citation{Moen:94} \citation{Weck:97} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.5}{\ignorespaces Perturbation du vent zonal \`a deux altitudes dans la simulation SB1 de \cite {Moen:94}. }}{86}} \newlabel{fg:moeng2}{{3.5}{86}} \citation{Weck:97} \citation{Weck:97} \citation{Weck:97} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.2.2}Le cycle diurne de la couche limite continentale}{87}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.6}{\ignorespaces En haut, champs de r\'eflectivit\'e radar pour 2 situations particuli\`eres observ\'ees en Floride {(\bf a)} le 6 ao\^ut 1991 \`a 1700 UTC et {(\bf b)} le 12 ao\^ut 1991 \`a 2000 UTC. La temp\'erature (nombre du haut) et le point de ros\'ee (nombre du bas) ainsi que le vent sont superpos\'es pour certaines stations d'observation. La figure de gauche montre une couche limite r\'eguli\`erement organis\'ee en rouleaux. La figure de droite montre un front de brise de mer sur la droite et des cellules en haut. Les figures du dessous correspondent \`a un lissage des \'echos radar pour le sous-domaine rep\'er\'e par un carr\'e dans les figures du haut, avec des contours tous les 4 dBZ$_e$ \`a partir de 0. Les valeurs plus grandes que 4 et 8 dBZ$_e$ sont gris\'ees respectivement en gris clair et gris fonc\'e. D'apr\`es \cite {Weck:97}. }}{88}} \newlabel{fg:www}{{3.6}{88}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.7}{\ignorespaces Cycle diurne de la couche limite continentale. }}{89}} \newlabel{fg:sirta}{{3.7}{89}} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \citation{LeMo:73} \citation{Will:92} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.8}{\ignorespaces Observations de la couche limite en Oklaoma le 14 juin 2002 pendant la campagne IHOP. Transects avions \`a diff\'erentes heures de la journ\'ees avec des mesures radar en dessous et au-dessus de l'avion. On voit bien la croissance des thermiques qui atteignent, en milieu de journ\'ee, environ 1,5~km. }}{90}} \newlabel{fg:ihop}{{3.8}{90}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.2.3}Caract\'erisation des grandeurs turbulentes dans la couche limite convective}{90}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.9}{\ignorespaces Principe d'une analyse en composites d'\'ev\`enements chauds de mesures avions de la turbulence de couche limite. La partie du haut montre une s\'equence de mesures de la temp\'erature potentielle et du vent vertical. Une courbe liss\'ee des temp\'eratures potentielles est utilis\'ee pour identifier les \'ev\`enements chauds. Chaque \'ev\`enement est associ\'e \`a un segment qui est ensuite \'etir\'e dans l'espace pour ramener tous les segments \`a une longueur identique. Pour chaque variable, on peut alors construire des moyennes ou des \'ecart-types pour un thermique moyen. La figure et l'approche sont issues d'une tr\`es jolie \'etude de de \cite {Will:92}. }}{91}} \newlabel{fg:williams1}{{3.9}{91}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.10}{\ignorespaces Analyse en composites d'\'ev\`enements chauds d'une s\'erie de vols avion effectu\'es dans la couche limite convective en Australie. Les rang\'ees correspondent \`a diff\'erentes gammes de valeurs de $z/z_i$. Les deux rang\'ees du haut correspondent au milieu de la couche m\'elang\'ee. De gauche \`a droite sont repr\'esent\'es, la temp\'erature potentielle $\theta $, le flux de chaleur $H=\rho C_p \overline {w'\theta '}$, l'humidit\'e sp\'ecifique $q$ et la vitesse verticale $w$, normalis\'ees par les \'echelles $\theta ^*$, $H_0=\rho C_p\overline {w'\theta '}_0$, $q^*$ et $w^*$. Les courbes pleines correspondent aux moyennes des grandeurs et les courbes pointill\'ees aux \'ecart-types associ\'es. Le nombre d'\'ev\`enements associ\'es \`a chaque mesure est donn\'e \`a gauche (22ev par exemple veut dire qu'on a fait des statistiques avec 22 segments). D'apr\`es \cite {Will:92}. }}{92}} \newlabel{fg:williams2}{{3.10}{92}} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \citation{Dear:70a} \newlabel{eq:wstar}{{3.45}{93}} \citation{Schu:91} \citation{Wang:00} \citation{Couv:05} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.2.4}Analyse d'\'echelle de la couche limite convective}{94}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.11}{\ignorespaces Distributions et distributions crois\'ees des vitesses verticales et des fluctuations de la temp\'erature potentielle virtuelle dans des simulations des grands tourbillons effectu\'ees avec le mod\`ele m\'esoNH pour un cas de couche limite convective observ\'e dans les grandes plaines am\'ericaines pendant la campagne IHOP le 14 juin 2002. Des observations radar de ce cas particulier sont pr\'esent\'ees sur la Fig.~\ref {fg:ihop}. }}{95}} \newlabel{fg:fleur}{{3.11}{95}} \newlabel{eq:cape0}{{3.49}{95}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.12}{\ignorespaces Repr\'esentation sch\'ematique de la couche limite convective }}{96}} \newlabel{fg:cbl}{{3.12}{96}} \newlabel{eq:wt1}{{3.53}{96}} \citation{Dear:66} \citation{Holt:93} \citation{Troe:86} \citation{Bros:78} \newlabel{sec:nonlocal}{{3.3}{97}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.3}Les fermetures non locales et la couche limite convective}{97}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.3.1}Contre-gradient et mod\`eles non locaux}{97}} \citation{Holt:93} \citation{Boug:89} \citation{Abde:97} \citation{Mell:74} \citation{Troe:86} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.3.2}Matrices de transilience}{98}} \citation{Eber:89} \citation{Eber:89} \citation{Moen:94} \citation{Plei:92} \citation{Plei:92} \citation{Plei:92} \citation{Lill:68} \citation{Arak:74} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.3.3}Les mod\`eles en flux de masse}{99}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.13}{\ignorespaces Calcul et interpr\'etation d'une matrice de transilience \`a partir d'une simulation des grands tourbillons dans une couche limite convective. D'apr\`es \cite {Eber:89}. }}{100}} \newlabel{fg:transil}{{3.13}{100}} \citation{Tied:89} \citation{Eman:91} \citation{Bett:73} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.14}{\ignorespaces Forme prise par les matrices de transilience (ou d'\'echange) dans le cas d'une formule en diffusion turbulente \`a gauche et dans le cas du mod\`ele de convection asym\'etrique de \cite {Plei:92} \`a droite. On montre par des fl\`eches sur des colonnes verticales les \'echanges mis en jeu dans ces param\'etrisations et en gris\'e les \'el\'ements non nuls de la matrice associ\'ee. }}{101}} \newlabel{fg:acm}{{3.14}{101}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.15}{\ignorespaces Vue transverse id\'ealis\'ee d'un rouleau convectif \`a la base du mod\`ele du thermique. }}{102}} \newlabel{fg:cell}{{3.15}{102}} \newlabel{sec:concept}{{3.4}{102}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.4}Le mod\`ele du thermique}{102}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.4.1}Id\'ealisation d'une cellule thermique}{102}} \newlabel{eq:dw}{{3.61}{102}} \citation{LeMo:73} \citation{Moen:94} \citation{Atki:96} \newlabel{eq:fm}{{3.70}{104}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.4.2}D\'etra\IeC {\^\i }nement et environnement du thermique}{104}} \citation{Pran:34} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.4.3}Les \'equations du mod\`ele}{105}} \newlabel{eq:f}{{3.72}{105}} \newlabel{eq:fq}{{3.76}{106}} \newlabel{eq:phi}{{3.76}{106}} \newlabel{eq:fw}{{3.78}{106}} \citation{Hour:02} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.4.4}Fermeture locale}{107}} \newlabel{sec:les}{{3.5}{107}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.5}Comparaison avec les simulations des grands tourbillons}{107}} \citation{Ayot:96} \citation{Ayot:96} \citation{Moen:84} \citation{Moen:94} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.1}Description des simulations des grands tourbillons}{108}} \citation{Ayot:96} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.2}Les simulations uni-colonnes}{109}} \citation{Ayot:96} \citation{Ayot:96} \citation{Ayot:96} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.3}R\'esultats num\'eriques}{110}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.16}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats des simulations des grands tourbillons\ avec ceux obtenus avec le mod\`ele du thermique (MY+TH) en mode uni-colonne dans sa configuration nominale ($\lambda =20$, $\mu =2$, $r=2$ et $\gamma =0$) pour les cas (05WC, 05SC, 24SC et 24F). Pour chaque cas, on montre le profil initial (pointill\'es), la moyenne entre les temps $t_1$ et $t_2$ pour le simulations des grands tourbillons\ (courbe fine) et le mod\`ele du thermique (courbe \'epaisse). Il n'y a pas de valeur initiale pour le flux de chaleur. Pour le cas 24F, les vents sont nuls. }}{111}} \newlabel{fg:profref}{{3.16}{111}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.17}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation HB avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{112}} \newlabel{fg:profHB}{{3.17}{112}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.18}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation MY avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{112}} \newlabel{fg:profMY}{{3.18}{112}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.19}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation LMD avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{113}} \newlabel{fg:profLMD}{{3.19}{113}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.20}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation LMD+CG avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{113}} \newlabel{fg:profLMD+CG}{{3.20}{113}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.21}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation LMD+AJS avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{114}} \newlabel{fg:profLMD+AJS}{{3.21}{114}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.22}{\ignorespaces Comparaison des r\'esultats de la param\'etrisation LMD+TH avec les simulations des grands tourbillons\ pour les cas 05WC et 24SC. }}{114}} \newlabel{fg:profLMD+TH}{{3.22}{114}} \citation{Ayot:96} \citation{Ayot:96} \citation{Ayot:96} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.4}Sensibilit\'e aux param\`etres}{115}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.23}{\ignorespaces Coefficients $A1$ pour la temp\'erature potentielle et pour les traceurs $B$ et $C$ ainsi que l'\'evolution de la temp\'erature en surface (valeur moyenne entre $t_1$ et $t_2$ moins celle \`a $t_0$) pour les 9 simulations. On compare les r\'esultats des simulations des grands tourbillons\ avec la version nominale du mod\`ele du thermique ($\lambda =20$~m, $\mu =2$, $r=2$ et $\gamma =0$) et avec HB\ et MY. }}{116}} \newlabel{fg:a1}{{3.23}{116}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.24}{\ignorespaces Coefficients $A1$ pour la temp\'erature potentielle et pour le traceur $B$ pour les simulations utilisant la couche limite diffuse du LMD avec diff\'erents traitements pour les aspects non locaux (LMD, LMD+CG, LMD+AJS et LMD+TH). }}{117}} \newlabel{fg:a1lmd}{{3.24}{117}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.25}{\ignorespaces Coefficient $A1$ normalis\'e pour la temp\'erature potentielle et le traceur B. On montre les r\'esultats des simulations des grands tourbillons\ et le mod\`ele du thermique \`a la fois dans sa configuration nominale ($\lambda =20$~m, $\mu =2$, $r=2$ et $\gamma =0$) et pour les exp\'eriences de sensibilit\'e dans lesquelles on a chang\'e la valeur d'un ou deux param\`etres. Le cas ``inclin\'e" correspond \`a $\gamma =0,5$ (se reporter au texte pour plus de d\'etails). Les lignes \'epaisses (simulations des grands tourbillons\ et mod\`ele du thermique en configuration nominale) sont d\'ej\`a montr\'ees sur la Fig.~\ref {fg:a1}. }}{117}} \newlabel{fg:a1b}{{3.25}{117}} \citation{Moen:94} \citation{Will:93} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.26}{\ignorespaces Structure du thermique pour le cas 24SC. Pour le premier graphe, la courbe fine (resp. \'epaisse) correspond \`a la surface fractionnaire avant (resp. apr\`es) \'epluchage. Pour $\overline {w'\theta '}$ (courbe \'epaisse sur le dernier graphe) on montre la d\'ecomposition entre le thermique (courbe fine) et la partie diffuse (tiret\'e). }}{118}} \newlabel{fg:24SC}{{3.26}{118}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.5}Dans le thermique}{118}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.6}Moments du second ordre}{118}} \citation{Will:91} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.27}{\ignorespaces Moments d'ordre deux de la temp\'erature potentielle et du vent vertical pour les cas 05WC et 24SC pour les simulations des grands tourbillons\ (courbes fines) et la param\'etrisation nominale (courbes \'epaisses). Les courbes pointill\'ees correspondent \`a la contribution du thermique seule.}}{119}} \newlabel{fg:scnd}{{3.27}{119}} \citation{Will:92} \citation{Will:92} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.28}{\ignorespaces Des vues sch\'ematiques de sondages horizontaux de $w'$ et $\theta '$ pour le thermique id\'ealis\'e sous-tendant la pr\'esente param\'etrisation (figures du haut) et pour une vision un peu plus r\'ealiste incluant des tourbillons de petite \'echelle (figures du milieu) sont compar\'ees \`a des ``composites" obtenues \`a partir de vols avions (figures du bas). Les ``composites" sont ceux de \cite {Will:92}, Fig. 5, et correspondent \`a $0,2\le z/z_i \le 0,3$. La courbe pleine repr\'esente la structure moyenne des thermiques. La courbe tiret\'ee montre la variance associ\'ee aux diff\'erents thermiques \'echantillonn\'es pour construire l'image moyenne. Dans l'analyse en composites, les thermiques sont superpos\'es sur la m\^eme \'echelle de longueur.}}{120}} \newlabel{fg:vols}{{3.28}{120}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.29}{\ignorespaces Composante horizontale du vent $u$ pour le mod\`ele du thermique dans sa configuration nominale et quand on inclue une tra\IeC {\^\i }n\'ee (respectivement $\gamma =0$ et 0,5). Les figures montrent, pour les cas 05WC et 24SC, le profil initial, le profil moyen obtenu avec les simulations des grands tourbillons, le r\'esultat des param\'etrisations ainsi que la valeur simul\'ee dans le thermique ($\mathaccent "705E\relax {u}$).}}{121}} \newlabel{fg:u}{{3.29}{121}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.5.7}Transport de quantit\'e de mouvement}{121}} \citation{Menu:00} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.30}{\ignorespaces Temp\'erature potentielle virtuelle enregistr\'ee \`a Trappes les 8 et 9 ao\^ut 1998 et hauteur de la couche limite (points; voir texte). Les profils sont d\'ecal\'es suivant l'heure de l\^ach\'e du ballon~: le temps correspond au point de surface de chaque profil et la relation entre temps et temp\'erature est de 2,75 K/h.}}{122}} \newlabel{fg:zitetav}{{3.30}{122}} \newlabel{sec:esquif}{{3.6}{122}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.6}Simulations uni-colonnes de la POI~2 d'ESQUIF}{122}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.6.1}La POI~2 d'ESQUIF}{122}} \citation{Lava:81} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.6.2}Les simulations unidimensionnelles}{123}} \citation{Holt:90} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.31}{\ignorespaces Comparaison des mesures mesonet (gris\'es, 2~m au-dessus de la surface), des sondages (point) et du mod\`ele (courbes) concernant l'\'evolution sur les 8 et 9 ao\^ut de la temp\'erature d'une part (K, graphique du haut) et de l'humidit\'e sp\'ecifique (en g/kg, graphique du milieu). Pour les sondages, on montre la valeur moyenne sur une hauteur correspondant \`a la premi\`ere couche du mod\`ele. Le graphique du bas montre, avec les m\^emes conventions, la hauteur de la couche limite calcul\'ee comme pour la Fig.~\ref {fg:zitetav}.}}{124}} \newlabel{fg:T2m_comp_param}{{3.31}{124}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.6.3}R\'esultats}{124}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.32}{\ignorespaces Temp\'erature potentielle virtuelle et humidit\'e sp\'ecifique pour le 9 ao\^ut.}}{125}} \newlabel{fg:9Ars2}{{3.32}{125}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.33}{\ignorespaces Sensibilit\'e aux param\`etres~: temp\'erature potentielle et humidit\'e sp\'ecifique \`a 17:30 pour le 9 ao\^ut obtenues pour diff\'erentes valeurs des param\`etres du mod\`ele du thermique.}}{126}} \newlabel{fg:sensitivity}{{3.33}{126}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.34}{\ignorespaces Grille utilis\'ee pour les simulations guid\'ees et zoom\'ees sur la France avec l'emplacement du SIRTA et des stations radon de HD et JFJ.}}{126}} \newlabel{fg:grille_HD}{{3.34}{126}} \newlabel{sec:radon}{{3.7}{126}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.7}Transport des traceurs dans la couche limite}{126}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.35}{\ignorespaces Evolution, pour la p\'eriode du 1 au 20 ao\^ut 1998, de la concentration de radon en surface \`a Heidelberg (en haut, Bq~m$^{-3}$), et, dans la premi\`ere couche du mod\`ele, de la temp\'erature (K), de l'humidit\'e relative (\%) et de l'humidit\'e sp\'ecifique (g/kg). Pour les trois courbes du bas, les donn\'ees correspondent aux r\'eanalyses ERA40 interpol\'ees dans la couche correspondante. }}{127}} \newlabel{fg:evolradon}{{3.35}{127}} \citation{Idel:these} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.36}{\ignorespaces Cycle diurne moyen du radon en surface \`a Heidelberg et, dans la premi\`ere couche du mod\`ele, de la temp\'erature, de l'humidit\'e relative et sp\'ecifique dans la premi\`ere couche du mod\`ele (p\'eriode du 7 au 10 ao\^ut). }}{128}} \newlabel{fg:diurneradon}{{3.36}{128}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.37}{\ignorespaces Evolution de la temp\'erature et de l'humidit\'e sp\'ecifique \`a Trappes et pour trois des simulations pour les 7, 8 et 9 ao\^ut, journ\'ees pour lesquelles on dispose des radiosondages \`a haute fr\'equence. Les valeurs simul\'ees correspondent \`a la premi\`ere couche du mod\`ele et sont donc \`a comparer aux donn\'ees de Trappes \`a 35~m.}}{129}} \newlabel{fg:trappes}{{3.37}{129}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.38}{\ignorespaces Influence de l'humidit\'e du sol. Cycles diurnes du radon, de l'humidit\'e et de la temp\'erature (p\'eriode du 7 au 10 ao\^ut 1998) pour la simulation nominale (MYTH, contenu en eau du sol de 10~mm) et des simulations avec un contenu divis\'e (MYTHQS5) ou multipli\'e (MYQS20) par 2.}}{129}} \newlabel{fg:diurneqsol}{{3.38}{129}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.39}{\ignorespaces Cycle diurne moyen (du 7 au 10 ao\^ut 1998) du profil vertical (axe des ordonn\'ees en Pa) de radon (Bq~m$^{-3}$) simul\'e \`a Heidelberg avec pour la diffusion turbulente, soit la param\'etrisation LMD(+CG) (\`a gauche) soit la param\'etrisation MY (\`a droite). On montre les simulations sans (en haut) et avec (en bas) thermiques ainsi que la diff\'erence relative entre les deux (avec moins sans). }}{131}} \newlabel{fg:RNz}{{3.39}{131}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.40}{\ignorespaces Evolution sur le mois d'ao\^ut 1998 de la concentration de radon observ\'ee \`a la station Jungfraujoch, situ\'ee \`a 3400 m d'altitude, et simul\'ee au m\^eme point et dans la couche du mod\`ele situ\'ee \`a cette m\^eme altitude. }}{132}} \newlabel{fg:JFJ}{{3.40}{132}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.41}{\ignorespaces Profils d'humidit\'e sp\'ecifique simul\'es et observ\'es \`a Trappes. }}{132}} \newlabel{fg:SIRTAo3D}{{3.41}{132}} \citation{Plei:92} \citation{Plei:92} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.42}{\ignorespaces Influence de la param\'etrisation de la couche de surface. Cycles diurnes du radon, de l'humidit\'e et de la temp\'erature (p\'eriode du 7 au 10 ao\^ut 1998) pour la simulation nominale (MYTH), la simulation LMD et une simulation avec le m\^eme mod\`ele mais avec un seuil minimum sur la diffusivit\'e verticale introduit pour \'eviter les inversions trop fortes dans les r\'egions polaires l'hiver.}}{133}} \newlabel{fg:diurneksta}{{3.42}{133}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {3.8}Conclusions }{134}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.8.1}R\'esum\'e des principaux r\'esultats}{134}} \citation{Ayot:96} \citation{Eber:89} \citation{Will:92} \citation{Zhan:04} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.8.2}Les nuages}{135}} \citation{LeTr:91} \citation{Bony:01} \newlabel{eq:qc}{{3.93}{136}} \citation{Coin:06} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.43}{\ignorespaces Evolution de la temp\'erature pr\`es de la surface \`a Trappes pour des simulations guid\'ees et zoom\'ees avec diff\'erentes versions du mod\`ele. Les simulations sont compar\'ees \`a deux jeux de donn\'ees~: les temp\'eratures extraites des r\'eanalyses ERA40 (et des analyses op\'erationnelles pour 2003 et 2004) et temp\'eratures \`a 2~m \`a Trappes. }}{137}} \newlabel{fg:olivia1}{{3.43}{137}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {3.8.3}Utilisation du mod\`ele zoom\'e et guid\'e}{137}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {3.44}{\ignorespaces Cycle saisonnier moyen de la temp\'erature moyenne \`a 2~m, de l'amplitude du cycle diurne de la m\^eme temp\'erature (en fait l'\'ecart-type des temp\'eratures sur la journ\'ee) et de l'humidit\'e relative. Le dernier graphique montre l'\'evolution du contenu en eau du sol sur les 5 derni\`eres ann\'ees de simulation.}}{138}} \newlabel{fg:olivia2}{{3.44}{138}} \citation{Kami:99b} \citation{Rayn:99} \citation{Bous:00} \citation{Gurn:02} \citation{Menu:00} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {4}Inversion du transport atmosph\'erique}{141}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \newlabel{ch:retro}{{4}{141}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.1}Contexte}{141}} \citation{Hess:96} \citation{Merr:94} \citation{Ramo:96} \citation{Chia:97} \citation{Vero:92} \citation{Fles:95} \citation{Vaut:01} \citation{Sieb:03} \citation{Hour:99CRAS} \citation{Petr:02} \citation{Haas:96} \citation{Zhan:99} \citation{Lion:71} \citation{Marc:74} \citation{Marc:82} \citation{Pene:76} \citation{LeDi:86} \citation{Tala:87} \citation{Cour:87} \citation{Ulia:91} \citation{Pudy:98} \citation{Kami:99a} \citation{Kami:99b} \citation{Vuki:00} \citation{Robe:91} \citation{Houw:99} \citation{Pudy:98} \citation{Vuki:00} \citation{Ulia:91} \citation{Ulia:91} \newlabel{eq:scal1}{{4.1}{143}} \citation{Hour:05I} \citation{Hour:05II} \newlabel{sec:transport}{{4.2}{145}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.2}R\'etro-transport et transport adjoint}{145}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.2.1}Sym\'etrie temporelle du transport atmosph\'erique}{146}} \newlabel{eq:recipro1}{{4.2}{146}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.1}{\ignorespaces Illustration de la r\'eciprocit\'e du transport atmosph\'erique. }}{147}} \newlabel{fg:schema}{{4.1}{147}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.2.2}Extension \`a des sources et puits lin\'eaires}{147}} \newlabel{eq:timesym}{{4.3}{147}} \citation{Cher:96} \citation{Dufr:05PNE} \newlabel{eq:noncons}{{4.4}{148}} \newlabel{eq:direct1}{{4.5}{148}} \newlabel{eq:retro1}{{4.6}{148}} \newlabel{eq:princip1}{{4.7}{148}} \newlabel{eq:scalarproduct}{{4.8}{149}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.2.3}D\'erivation adjointe}{149}} \newlabel{eq:cout}{{4.9}{149}} \newlabel{eq:adjun}{{4.10}{149}} \newlabel{eq:adjdeux}{{4.11}{149}} \citation{Tala:87} \citation{Tala:87} \newlabel{eq:conserv1}{{4.13}{150}} \newlabel{eq:adjtrois}{{4.14}{150}} \newlabel{eq:adjquatre}{{4.15}{150}} \newlabel{eq:dtmesure}{{4.17}{150}} \citation{Tala:87} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.2.4}Lien entre sym\'etrie et conservation}{151}} \newlabel{eq:direct111}{{4.18}{151}} \newlabel{eq:directg}{{4.19}{151}} \newlabel{eq:adjointg}{{4.20}{151}} \newlabel{eq:cons1}{{4.21}{151}} \citation{Fles:95} \citation{Vaut:01} \citation{Pran:34} \newlabel{sec:param}{{4.3}{152}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.3}Sym\'etrie des param\'etrisations de la turbulence}{152}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.3.1}S\'eparation d'\'echelle}{152}} \newlabel{eq:directturb}{{4.22}{152}} \newlabel{eq:retro2}{{4.23}{152}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.3.2}Diffusion turbulente et \'emissions de surface}{152}} \newlabel{eq:directb}{{4.25}{153}} \newlabel{eq:retrob}{{4.27}{153}} \newlabel{eq:clbas}{{4.29}{153}} \newlabel{eq:clhaut}{{4.30}{153}} \citation{Tied:89} \citation{Eman:91} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Approche adjointe}{154}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.3.3}Param\'etrisations en flux de masse du transport convectif}{155}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Approche physique}{155}} \newlabel{eq:contupa}{{4.38}{155}} \newlabel{eq:contdowna}{{4.39}{155}} \newlabel{eq:upa}{{4.40}{155}} \newlabel{eq:mf1a}{{4.40}{155}} \newlabel{eq:down}{{4.41}{155}} \newlabel{eq:mf2a}{{4.41}{155}} \newlabel{eq:mf3a}{{4.42}{155}} \newlabel{eq:rmf1a}{{4.43}{155}} \citation{Hour:00GRL} \citation{Sieb:03} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.2}{\ignorespaces Notation pour le sch\'emas en flux de masse direct {\bf (a)} et r\'etro {\bf (b)}. Se reporter au texte pour plus de pr\'ecisions. }}{156}} \newlabel{fg:massflux}{{4.2}{156}} \newlabel{eq:rmf2a}{{4.44}{156}} \newlabel{eq:rmf3a}{{4.45}{156}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsubsection}{Convection adjointe}{156}} \newlabel{eq:mf4a}{{4.46}{156}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.3.4}Matrices d'\'echange}{158}} \newlabel{sec:numeric}{{4.4}{158}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.4}Sym\'etrie des mod\`eles num\'eriques}{158}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.1}Mise en {\oe }uvre dans LMDZ}{158}} \newlabel{eq:direct}{{4.60}{158}} \newlabel{eq:conserv}{{4.61}{158}} \newlabel{eq:mf3}{{4.65}{158}} \newlabel{eq:up}{{4.66}{158}} \newlabel{eq:mf1}{{4.66}{158}} \newlabel{eq:down}{{4.67}{158}} \newlabel{eq:mf2}{{4.67}{158}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.3}{\ignorespaces Exp\'erience ETEX-1 : cartes de la concentration en surface de PMCH (en ng/m$^3$) sur une p\'eriode de 36 heures suivant l'injection au temps $t_0$. Le pas de temps pour l'injection et les sorties est de 3 heures (le panache \`a $t_0+12$h correspond par exemple en fait \`a une moyenne entre $t_0+12$h et $t_0+15$h). Le trait discontinu correspond au transect montr\'e sur la figure suivante.}}{159}} \newlabel{fg:etex}{{4.3}{159}} \newlabel{eq:contup}{{4.68}{159}} \newlabel{eq:contdown}{{4.69}{159}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.2}Illustration num\'erique}{159}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.4}{\ignorespaces Coupe verticale, dans un rep\`ere longitude-pression (hPa) le long du transect repr\'esent\'e sur la figure pr\'ec\'edente (avec les m\^emes unit\'es et conventions).}}{160}} \newlabel{fg:etexz}{{4.4}{160}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.5}{\ignorespaces Test num\'erique de la sym\'etrie du transport atmosph\'erique sur le cas ETEX-1.}}{161}} \newlabel{fg:retex}{{4.5}{161}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.3}Mod\`ele adjoint}{161}} \citation{Tala:87} \newlabel{eq:graddef1}{{4.71}{162}} \newlabel{eq:graddef2}{{4.72}{162}} \newlabel{eq:tmp2}{{4.73}{162}} \newlabel{eq:recmatr}{{4.74}{162}} \newlabel{eq:reccomp}{{4.75}{162}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.4}V\'erification de la sym\'etrie temporelle des algorithmes}{162}} \newlabel{eq:tmp0}{{4.76}{163}} \newlabel{eq:tmp4}{{4.78}{163}} \newlabel{eq:tmp3}{{4.79}{163}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.5}Sym\'etrie du sch\'ema d'advection}{163}} \newlabel{eq:up1}{{4.85}{164}} \newlabel{eq:up2}{{4.86}{164}} \newlabel{eq:godu2}{{4.90}{164}} \newlabel{eq:godur}{{4.91}{164}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.6}Diffusion turbulente}{165}} \newlabel{eq:Kdiffd}{{4.92}{165}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.7}Mod\`eles de convection en flux de masse}{165}} \newlabel{eq:contupd}{{4.96}{165}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.8}Puits lin\'eaires}{167}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.4.9}Sym\'etrie du mod\`ele complet}{167}} \newlabel{sec:inversion}{{4.5}{167}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.5}Le cas des algorithmes ne respectant pas la sym\'etrie}{167}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.5.1}Calculs de sensibilit\'e}{167}} \newlabel{eq:up1d}{{4.110}{167}} \newlabel{eq:bqim}{{4.111}{168}} \newlabel{eq:bqip}{{4.112}{168}} \newlabel{eq:nomax}{{4.113}{168}} \newlabel{eq:slope}{{4.114}{168}} \newlabel{eq:gauche}{{4.115}{168}} \newlabel{eq:droite}{{4.116}{168}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.6}{\ignorespaces Calculs de sensibilit\'es ou fonctions d'influence. }}{169}} \newlabel{fg:1d}{{4.6}{169}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.5.2}Exp\'eriences de minimisation}{171}} \citation{Gilb:89} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.7}{\ignorespaces Calcul de sensibilit\'es par perturbations directes de la distribution initiale pour les sch\'ema I (\`a gauche) et II (\`a droite) de Van Leer (m\^emes conditions que pour les deux graphiques les plus bas de la colonne de droite de la Fig.~\ref {fg:1d}). Les sensibilit\'es sont calcul\'ees pour diff\'erentes amplitudes de la perturbation $g$. Les courbes pour $g=10^{-8}$ ainsi que les calculs adjoint et r\'etro sont aussi montr\'es sur la Fig.~\ref {fg:1d}. }}{172}} \newlabel{fg:1dbis}{{4.7}{172}} \newlabel{eq:J}{{4.118}{172}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.8}{\ignorespaces R\'esultats d'exp\'erience d'assimilation variationnelle avec des observations synth\'etiques. L'\'etat initial ``r\'eel" \`a reconstruire correspond \`a la courbe \'epaisse continue du graphique {\bf c}. La fonction objective (Eq.~\ref {eq:J}) \`a minimiser est calcul\'ee avec la distribution de mesure repr\'esent\'ee par une courbe \'epaisse discontinue sur les graphiques {\bf c} et {\bf d}. La minimisation est commenc\'ee \`a partir d'un \'etat initial sans traceurs. }}{173}} \newlabel{fg:min}{{4.8}{173}} \citation{Hour:00GRL} \citation{DeGe:96} \citation{Carr:96} \newlabel{sec:applications}{{4.6}{174}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.6}Illustrations et applications}{174}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.6.1}Evaluation des capacit\'es de d\'etection du r\'eseau TICE}{174}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.9}{\ignorespaces Calculs de la capacit\'e de d\'etection du r\'eseau Xenon du TICE. On montre en haut le d\'elai de d\'etection (en jour) pour un essai sub-surface de 1~kt et une date de d\'etection particuli\`ere (ici le 15 janvier 1991). La couleur bleue fonc\'ee montre par exemple la zone qui a \'et\'e d\'etect\'ee pour un tir effectu\'e entre 1 et 3 jours auparavant. La r\'eunion des r\'egions color\'ees montre la partie de la surface du globe dans laquelle un tir dans la premi\`ere quinzaine de janvier aura \'et\'e d\'etect\'e au moins une fois le 15 janvier. On montre en dessous les cartes de probabilit\'e de d\'etection ({\bf A}, $\%$) d'essais sub-surface par le r\'eseau gaz nobles (en pratique \`a partir de la d\'etection du $^{133}$Xe) pour les mois de juillet et janvier. Les points correspondent aux emplacements des 80 stations du r\'eseau TICE et, parmi eux, les points verts correspondent aux stations gaz nobles. Les cartes du bas ({\bf B}) correspondent au nombre moyen de stations d\'etectant un essai. }}{175}} \newlabel{fg:TICE}{{4.9}{175}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {4.10}{\ignorespaces Carte montrant, au point de la source potentielle, le FMT moyen entre simulation et observation pour 9 stations ETEX. Les concentrations simul\'ees sont calcul\'ees \`a partir des r\'etro-panaches \'emis depuis les 9 stations. La croix correspond \`a la localisation effective de la source.}}{177}} \newlabel{fg:meanfmt}{{4.10}{177}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.6.2}Inversion des param\`etres de la source}{177}} \citation{Peyl:05} \citation{Bous:00} \citation{Peyl:05} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.6.3}Inversion de sources continues}{178}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {4.6.4}Quelques remarques d'ordre g\'en\'eral pour les applications}{178}} \citation{Vuki:01} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {4.7}Conclusion}{179}} \citation{Cosm:05} \citation{Raul:02} \citation{Coll:99} \citation{Tran:03I} \citation{Lebo:02} \citation{Wils:03} \citation{Goli:75} \citation{Hour:95b} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {5}Dynamique et composition de la stratosph\`ere de Titan}{181}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \newlabel{ch:titan}{{5}{181}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.1}Changement de d\'ecor}{181}} \citation{Toub:95} \citation{Caba:92} \citation{Caba:93} \citation{Rann:95} \citation{Hour:95b} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.1}{\ignorespaces Vue sch\'ematique de la composition de l'atmosph\`ere de Titan ({\bf a}) et de la s\'eparation de Cassini et Huygens avant la descente de ce dernier dans l'atmosph\`ere de Titan ({\bf b}, montage sur une photo prise par Cassini de Titan et de sa couche de brume, source ESA).}}{182}} \newlabel{fg:huygens}{{5.1}{182}} \citation{Cous:95} \citation{Srom:81} \citation{Hutz:95} \citation{Lebo:01} \citation{Hour:95b} \citation{Beza:95} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.2}{\ignorespaces Photo prise par Huygens \`a 8 km du sol de Titan montrant peut-\^etre un rivage au bord d'un grand lac de m\'ethane. (source : ESA).}}{183}} \newlabel{fg:huygens2}{{5.2}{183}} \citation{Rann:02} \citation{Rann:04} \citation{Lebo:01} \citation{Lebo:03} \citation{Luz:03I} \citation{Luz:03II} \citation{Goli:75} \citation{Hubb:93} \citation{Goli:75} \citation{Hour:95b} \citation{Hour:92b} \citation{Del:93} \newlabel{sec:super}{{5.2}{185}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.2}Mod\'elisation tridimensionnelle de la circulation}{185}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.2.1}Mise en \'evidence de la superrotation}{185}} \citation{kostiuk2001} \citation{moreno2003} \citation{luzdps2003} \citation{Tour:84} \citation{Hour:92b} \citation{Del:93} \@writefile{lot}{\contentsline {table}{\numberline {5.1}{\ignorespaces Les 19 param\`etres du mod\`ele param\'etrique et leurs valeurs pour la simulation A correspondant \`a un cas de pseudo Terre. }}{186}} \newlabel{tb:gcmpara}{{5.1}{186}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.3}{\ignorespaces Comparaison de la circulation atmosph\'erique obtenue avec le mod\`ele \`a 19 param\`etres, dans des conditions aussi proches que possibles de la Terre (\`a gauche, valeur des param\`etres donn\'ees dans la Table~\ref {tb:gcmpara}) et pour des conditions aboutissant \`a un r\'egime de superrotation (\`a droite, vitesse de rotation divis\'ee par 10, absorption accrue du rayonnement solaire dans l'atmosph\`ere et obliquit\'e nulle). }}{187}} \newlabel{fg:gcmpara}{{5.3}{187}} \citation{Toon:89} \citation{McKa:89} \citation{Hour:92b} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.2.2}Mod\'elisation num\'erique}{188}} \citation{Gier:75} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.4}{\ignorespaces Moyenne zonale de la fonction de courant de la circulation m\'eridienne (h\'emisph\`ere nord de la figure du haut), du moment cin\'etique normalis\'e (h\'emisph\`ere sud) et de la vorticit\'e absolue dans la simulation de superrotation dont les r\'esultats sont montr\'es sur la Fig.~\ref {fg:gcmpara}. Les fl\`eches noires repr\'esentent le transport de moment cin\'etique dans le plan m\'eridien, en haut par la circulation m\'eridienne et en bas par les ondes. Les zones hachur\'ees sont celles dans lesquelles les crit\`eres d'instabilit\'e barotrope ou inertielle sont atteints. }}{189}} \newlabel{fg:vortparam}{{5.4}{189}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.2.3}Le processus de Gierasch-Rossow}{189}} \citation{Gier:75} \citation{Ross:79} \citation{Kuo:49} \citation{Del:93} \citation{Hunt:79} \citation{Del:87} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.5}{\ignorespaces Vision sch\'ematique compar\'ee de la circulation atmosph\'erique terrestre et de la circulation dans une atmosph\`ere en superrotation comme celle obtenue avec le mod\`ele \`a 19 param\`etres. Les fl\`eches fines rouges et bleues correspondent \`a la circulation pr\`es de la surface, les fl\`eches \'epaisses rouges et bleues \`a la circulation zonale en altitude, les fl\`eches marron \`a la circulation de Hadley et les fl\`eches violettes aux diff\'erentes composantes du transport de moment cin\'etique dans le plan m\'eridien (fl\`eches). }}{191}} \newlabel{fg:schemasuper}{{5.5}{191}} \citation{Del:93} \citation{Del:93} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.6}{\ignorespaces Description sch\'ematique de la circulation m\'eridienne moyenne sur Titan au solstice d'hiver nord (\`a gauche), \`a l'\'equinoxe (au centre) et en moyenne annuelle (\`a droite). Les fl\`eches gris\'ees repr\'esentent les jets zonaux, avec un jet particuli\`erement marqu\'e dans l'h\'emisph\`ere nord au solstice. Ce jet persiste en fait \`a l'\'equinoxe d'automne et c'est seulement en moyenne annuelle que les vents zonaux sont sym\'etriques comme indiqu\'e sur le graphique de droite. Les ondes sont plus d\'evelopp\'ees sur le versant \'equatorial du jet hivernal. En moyenne sur l'ann\'ee, ces ondes transportent le moment cin\'etique vers l'\'equateur dans la branche haute de la cellule de Hadley. }}{192}} \newlabel{fg:titansuper}{{5.6}{192}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.2.4}Superrotation : le cas de Titan}{192}} \citation{Hubb:93} \citation{Hart:83} \citation{Hart:83} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.7}{\ignorespaces Vent zonal dans les simulations tridimensionnelles de la circulation de Titan. A gauche, on montre plus pr\'ecis\'ement une moyenne zonale dans un plan m\'eridien au solstice d'hiver nord et \`a droite des profils latitudinaux du vent zonal \`a la saison de l'occultation stellaire, peu avant le solstice d'hiver sud. }}{193}} \newlabel{fg:u3D}{{5.7}{193}} \citation{Hart:83} \citation{Hour:95b} \citation{Hour:95b} \citation{Hour:95b} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.8}{\ignorespaces Transport latitudinal du moment cin\'etique normalis\'e $\mu =a\mathop {\mathgroup \symoperators cos}\nolimits \phi (u+a\Omega \mathop {\mathgroup \symoperators cos}\nolimits \phi )/(3/2a^2\Omega )$ ($v\mu $ en m~s$^{-1}$) par les diff\'erentes composantes de la circulation atmosph\'erique. Ce transport est moyenn\'e entre les pressions de 15 et 0 hPa. On montre le transport par la circulation m\'eridienne moyenne, par les ondes transitoires et le transport associ\'e \`a la param\'etrisation de l'\'echange avec les \'echelles sous-mailles (dissipation horizontale). L'advection totale est proche de la somme du transport par la circulation m\'eridienne et par les ondes transitoires (la contribution des ondes stationnaires tend vers z\'ero si on moyenne sur une p\'eriode suffisamment longue). }}{194}} \newlabel{fg:vmu}{{5.8}{194}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.2.5}Mise en \'evidence des couplages entre dynamique et composition}{194}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.9}{\ignorespaces Jet d'ouest (en haut, m~s$^{-1}$) et d\'eriv\'ee latitudinale de la vorticit\'e potentielle le long de surfaces isentropes (en bas) pour Titan (hiver nord, \`a gauche) et pour la Terre \cite [hiver nord, \`a droite,][]{Hart:83}. La r\'egion concern\'ee par le transport par les ondes plan\'etaires dans les simulations de Titan est indiqu\'ee par les fl\`eches ondulantes et les zones de changement de signe de la d\'eriv\'ee de la vorticit\'e potentielle par des gris\'es. }}{195}} \newlabel{fg:titani}{{5.9}{195}} \citation{Hutz:95} \citation{Hutz:95} \citation{Beza:95} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.10}{\ignorespaces Moyenne zonale de la distribution des temp\'eratures (K) dans un plan m\'eridien \`a l'\'equinoxe de printemps nord obtenue sans dynamique (\`a gauche, calcul radiatif-convectif avec cycle saisonnier) et (\`a droite) dans le mod\`ele de circulation tridimensionnel \cite [d'apr\`es][]{Hour:95b}. }}{196}} \newlabel{fg:TEQ}{{5.10}{196}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.11}{\ignorespaces Variations saisonni\`eres \`a deux longueurs d'ondes de l'alb\'edo de Titan observ\'ees depuis la Terre (tiret\'es) et simul\'ees avec un mod\`ele bidimensionnel de transport et microphysique des brumes \cite []{Hutz:95}, en utilisant une circulation m\'eridienne issue du mod\`ele de circulation g\'en\'erale tridimensionnel.}}{197}} \newlabel{fg:Hutzell}{{5.11}{197}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.12}{\ignorespaces Sch\'ema de la circulation atmosph\'erique m\'eridienne (fl\`eches) et du transport des esp\`eces chimiques (gris\'es) dans la stratosph\`ere de Titan. Les profils en bas et \`a gauche sch\'ematisent des coupes horizontale et verticale de la concentration en esp\`ece chimique.}}{197}} \newlabel{fg:chimie}{{5.12}{197}} \citation{McKa:89} \citation{Hutz:95} \citation{Lebo:01} \citation{Toub:95} \citation{VanL:77} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.13}{\ignorespaces Profils latitudinaux de la concentration des esp\`eces chimiques observ\'ees par Voyager. Les croix correspondent aux observations. Le transport prend en compte la circulation m\'eridienne moyenne et une param\'etrisation sommaire du m\'elange latitudinal par les ondes transitoires. }}{198}} \newlabel{fg:sebastien}{{5.13}{198}} \newlabel{sec:2D}{{5.3}{199}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.3}Mod\'elisation coupl\'ee dynamique/microphysique/chimie}{199}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.1}Le mod\`ele bidimensionnel}{199}} \citation{Hour:95b} \citation{Luz:03I} \newlabel{e-qtend2}{{5.4}{200}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.2}Transport latitudinal par les ondes dans un mod\`ele en eau peu profonde}{200}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.14}{\ignorespaces Exemple de profil latitudinal de vent zonal utilis\'e pour forcer le mod\`ele des \'equations de Saint-Venant. On montre {\bf a)}, le profil de rappel (trait plein) et le profil moyen dans le mod\`ele en \'etat de r\'egime (tiret\'es)~; les m\^emes profils sont montr\'es en termes {\bf b)} de moment cin\'etique normalis\'e et {\bf c)} de vorticit\'e. Enfin, on montre {\bf d)} le transport de moment cin\'etique par les ondes responsable de la diff\'erence entre les deux profils. La constante de temps de rappel est fix\'ee \`a 5 jours de Titan.}}{201}} \newlabel{fg:SWu}{{5.14}{201}} \citation{Ross:83} \citation{Ross:90} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.15}{\ignorespaces Ondes plan\'etaires. A gauche, exemple de structure instantan\'ee du champ de perturbation du vent dans les simulation de Saint-Venant. A droite, \'evolution en fonction de la latitude et du jour de Titan du gradient latitudinal de vorticit\'e potentielle (les bandes gris\'ees \'etroites entre 30S et 30N, premi\`ere \'echelle de gris\'es) et de la moyenne zonale de l'\'energie cin\'etique des ondes (bandes larges au del\`a de 60 degr\'es dans chaque h\'emisph\`ere, \'echelle de gris\'es la plus \`a droite). }}{202}} \newlabel{fg:SWondes}{{5.15}{202}} \citation{Kelv:1880} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.16}{\ignorespaces Exemple de m\'elange par les ondes de traceurs contenus initialement dans des bandes de latitudes et dont les concentrations sont rappel\'ees vers ces concentrations initiales avec une constante de rappel de 5 jours de Titan. On montre, pour trois bandes particuli\`eres, les distributions initiales (en haut) et des distributions instantan\'ees une fois un \'etat de r\'egime \'etabli.}}{203}} \newlabel{fg:SWondes2}{{5.16}{203}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.17}{\ignorespaces A gauche : Transport de traceurs id\'ealis\'es par les ondes plan\'etaires dans le mod\`ele des \'equations de Saint-Venant en pr\'esence d'instabilit\'e barotrope. Le traceur est rappel\'e vers le profil en trait plein avec une constante de temps de 5 ou 60 jours de Titan. Les profils pointill\'es et tiret\'es montrent les profils de traceurs en \'etat de r\'egime. A droite : coefficient de m\'elange d\'eduit des calculs avec traceurs id\'ealis\'es et forme analytique retenue pour la param\'etrisation du transport latitudinal par les ondes. }}{204}} \newlabel{fg:SWdq}{{5.17}{204}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.3}Param\'etrisation en longueur de m\'elange du transport latitudinal des esp\`eces traces}{204}} \newlabel{eq:e-eq4K}{{5.5}{204}} \citation{Alli:94} \citation{Del:93} \newlabel{eq:e-resonance}{{5.6}{205}} \newlabel{eq:e-amplitudeK}{{5.9}{205}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.4}Param\'etrisation du transport latitudinal du moment cin\'etique}{205}} \newlabel{s-mixam}{{5.3.4}{205}} \newlabel{eq:e-eta}{{5.10}{205}} \newlabel{eq:e-detadt}{{5.11}{205}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.18}{\ignorespaces Test des param\'etrisations du transport latitudinal par les ondes par comparaison aux r\'esultats des simulations en eau peu profonde. On montre pour le vent zonal (en haut), la vorticit\'e potentielle (au milieu) et un traceur (en bas), le profil de rappel, le profil obtenu avec le mod\`ele en eau peu profonde et le profil obtenu comme \'equilibre entre le terme de relaxation et le terme de transport latitudinal param\'etris\'e.}}{206}} \newlabel{fg:SWparam}{{5.18}{206}} \newlabel{eq:e-momentumK}{{5.12}{206}} \newlabel{eq:dissipterm}{{5.13}{206}} \citation{Luz:03II} \citation{Caba:92} \citation{McKa:89} \citation{Rann:04} \newlabel{e-logtaudiss}{{5.14}{207}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.5}Mod\'elisation de la brume}{207}} \citation{Cous:95} \citation{Cous:95} \citation{Lebo:01} \citation{Lebo:01} \citation{Lebo:01} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.19}{\ignorespaces Comparaison des profils latitudinaux de composition observ\'es par Voyager avec ceux obtenus avec le mod\`ele coupl\'e dynamique/microphysique/chimie. On montre des r\'esultats obtenus \`a la fois avec la chimie compl\`ete (courbes pleines) et avec une chimie lin\'earis\'ee (tiret\'es). Les rond noirs correspondent aux observations Voyager analys\'ees par \cite {Cous:95}. Les niveaux de pression retenus pour extraire les concentrations simul\'ees correspondent pour chaque compos\'e au maximum de la fonction poids de l'observation \`a l'\'equateur. Les observations pour HC$_3$N dans les latitudes basses correspondent \`a une borne sup\'erieure. }}{208}} \newlabel{fg:compo}{{5.19}{208}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.6}Mod\'elisation de la chimie}{208}} \citation{Lebo:02} \citation{Lebo:03a} \citation{Lell:89} \citation{Luz:03II} \citation{Rann:04} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.3.7}Grille et sp\'ecifications diverses}{209}} \citation{Srom:81} \citation{Srom:81} \citation{Rann:93} \newlabel{sec:couplages}{{5.4}{210}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.4}Couplages entre dynamique et composition}{210}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.4.1}Origine de la brume d\'etach\'ee}{210}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.20}{\ignorespaces La couche d\'etach\'ee de brume. }}{211}} \newlabel{fg:haze}{{5.20}{211}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.21}{\ignorespaces Intensit\'e r\'efl\'echie du rayonnement solaire sur Titan dans le vert (0,52--0,60 $\mu $m) observ\'ee le long d'un m\'eridien proche \`a la fois du point sub-solaire et de l'aplomb du satellite et simul\'ee \`a 0.55~$\mu $m. Les carr\'es avec et sans points correspondent aux donn\'ees pour les h\'emisph\`eres sud et nord \cite []{Srom:81}. Plut\^ot que l'intensit\'e ($I$), on trace le produit $\mu I$ en fonction de $\mu \mu '$, o\`u $\mu $ est le cosinus de l'angle z\'enithal d'observation et $\mu '$ est le cosinus de l'angle z\'enithal du Soleil. L'axe des abcisses du haut montre les latitudes associ\'ees aux diff\'erentes valeurs de $\mu \mu '$. Dans ce syst\`eme de coordonn\'ees, un alb\'edo suivant une loi de Minnaert $I(\mu )\mu =I_0(\mu \mu ')^k$ appara\IeC {\^\i }t comme une droite. L'exposant caract\'erise l'assombrissement centre ($\mu =1$) bord ($\mu =0$) du disque. }}{212}} \newlabel{fg:hazeassym}{{5.21}{212}} \citation{Flas:81} \citation{Hubb:93} \citation{Flas:81} \citation{Hubb:93} \citation{Rann:04} \citation{Lebo:03} \citation{Rann:04} \citation{Flas:81} \citation{Hubb:93} \citation{Flas:90} \citation{Beza:95} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.4.2}R\'etroaction de la composition sur la dynamique}{213}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.4.3}L'asym\'etrie Nord/Sud}{213}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.22}{\ignorespaces Temp\'eratures \`a l'\'equinoxe de printemps nord (saison des observations Voyager) obtenues avec la version coupl\'ee du mod\`ele et impact du couplage avec les brumes, avec la chimie et avec les deux par rapport \`a une version d\'ecoupl\'ee. }}{214}} \newlabel{fg:diffTeq}{{5.22}{214}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.23}{\ignorespaces Moyenne annuelle de la temp\'erature obtenue avec la version coupl\'ee du mod\`ele et impact du couplage avec les brumes, avec la chimie et avec les deux par rapport \`a une version d\'ecoupl\'ee. }}{215}} \newlabel{fg:diffTan}{{5.23}{215}} \citation{Samu:81} \citation{Samu:81} \citation{Flas:98} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.24}{\ignorespaces Temp\'erature stratosph\'erique (\`a 1~hPa) et vent zonal (\`a 0.25~hPa) observ\'es et simul\'es avec et sans couplage avec la chimie et les brumes. Les temp\'eratures sont observ\'ees au passage de Voyager peu apr\`es l'\'equinoxe de printemps nord \cite [L$_s$=9$^{o}$, ][]{Flas:81} et les vents, par occultation stellaire, apr\`es le solstice d'\'et\'e nord \cite [L$_s$=128$^{o}$, ][]{Hubb:93}. Pour le vent observ\'e, la forme symm\'etrique et les oscillations sont impos\'ees par le mode de reconstruction. L'observation n'est en fait sensible qu'\`a la zone gris\'ee. }}{216}} \newlabel{fg:Voyager}{{5.24}{216}} \newlabel{sec:enrichis}{{5.5}{216}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.5}Composition, vents et condensation}{216}} \citation{Toub:95} \citation{Hour:95b} \citation{Lebo:01} \citation{Lebo:01} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.25}{\ignorespaces Courbe de vapeur saturante pour les diff\'erents constituants observ\'es dans la stratosph\`ere de Titan \cite []{Samu:81}. Les courbes sont calcul\'ees en supposant un rapport de m\'elange constant correspondant aux observations Voyager. L'intersection avec le profil de temp\'erature (courbe \'epaisse) donne l'altitude de condensation pour l'esp\`ece consid\'er\'ee.}}{217}} \newlabel{fg:condens}{{5.25}{217}} \citation{Lebo:01} \citation{Luz:03II} \citation{Lebo:01} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.5.1}Composition du vortex polaire}{218}} \newlabel{eq:EQ1}{{5.15}{218}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.26}{\ignorespaces Transport m\'eridien de HCN pendant l'hiver. {\bf a~:} coupe m\'eridienne de la concentration de HCN (ppmv, niveaux de gris) avec les lignes de courant de la circulation m\'eridienne (fl\`eches noires). {\bf b~:} vent zonal (m~s$^{-1}$, gris\'es) et coefficient de diffusion lat\'eral (contours, 10$^{-6}$~m$^2$~s$^{-1}$) param\'etr\'e en fonction de l'instabilit\'e barotrope pour repr\'esenter le transport latitudinal par les ondes. Avec ces unit\'es, les m\^emes contours peuvent s'interpr\'eter \'egalement comme des iso-valeurs de la vitesse m\'eridienne typique des ondes en m~s$^{-1}$ si on prend une longueur de m\'elange latitudinale de 1000~km. Toutes les quantit\'es correspondent \`a des moyennes temporelles entre le solstice d'hiver nord et l'\'equinoxe de printemps nord. }}{219}} \newlabel{fg:fig1}{{5.26}{219}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.27}{\ignorespaces {\bf a :} Vision sch\'ematique des m\'ecanismes responsables des contrastes observ\'es dans la composition stratosph\'erique. {\bf b :} Constantes de temps (en jours de Titan) pour l'advection verticale dans le vortex polaire ($-h/w$, avec $h=150$~km, moyenne entre 70 et 90N), pour la circulation m\'eridienne ($l/v$, avec $l=$1000~km, moyenne entre 50 et 80N) et pour le m\'elange latitudinal par les ondes ($l^2/K_y$, moyenne entre 50 et 80N) au bord du vortex. La courbe grise correspond \`a l'advection m\'eridienne vers l'\'equateur (avec $-v$ au lieu de $v$). Les lignes verticales correspondent \`a 1 jour et 1 an de Titan. {\bf c :} Hauteurs d'\'echelle associ\'ees (km) pour l'advection m\'eridienne, $-wl/v$, le m\'elange latitudinal $-wl^2/K_y$ ainsi que pour la combinaison des deux $H=-w/(v/l+K_y/l^2)$. {\bf d :} Profils verticaux de la fraction molaire de HCN (\'echelle logarithmique) \`a diff\'erentes latitudes (chimie lin\'earis\'ee). La droite oblique correspond \`a une hauteur d'\'echelle constante de 100~km. }}{220}} \newlabel{fg:scaleh}{{5.27}{220}} \citation{Mart:02} \citation{Hida:02} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.28}{\ignorespaces Profils latitudinaux de concentration chimique calcul\'es avec 4 options (chimie compl\`ete, lin\'earis\'ee ou nulle et traceurs id\'ealis\'es), compar\'es avec les observations Voyager. Les courbes sont normalis\'ees par la concentration \`a l'\'equateur afin de se focaliser sur les variations latitudinales.}}{222}} \newlabel{fg:chim}{{5.28}{222}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.5.2}Amplitude de l'enrichissement polaire}{222}} \@writefile{lot}{\contentsline {table}{\numberline {5.2}{\ignorespaces Niveau de condensation, enrichissement polaire (d\'efini comme le rapport des concentrations polaires \`a 50-70N et 0-30N) et constantes de temps chimiques pour diff\'erentes esp\`eces. }}{223}} \newlabel{tb:chem}{{5.2}{223}} \@writefile{lot}{\contentsline {table}{\numberline {5.3}{\ignorespaces Caract\'eristiques des diff\'erentes versions du module chimique.}}{223}} \newlabel{tb:sims}{{5.3}{223}} \citation{Rann:04} \citation{Lell:89} \citation{Cous:89} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.5.3}Contraintes sur les vents}{225}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.29}{\ignorespaces R\'esultats d'exp\'eriences de sensibilit\'e. {\bf a)} enrichissement polaire en C$_2$H$_2$ et HCN. {\bf b)} contrastes latitudinaux de temp\'erature Equateur - P\^ole (diff\'erence entre les latitudes 50-70N et 0-30N) et Nord - Sud (diff\'erence 50S - 50N). {\bf c)} vents zonaux (Jet et \'equateur). Comparaison des r\'esultats obtenus avec le mod\`ele complet (coupl\'e), sans couplage avec la brume (sans brumes), sans couplage avec la chimie (sans chimie), sans aucun des deux couplages (non coupl\'e), avec une dissipation par les ondes augment\'ee (3xKy) ou diminu\'ee (0.3xKy) ainsi qu'un champ d'advection modifi\'e sp\'ecifiquement pour le transport des esp\`eces chimiques (circulation m\'eridienne moyenne (v,w) multipli\'ee par 0.3 ou 3). Les barres d'erreur correspondent aux donn\'ees Voyager.}}{226}} \newlabel{fg:sensitiv}{{5.29}{226}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.30}{\ignorespaces Effet du couplage avec la brume sur la simulation de la distribution dans un plan m\'eridien (on montre le rapport des concentrations obtenues avec les simulations coupl\'ee et d\'ecoupl\'ee) de HCN ({\bf a}) et C$_2$H$_2$ ({\bf b}) et impact associ\'e sur la circulation m\'eridienne moyenne (lignes de courant, {\bf c}) et les valeurs de la diffusivit\'e lat\'erale $K_y$ ({\bf d}, 10$^{-6}$~m$^2$~s$^{-1}$) au passage de Voyager. }}{227}} \newlabel{fg:couple}{{5.30}{227}} \citation{Rann:04} \citation{Hubb:93} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.31}{\ignorespaces Evolution saisonni\`ere de HCN (ppmv) \`a ({\bf a}) 50-70N et ({\bf b}) 0-30N et enrichissement polaire correspondant ({\bf c}) ; composantes du transport atmosph\'erique~: vent vertical dans le vortex polaire ({\bf d}) et, \`a la fronti\`ere de ce m\^eme vortex, vent m\'eridien ({\bf e}) et coefficient de m\'elange latitudinal ({\bf f}). SH d\'esigne le solstice d'hiver nord, EP l'\'equinoxe de printemps, SS le solstice d'\'et\'e et EA l'\'equinoxe d'automne. }}{229}} \newlabel{fg:season}{{5.31}{229}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.5.4}Variations saisonni\`eres}{229}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.32}{\ignorespaces Structure m\'eridienne de HCN (ppmv, niveaux de gris) et circulation m\'eridienne associ\'ee pour six saisons entre l'\'equinoxe d'automne de l'h\'emisph\`ere nord et l'\'equinoxe de printemps suivant. Les saisons sont rep\'er\'ees par la longitude solaire $L_s$ avec $L_s$=180 pour l'\'equinoxe d'automne, $L_s=270$ pour le solstice d'hiver et $L_s=0$ pour l'\'equinoxe de printemps de l'h\'emisph\`ere nord. Le taux de condensation de HCN est montr\'e par les carr\'es gris\'es, avec le m\^eme code de gris que les concentrations de HCN mais avec pour unit\'e $10^{9}$ mol\'ecules~m$^{-3}$ s$^{-1}$. }}{230}} \newlabel{fg:clouds}{{5.32}{230}} \citation{Brow:02} \citation{Brow:02} \citation{Grif:98} \citation{Grif:00} \citation{Brow:02} \citation{Roe:02} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.33}{\ignorespaces Images de Titan dans le proche infrarouge montrant des nuages pr\`es du p\^ole sud, prises avec le t\'elescope du Keck en d\'ecembre 2001 et f\'evrier 2002. On voit \`a peu pr\`es le m\^eme c\^ot\'e de Titan sur les trois vues. Les contrastes au milieu du disque de Titan sont li\'es \`a des contrastes d'alb\'edo \`a la surface de Titan. D'apr\`es \cite {Brow:02}. }}{231}} \newlabel{fg:clouds}{{5.33}{231}} \citation{Bird:02} \citation{Alli:04} \citation{Fulc:02} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {5.5.5}Que va observer Cassini ?}{232}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.34}{\ignorespaces Photo de Titan prise par Cassini dans le proche infrarouge. On distingue~: au centre du disque des contrastes en surface avec des transitions marqu\'ees~; tout autour une brume~; au p\^ole sud des nuages morcel\'es plus brillants. }}{233}} \newlabel{fg:cassini_surf}{{5.34}{233}} \citation{kostiuk2001} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.35}{\ignorespaces S\'equence d'images illustrant l'\'evolution d'un champ de nuages observ\'es pr\`es du p\^ole sud (d'\'et\'e) de Titan pendant une p\'eriode de presque 5 heures. Les images, acquises le 2 juillet 2004 par Cassini \`a une distance de 346000 \`a 339000 km. On pense plut\^ot que ces nuages brillants sont compos\'es de m\'ethane. }}{234}} \newlabel{fg:cassini_nuages}{{5.35}{234}} \citation{Yell:91a} \citation{Toka:01} \citation{Toka:02} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {5.36}{\ignorespaces Evolution temporelle de quelques quantit\'es observables. {\bf a}: enrichissement polaire de HCN (\`a une altitude de 107~km) et C$_2$H$_2$ (\`a 152~km). {\bf b~}: vent zonal \`a l'\'equateur (moyenne 20S-20N) et au niveau du jet (40-70N) \`a une altitude de 250~km. {\bf c~}: Contrastes de temp\'erature entre l'\'equateur et les hautes latitudes (60N) et asym\'etrie nord-sud (diff\'erence de temp\'erature entre 60N et 60S) \`a 190~km d'altitude.}}{235}} \newlabel{fg:cassini}{{5.36}{235}} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {5.6}Quelques remarques pour finir}{235}} \citation{Pier:98} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {6}Conclusions et perspectives}{239}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {6.1}Quelques enseignements}{239}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {6.1.1}D\'ecomposition et param\'etrisation du transport}{239}} \citation{Ayot:96} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {6.1.2}Des traceurs du transport atmosph\'erique}{241}} \citation{Gran:04} \citation{Guic:04} \citation{Guic:04} \@writefile{toc}{\contentsline {section}{\numberline {6.2}Et apr\`es}{242}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {6.2.1}Couplage couche limite, convection, nuages}{242}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {6.1}{\ignorespaces Simulation d'un cas de fort cycle diurne de la convection observ\'e au site ARM, dans les grandes plaines de l'Oklaoma \cite [d'apr\`es ][]{Guic:04}. Les courbes montrent l'\'evolution simul\'ee de la pr\'ecipitation, en haut avec des mod\`eles m\'eso-\'echelle et en dessous avec des mod\`eles de climat unicolonnes. Les sch\'emas du bas illustrent le d\'eveloppement typique des nuages convectifs dans les deux types de mod\`eles. Source : Fran\c coise Guichard. }}{243}} \newlabel{fg:guicharddiurne}{{6.1}{243}} \citation{Rede:00} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {6.2}{\ignorespaces Poussi\`ere soulev\'ee par un front de rafales sous une ligne de grains au Mali. source : Fran\c coise Guichard et Laurent Kergoat. }}{244}} \newlabel{fg:guichard1}{{6.2}{244}} \@writefile{lof}{\contentsline {figure}{\numberline {6.3}{\ignorespaces Photo d'une temp\^ete r\'egionale de poussi\`ere sur Mars.}}{245}} \newlabel{fg:mars1}{{6.3}{245}} \@writefile{toc}{\contentsline {subsection}{\numberline {6.2.2}Plan\`etes et climats}{246}} \@writefile{toc}{\contentsline {chapter}{\numberline {A}Lexique (jargon et acronymes)}{249}} \@writefile{lof}{\addvspace {10\p@ }} \@writefile{lot}{\addvspace {10\p@ }} \citation{VanL:77} \bibdata{/home/hourdin/TEX/BIBLIO/fred,/home/hourdin/TEX/LMDZ/lmdz} \bibcite{Abde:97}{{1}{1997}{{Abdella et McFarlane}}{{}}} \bibcite{Alle:91}{{2}{1991}{{Allen et~al.}}{{}}} \bibcite{Alli:94}{{3}{1994}{{Allison et~al.}}{{}}} \bibcite{Alli:04}{{4}{2004}{{{Allison} et~al.}}{{}}} \bibcite{Ange:04}{{5}{2004}{{{Angelats i Coll} et~al.}}{{}}} \bibcite{Arak:74}{{6}{1974}{{Arakawa et Schubert}}{{}}} \bibcite{Atki:96}{{7}{1996}{{Atkinson et Zhang}}{{}}} \bibcite{Ayot:96}{{8}{1996}{{Ayotte et~al.}}{{}}} \bibcite{Bett:73}{{9}{1973}{{Betts}}{{}}} \bibcite{Beza:95}{{10}{1995}{{B\'ezard et~al.}}{{}}} \bibcite{Bird:02}{{11}{2002}{{{Bird} et~al.}}{{}}} \bibcite{Blac:62}{{12}{1962}{{Blackadar}}{{}}} \bibcite{Bona:these}{{13}{2001}{{Bonazzola}}{{}}} \bibcite{Bony:01}{{14}{2001}{{Bony et Emanuel}}{{}}} \bibcite{bopp2004}{{15}{2004}{{Bopp et~al.}}{{}}} \bibcite{boucher_2002b}{{16}{2003}{{Boucher et~al.}}{{}}} \bibcite{Bouc:02}{{17}{2002}{{{Boucher} et {Pham}}}{{}}} \bibcite{Boug:89}{{18}{1989}{{Bougeault et Lacarrere}}{{}}} \bibcite{Bous:00}{{19}{2000}{{Bousquet et Peylin}}{{}}} \bibcite{Bros:78}{{20}{1978}{{Brost et Wyngaard}}{{}}} \bibcite{Brow:02}{{21}{2002}{{Brown et~al.}}{{}}} \bibcite{Brow:72}{{22}{1972}{{Brown}}{{}}} \bibcite{Brow:80}{{23}{1980}{{Brown}}{{}}} \bibcite{Busi:71}{{24}{1971}{{Businger et~al.}}{{}}} \bibcite{Caba:92}{{25}{1992}{{Cabane et~al.}}{{}}} \bibcite{Caba:93}{{26}{1993}{{Cabane et~al.}}{{}}} \bibcite{Carp:90}{{27}{1990}{{Carpenter et~al.}}{{}}} \bibcite{Carr:96}{{28}{1996}{{Carrigan et~al.}}{{}}} \bibcite{Cher:96}{{29}{1996}{{Cherkaoui et~al.}}{{}}} \bibcite{Chia:97}{{30}{1997}{{Chiapello et~al.}}{{}}} \bibcite{Coin:06}{{31}{2006}{{Coindreau et~al.}}{{}}} \bibcite{Cole:84}{{32}{1984}{{Colella et Woodward}}{{}}} \bibcite{Coll:99}{{33}{1999}{{Coll et~al.}}{{}}} \bibcite{cosme_2002}{{34}{2002}{{Cosme et~al.}}{{}}} \bibcite{Cosm:05}{{35}{2005}{{{Cosme} et~al.}}{{}}} \bibcite{Cour:87}{{36}{1987}{{Courtier et Talagrand}}{{}}} \bibcite{Cous:89}{{37}{1989}{{Coustenis et~al.}}{{}}} \bibcite{Cous:95}{{38}{1995}{{Coustenis et B\'ezard}}{{}}} \bibcite{Couv:05}{{39}{2005}{{{Couvreux} et~al.}}{{}}} \bibcite{Cres:59}{{40}{1959}{{Cressman}}{{}}} \bibcite{DeGe:96}{{41}{1996}{{De~Geer}}{{}}} \bibcite{Rosnay:2002}{{42}{2002}{{{de Rosnay} et~al.}}{{}}} \bibcite{Dear:66}{{43}{1966}{{Deardorff}}{{}}} \bibcite{Dear:70a}{{44}{1970}{{Deardorff}}{{}}} \bibcite{Dear:72a}{{45}{1972a}{{Deardorff}}{{}}} \bibcite{Dear:72}{{46}{1972b}{{Deardorff}}{{}}} \bibcite{Del:93}{{47}{1993}{{Del~Genio et~al.}}{{}}} \bibcite{Del:87}{{48}{1987}{{Del~Genio et Suozzo}}{{}}} \bibcite{Dufr:02}{{49}{2002}{{{Dufresne} et~al.}}{{}}} \bibcite{Dufr:05PNE}{{50}{2005}{{Dufresne et~al.}}{{}}} \bibcite{Eber:89}{{51}{1989}{{Ebert et~al.}}{{}}} \bibcite{Edou:96a}{{52}{1996}{{Edouard et~al.}}{{}}} \bibcite{Edou:97}{{53}{1997}{{Edouard}}{{}}} \bibcite{Eman:91}{{54}{1991}{{Emanuel}}{{}}} \bibcite{Eman:93}{{55}{1993}{{Emanuel}}{{}}} \bibcite{Flas:81}{{56}{1981}{{Flasar et~al.}}{{}}} \bibcite{Flas:90}{{57}{1990}{{Flasar et Conrath}}{{}}} \bibcite{Flas:98}{{58}{1998}{{Flasar}}{{}}} \bibcite{Fles:95}{{59}{1995}{{Flesch et~al.}}{{}}} \bibcite{Forg:98}{{60}{1998}{{Forget et~al.}}{{}}} \bibcite{Forg:99}{{61}{1999}{{Forget et~al.}}{{}}} \bibcite{Fouq:80}{{62}{1980}{{Fouquart et Bonnel}}{{}}} \bibcite{From:68}{{63}{1968}{{From}}{{}}} \bibcite{Fulc:02}{{64}{2002}{{{Fulchignoni} et~al.}}{{}}} \bibcite{Gent:95}{{65}{1995}{{{Genthon} et {Armengaud}}}{{}}} \bibcite{Gier:75}{{66}{1975}{{Gierasch}}{{}}} \bibcite{Gilb:89}{{67}{1989}{{Gilbert et Lemar\'echal}}{{}}} \bibcite{Godu:59}{{68}{1959}{{Godunov}}{{}}} \bibcite{Goli:75}{{69}{1975}{{Golitsyn}}{{}}} \bibcite{Gran:04}{{70}{2004}{{{Grandpeix} et~al.}}{{}}} \bibcite{Grif:98}{{71}{1998}{{Griffith et~al.}}{{}}} \bibcite{Grif:00}{{72}{2000}{{Griffith et~al.}}{{}}} \bibcite{Guic:04}{{73}{2004}{{{Guichard} et~al.}}{{}}} \bibcite{Gurn:02}{{74}{2002}{{Gurney et~al.}}{{}}} \bibcite{Haas:96}{{75}{1996}{{Haas-Laursen et~al.}}{{}}} \bibcite{Hart:83}{{76}{1983}{{Hartman}}{{}}} \bibcite{Haug:04}{{77}{2004}{{{Hauglustaine} et~al.}}{{}}} \bibcite{Hess:96}{{78}{1996}{{Hess et~al.}}{{}}} \bibcite{Hida:02}{{79}{2002}{{{Hidayat} et~al.}}{{}}} \bibcite{Holt:90}{{80}{1990}{{Holtslag et~al.}}{{}}} \bibcite{Holt:93}{{81}{1993}{{Holtslag et Boville}}{{}}} \bibcite{Hour:92b}{{82}{1992}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:93}{{83}{1993}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:95}{{84}{1995a}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:95b}{{85}{1995b}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:98}{{86}{1998}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:99CRAS}{{87}{1999}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:02}{{88}{2002}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:04}{{89}{2004}{{{Hourdin} et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:05II}{{90}{2005}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:06LMDZ}{{91}{2006}{{Hourdin et~al.}}{{}}} \bibcite{Hour:99}{{92}{1999}{{Hourdin et Armengaud}}{{}}} \bibcite{Hour:00GRL}{{93}{2000}{{Hourdin et Issartel}}{{}}} \bibcite{Hour:05I}{{94}{2005}{{Hourdin et Talagrand}}{{}}} \bibcite{Hour:92e}{{95}{1992}{{Hourdin}}{{}}} \bibcite{Houw:99}{{96}{1999}{{Houweling et~al.}}{{}}} \bibcite{Hubb:93}{{97}{1993}{{Hubbard}}{{}}} \bibcite{Hunt:79}{{98}{1979}{{Hunt}}{{}}} \bibcite{Hutz:95}{{99}{1995}{{Hutzell et~al.}}{{}}} \bibcite{Hogs:88}{{100}{1988}{{H\"ogstr\"om}}{{}}} \bibcite{Idel:these}{{101}{2002}{{Idelkadi}}{{}}} \bibcite{Jaco:97}{{102}{1997}{{{Jacob} et~al.}}{{}}} \bibcite{Jaco:90}{{103}{1990}{{Jacob et Prather}}{{}}} \bibcite{Jeuk:96}{{104}{1996}{{Jeuken et~al.}}{{}}} \bibcite{Jous:90}{{105}{1990}{{Joussaume}}{{}}} \bibcite{Kami:99a}{{106}{1999a}{{Kaminski et~al.}}{{}}} \bibcite{Kami:99b}{{107}{1999b}{{Kaminski et~al.}}{{}}} \bibcite{Kasa:77}{{108}{1977}{{Kasahara}}{{}}} \bibcite{Kelv:1880}{{109}{1880}{{Kelvin}}{{}}} \bibcite{kostiuk2001}{{110}{2001}{{Kostiuk et~al.}}{{}}} \bibcite{Krinner:gbc2005}{{111}{2005}{{Krinner et~al.}}{{}}} \bibcite{Krinner:transport}{{112}{2003}{{Krinner et Genthon}}{{}}} \bibcite{Kuo:49}{{113}{1949}{{Kuo}}{{}}} \bibcite{Lava:81}{{114}{1981}{{Laval et~al.}}{{}}} \bibcite{LeDi:86}{{115}{1986}{{Le~Dimet et Talagrand}}{{}}} \bibcite{LeTr:91}{{116}{1991}{{Le~Treut et Li}}{{}}} \bibcite{Lebo:01}{{117}{2001}{{Lebonnois et~al.}}{{}}} \bibcite{Lebo:02}{{118}{2002}{{Lebonnois et~al.}}{{}}} \bibcite{Lebo:03a}{{119}{2003a}{{Lebonnois et~al.}}{{}}} \bibcite{Lebo:03}{{120}{2003b}{{Lebonnois et~al.}}{{}}} \bibcite{Lefe:04}{{121}{2004}{{{Lef{\` e}vre} et~al.}}{{}}} \bibcite{Lell:89}{{122}{1989}{{Lellouch et~al.}}{{}}} \bibcite{LeMo:73}{{123}{1973}{{LeMone}}{{}}} \bibcite{Lill:68}{{124}{1968}{{Lilly}}{{}}} \bibcite{Lin:96}{{125}{1996}{{Lin et Rood}}{{}}} \bibcite{Lion:71}{{126}{1971}{{Lions}}{{}}} \bibcite{luzdps2003}{{127}{2003a}{{{Luz} et~al.}}{{}}} \bibcite{Luz:03II}{{128}{2003b}{{{Luz} et~al.}}{{}}} \bibcite{Luz:03I}{{129}{2003}{{{Luz} et {Hourdin}}}{{}}} \bibcite{Maho:97}{{130}{1997}{{Mahowald et~al.}}{{}}} \bibcite{Marc:74}{{131}{1974}{{Marchuk}}{{}}} \bibcite{Marc:82}{{132}{1982}{{Marchuk}}{{}}} \bibcite{Mart:02}{{133}{2002}{{{Marten} et~al.}}{{}}} \bibcite{McKa:89}{{134}{1989}{{McKay et~al.}}{{}}} 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