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Avec la communauté scientifique française sur le 7e rapport d’évaluation du GIEC
28/06/2024 09:30
Une journée de réflexion collective de la communauté scientifique française impliquée dans la recherche sur le changement climatique est organisée dans le cadre des travaux de son 7e cycle engagés par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).
Journée scientifique SIRTA 2024
12/06/2024 09:30
Le SIRTA, Observatoire de Recherche Atmosphérique de l’Institut Pierre-Simon Laplace, organise cette année sa 23e Journée Scientifique.
Forum International de la Météo et du Climat 2024 / L’exposition Grand Public
31/05/2024 09:00
La 21e édition du Forum de la Météo et du Climat revient au printemps avec 3 temps forts pour le grand public et les professionnels !
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Sampling error in the ensemble Kalman filter for small ensembles and high-dimensional states
14/06/2024 11:30
Séminaire du LMD à l’ENS.
Short and long-term evolution of the Mediterranean Sea System
13/06/2024 11:00
Séminaire du LMD à l’ENS, département de Géosciences de l’ENS-PSL.
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Geoelectrical characterization of water distribution and dynamics in unsaturated frozen soils
17/06/2025 14:00
Geoelectrical characterization of water distribution and dynamics in unsaturated frozen soils
With the intensification of global climate change, permafrost degradation, which affects hydrological processes, ecosystem integrity, and infrastructure stability. Repeated phase transitions of pore water during freeze-thaw cycles results in frost cracking in frozen porous materials, further accelerating permafrost degradation and potentially exacerbating global climate change. Geo-electrical methods (e.g., Spectral Induced Polarization), as non-destructive techniques with a wide ranges of approaches, are widely used to investigate the pore structure, hydrological, and thermodynamic characteristics of permafrost environments. This thesis comprehensively explores the application of spectral induced polarization in frozen environments through both theoretical modeling and laboratory experiments. The first part of thesis develops new capillary bundle models to describe the effects of surface conduction at different water interfaces, water saturation, salinity, and hysteresis on the electrical conductivity of frozen porous media.
A series of laboratory experiments are carried out using an electrical resistance apparatus and the nuclear magnetic resonance method for validating the proposed models. The fitting results show an excellent agreement between the predicted values and the experimental dataset, indicating that the new physically-based models can effectively predict the variation of the electrical conductivity in cold regions.
The second part of thesis presents a series of experimental, theoretical, and modeling investigations using spectral induced polarization to characterize the coupled effects of initial water content and clay mineralogy on soil cracking behaviors and complex conductivity under freeze-thaw cycling and desiccation processes. Experimental results show that freeze-thaw cycle significantly influences the morphological and intersection patterns of surface cracks during desiccation. Initial moisture contents and clay mineralogy notably affect the water evaporation and surface crack pattern in clayey soils. Both components of complex conductivity are linearly sensitive to surface crack ratio and gravimetric water content, exhibiting a similar decay behavior with drying time.
These findings quantitatively characterize the relationship between geophysical and geological parameters of clayey soils during desiccation, offering new insights and monitoring methods for studying clay slope stability and its interaction with global climate change.
Caractérisation géoélectrique de l’hydrodynamique et de la distribution dans des sols gelés non saturés
Avec l’intensification du changement climatique mondial, la dégradation du pergélisol affecte les
processus hydrologiques, l’intégrité des écosystèmes et la stabilité des infrastructures. Les transitions
de phase répétées de l’eau interstitielle pendant les cycles de gel-dégel provoquent des fissures par le
gel dans les matériaux poreux gelés, ce qui accélère davantage la dégradation du pergélisol et peut
potentiellement aggraver le changement climatique global. Les méthodes géoélectriques, telles que la
polarisation provoquée spectrale, en tant que techniques non destructives aux multiples approches,
sont largement utilisées pour étudier la structure des pores, les caractéristiques hydrologiques et
thermodynamiques des environnements gelés. Cette thèse explore de manière approfondie l’application
de la polarisation provoquée spectrale dans les milieux gelés à travers des modélisations théoriques et
des expériences en laboratoire.
La première partie développe de nouveaux modèles de faisceaux
capillaires pour décrire les effets de la conduction de surface aux interfaces aqueuses, de la saturation
en eau, de la salinité et de l’hystérèse sur la conductivité électrique des milieux poreux gelés. Une série
d’expériences en laboratoire ont été réalisées à l’aide d’un dispositif de résistance électrique et de la
résonance magnétique nucléaire afin de valider les modèles proposés. Les résultats montrent un
excellent accord entre les valeurs prédites et les données expérimentales, indiquant que ces modèles
physiques permettent de prédire efficacement les variations de conductivité électrique dans les régions
froides.
La seconde partie de la thèse présente une série d’études expérimentales, théoriques et de modélisation, utilisant la polarisation provoquée spectrale pour caractériser les effets couplés de la
teneur en eau initiale et de la minéralogie de l’argile sur les fissurations du sol et la conductivité
complexe lors des processus de gel-dégel et de dessiccation.
Les résultats expérimentaux montrent
que les cycles de gel-dégel influencent fortement les motifs morphologiques et d’intersection des
fissures en surface. L’humidité initiale et la minéralogie de l’argile affectent également l’évaporation de
l’eau et la formation des fissures. Les deux composantes de la conductivité complexe sont linéairement
sensibles au taux de fissuration et à la teneur en eau pondérale et présentent un comportement de
décroissance similaire au fil du temps de séchage.
Cohérence et propriétés générales des tourbillons de mésoéchelle dans l'océan global
16/06/2025 14:00
Dans l’océan, la déstabilisation des courants majeurs engendre la formation de tourbillons de mésoéchelle, qui jouent un rôle clé dans la redistribution géographique de la chaleur, du sel et des produits biogéochimiques. Leur omniprésence et leur longévité en font une source majeure de variabilité océanique. Si leur capacité à transporter des traceurs est avérée, la quantification précise de ce transport reste incertaine, notamment en raison des multiples définitions du concept de « cohérence » utilisées pour les caractériser. Traditionnellement étudiés via l’altimétrie satellitaire, les tourbillons ont principalement été analysés en surface, introduisant un biais dans l’évaluation de leur capacité de transport. Bien que des travaux récents s’intéressent à leur structure tridimensionnelle, cette dimension reste encore peu explorée, limitant notre compréhension de leur dynamique de subsurface. Dans ce contexte, nous avons conduit une revue de la littérature afin de clarifier la notion de cohérence appliquée aux tourbillons de mésoéchelle.
En exploitant une base de données in situ issue de campagnes océanographiques et des simulations numériques, nous proposons une nouvelle définition de la cohérence fondée sur les propriétés thermohalines des coeurs des tourbillons. La présence d’anomalies thermohalines permet en effet d’identifier le transport effectif d’une masse d’eau par un tourbillon, et ainsi d’évaluer sa cohérence matérielle. Nous proposons également de caractériser la frontière tridimensionnelle des tourbillons de mésoéchelle et analysons leurs formes à l’aide de modélisation analytique.
Nos résultats révèlent que les frontières des tourbillons sont dynamiques, turbulentes, et d’intensité dépendante du nombre de Rossby du tourbillon considéré. Elles marquent la zone de contact entre la masse d’eau piégée et les eaux environnantes. Par ailleurs, nous montrons que l’extension verticale des tourbillons est contrôlée par la stratification locale. L’inclinaison des isopycnes constitue la principale source d’anomalie de densité, tandis que les anomalies le long des isopycnes n’affectent pas leur dynamique.
On the role of multiscale atmospheric circulations in the organization of tropical convection
18/06/2025 10:00
Convective clouds can arrange into harmonious patterns from the kilometer-scale to the planetary scale. This results from a complex interplay between the atm
ospheric circulation, convection, and the condensation of water vapor, of which our understanding remains elusive. Despite major advances during the last decade, various theories are still proposed to describe this phenomenon, which remains a key challenge for improving weather forecasts and anticipating both the magnitude and the impacts of future global warming.
In this thesis, we explore this question by focusing on the clear air surrounding the clouds, that is governed by simple and well-established physical laws.
We first show that it is possible to measure the vertical velocity of this clear air, and present an archive of such measurements based on geostationary satellites and infrared sounders. The observations reveal the rich wave activity of the clear-air tropical atmosphere. They also show strong subsidence in the vicinity of deep convective systems.
To explain this subsidence, we propose a conceptual model, the dipole model, in which thermals, shallow, and deep convective clouds are assimilated to hydrodynamic dipoles that transport air upwards in the atmosphere. We study the theoretical implications of this mass transport on the atmospheric circulation in the surrounding clear air. The model is able to explain some characteristic features of tropical convection, such as the formation of moist halos around clouds and the spontaneous clustering of clouds. It also highlights the importance of cloud geometry, and suggests that the depth of clouds controls a range of variables from the average relative humidity profile in the tropics to the characteristic horizontal scale of the cloud patterns.
We also propose a simple model of the dry boundary layer that leads to the propagation of non linear waves. We interpret the intertropical convergence zone (ITCZ) as a stationary shock wave. Conversely, we suggest that the doldrums, ubiquitous areas of weak and variable winds, are rarefaction waves. By coupling the boundary layer with the dipole model, we derive a dimensionless number that controls the transition between a single and a double ITCZ.
Our theoretical analysis is evaluated against space observations, as well as data from various airborne field campaigns. The observations have striking similarities with the theory, but also notable discrepancies, raising new questions and highlighting possible avenues for future work.
