Les cirrus de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropopause Tropical Layer, entre 14 et 18 km d’altitude) modulent le bilan radiatif terrestre et la quantité de vapeur d’eau transportée vers la stratosphère. Afin de quantifier précisément ces effets, il est nécessaire de mieux comprendre le cycle de vie de ces nuages.
Cette thèse s’appuie sur les observations réalisées par trois microlidars depuis les ballons stratosphériques pressurisés de la campagne Stratéole-2 pour caractériser les cirrus de la TTL. Les ballons dérivent pendant plusieurs semaines dans la basse stratosphère équatoriale, vers 20 km d’altitude, à proximité directe de ces nuages, offrant un point de vue sans précédent, à haute résolution, sur leur cycle de vie.

La durée de vol des ballons permet de documenter d’un point de vue statistique la fréquence d’occurrence et la distribution géographique des cirrus de la TTL, la distribution de leur épaisseur optique et de leurs propriétés géométriques. La sensibilité exceptionnelle de ces observations révèle une importante couverture (~25%) de cirrus optiquement très fins (épaisseur optique < 0,002), non détectés depuis l’espace.
L’échantillonnage temporel original des observations, lié à la faible vitesse des ballons relativement aux nuages observés, permet d’estimer la distribution de leur durée de vie — estimation impossible depuis des avions ou des satellites, défilant trop rapidement. La durée de vie moyenne des cirrus est de 6 h, la médiane de seulement 1 h, mais la couverture nuageuse est dominée par les cirrus aux longues durées de vie : 70% de la couverture nuageuse est issue des 10% de cirrus dont la durée de vie dépasse 12 h.

Les interactions entre processus microphysiques et dynamiques qui gouvernent le cycle de vie des cirrus de la TTL sont étudiées à l’aide de simulations numériques couplant trajectoires lagrangiennes et modélisation microphysique en colonne. Les simulations permettent de reproduire les fines structures feuilletées mises en évidence dans les cirrus grâce à la haute résolution spatio-temporelle des observations. Ces structures feuilletées émergent des interactions entre les processus microphysiques et les différentes échelles du forçage dynamique.