Le brouillard est un phénomène difficile à prévoir en raison de sa faible extension verticale et de l’équilibre complexe des processus radiatifs, microphysiques, turbulents et dynamiques régissant son cycle de vie. Malgré une évolution croissante des moyens de mesure par télédétection, les propriétés microphysiques de la structure verticale du brouillard demeurent peu documentées. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’évolution du profil vertical des propriétés microphysiques du brouillard et les principaux processus qui les pilotent durant son cycle de vie à partir d’un jeu de données unique.La campagne SOFOG3D s’est déroulée dans le sud-ouest de la France durant l’hiver 2019/2020, avec un dispositif instrumental inédit combinant mesures par télédétection (radiomètre micro-ondes et radar nuage) et mesures in situ au sol et sous ballon captif. Sur les trente épisodes de brouillard échantillonnés au super-site, majoritairement de type radiatif et radiatif-advectif, 18 épisodes ont été validés à partir des mesures de visibilité. L’analyse de leurs propriétés microphysiques au sol a montré de faibles concentrations de gouttelettes (médiane entre 20 et 40 cm-3) . De plus, les distributions dimensionnelles des gouttelettes, majoritairement bimodales, présentent des diamètres élevés, en particulier pour les épisodes radiatifs-advectifs.Les observations in situ sous ballon captif ont permis de mettre en évidence l’évolution conjointe des propriétés microphysiques et thermodynamiques sur la verticale, à partir de 140 profils verticaux collectés dans 8 épisodes de brouillards fins (épaisseur < 50 m) et 4 brouillards développés. Après la formation du brouillard, lorsqu’il est optiquement fin, i.e., transparent au rayonnement infrarouge, les conditions thermiques stables sont associées à un profil de contenu en eau liquide inversé, présentant des valeurs maximales au sol et décroissantes avec l’altitude. Après la transition en brouillard optiquement épais, lorsqu’elle se produit, des caractéristiques quasi-adiabatiques sont observées (profils d’eau liquide croissants avec l’altitude et de température légèrement instables). Ces observations in situ ont été confrontées à l’adiabaticité équivalente, dérivée du modèle conceptuel de Toledo et al. (2021), alimenté par des mesures par télédétection et d’observations en surface. La comparaison montre un accord satisfaisant entre les deux approches, sauf pour les brouillards les plus fins, où l’adiabaticité équivalente est sous-estimée par rapport à l’adiabaticité locale dérivée des mesures in situ par une méthode originale de régression.Les profils décroissants d’eau liquide dans les brouillards optiquement fins sont associés à une diminution du diamètre des gouttelettes avec l’altitude, une concentration faible et un mode de larges gouttelettes dominant près du sol. Pour les brouillards optiquement très fins (<20 m), le maximum de concentration est à l’inverse observé près du sol, traduisant une production de gouttelettes prépondérante en surface, consécutive au refroidissement nocturne. Pour les brouillards optiquement épais, contenu et concentration de gouttelettes augmentent avec l’altitude, soulignant le rôle de la croissance par condensation. De plus on met en évidence des zones de concentrations de petites gouttelettes plus élevées proche du sommet résultant probablement du processus d’activation des aérosols. Ces gouttelettes sédimentent ensuite vers les couches inférieures et grossissent par collision-coalescence, conduisant à la formation de larges gouttelettes (> 30 µm) au sol, associée à une distribution bimodale. Enfin, la distribution devient monomodale lorsque le brouillard se dissipe en stratus. Ces nouvelles connaissances sur l’évolution des propriétés microphysiques du brouillard au cours de son cycle de vie vont ainsi permettre d’évaluer et améliorer les schémas microphysiques des modèles numériques.