Le climat asiatique est aujourd'hui caractérisé par une forte dualité entre un climat de moussons au Sud-Est et un climat aride en Asie centrale. Ces climats sont tous les deux définis par une saisonnalité marquée, que ce soit en terme de précipitations pour le premier ou de températures pour le second. Si l'intensification des moussons asiatiques au Néogène, liée à l'influence du soulèvement final du plateau tibétain sur les climats asiatiques, semble faire consensus dans la communauté scientifique, la caractérisation des climats paléogènes est encore peu établie. Ainsi la question de savoir quand cette dualité climatique s'est installée en Asie reste encore ouverte. Au Paléogène, les reliefs liés à la collision entre les plaques indienne et eurasiatique étaient encore naissant et la distribution entre les terres et les mers très différente de l'actuelle. Notablement, une vaste mer épicontinentale et peu profonde (la Proto-Paratethys) s'étendait à travers l'Europe et l'Asie Centrale. À la fin du Paléogène, la Proto-Parathetys se retire de l'Asie Centrale, et les hautes topographies asiatiques se mettent en place. Dans ce contexte géodynamique, cette thèse cherche à caractériser les fluctuations à haute fréquence du climat en Asie Centrale afin de comprendre l'évolution de la saisonnalité au cours du Paléogène, et plus précisément pendant la période de l'Éocène (-55 à -34 Ma). Pour cela une approche originale utilisant une méthode géochimique multi- proxy sur des coquilles d'huîtres a été établie. Grâce à l'apport de l'analyse incrémentielle de marqueurs élémentaires et isotopiques sur les coquilles nous accédons aux variations saisonnières de la température et de la salinité de l'eau de mer. Ceci nous permet de mieux cerner les bilans hydriques et thermiques à l'échelle de l'année et ainsi de caractériser le climat d'Asie Centrale à très haute résolution. Combinant cette approche géochimique avec une étude sédimentologique et une étude numérique à plus grande échelle, cette thèse cherche à mieux établir les causes de l'évolution du climat régional au cours du Paléogène. / The modern Asian climate is mainly characterized by a monsoonal duality between humid summers in southern and eastern Asia and arid winters in Central Asia resulting in a strong seasonality in terms of precipitation and temperature in these respective regions. Although Neogene monsoonal intensification - mainly attributed to Tibetan plateau uplift - is well established, Paleogene Asian climate is still poorly understood such that the question of how and when this climate duality was established remains open. During Paleogene times, paleoreliefs due to the ongoing Indo-Asia collision and the land-sea distribution were very different compared to modern. Notably, a shallow epicontinental sea (the Proto-Paratethys) covered part of Europe and Central Asia. During the Eocene (-55 to -34 Ma), the Proto-Paratethys retreated westward while high Asian topographies formed. In this peculiar context, this PhD thesis aims to characterize the evolution of high-frequency climatic fluctuations in Central Asia in order to better constrain the seasonality changes associated with sea retreat, topographic uplift or nascent monsoons. We develop a novel approach using a geochemical multi-proxy methodology on oyster shells. Thanks to incremental analyses of elements and isotopes on bivalve shells, we estimate seasonal variations of temperature and salinity in seawater at high resolution. This enables to constrain precisely the annual-scale water and thermal balances and, by applying this technique to successive oyster bearing deposits widely distributed over Central Asia, aims to characterize Central Asian climate evolution. Combining this geochemical approach with a sedimentological and a numerical studies at larger time- and geographic- scale, this PhD thesis is aiming at better understanding the causes of the Eocene regional climate evolution.

L'objectif principal de cette thèse est de restituer l'évolution passée des moussons asiatiques au cours du Quaternaire et d’en évaluer leurs impacts sur l’érosion continentale et les transferts sédimentaires terre-mer, à partir de l’étude de carottes marines collectées dans la Baie du Bengale, l'ouest de la mer des Philippines et la mer d'Arabie. La stratégie scientifique mise en œuvre implique des analyses minéralogiques (argiles), sédimentologiques (granulométrie laser) et géochimiques (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr et εNd) afin de restituer les zones sources sédimentaires, les conditions d’érosion et de transfert sédimentaires à l’océan. Les analyses de la concentration en élément des terres rares et des valeurs de l’εNd ont également été faites sur des échantillons d’eau de mer et de foraminifères collectés dans la Baie du Bengale afin de contraindre l’utilisation de ce traceur dans un contexte de très forts changements saisonniers de débit des fleuves Himalayens. Cette stratégie nous a permis, entre autre, de restituer les précipitations de mousson du domaine ouest tropical Pacific au cours du Quaternaire et d’établir un lien avec l’évolution à long terme de la dynamique de circulation méridienne de type ENSO. Nous avons également apporté de nouvelles contraintes sur l’utilisation du traceur εNd dans les foraminifères de la Baie du Bengale en vue d’en restituer la dynamique passée de l’érosion himalayenne. / The main objective of this PhD study is to reconstruct the evolution of the Asian monsoons during the Quaternary and their impacts on the continental erosion and sedimentary transfers from land to sea by the investigation of sediments cores collected in the Northern Bay of Bengal, the western Philippines Sea and the Arabian Sea. The implemented scientific strategy involves mineralogical (clay size fraction), sedimentological (grain-size laser) and geochemical (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and εNd) analyses in order to establish sedimentary sources, conditions of erosion and transfer of sediments to the Ocean. The analyses of the concentration of Rare Earth Elements (REE) and εNd were also made on seawater and foraminifera samples to better constrain the εNd as a proxy of weathering in a context of strong seasonal variations of sediment discharges by Himalayan rivers. Clay mineralogy and laser grain-size analyses have been conducted on sediments from core MD06-3050 collected on the Benham Rise (Philippines Sea). Siliciclastic grain-size results indicate variations of the relative proportion of three grain-size sub-populations corresponding to eolian dusts (EM2 about 9-11 μm) and Luzon rivers inputs (EM1 about 2-5 μm and EM3 about 19-25 μm). The long-term evolutions of the EM1/EM2 and smectite/(illite+chlorite) ratios permit to reconstruct variations of the contribution of detrital material deriving from the volcanic arc of Luzon and rainfall intensity of this tropical region. At long time scale, periods of intensification of monsoon rainfall on Luzon are associated to a reduction of precipitation on central China. These periods are also associated to an increase of the zonal gradient of sea surface temperatures on the equatorial Pacific Ocean suggesting a strengthening of El Niña conditions. These results highlight for the first time a strong role of the dynamics of the meridian circulation of ENSO on the long-term changes of rainfall of the tropical western Pacific during the Quaternary. In the Arabian Sea, clay mineralogy, siliciclastic grain-size, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio and εNd were analysed on Quaternary sediments of the IODP site U1457. Our results suggest a change in the relative proportions of sediments from the Deccan Trapps (smectite) and the Indus river (mainly illite and chlorite). Variability of sedimentary sources and sediment transport (turbidites activity) to the Indus Fan have been reconstructed and attributed to monsoon rainfall and the sea level variations. The concentrations of REE combined with εNd were analysed on seawater samples collected in June 2012 along a North-South cross section in the Bay of Bengal. We highlighted from normalized REE patterns that the contributions of dissolved REE from the Ganges-Brahmaputra river system was the main source of the dissolved REE of surface waters of the Bay of Bengal, whereas the desorption of lithogenic particles dominate the dissolved REE of the intermediate and deep waters masses. We then revalued the residence time of the dissolved REE in the Bay of Bengal. A comparison of εNd, obtained just before the increase of the Ganges-Brahmaputra river discharge inferred by Indian monsoon rainfall, with the results obtained by Singh and al. (2012) for seawater samples collected after the peak of river discharge, allowed us to highlight for the first time a seasonal variability of seawater εNd of the Bay of Bengal. εNd have been analysed on planktonic foraminiferas of core MD77-176 located at 1375 m water depth to reconstruct for the first time the seawater εNd record of the intermediate waters masses of northern Bay of Bengal for the last 27 kyr. This new seawater εNd record of the Northern Bay of Bengal give us new constrain for this proxy already used to reconstruct past changes of the Himalayan weathering.