Applications du concept d'Exergie à l'énergétique de l'atmosphère. Les notions d'enthalpies utilisables sèche et humide.

Obtention du Prix Prud'Homme de la SMF en 1995.The available energy of a system is that sub-part of the total energy which could become available to provide a useful work. The available energy is also known in general thermodynamics as the "Exergy" of the system, the name Exergy meaning "extractable work" (Rant, 1956). Another concept of available energy has been developed in Meteorology, first by Margules (1903) and Lorenz (1955), then by Dutton (1973) and Pearce (1978). The aim of the thesis is to study the local properties of the "available enthalpy", one of the form of the thermodynamical Exergy. It is shown that the available enthalpy may generalize the approaches of Dutton and Pearce for the case of an atmosphere in hydrostatic equilibrium. The available enthalpy appears to be a special case of the "pseudo-energy" defined by Shepherd (1993). It is shown that an available enthalpy cycle can be derived which is valid for any isobaric level (or layer) located within any limited area domain. The available enthalpy cycle is computed for a baroclinic wave simulated by a numerical model, with all the boundary terms included and with the well-known baroclinic and barotropic paths of energy still valid. A generalisation of the (dry air) available enthalpy is proposed in order to deal with the moist air, with all the change of phases of the water species taken into account.L'énergie utilisable est la partie de l'énergie d'un système qui est virtuellement convertible afin de créer un travail. Elle est aussi connue sous le nom d'exergie (littéralement «travail extractible») en thermodynamique. Une notion d'énergie utilisable a été développée indépendamment dans le domaine de la météorologie, tout d'abord par Margules (1903) et Lorenz (1955), puis par Dutton (1973) et Pearce (1978). Le but de cette thèse est l'étude des propriétés locales de la fonction enthalpie utilisable spécifique qui est une forme particulière de l'exergie. Il apparaît que l'enthalpie utilisable synthétise et précise les travaux de Dutton et de Pearce pour le cas d'une atmosphère en équilibre hydrostatique, c'est aussi un cas particulier de la pseudo-énergie introduite par Shepherd (1993), un autre cas particulier étant l'approche de Lorenz. Un cycle énergétique analogue à ceux de Lorenz et de Pearce est défini pour l'étude d'une couche isobare d'un domaine limité. Une application numérique au cas d'une onde barocline d'échelle sous-synoptique est ensuite présentée, elle démontre l'importance des termes dus aux flux aux frontières du domaine, alors que dans le même temps les chemins barocline et barotrope des conversions d'énergie restent analogues à ceux classiquement envisagés en météorologie. Enfin, on décrit une généralisation au cas d'une atmosphère humide où l'influence énergétique des différentes phases de l'eau est explicitement prise en compt