Human activities have contributed to the increase in atmospheric greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2). This anthropogenic gas emission has led to a rise in the average Earth temperature. Moreover, the ocean constitutes the major sink for anthropogenic CO2 and its dissolution in surface waters has already resulted in an increase of seawater acidity since the beginning of the industrial revolution. This is commonly called ocean acidification. The increase in water temperature could induce modifications of the physical and chemical characteristics of the ocean. Also, the structure and the functioning of marine ecosystems may be altered as a result of ocean acidification. Phytoplankton productivity is one of the primary controls in regulating our climate, for instance via impact on atmospheric CO2 levels. Coccolithophores, of which Emiliania huxleyi is the most abundant species, are considered to be the most important pelagic calcifying organisms on Earth. Coccolithophores are characterized by calcium carbonate platelets (coccoliths) covering the exterior of the cells. They form massive blooms in temperate and sub-polar oceans and in particular along continental margin and in shelf seas. The intrinsic coupling of organic matter production and calcification in coccolithophores underlines their biogeochemical importance in the marine carbon cycle. Both processes are susceptible to change with ocean acidification and warming. Coccolithophores are further known to produce transparent exopolymer particles (TEP) that promote particle aggregation and related processes such as marine snow formation and sinking. Thus, the impact of ocean warming and acidification on coccolithophores needs to be studied and this can be carried out through a transdisciplinary approach. The first part of this thesis consisted of laboratory experiments on E. huxleyi under controlled conditions. The aim was to estimate the effect of increasing water temperature and acidity on E. huxleyi and especially on the calcification. Cultures were conducted at different partial pressures of CO2 (pCO2); the values considered were 180, 380 and 750 ppm corresponding to past, present and future (year 2100) atmospheric pCO2. These experiments were conducted at 13°C and 18°C. The cellular calcite concentration decreases with increasing pCO2. In addition, it decreases by 34 % at 380 ppm and by 7 % at 750 ppm with an increase in temperature of 5°C. Changes in calcite production at future pCO2 values are reflected in deteriorated coccolith morphology, while temperature does not affect coccolith morphology. Our findings suggest that the sole future increase of pCO2 may have a larger negative impact on calcification than its interacting effect with temperature or the increase in temperature alone. The evolution of culture experiments allows a better comprehension of the development of a bloom in natural environments. Indeed, in order to predict the future evolution of calcifying organisms, it is required to better understand the present-day biogeochemistry and ecology of pelagic calcifying communities under field conditions. The second part of this dissertation was dedicated to results obtained during field investigations in the northern Bay of Biscay, where frequent and recurrent coccolithophorid blooms were observed. Cruises, assisted by remote sensing, were carried out along the continental margin in 2006 (29 May – 10 June), 2007 (7 May – 24 May) and 2008 (5 May – 23 May). Relevant biogeochemical parameters were measured in the water column (temperature, salinity, dissolved oxygen, Chlorophyll-a and nutrient concentrations) in order to determine the status of the bloom at the time of the different campaigns. Calcification has been shown to be extremely important in the study area. In addition, TEP production was significant at some stations, suggesting that the northern Bay of Biscay could constitute an area of important carbon export. Mortality factors for coccolithophores were studied and the first results of lysis rates measured in this region were presented. Results obtained during culture experiments and comparison with data reported in the literature help to better understand and to predict the future of coccolithophores in a context of climate change. Data obtained during either culture experiments or field investigations allowed a better understanding of the TEP dynamics. Finally, the high lysis rates obtained demonstrate the importance of this process in bloom decline. Nevertheless, it is clear that we only begin to understand the effects of global change on marine biogeochemistry, carbon cycling and potential feedbacks on increasing atmospheric CO2. Thus, further research with a combination of laboratory experiments, field measurements and modelling are encouraged.

Lors de rejets chroniques ou accidentels de tritium des installations nucléaires dans l’eau de mer ou via les fleuves, la dispersion des radionucléides dans l’environnement marin est soumise à des processus de dispersion multiples. Ces processus dépendent de la zone considérée et des forçages tels que la marée, le vent, les flux de chaleurs et d’eau douce. Prédire la dispersion du tritium dans le golfe de Gascogne nécessite la prise en compte de l’ensemble de ces processus et des différents apports que représentent les eaux de surface de l’Atlantique Nord, les rejets des installations nucléaires, les entrées d’eau douces et les échanges avec l'atmosphère. L'objectif général de cette thèse est d'améliorer la connaissance sur l’hydrodynamisme du golfe de Gascogne, en couplant la mesure in-situ d’un traceur des masses d’eau : le tritium, avec un modèle hydrodynamique de dispersion (modèle MARS3D). Dans ce but, prélèvements ont été effectuées dans le golfe de Gascogne et dans les deux principaux contributeurs continentaux de tritium : la Loire et la Gironde. L’utilisation conjointe de la salinité et du tritium en tant que traceurs des eaux continentales a permis de différencier de manière innovante les apports provenant de ces deux fleuves à l'échelle du golfe. Les stocks mesurés et simulés de tritium au sein du plateau ont permis une première estimation du temps de résidence des masses d’eau continentales. / During chronic or accidental releases of tritium from nuclear facilities to seawater or through river discharges, the dispersion of radionuclides in the marine environment is subject to multiple dispersion processes. These processes depend on the area under consideration and forcings such as tide, wind, heat and freshwater flows.Predicting the dispersion of tritium in the Bay of Biscay requires taking into account all these processes and the various inputs: the North Atlantic surface waters, discharges from nuclear facilities, freshwater inputs and exchanges with the atmosphere. The main objective of this thesis is to improve the knowledge on the hydrodynamics of the Bay of Biscay by coupling in-situ measurements of a water masses tracer: the tritium, with a hydrodynamic dispersion model (MARS 3 D).To achieve this goal, samplings were carried out in the Bay of Biscay and the two main continental contributors of tritium: the Loire and Gironde rivers.The combined use of salinity and tritium as tracers of continental waters makes it possible to differentiate into an innovative way the inputs from these two rivers at the scale of the continental shelf. The measured and simulated stocks of tritium within the shelf provided a first estimate of the residence time of continental water in the Bay of Biscay.

Knowledge on lithosphere extensional mechanisms has greatly benefited from studies made both at presentday rifted margins and onshore fossil analogues. Nevertheless, the spatial and temporal evolution of the processes leading to continental break-up and oceanic crust formation remains poorly constrained. The Bay of Biscay and Pyrenees is used in this study as a natural laboratory to investigate the formation and reactivation of rift systems. A new offshore-onshore approach is developed and applied to identify, characterize and map the rift domains inherited from the Bay of Biscay opening and partly integrated into the Pyrenean orogen. This mapping reveals the complex architecture of European-Iberian plate boundary resulting from a strongly polyphased evolution. Several rift systems spatially distinct are preserved at different evolutionary stages. An important segmentation partially inherited from the pre-rift structuration controls the formation of the rift systems, an observation that has important implications for regional kinematic restorations. Several steps in compressional deformation can be distinguished and related to the rift inherited architecture. Reactivation is initiated in the exhumed mantle domain. Following the subduction of hyperthinned crust, continental collision processes are controlled by the proximal and necking domains acting as buttresses. These results emphasize the role of pre-rift inheritance for the spatial evolution of rift systems and the importance of the rift-related architecture to unravel the formation of collisional orogen.

Les coccolithes, dans les cellules ou détachés, des coccolithophores sont de petites plaquettes de calcite diffusant fortement la lumière. Les efflorescences sont donc très visibles de l’espace et sont couramment quantifiées par l’algorithme Calcite de la NASA appliqué aux données des capteurs de la Couleur de l’Eau.Les coccolithes impactent aussi le produit des matières en suspension non-algales de l’ifremer (MES) largement utilisé sur le plateau continental ouest-européen. Bien que développés indépendamment, ces algorithmes sont basés sur des concepts très proches mais l’algorithme Ifremer est plus souple dans sa modélisation et permet d’établir un lien avec les particules autres que les coccolithes telles les remises en suspension ou les agrégats de particules. L'identification des blooms de coccolithophores sur 18 ans, duGolfe de Gascogne jusqu'au sud de l'Irlande, a été établie par une méthode spectrale, permettant de discriminer la fraction de MES correspondant aux coccolithes. Les blooms suivent le talus au printemps avec une progression vers le nord bien reliée à la variabilité saisonnière de la lumière. La variabilité interannuelle observée indique une légère décroissance globale des blooms, avec une année 2014 aux abondances extrêmement faibles sur toute la région.Les données des campagnes PELGAS en mai dans le Golfe de Gascogne ont mis en évidence la forte corrélation entre le produit MES et la turbidité in situ sur les blooms de coccolithophores. Ce paramètre peut être considéré comme un bon proxy pour le suivi des blooms et pour la description de leur structure verticale.Les données hydrologiques in situ montrent une occurrence plus forte des blooms dans un environnement moins stratifié, des températures plus froides et une salinité plus élevée.La sensibilité de la méthode satellite face à la présence réelle de blooms de coccolithophores a pu être évaluée grâce aux observations in situ de campagnes menées dans le Golfe de Gascogne et en Patagonie.Cette sensibilité reste variable car dépendante de nombreux facteurs intrinsèques aux blooms, liés à la proportion coccolithes/coccosphères et à leur composition taxonomique, qui s’est avérée très riche en mai2016 dans le Golfe de Gascogne. / Coccoliths, in cells or detached, from coccolithophores are calcite plates with highly backscattering signal.Coccolithophore blooms are visible from space and are currently quantified by Calcite algorithm fromNASA applied to Ocean Color data. Coccoliths impact also the Suspended Particulate Matters (SPM) product from Ifremer, well established in the Northwest european continental shelf. Although these algorithms are independent, they are based on the same basic concepts, but Ifremer algorithm is more adaptable and allows to link up with other particles than coccoliths, as the resuspended matters or aggregates.Coccolithophore blooms identification over 18 years, from bay of Biscay to South Irelands has been established by a spectral method, allowing to discriminate coccoliths from SPM. Blooms follow the continental slope northward in connection with the seasonal variability of irradiance. The interannual variability observed indicates a slight decrease of blooms, with a very poor productive year in 2014.Data from PELGAS cruises in May in the Bay of Biscay highlight the strong correlation between SPM product and the in situ turbidity in coccolithophore blooms.This parameter can be considered a a good proxy for the blooms monitoring and for the description of their vertical structure. Hydrological in situ data show a stronger occurrence in less stratified environment, with lower temperatures and higher salinity.The sensitivity of the satellite to the presence of coccoliths has benn evaluated based on in situ observations from cruises in the Bay of Biscay and in Patagonia. This sensitivity is variable due to a lot of inherent factors, to the coccoliths/coccospheres proportion and to the taxonomic composition which has been rich in May 2016 in the Bay of Biscay.

L’objectif de ce travail est de reconstituer les changements de la dynamique hydrosédimentaire de la Loire en fonction des variations climatiques globales et régionales depuis l’Holocène Moyen (~7 ka), dans un contexte de ralentissement et de stabilisation de la remontée du niveau marin. Le rôle des aménagements anthropiques de l’estuaire interne depuis le début du XXème siècle, a été également considéré. Dans cet objectif, les séquences sédimentaires étudiées ont été prélevées le long d’un continuum terre-mer entre l’estuaire interne de la Loire et la partie septentrionale du Golfe de Gascogne, en passant par les paléovallées incisées présentes à l’embouchure actuelle.L’emboitement des dimensions temporelle et spatiale fait l’unicité de ce travail de recherche à l’échelle de la Loire mais également sa complexité. Afin de déconvoluer les différents signaux enregistrés, nous avons entrepris une approche analytique combinant des données sédimentologiques, micro-paléontologiques (foraminifères benthiques) et géochimiques, le tout dans un cadre chronologique contraint par des datations 14Cet 210Pb/137Cs. Nos résultats montrent que le ralentissement de la montée des eaux a joué un rôle majeur dans le façonnement du paysage estuarien et par conséquence, dans la chenalisation du flux terrigène vers le large. Ce flux terrigène est également modulé à plus grande échelle par les forçages climatiques internes et externes (e.g., Oscillation Nord Atlantique, forçage solaire) affectant à la fois le bassin versant, l’occurrence des tempêtes au large ainsi que la circulation océanique de surface. Enfin, la partie la plus récente de nos archives sédimentaires estuariennes enregistre l’impact des aménagements humains qui ont profondément modifié la morphologie de l’estuaire interne depuis le début du XXème siècle. / The aim of this work is to reconstruct changes in the hydro-sedimentary dynamics of the Loire River according to global and regional climatic variations since the Middle Holocene (~ 7 ka), in a general context of slowing down of sea-level rise. The impact of the recent human settlements undertaken in the internal Loire estuary since the beginning of the 20th century is also considered. To achieve this objective, the studied sedimentary sequences were collected along a land-sea continuum from the internal estuary, to the incised paleovalleys off the present-day river mouth, until the northern part of the Bay of Biscay (South Brittany). The imbrication of both temporal and spatial dimensions makes the originality of this research on the scale of the Loire River, but also its complexity. In order to deconvolute the various recorded signals, we used a multiproxy approach combining sedimentological, micropaleontological (benthic foraminifera) and geochemical analyses, within a chronological framework constrained by 14C and 210Pb/137Cs dating. Our results show that the Middle to Late Holocene slowing down of sea-level rise plays a major role in shaping the estuarine landscape and in the channelization of the terrigenous flow towards the ocean. At the same time, this terrigenous flow is modulated on a larger scale by internal and external climatic forcing (e.g., North Atlantic Oscillation, solar forcing) controlling humidity over the Loire River catchment area, the occurrence of storms and ocean surface circulation. The most recent parts of our estuarine sedimentary sequences record the impact of human settlements since the beginning of the 20th century modifying significantly the morphology of the inner estuary and the location of the main river channel.

La flèche littorale du Cap Ferret s'est édifiée au cours des derniers 3 000 ans, à la faveur du ralentissement de l'élévation du niveau global des océans. Depuis 250 ans, les cartes marines révèlent une importante instabilité de l'extrémité libre de la flèche, à laquelle les travaux présentés dans ce mémoire tentent d'apporter une explication physique. Dans un premier temps le croisement des données cartographiques avec des données environnementales révèle la synchronisation des déplacements de la flèche avec d'une part l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), et, d'autre part, les structuations décennales à multidécennales de la vitesse de l'élévation du niveau de l'Atlantique Nord-est. Les processus sous-jacents à cette synchronisation sont alors détaillés avec un modèle numérique de transport sédimentaire. Puis, l'érosion chronique de la flèche entre 1986 et 2016, ainsi que les mécanismes d'évolution de la plage océanique de la Pointe du Cap Ferret sont décrits et quantifiés à l'aide de données topographiques. A l'échelle locale, ces résultats apportent des preuves tangibles du rôle du climat dans l'érosion actuelle de la Pointe du Cap Ferret. D'un point de vue plus général, ces travaux contribuent à la meilleure description des processus contrôlant l'évolution des systèmes de barrières holocènes, dans le contexte actuel d'accélération de l'élévation du niveau de la mer. / Low rates of global sea level rise have allowed the Cap Ferret coastal barrier-spit to develop since about 3 000 years ago. Over the last 250 years, navigation charts attest of a significant instability of the distal end of the spit, to which the present study aims to provide a physical explanation. First, the crossing of cartographic data with meteoceanic data reveals a strong relationship of the spit-end behaviour with, on the one hand, the North Atlantic Oscillation (NAO), and, on the other hand, decadal to multidecadal variations in the rate of sea level rise in the Northeast Atlantic. Underlying processes were then investigated using a numerical model for sediment transport. Finally, the chronic erosion of the spit between 1986 and 2016, as well as the evolution mechanisms of the oceanic beach of the spit-end are described and quantified by means of topographic data. Locally, these results support the role of climate in the ongoing erosion of the spit-end. From a wider perspective, this study brings new insigths on the processes controling the evolution of Holocene barrier systems, in the present context of an accelerating sea level rise.

Ce travail de thèse explore la dynamique à sousmésoéchelle sur le plateau continental du golfe de Gascogne. Dans la première partie, les caractéristiques des processus à sousmésoéchelle sur le plateau sont identifiées à l’aide de données satellites à haute résolution de température de surface de la mer issues du capteur MODIS. Une détection des fronts est réalisées à l’aide d’exposants de singularité, une approche récente pour identifier les irrégularités dans les champs de SST. Les résultats sont complétés par des simulations numériques à 2.5 km de résolution spatiale. Trois types principaux de fronts sont présentés : i) les fronts de marée le long de la côte et plus marqués dans la région d’Ouessant; ii) les fronts au niveau du talus continental liés à l’activité des ondes internes; iii) les fronts d’eaux dessalées aux limites des panaches de rivières en hiver. Dans la seconde partie, un modèle hydrodynamique réaliste du golfe de Gascogne a été mis en place. Cette configuration a une résolution spatiale de 1 km et 40 niveaux verticaux sigma. Un diagnostic est basé sur l’hypothèse que les processus à sousmésoéchelles résultent d’instabilités baroclines. L’énergie potentielle disponible est ainsi convertie en énergie cinétique tourbillonnaire avec des échelles temporelles O(1) jour ou moins grâce à ces processus. L’activité est plus intense dans la région d’Ouessant et les régions côtières en été. En hiver, ces processus ont une échelle temporelle O(1) jour (∼ 30 heures). Ces échelles temporelles sont un indicateur de la présence d’instabilités baroclines à sousmésoéchelle à proximité du panache. / This thesis explores the submesoscale dynamics in the Bay of Biscay continental shelf. In the first part, submesoscale features over the shelf are identified using remotely sensed high resolution sea surface temperature (SST) images by MODIS. Front detection is achieved through singularity exponents, a novel method of calculating irregularities on the SST fields, and an index for the frontal activity is generated. Results are complemented with 2.5 km horizontal resolution numerical simulations. Three main types of fronts are presented: i) tidal mixing fronts along the coast and most significantly in the Ushant region; ii) shelf break front related to internal tidal wave activity; iii) fresh water fronts along the edge of the river plumes in winter. In the second part, a realistic hydrodynamical model of Bay of Biscay is set up. The model has a 1 km horizontal resolution and 40 σ vertical layers. Diagnostics is based on the assumption that the submesoscale features in the upper ocean are the result of baroclinic instabilities. Available potential energy (APE) is then converted to eddy kinetic energy (EKE) in time scales in O(1) day or less through this process. Activity increases in the Ushant region and the coastal regions in summer, whereas, in winter, activity in the vicinity of the fresh water plumes dominates. In summer, EKE conversion time scale in this region is ∼ 5 days, which can be considered shorter than mesoscale. In winter, they have a time scale of O(1) (∼ 30 hours). This is an indicator that the submesoscale baroclinic instability is happening at the plume.

La gestion des pêches en Atlantique Nord-Est s'oriente vers une régionalisation, prenant en compte les interactions techniques caractéristiques des pêcheries mixtes. Ceci nécessite une compréhension et une évaluation des dynamiques spatio-temporelles des espèces exploitées et des flottilles qui les exploitent. Cette thèse vise à proposer un outil pour évaluer les conséquences de stratégies de gestion dans le golfe de Gascogne. Elle se focalise sur le stock de merlu Nord (Merluccius merluccius) et la pêcherie mixte démersale merlu - sole (Solea solea) – langoustine (Nephrops norvegicus) du golfe de Gascogne. Un cadre d'évaluation de stratégies de gestion (MSE) a été développé, intégrant un modèle d'évaluation spatialisé du stock de merlu Nord, et un modèle opératoire (lSlS-Fish) simulant la pêcherie mixte démersale du golfe de Gascogne. Le modèle spatialisé d'évaluation a estimé des variations spatio-temporelles d'abondance, recrutement et mortalité par pêche du merlu Nord, malgré la sensibilité de la procédure d'estimation au point initial. Le modèle opératoire intègre I'ensemble de la connaissance disponible sur la pêcherie. ll a été calibré selon une approche multi-critères, assurant la reproduction des captures de merlu sur 2010-2012. Le cadre d'évaluation de stratégies de gestion n'est pas opérationnel, mais a mis en évidence des différences de modélisation des dynamiques à l'échelle de la pêcherie, et illustre de potentiels effets de la gestion par TAC du stock de merlu Nord sur la pêcherie, dans un contexte de mise en place de I'obligation de débarquement. Ces résultats et des pistes d'amélioration sont discutés. / North-East Atlantic fisheries management goes towards a regionalisation, accounting for mixed fisheries technical interaction. Hence, understanding and assessing the spatio-temporal dynamics of exploited species and the fleets exploiting them is needed. This study aims to provide a tool to assess the effects of several management scenarii in the Bay of Biscay. lt fouses on North-east Atlantic northern hake stock (Merluccius merluccius) and the mixed demersal hake - sole (Solea solea) - Norway lobster (Nephrops norvegicus) Bay of Biscay fisheries.A Management Strategy Evaluation (MSE) framework has been developed, pairing a spatial northern hake stock assessment model, and an operating model (lSlS-Fish) simulating the Bay of Biscay mixed demersal fisheries.A Management Strategy Evaluation (MSE) framework has been developed, pairing a spatial northern hake stock assessment model, and an operating model (lSlS-Fish) simulating the Bay of Biscay mixed demersal fisheries.The spatial assessment model estimated northern hake abundance, recruitment and fishing mortality spatio-temporal variations, despite the estimation procedure sensitivity to initial point.The operating model incorporates all the current knowledge on the fisheries. lt has been calibrated following a multi-criteria approach, ensuring the reproduction of hake catch on 2010-2012. The Management Strategy Evaluation framework is not operational, although it highlighted discrepancies between both models dynamics at the fishery scale, and illustrated northern hake management through TACs potential effects on the fishery, in a landing obligation context. These results and improvement axes are discussed.

L'étude de l'écologie alimentaire des organismes ainsi que l'étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques, principale caractéristique de l'organisation des écosystèmes, ne sont pas aisées en environnement marin. Des méthodes indirectes d'étude ont donc été développées récemment, telles que l'utilisation de « traceurs écologiques » qui sont des paramètres (bio)chimiques mesurés dans les tissus biologiques des organismes. Sur la base du postulat « je suis ce que je mange », les traceurs écologiques constituent des indicateurs relativement fiables du niveau trophique des organismes et/ou de leur zone d'alimentation. Dans un premier temps, l'importance de certains facteurs de variations biologiques et environnementaux des traceurs isotopiques et métalliques (mercure Hg et cadmium Cd) a été étudiée dans le Golfe de Gascogne. Dans un tel environnement marin ouvert, supportant une grande diversité biologique et subissant diverses influences, notre hypothèse de travail était effectivement que les sources de variations sont nombreuses. Cette thèse a ainsi mis en évidence qu’il était nécessaire d’intégrer différents facteurs de variations pour utiliser ces traceurs écologiques dans ce type d'écosystème, tels que le changement de la ligne de base sur un gradient côte-large pour un calcul pertinent des positions trophiques. Dans un second temps, ces outils ont été directement appliqués pour l'étude de l'écologie alimentaire de quelques espèces d'intérêt commercial, telles que la sardine, l'anchois et le bar. Ils ont ainsi révélé une relative spécialisation de la sardine sur certaines proies mésozooplanctoniques, alors que l'anchois montre d’une part une plasticité trophique plus importante sur ce compartiment planctonique, et d’autre part une plus grande flexibilité en termes de zones d'alimentation. Dans le car du bar, dont l'écologie alimentaire était jusqu'à présent très peu connue en dehors des zones côtières, le couplage des données isotopiques (révélant des informations sur le régime alimentaire sur le moyen à long terme) avec des données de contenus stomacaux (révélant des informations sur le court terme) a permis de mettre en évidence la sélectivité des individus de bars adultes sur les petits poissons pélagiques à forte valeur énergétique, lorsque ce prédateur fréquente les eaux du large. Enfin, ces traceurs écologiques ont été utilisés pour affiner la compréhension de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques dans le Golfe de Gascogne, et le comportement de certains contaminants tels que le Hg dans ces réseaux. Plus de 140 espèces provenant des différents réseaux trophiques de cet écosystème ont ainsi été analysées en isotopie, et 120 espèces pour leurs concentrations de Hg dans le muscle. Les traceurs isotopiques en particulier ont révélé que dans cet écosystème : 1) les mammifères marins sont un compartiment structurant des réseaux trophiques ; 2) les chaînes alimentaires sont relativement courtes ; 3) les chaînes alimentaires et les relations trophiques sont fortement organisées en "réseau" ; 4) le degré d'omnivorie est plutôt moyen dans l'écosystème, avec une tendance à l'augmentation chez les niveaux trophiques supérieurs. Ce travail de thèse a également mis en évidence une contamination en Hg plus importante dans le muscle des espèces provenant des habitats profonds du Golfe de Gascogne. Dans un contexte de besoin d'outils de suivi de l'état écologique des écosystèmes marins, et des espèces composant les réseaux trophiques en présence, cette thèse a finalement démontré tout l'intérêt d'utiliser les traceurs écologiques tant à des fins de recherches fondamentales qu'à des fins appliquées en écologie marine. / The study of organisms' trophic ecology and those of food webs' structure and functioning are not easy in marine environments, while it is an essential characteristic of ecosystems' organisation. Thus, the use of indirect methods such as « ecological tracers » has dramatically increased recently. These methods consist in measuring (bio)chemical parameters in biological tissues of organisms. Based on the assumption « you are what you eat », ecological tracers constitute reliable indicators of the trophic position and/or of the feeding zone of organisms. First, the importance of some biological and environmental factors of variations on isotopic signatures and metal concentrations (mercury Hg and cadmium Cd) was examined in the Bay of Biscay. Indeed, in such an open marine ecosystem supporting a high biological diversity and undergoing various oceanic and terrigenous influences, we hypothesized that sources of variations are numerous. This work highlighted that different biological and environmental factors of variations have to be taken into account to use these ecological tracers in this type of ecosystem. For instance, we evidenced a change in the baseline along the inshore-offshore gradient that can considerably bias calculations of trophic positions from stable isotopes values, if it is not considered. Secondly, the isotopic tool in particular has been applied to study the trophic ecology of some commercially important species, such as sardine, anchovy and sea bass. Isotopic signatures revealed a relative specialisation of sardine on some mesozooplanktonic prey. On the contrary, anchovy showed a relative trophic plasticity on this type of prey, and a greater flexibility in terms of feeding zones. As for sea bass, the combination of isotopic data (giving an information on diet on the long term) and stomach contents data (giving an information on diet on the short term) highlighted the selectivity of adult individuals on small pelagic fish of high energy content, when foraging in offshore waters. Finally, ecological tracers were used to refine the understanding of food webs' structure and functioning in the Bay of Biscay, as well as Hg behaviour in these food webs. More than 140 species from the different food webs of this ecosystem have been analysed for their isotopic signature, and 120 species for muscle Hg concentrations. Isotopic data in particular revealed that in this ecosystem: 1) marine mammals are a structuring component of food webs; 2) food chains are relatively short; 3) food chains and trophic relationships are strongly "food web like" organised; 3) the degree of omnivory is intermediate in this ecosystem, with a slight trend to increase with increasing trophic position. This work also highlighted an enhanced bioaccumulation of Hg in the muscle of deep-sea fauna from the Bay of Biscay. In the context of the need for tools to monitor the environmental status of marine ecosystems, and of species that structure food webs, this work finally demonstrated the great interest of using ecological tracers for both fundamental and applied marine ecological research.

Les études couplant des observations provenant des marges passives actuelles et d’analogues fossiles ont permis de mieux appréhender les mécanismes d’extension de la lithosphère. Néanmoins, l’évolution spatiale et temporelle des processus de rupture continentale et de formation de croûte océanique reste mal contrainte. Le Golfe de Gascogne et les Pyrénées sont utilisés dans ce travail comme laboratoire naturel pour étudier la formation et la réactivation des systèmes de rift. Le développement et l’application d’une approche terre-mer a permis d’identifier, caractériser et cartographier les domaines de rift formés lors de l’ouverture du Golfe de Gascogne et partiellement intégrés à l’orogène Pyrénéenne. Cette cartographie révèle l’architecture complexe de la limite de plaque Ibérie-Europe résultant d’une évolution fortement polyphasée. Plusieurs systèmes de rift spatialement distincts sont préservés à des stades d’évolution différents. Une segmentation importante partiellement héritée de la structuration prérift contrôle la formation des systèmes de rift ce qui a des implications pour la cinématique régionale. Plusieurs étapes de la déformation compressive ont pu être distinguées et mises en relation avec l’architecture héritée du rift. La réactivation est initiée dans le domaine de manteau exhumé. Après lasubduction de croûte hyper-amincie, la collision continentale est contrôlée par les domaines proximaux et de necking qui jouent le rôle de buttoirs. Ces résultats soulignent l’interaction étroite entre l’héritage pré-rift et l’évolution spatiale des systèmes de rift ainsi que l’importance de l’architecture du rift pour comprendre la formation des orogènes. / Knowledge on lithosphere extensional mechanisms has greatly benefited from studies made both at presentday rifted margins and onshore fossil analogues. Nevertheless, the spatial and temporal evolution of the processes leading to continental break-up and oceanic crust formation remains poorly constrained. The Bay of Biscay and Pyrenees is used in this study as a natural laboratory to investigate the formation and reactivation of rift systems. A new offshore-onshore approach is developed and applied to identify, characterize and map the rift domains inherited from the Bay of Biscay opening and partly integrated into the Pyrenean orogen. This mapping reveals the complex architecture of European-Iberian plate boundary resulting from a strongly polyphased evolution. Several rift systems spatially distinct are preserved at different evolutionary stages. An important segmentation partially inherited from the pre-rift structuration controls the formation of the rift systems, an observation that has important implications for regional kinematic restorations. Several steps in compressional deformation can be distinguished and related to the rift inherited architecture. Reactivation is initiated in the exhumed mantle domain. Following the subduction of hyperthinned crust, continental collision processes are controlled by the proximal and necking domains acting as buttresses. These results emphasize the role of pre-rift inheritance for the spatial evolution of rift systems and the importance of the rift-related architecture to unravel the formation of collisional orogen.