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Northern high-latitude regions are warming more intensely than the rest of the world. This phenomenon, called Arctic amplification, is due in part to the decrease in sea ice extent and snow cover. Snow, which is present 9 months of the year, could have a significant effect on the increase in land surface temperatures by changing its reflective and insulating properties. Thawing of permafrost which could release important amount of soil carbone into the atmosphere could have a significant positive feedback on the future climate of the Arctic. The objective of this research project is to improve the monitoring of Arctic snow cover and ground temperatures. Detailed models of snow cover evolution such as the Crocus multi-layered model are unable to reproduce the particular physics of Arctic snow, which leads to significant uncertainties in the modeling of ground temperatures. New physical parameterizations have been implemented within the Crocus model to improve the vertical stratification of the snowpack by introducing vegetation effects (less dense snow at the bottom) and wind effects (denser snow at the surface), as well as to modify the thermal conductivity of snow. These new parameterizations allow a better representation of ground temperatures under the snowpack, validated with a large dataset in Alaska, Canadian Arctic and Siberia. The simulations thus carried out using the modified Crocus model, driven by the ERA-Interim meteorological reanalysis over the last 39 years (1979-2018), at the pan-Arctic scale, show a significant increase in snow density in spring as well as in snow moisture, mainly in spring and fall, accompanied by a significant decrease in the duration of the snow cover. These effects, combined with the increase in air temperature, lead to an increase in ground temperature of up to +0.89 K per decade for the month of June. In order to improve monitoring the spatial and temporal evolution of the snow cover, the use of microwave satellite observation data is proposed. Based on the analysis of a unique dataset of surface radiometric measurements, associated with the in-situ characterization of the snowpit (119 snowpits with simultaneous observations) in the Arctic and sub-Arctic zones, an optimal parameterization of the SMRT model has been defined. The results show that using a fitted exponential correlation length as a snow microstructure parameter in the Improved Born Approximation (IBA) electromagnetic model gives the best results compared to the other model configurations tested, with a mean error (RMSE) of less than 30% of the observations for subarctic snow and 24% for Arctic snow. Coupled with Crocus, the simulated brightness temperatures over the entire Arctic are significantly better with modified Crocus than with standard Crocus (38 K improvement in mean bias). These results pave the way for using the assimilation of satellite microwave observations into the Crocus model to improve simulations of Arctic snow density, a key snowpack parameter influencing the evolution of ground temperatures under the snow.; Les régions de hautes latitudes nord se réchauffent de façon plus intense que sur le reste du globe. Ce phénomène, appelé amplification arctique, est dû en partie à la diminution de l'étendue de glace de mer et de la couverture de neige. Par ses changements de pouvoirs réfléchissant et isolant, la neige, présente 9 mois de l'année, pourrait avoir un effet important sur l'augmentation des températures du sol. Le dégel du pergélisol à travers le carbone ainsi libéré serait susceptible d'avoir un impact important sur le climat futur de l'Arctique. Ce projet de recherche a pour objectif d'améliorer le suivi du couvert nival arctique et des températures du sol. À l'heure actuelle, les modèles détaillés d'évolution du manteau neigeux tels que le modèle Crocus ne parviennent pas à reproduire la physique particulière de la neige arctique ce qui conduit à des incertitudes importantes dans la modélisation des températures du sol. De nouvelles paramétrisations physiques ont été implémentées au sein du modèle Crocus pour améliorer la stratification verticale du manteau neigeux en introduisant les effets de la végétation (neige moins dense en profondeur) et les effets du vent (neige plus dense en surface), ainsi que pour modifier la conductivité thermique de la neige. Ces nouvelles paramétrisations permettent une meilleure représentation des températures du sol sous la neige, validée avec un large jeu de données en Alaska, dans l'Arctique canadien et en Sibérie. Les simulations ainsi réalisées à l'aide du modèle Crocus modifié, piloté par la réanalyse météorologique ERA-Interim sur les 39 dernières années (1979-2018), à l'échelle panarctique, montrent une augmentation significative de la densité de la neige au printemps ainsi que de l'humidité de la neige principalement au printemps et en automne, accompagnée d'une diminution significative de la durée d'enneigement. Ces effets cumulés à l'augmentation des températures de l'air entraînent une augmentation des températures du sol allant jusqu'à +0.89 K par décade pour le mois de juin. De façon à pouvoir améliorer le suivi de l'évolution spatiale et temporelle du couvert nival, l'utilisation de données d'observations satellitaires micro-onde est proposée. À partir de l'analyse d'un jeu de données unique de mesures radiométriques en surface associées à la caractérisation in-situ du manteau neigeux (119 snowpits avec des observations simultanées) en zone arctique et subarctique, une paramétrisation optimale du modèle de transfert radiatif SMRT a été définie. En utilisant une longueur de corrélation exponentielle ajustée comme paramètre de microstructure de la neige dans le modèle électromagnétique Improved Born Approximation (IBA), l'étude montre, par rapport aux autres configurations de modèles testées, de meilleurs résultats avec une erreur moyenne (RMSE) inférieure à 30% des observations pour la neige subarctique et 24% pour la neige arctique. Couplées à Crocus, les températures de brillance simulées sur l'ensemble de l'Arctique sont significativement meilleures avec Crocus modifié qu'avec Crocus standard (38 K d'amélioration de l'erreur en moyenne). Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de l'assimilation des observations micro-onde satellitaires dans le modèle Crocus à grande échelle afin d'améliorer les simulations de densité de la neige arctique, paramètre clef du manteau neigeux influant sur l'évolution des températures du sol sous la neige.

During 50 last years, West Africa has been undergoing one of the most significant variations in rainfall observed around the globe. These climatic fluctuations have not only affected the characteristics of precipitations but also the hydrogeologic and forest resources considering their major effects on the agricultural ones of the area. This thesis examines climate variability and its consequences on water resources and the dynamic of wetlands, particularly Niayes 3 in Senegal during the period between 1950 and 2004.The thesis is based on three components. The first is an inter-annual and daily characterization of climate variability through a trend analysis of several variability indices and precipitation extremes. The second deals with the response of Niayes’ hydrogeological systems’ to rainfall variations through an inter-annual analysis (1958-2002) and an intra-annual analysis of the water table level. Two extreme examples are analyzed in order to illustrate the phenomenon: The excessive rainfall year of 1958 and the deficient rainfall year of 1974. Finally, the impact of hydro- climatological variability on wet zones is estimated based on monitoring of changes to soil use via an analysis of aerial photographs from 1954, 1974 and 2000.The results show that the rainfall deficit recorded in the Niayes’ since the end of the year 1960 is related to a reduction of the number of rainy days (2j/10 years on average) and a rise of the maximum number of consecutive dry days (4j/10 years on average) during the monsoon season between April and October. The number of days exceeding high precipitation values (compared to the 90th percentile) also decreased. However, cumulative three-day precipitation totals frequently reached 1⁄4 of the annual total, which confirms the role played by extreme events on the average intensity and monthly or seasonal totals of precipitation. In addition to a reduction in the length of the rainy season from more than five months to close to three months between 1950 and 2004, precipitation decreased more substantially in the South than the North, resulting in a reduction of the South-North gradient.The Quaternary water table is currently at an extremely low level, due to a long period of insufficient rainfall. The piezometric maximum for the region as a whole went from an average of +55 m in 1958 to +22 m in 1994 (above the sea level 0 value). The greatest variations were recorded in the 1970s and 1980s - particularly in the south of the Niayes region - with -0.60 m every 10 years. The hydrological total for 1974 suggests that natural factors are the main causes of depletion of the water table with 96% of outflows, including 89% by evapotranspiration. On a seasonal scale, the water table recharge depends on the frequency, intensity and the length of precipitation and dry sequences within the rainy season more than the annual total. In a «rainy year» (1958), the recharge time was between 5 and 7 months compared to a «dry year» (1974) when piezometric fluctuations were nil.The current degradation of hydro-climactic conditions is demonstrated by a progressive drying out of wetlands. For the entire Niayes region, the area of permanently flooded areas went from more than 1.000 ha in 1954 to less than 170 ha in 1974 to reach approximately 50 ha in 1982. In 2000, no ponds were noticeable in the region. In the Mboro area (15°9 N - 16°54 W) permanently flooded zones have gradually transformed into partial hydromorph soils. The «rain recovery» observed in the late 1990s did not lead to a surface reappearance of the water table which is undergoing a «memory effect» due to repeated rain deficits.; Au cours des 50 dernières années, l’Afrique de l’Ouest a subi une des plus fortes variations de la pluviométrie observées à l’échelle du Globe. Ces fluctuations climatiques ont non seulement affecté le régime des précipitations mais elles ont également engendré des conséquences sur les ressources hydrologiques et végétales. Cette thèse traite de la variabilité climatique et de ses conséquences sur les ressources en eau et la dynamique des zones humides notamment des Niayes 2 du Sénégal au cours de la période comprise entre 1950 et 2004.La thèse s’articule autour de trois volets. Le premier est une caractérisation inter- annuelle et quotidienne de la variabilité climatique par l’analyse de tendance de quelques indices de variabilité et d’extrêmes de précipitations. Le second volet porte sur la réponse des systèmes hydrogéologiques des Niayes à la variabilité pluviométrique par une analyse inter-annuelle (1958-2002) et intra-annuelle du niveau de la nappe. Deux exemples extrêmes sont analysés pour illustrer le phénomène: l’année excédentaire de 1958 et l’année déficitaire de 1974. Enfin, l’impact de la variabilité hydro-climatologique sur les zones humides a été estimé à partir d’un suivi de l’évolution des zones humides via l’analyse diachronique de photographies aériennes des années 1954, 1974 et 2000.Les résultats de l’étude montrent que le déficit pluviométrique enregistré dans la région des Niayes depuis la fin des années 1960 est lié à une réduction du nombre de jours pluvieux (2j/10 ans en moyenne) et une hausse du nombre maximum de jours secs consécutifs (4j/10 ans en moyenne) au cours de la saison de mousson entre avril et octobre. Le nombre de jours dépassant les fortes valeurs de précipitations (par rapport au 90 e centile) a également subi une baisse. Par contre, les précipitations cumulées sur trois jours atteignent souvent le 1⁄4 du cumul annuel ce qui confirme le rôle joué par les événements extrêmes sur l’intensité moyenne et les cumuls mensuels ou saisonniers des précipitations. En plus d’une réduction de la durée de la saison pluvieuse qui est passée de plus de cinq mois à près de trois mois entre 1950 et 2004, les précipitations ont davantage baissé au Sud qu’au Nord, induisant une réduction du gradient Sud-Nord.La Nappe des Sables Quaternaires est actuellement à un niveau extrêmement bas résultant d’une longue période pluviométrique déficitaire. Le maximum piézométrique est passé, sur l’ensemble de la région, de +55 m en moyenne en 1958 à +22 m en 1994 (au dessus du niveau 0 de la mer). Les plus fortes variations sont enregistrées au cours des années 1970 et 1980 - notamment au sud de la région des Niayes - avec -0.60 m tous les dix ans. Le bilan hydrologique de l’année 1974 suggère que les facteurs naturels sont les principales causes de déstockage de la nappe avec 96% des sorties dont 89% par évapotranspiration. À l’échelle saisonnière, la recharge de la nappe dépend de la fréquence, de l’intensité et de la durée des précipitations et des séquences sèches à l’intérieur de la saison pluvieuse plus que du cumul annuel. En année de précipitations excédentaires (1958), le temps de recharge est de 5 à 7 mois contrairement en année «sèche» (1974) où les fluctuations piézométriques sont quasi nulles.La dégradation actuelle des conditions hydro-climatiques se manifeste par un asséchement progressif de zones humides. Sur l’ensemble de la région des Niayes, la superficie des zones inondées en permanence est passée de plus de 1000 ha en 1954 à moins de 170 ha en 1974 pour atteindre environ 50 ha en 1982. En 2000, aucune zone inondée en permanence n’est perceptible. Dans le secteur de Mboro (15°9 N - 16°54 W) les zones inondées en permanence se sont transformées progressivement en sols à hydromorphie partielle. La «reprise pluviométrique» observée à la fin des années 1990 n’a pas initié une réapparition en surface de la nappe qui subit un «effet mémoire» dû aux déficits pluviométriques répétés.

The literature is not unanimous as for the effect of the climatic change on developing countries. Indeed, if several studies conclude that the agriculture of developing countries is vulnerable to the climatic change because of the predominance of weak capital agriculture, others suggest that climate change will be benefit to agriculture. This thesis has for objective to study the impact of the climate change on the Tunisian agriculture while using an analysis ricardienne of the agricultural value added. We execute a spatiotemporal analysis of the answer of the agricultural value added to the climate change on a relative data base of 21 governates of Tunisia that covers the period 1992-2007. On the basis of results of evaluation of this analysis, we proceed to a simulation of the impact of the climate change on agriculture relatively on the projections of a moderate scenario on the 2020 horizon. Results suggest that the climate change combined to an evolution of the technological level would have some beneficial effects on the Tunisian agriculture. This result would put back in question findings of the existing study that insist on the negative effects of the climatic change on agriculture. La littérature n'est pas unanime quant à l'effet favorable ou défavorable du changement climatique sur les pays en voie de développement. En effet, si plusieurs travaux concluent que l'agriculture des pays en voie de développement est vulnérable au changement climatique à cause de la prédominance de l'agriculture à faible capital, d'autres suggèrent le contraire. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'impact du changement climatique sur l'agriculture tunisienne en utilisant une analyse ricardienne de la valeur ajoutée agricole. Nous effectuons une analyse spatio-temporelle de la réponse de la valeur ajoutée agricole au changement climatique sur une base de données relative à 21 gouvernorats de la Tunisie qui couvre la période 1992-2007. Sur la base des résultats d'estimation de cette analyse, nous procédons à une simulation de l'impact du changement climatique sur l'agriculture relativement aux projections d'un scénario modéré à l'horizon 2020. Les résultats suggèrent que le changement climatique combiné à une évolution du niveau technologique aurait des effets bénéfiques sur l'agriculture tunisienne. Ce résultat remettrait en question les conclusions de la majorité des travaux existants dans la littérature qui insistent sur les effets négatifs du changement climatique sur l'agriculture.

Les progrès réalisés durant ces dernières années dans le domaine de la microélectronique et notamment vis-à-vis de l'augmentation exponentielle de la densité d'intégration des composants et des systèmes a participé activement à l'apparition et au développement de systèmes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La R&D dans les technologies de stockage d'énergie n'a pas suivi cette tendance d'évolution très rapide ; ce qui constitue un handicap majeur dans les évolutions futures des systèmes portables. La transmission d'énergie sans fils sur des distances considérables (plusieurs dizaines de mètres) grâce aux microondes constitue une solution très prometteuse pour pallier aux problèmes d'autonomie dans le cas des systèmes sans fils communicants. De plus, du fait de l'omniprésence des ondes électromagnétiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la récupération et l'exploitation de cette énergie libre est également possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde électromagnétique en une tension continue. Plusieurs travaux de thèse axés sur l'étude et l'optimisation de la rectenna ont été réalisés au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montré que pour des faibles niveaux de champs les tensions délivrées par la rectenna sont généralement très faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorité des micro-sources d'énergie et à cause de son impédance interne, les performances de la rectenna dépendent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le développement d'un système d'interfaçage de la rectenna est nécessaire afin de pallier ces manquements inhérents du convertisseur RF/DC. Ce genre de système d'interfaçage est généralement absent dans la littérature à cause des faibles niveaux de puissance exploités. Par conséquent, la rectenna est très souvent utilisée tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un système de gestion énergétique de la rectenna complètement autonome a été conçu, développé et optimisé afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d'entrée et celles de la charge de sortie. Le circuit d'interfaçage permet également de fournir à la charge des niveaux de tension utilisables. Le système réalisé est basé tout d'abord sur l'utilisation d'un convertisseur DC/DC résonant pouvant fonctionner d'une manière complètement autonome à partir de niveaux très bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l'autonomie du système en éliminant la nécessité d'une source d'énergie auxiliaire. A cause de ses faibles performances énergétiques, ce convertisseur ne sera utilisé que durant la phase de démarrage. L'efficacité du système en termes de rendement énergétique et d'adaptation d'impédance est garantie grâce à l'utilisation d'un convertisseur Flyback fonctionnant dans son régime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d'impédance très efficace est réalisée entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le régime permanent. Les deux convertisseurs ont été optimisés pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques μW respectivement. Des mesures expérimentales réalisées sur plusieurs prototypes ont démontré le bon fonctionnement et les excellentes performances prédites par la procédure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de l'état de l'art. Enfin, en fonction de l'application désirée, plusieurs synoptiques d'association des deux structures sont proposés. Ceci inclut également la gestion énergétique de la charge de sortie.

Changes in forest composition and structure are projected in response to the future climate likely more conducive to fire and water stress. A decrease in carbon and biomass stocks could significantly affect the forest industry and global warming by high carbon emissions during fires. However, despite its ecological and socio-economic importance, the future of the forest is uncertain because the impacts of climate change on ecosystem processes and standing biomass are still poorly understood. The primary objective is therefore to assess the potential effects of climate change on vegetation dynamics and fires, and to characterize their joint effects on the resilience of eastern Canada's boreal forest on both sides of the northern limit of managed forests (NLMF). Simulations were carried out with the LPJ-LMfire dynamic global vegetation model and focused on three specific objectives: (1) to reconstruct fire activity during the 20th century and analyze changes in spatial and temporal fire trends related to vegetation and climate, (2) to analyze the forest response projection to climate change and to fire increase to assess if abrupt changes in biomass of dominant species could occur, (3) to simulate trajectories of past fires and vegetation in response to Holocene climatic variations to understand the relationship between climate, fire and vegetation. For the first time, simulations are performed on the eastern boreal forest with LPJ-LMfire over 6000 years and at high spatial resolution (100 km 2) over a study area stretching west to east, from Manitoba to Newfoundland. The plant functional types for the four dominant tree genera (Picea, Abies, Pinus, Populus) have been parameterized. The predictive capabilities of the model were tested over the 20th century by comparing simulated annual rates of combustion and biomass with independent observations. The same variables, simulated over the past 6,000 years, have been compared to paleoecological reconstructions from lacustrine records of microcharcoals and pollen. Finally, the present version of LPJ-LMfire has been used with IPCC climate scenarios to analyze trajectories along the 21st century. The results show that LPJ-LMfire correctly reproduces the spatio-temporal trends in fire frequency observed in the 20th century, particularly in Manitoba and Ontario. The simulated spatial distribution of plant biomass is also consistent with observations, except at the northern limit of trees where it is overestimated, especially for Picea. The trajectories of simulated fires and vegetation over the last 6,000 years were spatially shifted compared to paleoecological reconstructions: too far south in the west and too far north in the east. The observed difference would be due to the IPSL-CM5A-LR climate data provided as input of LPJ-LMfire. Climate variability and lightning impacts are the determining factors in the distribution of fire frequency during the 20th century, while vegetation feedbacks on fires control the distribution of their frequency over long time scales. Our results contradict the predicted increase in future fire risk, suggesting a decrease in fire frequency by 2100, especially in the south, associated with an increase in the proportion of deciduous taxa and an opening of landscapes that should limit ignition and spread of fires. The frequency and intensity of droughts induced by climate change are expected to increase and favor tree mortality south of the NLMF. Rising temperatures and atmospheric CO2 will only temporarily increase forest productivity. By 2100, declining biomass stocks and increasing broadleaf proportion south of the NLMF could threaten the economy of the forest sector. Silvicultural practices that preserve productivity and boreal forest resilience are therefore recommended to maintain sustainable forest management.; Des changements de composition et de structure forestière sont projetés en réponse au climat futur potentiellement plus propice aux feux et au stress hydrique. Une réduction importante des stocks de carbone et de biomasse pourraient influencer considérablement l’industrie forestière et le réchauffement global. Malgré son importance écologique et socioéconomique, le devenir de la forêt est incertain car les impacts du changement climatique sur les processus écosystémiques et la biomasse sont encore mal compris. L’objectif principal est donc d’évaluer les effets potentiels du changement climatique sur la dynamique de végétation et des incendies, et de caractériser leurs effets conjoints sur la résilience de la forêt boréale de l’Est canadien de part et d’autre de la limite nordique des forêts sous aménagement (LNFA). Des simulations ont été réalisées avec le modèle LPJ-LMfire pour répondre à trois objectifs spécifiques : (1) reconstruire l’activité de feux au 20ème siècle et analyser l’évolution des tendances spatio-temporelles des feux avec la végétation et le climat, (2) projeter la réponse de la forêt au changement climatique et à l’augmentation prévue des feux pour déterminer si des changements brusques de biomasse des espèces dominantes pourraient survenir, (3) simuler les trajectoires passées des feux et de la végétation en réponse aux variations climatiques holocènes afin de comprendre les relations ayant existé entre le climat, le feu et la végétation. Pour la première fois, des simulations sont effectuées avec LPJ-LMfire sur plus de 6000 ans et à haute résolution spatiale (100 km2) sur la forêt boréale de l'Est canadien. Les types fonctionnels de plantes correspondant aux quatre genres d’arbres dominants (Picea, Abies, Pinus, Populus) ont été paramétrés. Les capacités prédictives de LPJ-LMfire ont été examinées en comparant nos simulations des taux annuels de combustion et de biomasse avec des ensembles indépendants de données disponibles pour le dernier siècle et des reconstructions paléoécologiques obtenues à partir des enregistrements lacustres de charbons et de pollens. Enfin, la version LPJ-LMfire développée a été utilisée avec des scénarios climatiques de l’IPCC pour analyser les trajectoires sur le 21ème siècle. Les résultats principaux de cette étude ont révélé que LPJ-LMfire reproduit correctement les tendances spatio-temporelles de la fréquence des feux observée au cours du dernier siècle et les tendances spatiales de la biomasse aérienne totale, à l’exception de la biomasse à la limite nord des arbres qui est surestimée. Les trajectoires des feux et de la végétation simulées sur l'Holocène sont décalées spatialement par rapport aux reconstructions paléoécologiques et serait dû aux données climatiques IPSL-CM5A-LR fournies en entrée du modèle. La variabilité climatique et les impacts de foudre sont les facteurs déterminants de la répartition de la fréquence des feux au cours du 20ème siècle alors que les rétroactions de la végétation sur les feux contrôlent la distribution de leur fréquence sur de longues échelles de temps. Nos résultats contredisent l’augmentation prévue du risque de feu futur, suggérant plutôt une diminution de la fréquence des feux d’ici 2100, surtout dans le sud, associée à une augmentation de la proportion des taxons feuillus et à une ouverture des paysages qui devraient limiter les allumages et la propagation des feux. Dans les zones les plus méridionales, l’effet fertilisant de l’augmentation des concentrations en CO2 atmosphériques sur la productivité forestière ne compensera pas les pertes de biomasse causées par les feux de forêt et les épisodes de mortalité attribuables aux sécheresses. En 2100, la baisse des stocks de biomasse et l’enfeuillement au sud de la LNFA pourraient menacer l’économie du secteur forestier. Des pratiques sylvicoles préservant la productivité et la résilience de la forêt sont donc à recommander pour permettre une gestion durable des forêts.

Over the 21st century, the mean increase in surface air temperatures is projected to be associated with an increase in warm temperature extremes and a decrease in the cold ones. Over the last decades, evidence already suggests these changes, as for example recurrent warm record-breaking temperatures or the increase in heatwave occurrence. We investigate the evolution of daily temperature extremes over the 20th and the 21st centuries in France and in Europe, their possible changes in frequency and intensity. We also focus on the mechanisms responsible for these projected climate extremes, as well as the maximum values of temperature extremes at the end of the century. First, we investigate the evolution of daily record-breaking temperatures in Europe based on the observations and an ensemble of climate models. From the 1950s to the 1980s, the theoretical evolution of the records in a stationary climate correctly reproduce the observed one, for both cold and warm records. From 1980, a shift from that theoretical evolution is observed, with an increase in the occurrence of warm records and a decrease in the occurrence of the cold ones. Climate models suggest an amplification of these changes over the century. At the end of the 21st century, the mean number of warm records shows a strong increase compared to the first decades of the observed period. The strongest increase in warm record-breaking temperatures is found in summer, and particularly over the Mediterranean edge. On the contrary, the occurrence of cold record-breaking temperatures is projected to strongly decrease, with almost no new records in the last decades of the century, for all seasons and over the entire European domain. Observed variations of daily record-breaking temperatures are still, at the beginning of the 21st century, consistent with internal climate variability only. Over the century, the anthropogenic influence emerge from these fluctuations in the summer record evolutions, around the 2030 and the 2020 for the warm and cold records respectively. By 2100, the mean changes in record occurrences cannot be explained by the internal climate variability solely, for all seasons and over the entire European domain. Then, we investigate future extreme temperatures at the end of the 21st century, as well as severe heatwaves leading to these extremes. Climate models analyses are associated with regional climate modeling and a French station-based dataset of observations. The summer 21st century evolution of the maximum values of daily warm record-breaking temperatures is first examined in the observations and the high resolution simulation of the regional model. By 2100, an increase of these values is projected, with maximum changes between +6.6°C and +9.9°C in summer among the French regions. These projections assessed from a regional model may underestimate the changes. The multi-model mean estimate of the maximum increase of these values is indeed around +11.8°C in summer over France. Finally, regional modeling experiments of severe heatwaves in the climate of the end of the 21st century in Europe are performed. These severe heatwaves are selected cases from a global climate model trajectory. The experiments results show the role of the soil-atmosphere interactions in the amplification of the extreme temperatures during such future severe warm events. The occurrence of the heatwave is first caused by the atmospheric circulation, but the temperature anomaly can then be amplified according to the soil moisture content before the event, and thus the climatic conditions of the preceding weeks and months. En Europe, l'augmentation des températures moyennes de surface de l'air projetée au cours du 21ème siècle s'accompagne d'une augmentation des extrêmes chauds et d'une diminution des extrêmes froids. Dans les dernières décennies, des indices témoignent déjà de ces changements, comme l'établissement récurrent de nouveaux records de chaleur ou l'augmentation des canicules. Nous étudions l'évolution des extrêmes journaliers de température au cours du 20ème et du 21ème siècle en France et en Europe, et ce en termes d'occurrence et d'intensité. Un intérêt particulier est aussi porté aux mécanismes responsables de ces futurs extrêmes climatiques, ainsi qu'aux futures températures maximales. Nous nous intéressons tout d'abord à l'évolution des records journaliers de température à partir d'observations et de modèles de climat. Entre 1950 et 1980, l'évolution théorique des records dans le cadre d'un climat stationnaire représente correctement l'évolution observée des records chauds et froids. Depuis les années 1980, un écart à ce climat stationnaire est observé, avec respectivement une augmentation et une diminution de l'occurrence des records chauds et froids. Les modèles climatiques suggèrent une accentuation de ces changements au cours du siècle. L'occurrence moyenne des records chauds à la fin du siècle présente une forte augmentation par rapport aux premières décennies de la période observée. L'augmentation la plus importante des records chauds est projetée en été, en particulier dans la région méditerranéenne. Quant aux records froids, les modèles indiquent une diminution très importante de leur occurrence, avec une occurrence quasi-nulle dans les dernières décennies. Les variations observées d'occurrence de records sont, au début du 21ème siècle, toujours dans l'éventail des fluctuations de la variabilité interne du climat. Au cours du siècle, l'émergence de l'influence anthropique de ces fluctuations est détectable dans l'évolution des records chauds et froids en été, et ce respectivement autour des décennies 2030 et 2020. À l'horizon de la fin du siècle, les changements moyens d'occurrence de records ne peuvent pas être uniquement expliqués par des fluctuations naturelles. Nous nous sommes ensuite intéressés aux futures températures estivales extrêmes, ainsi qu'aux canicules intenses qui peuvent être à l'origine de ces extrêmes. Pour cela, l'utilisation de modèles climatiques globaux est associée à la modélisation climatique régionale et à des stations d'observations en France. Tout d'abord, l'augmentation maximale des valeurs maximales des records journaliers de température en été en France est estimée à partir d'une simulation régionale à haute résolution spatiale. À l'horizon 2100, les projections indiquent une augmentation maximale de ces valeurs extrêmes en été comprise entre de 6.6°C et 9.9°C selon les régions de la France. La comparaison de ces projections avec un ensemble de modèles climatiques indique que ces augmentations maximales pourraient être plus importantes. La médiane de la distribution des modèles indique en effet une augmentation maximale de ces valeurs maximales des records journaliers de température de 11.8°C en été et en France. Puis, des expériences de modélisation de canicules intenses du climat européen de la fin du 21ème siècle ont été réalisées à partir d'événements particuliers d'un modèle de climat. Ces expériences ont mis en évidence le rôle des interactions entre le sol et l'atmosphère dans l'amplification des températures extrêmes lors de futurs évènements caniculaire intenses. L'occurrence de telles canicules est d'abord dépendante de la circulation atmosphérique, mais l'intensité des températures peut ensuite être fortement amplifiée en fonction du contenu en humidité des sols avant la canicule, et donc des conditions climatiques des semaines et des mois précédents.

Au cours de cette synthèse destinée à mon Habilitation à Diriger des Recherches, je dresse dans un premier temps le bilan de mes contributions menées sur la période 2005-2014 et centrées sur l’étude de systèmes hybrides organiques/inorganiques variés pour l’optique non linéaire et l’optoélectronique. En particulier, j’aborderai les spécificités des matériaux inorganiques nanostructurés, puis celles des matériaux organiques -conjugués, avant d’illustrer les phénomènes physiques originaux découlant de leur association. Les développements effectués depuis ma nomination au sein de l’Institut XLIM (UMR 7252, Université de Limoges/CNRS) en 2007 illustreront plus directement mon implication dans le domaine de la conversion photovoltaïque de l’énergie, avec notamment un travail particulier dédié aux cellules solaires hybrides à l’état solide, ainsi qu’aux composites polymères semi-conducteurs / nano-objets. Fort de cette expérience pluridisciplinaire dans le domaine des Nanotechnologies, de la caractérisation physique et optoélectronique, ainsi que des processus photo-physiques associés, je proposerai finalement des contributions à court terme et à plus long terme dans les domaines de la récupération d’énergie et des télécommunications optiques sans fils.

The Southern Ocean is a fragile ecosystem whose dynamics are influenced by climate change that will structure the spatio-temporal distribution of resources. The objective of this PhD was to investigate the foraging strategies used by the southern elephant seal, under energetic (cost of transport and costs of access to the resource) and temporal (time at the bottom of a dive and aerobic dive limit) constraints. Using a set of animal-borne data loggers allowed us to reconstruct their three-dimensional path underwater, but also to calculate their swimming effort, the number of prey encountered and their energy expenditure. At the dive level, our study shows that elephant seals adapt their path, but also the time spent at the bottom, depending on the number of prey encountered. For high local prey density, they spent more time at the bottom, and concentrated their foraging effort in areas restricted search, characterized by a decrease in speed and an increase in horizontal sinuosity. Beyond 550 m, the cost of access to resources becomes greater than the cost of acquisition ; they must therefore deal with a trade-off between prey accessibility and availability. While feeding, these seals increase their buoyancy, reducing furthermore their energy expenditure. This study also shows a spatio-temporal structure of the energy expenditure that appears to be related to feeding success and therefore to prey resources distribution. L’océan austral est un écosystème fragile dont la dynamique est influencée par des variations climatiques qui vont structurer la distribution spatio-temporelle des ressources. L’objectif de cette thèse était d’étudier les stratégies d’acquisition des ressources en proies mises en place par l’éléphant de mer austral face aux contraintes énergétiques (coûts du transport et coûts d’accès à la ressource) et temporelles (temps passé au fond d’une plongée et limite de plongée aérobie) auxquelles il est soumis. L’utilisation d’un ensemble d’enregistreurs de données déployés sur ces animaux a permis de reconstruire en trois dimensions leur plongée, mais également de calculer leur effort de nage, le nombre de proies rencontrées ainsi que leur dépense énergétique. Notre étude montre qu’à l’échelle d’une plongée, les éléphants de mer adaptent leur trajectoire, mais également le temps qu’ils passent au fond, en fonction du nombre de proies rencontrées. Pour des densités locales de proie importantes, ils passent plus de temps au fond, et concentrent leur recherche en zone restreinte, caractérisée par une diminution de la vitesse et une augmentation de la sinuosité horizontale. Au-delà de 550 m, le coût d’accès aux ressources devient supérieur aux coûts d’acquisition ; ils doivent alors faire face à un compromis entre l’accessibilité et la disponibilité en proies. À mesure qu’ils s’alimentent, ces phoques augmentent leur flottabilité, diminuant de surcroît leur dépense énergétique. Cette étude démontre également une structuration spatio-temporelle de cette dépense énergétique qui semble être liée au succès d’alimentation et donc à la distribution des ressources en proies.

International audience; The reconstruction of past climate variability offers important information about our climate system. Ice cores extractedfrom polar ice sheets or from mountainous glaciers are among the most popular climate archives. Ice cores from Andean glaciersin South America have been studied since the 1980’s. Almost ten ice cores have been extracted from the equator to Patagonia. Theycover different time periods from the last century to the last glacial-interglacial termination that started 21,000 years ago. Those icecores are usually dated by using a combination of methods: annual layers counting in both isotopic and chemical ice composition,radionuclides concentration analysis to detect atmospheric nuclear tests during the 20th century and ice flow modeling for the deepestpart of those cores. This paper presents two interesting results arising from the isotopic composition of the ice. The first one dealswith the isotopic records of Bolivian (Illimani) and Peruvian (Quelccaya) ice cores in regards to the reconstruction of glacier extentduring the little ice age in the 17th-18th century. Both approaches suggest a slightly moister and cooler period from 1650 to 1780. Thesecond result arises from the 120-year long isotopic record of an ice core drilled in Patagonia (San Valentin). It suggests that at theregional scale, temperature has regularly decreased of about 0.2 °C per decade, extending the temperature decrease shown by Chileanmeteorological data since the 1970’s despite a global warming.; Reconstruire les variations passées de notre climat permet de mieux appréhender le fonctionnement de notre système climatique.Les carottes de glace issues des calottes polaires et des glaciers montagneux de haute altitude sont de très bonnes archivesclimatiques. Les glaciers présents sur les sommets des Andes sud-américaines sont ainsi exploités depuis les années 80. Une dizainede carottages ont été réalisés depuis l’équateur jusqu’en Patagonie. Ils recouvrent des périodes très différentes allant du derniersiècle, jusqu’à la dernière transition glaciaire-interglaciaire qui débute il y a 21 000 ans. La datation de ces carottes combine unensemble de méthodes : comptage des cycles saisonniers des éléments chimiques et de la composition isotopique de la glace, analysede la concentration des éléments radioactifs issus des tests atmosphériques nucléaires au XXe siècle et modélisation de l’écoulementdu glacier pour la partie la plus profonde. Le présent article illustre deux résultats intéressants apportés par l’étude de la compositionisotopique de ces glaces. Le premier concerne la période du Petit Âge Glaciaire au XVIIe-XVIIIe siècle. L’analyse isotopique de la glacede deux carottes prélevées en Bolivie (Illimani) et au Pérou (Quelccaya), couplée à l’étude de l’extension des glaciers au mêmemoment, montre des conditions climatiques légèrement plus humides et plus froides de 1650 à 1780. Le second résultat est déduitde l’analyse isotopique d’une carotte prélevée en Patagonie du Nord (San Valentin) qui recouvre les 120 dernières années. L’enregistrementisotopique suggère que la température dans cette région a progressivement diminué au cours de cette période d’environ0,2 °C par décennie, venant prolonger une tendance mesurée par les stations météorologiques chiliennes depuis les années 70 malgréun contexte de réchauffement global.