Les mesures isotopiques de la glace montrent une succession de réchauffements rapides (Dansgaard-Oeschger) pendant la dernière période glaciaire au Groenland. Ils suggèrent aussi une grande variabilité climatique du dernier interglaciaire et de l'entrée en glaciation. Notre travail s'est appuyé sur les développements récents des mesures isotopiques de l'air piégé dans la glace (N2, O2 et Ar) et de la modélisation du névé pour (i) distinguer la variabilité climatique rapide réelle des artéfacts d'écoulement de la glace, (ii) quantifier l'évolution de température au-dessus du Groenland pendant les événements rapides de la dernière période glaciaire et de l'entrée en glaciation, et (iii) étudier les relations de phase entre la dynamique de la température au Groenland et d'autres acteurs du système climatique (teneur en gaz à effet de serre, volume des calottes de glace, végétation, température aux autres latitudes). Nous nous sommes d'abord attachés à définir les limites et précautions associées à la méthode. D'une part, l'analyse isotopique de l'oxygène piégé ne peut être effectuée que sur de la glace de bonne qualité, conservée à -25°C. D'autre part, un ensemble d'études de névé ont permis d'affiner sa représentation et sa modélisation. Malgré la compréhension accrue de la physique du névé, nous montrons, à partir d'une étude de la déglaciation, que des incertitudes sur les caractéristiques de surface (taux d'accumulation, température) limitent l'interprétation climatique actuelle des isotopes de l'azote et de l'argon en Antarctique. La majeure partie de cette thèse est axée sur le Groenland (carottes de GRIP et NorthGRIP). En exploitant conjointement les isotopes de l'air (de l'azote, de l'argon et de l'oxygène), les isotopes de l'eau (de l'oxygène et de l'hydrogène) et un modèle performant de névé, nous pouvons reconstruire le scénario de température en surface du Groenland en éliminant les biais, liés au cycle hydrologique en Atlantique Nord, qui affectent l'interprétation conventionnelle des isotopes de l'eau comme paléothermomètre. Les réchauffements rapides en période glaciaire atteignent jusqu'à 16°C en une centaine d'années. La température au Groenland pendant les événements de Dansgaard-Oeschger se révèle moins stable qu'initialement interprétée d'après les isotopes de l'eau suggérant un lien fort avec l'intensité de la circulation thermohaline via l'atmosphère. A cause d'un mélange de glace, la carotte de GRIP ne permet pas de donner un enregistrement de la dernière période interglaciaire. Néanmoins, l'utilisation conjointe des isotopes de l'oxygène atmosphérique et du méthane piégés dans la glace permet de proposer une séquence discontinue pour le dernier interglaciaire au centre du Groenland. La température y était de 5°C plus importante qu'aujourd'hui mais la glace couvrait encore le centre du Groenland. Le nouveau carottage de NorthGRIP a permis d'obtenir à nouveau de la glace du dernier interglaciaire. Nous montrons que NorthGRIP donne le premier enregistrement continu de l'entrée en glaciation au Groenland et que la glace la plus profonde correspond au milieu du dernier interglaciaire (minimum de volume des glaces). La variabilité climatique rapide est d'abord restreinte à l'Atlantique Nord pendant un premier événement de Dansgaard-Oeschger (DO 25). Dès que le volume des glaces atteint un certain seuil (~ tiers de la différence entre le dernier maximum glaciaire et l'actuel), le deuxième événement de Dansgaard-Oeschger porte la signature typique des événements ponctuant l'ensemble de la période glaciaire.

Contrairement au requin mako, l´évolution des débarquements de requins peau bleue en Atlantique nord-est a connu une augmentation durant les deux années 2012 et 2013. Les requins vendus à la criée sont majoritairement juvéniles, l´âge de maturité étant tardif chez les deux espèces. Les stratégies alimentaires du peau bleue et du mako ont été étudiées par des analyses des contenus stomacaux associés aux isotopes stables. Le large spectre de proies identifiées confirme le caractère généraliste et opportuniste de leur alimentation. Les résultats indiquent que les céphalopodes sont les proies principales du requin peau bleue et que les téléostéens, en particulier le balaou de l´Atlantique (Scomberesox saurus), sont les principales proies du requin mako. Leur place de prédateurs supérieurs dans l´écosystème marin pélagique a été confirmée par leur niveau trophique à partir, 1) des contenus stomacaux : 4,8 pour le requin bleue et à 5,0 pour le requin mako, et 2) des ratios isotopiques : 5,2 et 5,3 respectivement. Les signatures isotopiques ont montré certaines incohérences en terme de fractionnement entre les requins et leurs principales proies qui peuvent s´expliquer par le caractère opportuniste et migratoire des requins mais également par leur métabolisme. Les teneurs en mercure total (Hg) observées dans la chair consommée des requins peau bleue et requin mako sont, en moyenne, en dessous du seuil limite autorisé par l´Union Européenne (1 mg/kg de chair fraîche). Cependant, les grands individus accumulent des quantités élevées, les requins peau bleue de plus de 248 cm et les requins mako de plus de 178 cm s´avérant majoritairement impropres à la consommation. / Over the past two years, landings of mako have decreased and those of blue shark increased. The sharks landed in a fish market are mainly juvenile, the maturity age being late for both species. Feeding strategies were studied for blue shark and shortfin mako on the basis of stomach content and stable isotope analyses. The high number of identified prey species confirms these sharks’generalist and opportunistic diet. Results showed that cephalopods were the main prey for blue shark, while teleosts, especially Atlantic saury (Scomberesox saurus), were the main prey for shortfin mako. Their top-predator status in the marine pelagic ecosystem was confirmed by their estimated trophic levels from 1) stomach content analyses: 4.8 for blue shark and 5.0 for shortfin mako, and 2) stable isotope ratios: 5.2 and 5.3 respectively. The stable isotope ratios showed some incoherence in fractioning between sharks and their prey. This may be explained by their opportunistic diet and the migratory behaviour of shark, associated with their metabolism. The mercury mean level in the muscle of blue shark and shortfin mako was below the maximum limit allowed by the European Union (1mg/kg fresh meat). However, large sharks showed higher mercury levels. Shark meat was considered unfit for human consumption for blue shark bigger than 248 cm and for shortfin mako bigger than 178 cm. Some tests were undertaken under real longline fishing conditions to investigate ways to reduce shark catches. The results showed that electromagnetic waves were ineffective to reduce catches of blue shark.

Les forçages physiques conditionnent la discontinuité dans l'espace et le temps (patchiness) du plancton dans l'océan. La thèse s'est basée sur deux exemples. Le premier concerne le nord-ouest des Sargasses où une série temporelle à du macrozooplankton a été analysée à partir du rétro signal acoustique (Sv) mesuré avec un ADCP 153-KHz. Trois types de tourbillons ont été identifiés: un tourbillon cyclonique productif, la périphérie d'un tourbillon "mode-water", et la périphérie d'un tourbillon anticyclonique. Les valeurs de Sv ont augmenté au cours du passage des tourbillons, avec une hausse plus marquée associée au bord des tourbillons cyclonique et anticyclonique, ce qui suggère une réponse biologique significative aux upwelling localisées dans la zone frontale de ces tourbillons. Dans le deuxième exemple, la distribution spatiale et temporelle du zooplancton a été étudiée au large de la Nouvelle-Calédonie au cours de deux campagnes multidisciplinaires en 2011. La variabilité du zooplancton a été évaluée à l'aide d'échantillonnage au filet ainsi qu'à partir de mesures acoustiques (ADCP embarqué, échosondeur scientifique et TAPS). Des amplitudes plus élevées de la migration verticale nycthémérale (DVM) du zooplancton étaient associées à une plus grande abondance de petit zooplancton et aux eaux froides du sud de la zone d'étude, tandis que des amplitudes de DVM plus faibles dans le nord étaient associés à des eaux plus chaudes et à de plus grande abondance des grands organismes. Ces mesures acoustique ont clairement mis en évidence le rôle des forçage physique, notamment des structures à méso-échelle, sur la répartition spatiale et temporelle du zooplancton. / Physical forcing drives the space and time discontinuity (patchiness) of plankton in the ocean. The thesis was focused on the role of these forcing on the zooplankton, studied using both acoustic and traditional methods with net sampling. The study was based on two examples. The first one concerns the northwestern Sargasso Sea where high resolution time-series data on 0-200m macrozooplankton abundance and distribution off Bermuda was estimated from volume backscattering strength (Sv) measured with a 153-Khz ADCP. Three types of eddies were identified: a productive cyclonic eddy, the periphery of a mode water eddy, and the periphery of an anticyclonic eddy. Sv values increased during passage of theses eddies, with a more pronounced increase associated with the edge of the cyclonic and the anticyclonic eddies, suggesting a significant biological response to localized upwelling in the high velocity boundary of these eddies. In the second example, spatial and temporal distribution of zooplankton off New Caledonia was studied during two multidisciplinary cruises in 2011. Zooplankton variability was assessed using net sampling together with acoustic measurements (shipborne ADCP, scientific echosounder and TAPS). Higher amplitudes of diel vertical migration (DVM) of zooplankton were associated with higher abundance of large zooplankton and cold waters to the south of the study area, while lower DVM amplitudes in the north were associated with warmer waters and higher abundance of small organisms. These acoustic measurements clearly evidenced the role of physical forcing, particularly mesoscale features, in shaping zooplankton space and time distribution.

La théorie de la tectonique des plaques implique que les plaques lithosphériques soient rigides. Or les reconstructions de l'ouverture de l'océan Atlantique NE, utilisant deux plaques rigides (Eurasie et Groenland), conduisent à des zones de recouvrement. De plus, l'ouverture océanique de la zone située entre l'Islande et la zone de fracture de Jan Mayen (JMFZ) fut très complexe, incluant la formation progressive du microcontinent de Jan Mayen (JMMC) et un saut de ride. J'ai développé une méthode de reconstruction palinspastique d' ouverture de l'Atlantique NE, à partir de données d'anomalies magnétiques et de zones de fracture, méthode qui permet d'obtenir un bon ajustement des anomalies magnétiques. Le modèle prédit des différences de direction et de taux d'ouverture entre les segments océaniques. Cette ouverture différentielle a induit des mouvements décrochants sénestres le long des zones de fractures océaniques, compatibles avec le développement de structures compressives le long de la marge continentale européenne, (1) de l'Éocène inférieur à l'Oligocène supérieur, le long de la zone de fracture des îles Féroé (FFZ), et (2) de l' Éocène supérieur à Oligocène inférieur, et au Miocène, le long de la JMFZ. Aussi,j'ai mis en évidence, par une étude de terrain, une réactivation Cénozoïque en dextre de la Great Glen Fault, en Ecosse, que j'interprète comme étant due aux mouvements senestres le long de la FFZ. Je suggère également que les forces motrices proviennent du point chaud, actuellement sous l'Islande, qui était en mesure de générer une ouverture différentielle de l'Atlantique NE et les déformations compressives de la marge continentale européenne.

Ce travail examine comment l'assimilation de données de SSH et de SST par un filtre de Kalman de rang réduit dans un modèle couplé physique-biogéochimie de l'Atlantique Nord peut améliorer la représentation des processus physiques des couches superficielles importants pour la biogéochimie. On montre tout d'abord que le schéma d'assimilation original est inadapté, car l'estimation d'état ne respecte pas les contraintes de stabilité hydrostatique, stabilité dynamique et de continuité temporelle. Deux nouveaux schémas imposant la stabilité hydrostatique, et un schéma de correction continue sont proposés, et évalués par des simulations annuelles en 1998. L'apport en nutriment dans la zone euphotique permet de quantifier la qualité du couplage. Les apports diffusifs sont améliorés, tandis que les apports advectifs sont surestimés. La production primaire annuelle est plus réaliste, mais son cycle annuel reste mal représenté. Les écarts aux observations dans les hautes latitudes et le centre du gyre subtropical sont liés aux défauts du modèle biogéochimique.