Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Strasbourg, Strasbourg, France. / La reconstitution des paléo-inlandsis constitue un élément majeur de la compréhension des dynamiques glaciaires puisque leur comportement peut être analogue à celui des inlandsis modernes. L'Inlandsis laurentidien, en Amérique du Nord, était le plus grand inlandsis de l'hémisphère nord au cours du dernier cycle glaciaire. Les effets de sa disparition sur le climat régional et les changements du niveau marin global au cours de la déglaciation sont sans équivoque. Cependant, sa caractérisation est aussi pertinente pour l'étude du climat global en raison du rôle critique que les inlandsis jouent dans les multiples rétroactions gouvernant le système climatique. Il est donc crucial de mieux comprendre les interactions entre les anciens inlandsis et les changements climatiques afin de prédire les taux de fonte des calottes glaciaires actuelles et leur contribution à la hausse du niveau marin global. Toutefois, plusieurs interrogations subsistent concernant l'extension maximale et les patrons de déglaciation de la marge orientale de l'Inlandsis laurentidien au cours de la dernière glaciation ; sa reconstruction demeure parfois controversée et différents modèles ont été proposés. Une chronologie précise des fluctuations glaciaires de ce secteur est déterminante pour établir une reconstruction paléoglaciologique fiable à l'échelle de l'inlandsis. Il est utile de cibler différents secteurs présentant des caractéristiques différentes, telles que la topographie et l'influence des variations eustatiques, afin de préciser leurs effets sur la dynamique de retrait glaciaire. L'acquisition de données géophysiques et géologiques dans le système de fjord-auge glaciaire de Clyde a permis d'identifier des formes glaciaires et des assemblages sédimentaires qui nous renseignent sur l'étendue maximale de l'Inlandsis laurentidien dans le secteur et de définir les facteurs contrôlant son retrait. Nos résultats montrent que, pendant le Dernier maximum glaciaire, la marge de l'Inlandsis laurentidien s'étendait à quelques kilomètres de la limite du plateau continental. Les données bathymétriques révèlent aussi un vaste système de moraines s'étendant le long de la pente continentale au large de l'île de Baffin, indépendamment des glaciers ancrés sur le plateau continental. Ces données démontrent qu'une plate-forme de glace flottante (ice shelf) d'environ 500 mètres d'épaisseur couvrait le nord de la Baie de Baffin au cours du dernier épisode glaciaire. L'importance glaciologique des plates-formes de glace est relativement bien établie pour la stabilité des inlandsis modernes. En comparaison, les anciennes platesformes de glace flottantes de l'Arctique sont peu documentées et leur rôle dans la stabilité des anciens inlandsis reste peu connu. L'existence d'une plate-forme de glace flottante dans la baie de Baffin au cours du dernier épisode glaciaire avait auparavant été suggérée et débattue, mais cette hypothèse était restée peu concluante en raison de l'absence de données convaincantes. Nos résultats démontrent que cette plate-forme de glace flottante a eu un impact important sur la stabilité de nombreux courants de glace qui drainaient l'intérieur des inlandsis laurentidien, innuitien et groenlandais. Sa disparition a probablement conduit à la déstabilisation et à la réorganisation des flux de glace tributaires de ces trois inlandsis. La déglaciation de l'auge de Clyde a quant à elle été marquée par la désintégration initiale du front glaciaire il y a 16 500 ans, suivie d'un lent retrait et de stabilisations qui ont conduit au dépôt de moraines de récession mineures et de lignes d'ancrage majeures, à l'origine de prismes de zone d'ancrage (grounding-zone wedge - GZW), moraines terminales et bancs morainiques. Le retrait de la marge glaciaire à l'intérieur du fjord a quant à lui été plus rapide, mais tout de même marqué par de nombreuses stabilisations intermédiaires. Nos résultats ont permis de démontrer que les stabilisations majeures observées dans le système fjord-auge glaciaire de Clyde coïncident avec des événements de refroidissement climatique important, tels que le Dryas récent (12 900-11 700 ans BP) et les intervalles de chute abrupte de la température enregistrés au début de l'Holocène (11 700-8200 ans BP). La bathymétrie et la hausse du niveau marin global ont pour leur part influencé les taux de retrait, qui sont plus élevés en périodes de hausse marquée du niveau marin et lorsque le front glaciaire se retire dans de plus importantes profondeurs d'eau. Les lignes d'ancrage observées aux endroits où il y a des hauts bathymétriques et des rétrécissements de la largeur du fjord indiquent également que la position des stabilisations de la marge glaciaire a été influencé par la topographie. La reconstruction de la déglaciation du système fjord-auge glaciaire de Clyde permet de définir un modèle qui peut être applicable à des systèmes similaires du nord-est de l'île de Baffin, en particulier sur le plateau continental où des lacunes chronologiques subsistent. L'identification de systèmes morainiques et la datation par exposition des nucléides cosmogéniques ont permis d'analyser le retrait de la marge glaciaire dans l'est du Québec-Labrador. Nos résultats révèlent que l'Inlandsis laurentidien s'est déconnecté de la calotte glaciaire de Terre-Neuve il y a environ 14 000 ans. Les échantillons prélevés sur les blocs morainiques indiquent également la présence de cinq stades majeurs de stabilisation et/ou de réavancé de la marge de l'Inlandsis laurentidien il y a ~12 900, ~11 500, ~10 300, ~9300 et ~8400-8200 ans. L'âge de ces stabilisations glaciaires révèlent une forte sensibilité du dôme du Québec-Labrador aux changements de températures dans l'hémisphère nord, coïncidant avec les refroidissements brusques enregistrés dans les carottes de glace du Groenland. Ces observations soutiennent l'idée d'un mécanisme de rétroaction négative induit par les forçages d'eau de fonte dans l'océan Atlantique Nord qui, à son tour, a provoqué des inversions des températures pendant le Dryas récent et au début de l'Holocène. Enfin, l'analyse de la morphostratigraphie de la vallée inférieure de la rivière Churchill démontre qu'elle est caractérisée par une succession sédimentaire déposée en régression forcée induit par le rebond glacio-isostatique et la baisse du niveau matin relatif, allant des sédiments de contact glaciaire aux assemblages côtiers tardi- à post-glaciaires. Nos résultats révèlent que la déglaciation, à partir d'environ 8400 ans, a contribué au remplissage initial de la vallée inférieure de la rivière Churchill par des sédiments deltaïques proglaciaires. L'incision fluviale a commencé il y a environ 7600 ans lorsque le système a été déconnecté de sa source de sédiments à la suite du retrait de la marge glaciaire hors du bassin versant de la rivière Churchill, au-delà du lac Winokapau. Cette évolution a mené au profil en escalier de la progradation deltaïque. Des terrasses fluviales se sont ensuite développées à intervalles irréguliers au cours de l'Holocène, enregistrant la chute rapide du niveau marin relatif. Des datations par luminescence stimulé optiquement et radiocarbones ont permis de dater la formation de terrasses à ~6700 (50 m), ~5300 (33 m), ~3700 (16 m) et ~3000 ans (10 m). Nos résultats permettent de mieux comprendre le retrait de la marge glaciaire à travers le bassin versant, ainsi que l'interaction entre les apports sédimentaires, le rebond glacio-isostatique et les environnements de dépôt. L'ensemble des résultats présentés dans cette thèse permet une couverture temporelle quasi intégrale de la dernière déglaciation pour la partie orientale de l'Inlandsis laurentidien, depuis sa couverture maximale et le retrait initial de la plate-forme de glace flottante au large de Clyde Inlet jusqu'à sa désintégration terrestre enregistrée par le système fluvio-deltaïque de la rivière Churchill à l'Holocène. Ils permettent aussi de préciser l'historique glaciaire de deux secteurs présentant des différences physiographiques et géographiques importantes et, ainsi, de discuter dans le chapitre de conclusion de l'influence relative de facteurs externes aux inlandsis (forçages climatiques ; rôle des topographies héritées ; changements du niveau marin global) sur les dynamiques de déglaciation et leur archives morphostratigraphiques.

Cette étude présente une approche intégrée combinant la géomorphologie, la sédimentologie, la stratigraphie, la datation au radiocarbone et analyse des assemblages de foraminifères pour mieux comprendre l'évolution de l'Inlandsis Laurentidien (IL) pendant le dernier cycle glaciaire dans la partie sud-ouest de la baie de Baffin. Une reconstruction détaillée de la dynamique et des mouvements de l'IL entre -50 ka cal AP et la fin du Dryas récent a ainsi été réalisée dans le cadre de ce projet, en se concentrant sur les systèmes fjords-auges de Merchants et Broughton ainsi que sur la pente et le glacis continentaux entre Broughton et Home Bay. Les principales conclusions incluent la détermination de l'extension maximale de l'IL dans les auges de Merchants et Broughton, avec la suggestion d'une possible plateforme de glace flottante en continuité avec le courant de glace de Merchants. De plus, les étapes de déglaciation précoce ont été retracées dans ces systèmes fjords/auges et couplées avec les limites du front glaciaire terrestre pour affiner les modèles globaux de déglaciation de l'IL. En outre, une analyse des faciès sédimentaires et sismiques sur la pente et le glacis continentaux a permis d'associer les faciès de turbidites à la proximité du front glaciaire et de retracer les limites de l'IL à différents intervalles de temps. En intégrant ces données terrestres avec des données marines, cette étude permet de redéfinir une chronologie des mouvements de l'IL et de préciser les mécanismes impliqués. Les résultats soulignent l'importance des données marines pour améliorer la résolution des modèles globaux de déglaciation. Ces recherches contribuent à une meilleure compréhension des dynamiques passées des inlandsis et ont des implications cruciales pour anticiper leur réponse aux changements climatiques actuels. / This study presents an integrated approach combining geomorphology, sedimentology, radiocarbon dating, and analysis of foraminiferal assemblages to understand the morpho-sedimentary evolution of the Laurentide Ice Sheet (LIS) during the last glacial cycle in the southwestern part of Baffin Bay. Focusing on the fjord-trough systems of Merchants and Broughton, as well as the slope and continental shelf between Broughton and Home Bay, a detailed reconstruction of LIS movements between -50 ka cal BP and the end of the Younger Dryas has been achieved. Key findings include the determination of the LIS's maximum extent in the troughs of Merchants and Broughton, along with the suggestion of a floating ice platform contiguous with the Merchants ice stream. Furthermore, early deglaciation stages have been traced in these fjord-trough systems and correlated with terrestrial glacial limits to refine global LIS deglaciation models. Additionally, analysis of sedimentary and seismic facies on the slope and continental shelf has allowed the association of turbidite facies with proximity to the glacial front and tracing of LIS limits at various time intervals. By integrating these terrestrial data with marine data, this study enables a redefinition of LIS movement chronology and clarification of the involved mechanisms. The findings underline the importance of marine data in enhancing the resolution of global deglaciation models. These research efforts contribute to a better understanding of past ice sheet dynamics and carry significant implications for anticipating their response to current climate change.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Strasbourg, Strasbourg, France. / La reconstitution des paléo-inlandsis constitue un élément majeur de la compréhension des dynamiques glaciaires puisque leur comportement peut être analogue à celui des inlandsis modernes. L'Inlandsis laurentidien, en Amérique du Nord, était le plus grand inlandsis de l'hémisphère nord au cours du dernier cycle glaciaire. Les effets de sa disparition sur le climat régional et les changements du niveau marin global au cours de la déglaciation sont sans équivoque. Cependant, sa caractérisation est aussi pertinente pour l'étude du climat global en raison du rôle critique que les inlandsis jouent dans les multiples rétroactions gouvernant le système climatique. Il est donc crucial de mieux comprendre les interactions entre les anciens inlandsis et les changements climatiques afin de prédire les taux de fonte des calottes glaciaires actuelles et leur contribution à la hausse du niveau marin global. Toutefois, plusieurs interrogations subsistent concernant l'extension maximale et les patrons de déglaciation de la marge orientale de l'Inlandsis laurentidien au cours de la dernière glaciation ; sa reconstruction demeure parfois controversée et différents modèles ont été proposés. Une chronologie précise des fluctuations glaciaires de ce secteur est déterminante pour établir une reconstruction paléoglaciologique fiable à l'échelle de l'inlandsis. Il est utile de cibler différents secteurs présentant des caractéristiques différentes, telles que la topographie et l'influence des variations eustatiques, afin de préciser leurs effets sur la dynamique de retrait glaciaire. L'acquisition de données géophysiques et géologiques dans le système de fjord-auge glaciaire de Clyde a permis d'identifier des formes glaciaires et des assemblages sédimentaires qui nous renseignent sur l'étendue maximale de l'Inlandsis laurentidien dans le secteur et de définir les facteurs contrôlant son retrait. Nos résultats montrent que, pendant le Dernier maximum glaciaire, la marge de l'Inlandsis laurentidien s'étendait à quelques kilomètres de la limite du plateau continental. Les données bathymétriques révèlent aussi un vaste système de moraines s'étendant le long de la pente continentale au large de l'île de Baffin, indépendamment des glaciers ancrés sur le plateau continental. Ces données démontrent qu'une plate-forme de glace flottante (ice shelf) d'environ 500 mètres d'épaisseur couvrait le nord de la Baie de Baffin au cours du dernier épisode glaciaire. L'importance glaciologique des plates-formes de glace est relativement bien établie pour la stabilité des inlandsis modernes. En comparaison, les anciennes platesformes de glace flottantes de l'Arctique sont peu documentées et leur rôle dans la stabilité des anciens inlandsis reste peu connu. L'existence d'une plate-forme de glace flottante dans la baie de Baffin au cours du dernier épisode glaciaire avait auparavant été suggérée et débattue, mais cette hypothèse était restée peu concluante en raison de l'absence de données convaincantes. Nos résultats démontrent que cette plate-forme de glace flottante a eu un impact important sur la stabilité de nombreux courants de glace qui drainaient l'intérieur des inlandsis laurentidien, innuitien et groenlandais. Sa disparition a probablement conduit à la déstabilisation et à la réorganisation des flux de glace tributaires de ces trois inlandsis. La déglaciation de l'auge de Clyde a quant à elle été marquée par la désintégration initiale du front glaciaire il y a 16 500 ans, suivie d'un lent retrait et de stabilisations qui ont conduit au dépôt de moraines de récession mineures et de lignes d'ancrage majeures, à l'origine de prismes de zone d'ancrage (grounding-zone wedge - GZW), moraines terminales et bancs morainiques. Le retrait de la marge glaciaire à l'intérieur du fjord a quant à lui été plus rapide, mais tout de même marqué par de nombreuses stabilisations intermédiaires. Nos résultats ont permis de démontrer que les stabilisations majeures observées dans le système fjord-auge glaciaire de Clyde coïncident avec des événements de refroidissement climatique important, tels que le Dryas récent (12 900-11 700 ans BP) et les intervalles de chute abrupte de la température enregistrés au début de l'Holocène (11 700-8200 ans BP). La bathymétrie et la hausse du niveau marin global ont pour leur part influencé les taux de retrait, qui sont plus élevés en périodes de hausse marquée du niveau marin et lorsque le front glaciaire se retire dans de plus importantes profondeurs d'eau. Les lignes d'ancrage observées aux endroits où il y a des hauts bathymétriques et des rétrécissements de la largeur du fjord indiquent également que la position des stabilisations de la marge glaciaire a été influencé par la topographie. La reconstruction de la déglaciation du système fjord-auge glaciaire de Clyde permet de définir un modèle qui peut être applicable à des systèmes similaires du nord-est de l'île de Baffin, en particulier sur le plateau continental où des lacunes chronologiques subsistent. L'identification de systèmes morainiques et la datation par exposition des nucléides cosmogéniques ont permis d'analyser le retrait de la marge glaciaire dans l'est du Québec-Labrador. Nos résultats révèlent que l'Inlandsis laurentidien s'est déconnecté de la calotte glaciaire de Terre-Neuve il y a environ 14 000 ans. Les échantillons prélevés sur les blocs morainiques indiquent également la présence de cinq stades majeurs de stabilisation et/ou de réavancé de la marge de l'Inlandsis laurentidien il y a ~12 900, ~11 500, ~10 300, ~9300 et ~8400-8200 ans. L'âge de ces stabilisations glaciaires révèlent une forte sensibilité du dôme du Québec-Labrador aux changements de températures dans l'hémisphère nord, coïncidant avec les refroidissements brusques enregistrés dans les carottes de glace du Groenland. Ces observations soutiennent l'idée d'un mécanisme de rétroaction négative induit par les forçages d'eau de fonte dans l'océan Atlantique Nord qui, à son tour, a provoqué des inversions des températures pendant le Dryas récent et au début de l'Holocène. Enfin, l'analyse de la morphostratigraphie de la vallée inférieure de la rivière Churchill démontre qu'elle est caractérisée par une succession sédimentaire déposée en régression forcée induit par le rebond glacio-isostatique et la baisse du niveau matin relatif, allant des sédiments de contact glaciaire aux assemblages côtiers tardi- à post-glaciaires. Nos résultats révèlent que la déglaciation, à partir d'environ 8400 ans, a contribué au remplissage initial de la vallée inférieure de la rivière Churchill par des sédiments deltaïques proglaciaires. L'incision fluviale a commencé il y a environ 7600 ans lorsque le système a été déconnecté de sa source de sédiments à la suite du retrait de la marge glaciaire hors du bassin versant de la rivière Churchill, au-delà du lac Winokapau. Cette évolution a mené au profil en escalier de la progradation deltaïque. Des terrasses fluviales se sont ensuite développées à intervalles irréguliers au cours de l'Holocène, enregistrant la chute rapide du niveau marin relatif. Des datations par luminescence stimulé optiquement et radiocarbones ont permis de dater la formation de terrasses à ~6700 (50 m), ~5300 (33 m), ~3700 (16 m) et ~3000 ans (10 m). Nos résultats permettent de mieux comprendre le retrait de la marge glaciaire à travers le bassin versant, ainsi que l'interaction entre les apports sédimentaires, le rebond glacio-isostatique et les environnements de dépôt. L'ensemble des résultats présentés dans cette thèse permet une couverture temporelle quasi intégrale de la dernière déglaciation pour la partie orientale de l'Inlandsis laurentidien, depuis sa couverture maximale et le retrait initial de la plate-forme de glace flottante au large de Clyde Inlet jusqu'à sa désintégration terrestre enregistrée par le système fluvio-deltaïque de la rivière Churchill à l'Holocène. Ils permettent aussi de préciser l'historique glaciaire de deux secteurs présentant des différences physiographiques et géographiques importantes et, ainsi, de discuter dans le chapitre de conclusion de l'influence relative de facteurs externes aux inlandsis (forçages climatiques ; rôle des topographies héritées ; changements du niveau marin global) sur les dynamiques de déglaciation et leur archives morphostratigraphiques.

Thèse (D.R.Min.) -- Université du Québec à Chicoutimi, programme en association avec l'Université du Québec à Montréal, 2005. / Bibliogr.: f. 156-160. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, ils est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour palier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives est d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte. / Significant climate change is curently monitored in the Arctic, and especially in the region of the canadian arctic archipellago. This climate warming leads to recession of sea-ice extent and seasonnal snow cover, and also to large mass loss of the archipellago's ice caps. One of the most southern ice cap, the Barnes Ice Cap, located on the Baffin Island, is no exception to significant mass loss and margins recession as satellite observations exhibited over the last decades. Despite the relative low sea level potential of the small ice caps located in the canadian arctic achipellago in regards to major ice sheets, Antarctica and Greenland, their contribution to the current sea level rise is significant. Climate projections show that this contribution could accelerate significant over the next decades. However, to estimate the future evolution of these ice caps and their impact on climate or sea level rise, a better characterisation of the surface processes such as the evolution of the surface mass balance is needed. This knowledge is currently very limited, mainly due to the sparse covering of automatic weather stations or in-situ measurements over the Arctic. Furthermore, several ice caps, among with the Barnes Ice Cap, present a superimposed ice accumulation area which particularities have to be taken into account in the surface processes studies. Given the lack of in-situ data, the approach choosen in this work is to use remote sensing data, that have the advantage to offer a good spatial and temporal coverage. In particular, passive microwave data are very suitable for snowy surfaces studies. To complement these data, physical and electromagnetic snowpack modeling provide a fine characterisation of surface processes such as snow accumulation. The whole work presented in this manuscript thus consisted in developping specific tools to improve the understanding of surface processes of small arctic ice caps. This methodological development was performed and applied on the Barnes Ice Cap using the surface scheme SURFEX-CROCUS and the electromagnetic model DMRT-ML. First results highlight a significant increase in surface melt duration over the past 3 decades on the Barnes Ice Cap (increase of more than 30% over 1979-2010 period). A similar trend is also monitored over the Penny Ice Cap, located in the south part of the Baffin Island (increase of more than 50% over the same period). Then, the surface mass balance over the last decade was modeled by using a physical based modeling chain constrained by remote sensing data. The results give a mean net accumulation of +6,8 cm/an on the summit area of the ice cap. Finaly, sensitivity tests, performed to investigate the climatic sensitivity of the surface mass balance, highlight a threshold effect that may lead to a complete disapearence of the accumulation area of the Barnes Ice Cap. With a temperature increase less than 1°C, modeling results suggest it is likely that the threshold will be reached rapidly leading to an increase in mass loss from the ice cap.

Résumé : Le contexte récent d’accélération de la fonte des glaciers et calottes glaciaires (GCG) de l’archipel arctique canadien, jumelé aux difficultés de suivi des GCG de cette région, rendent essentiels le développement et l’utilisation de nouvelles approches innovatrices de suivi. Le potentiel de la stéréo radargrammétrie (SRG) RADARSAT-2 est ici caractérisé pour l’extraction d’élévations et le calcul de changements d’élévation et de bilans de masse (historiques et récents) sur les calottes glaciaires Barnes et Penny (Nunavut, Canada). Par la méthode semi-automatisée de recherche de corrélation à partir de couples stéréoscopiques RADARSAT-2 de 2013 (mode wide ultra-fin; résolution spatiale de 3 m; taille d’image de 50 km x 50 km), une précision verticale de ~7 m (LE68) est mesurée sur la terre ferme, et cette valeur de précision est possiblement légèrement supérieure sur la calotte Barnes, étant donné la variabilité de profondeur de pénétration. Par captage 3D, une précision altimétrique de ~3-4 m (LE68) est mesurée par différents photo-interprètes à partir de couples RADARSAT de 2012 en zone d’ablation de la calotte Penny. Sur la calotte Barnes, les changements d’élévation mesurés par rapport aux premiers modèles numériques de terrain disponibles permettent de mesurer un bilan de masse spécifique historique (1960-2013) de -0,49 ± 0,20 m w.e./année, pour un bilan de masse total de -2,9 Gt/année. Entre 2005 et 2013, le bilan de masse spécifique de cette calotte augmente significativement à -1,20 ± 0,86 m w.e./année, pour un bilan de masse total de -7 Gt/année. En zone d’ablation de la calotte Penny, un changement d’élévation annuel moyen de -0,59 m/année est mesuré entre 1958 et 2012. Parallèlement, plusieurs aspects méthodologiques et techniques sont discutés et analysés. Des profondeurs de pénétration nulles (bande C) sont mesurées à partir des images acquises sur la calotte Barnes à la toute fin de la saison d’ablation (fin septembre/début octobre), alors que cette profondeur augmente à ~2,5-3 m pour des images acquises à la fin octobre/début novembre (période de gel). Nos résultats suggèrent aussi que le modèle de fonction rationnelle, lorsqu’utilisé avec des images RADARSAT-2 en mode wide ultra-fin, permet d’obtenir des précisions plus constantes que le modèle hybride de Toutin. De par son indépendance des conditions météorologiques, son utilisation possible sans point de contrôle et sa simplicité de traitement, la SRG RADARSAT-2 s’avère donc être une excellente alternative aux technologies actuelles pour le suivi de GCG situés dans des régions affectées par des contraintes opérationnelles importantes. / Abstract : Given the recent melt acceleration of the Canadian arctic archipelago’s ice caps and the monitoring difficulties of this remote region, the development of new innovative monitoring tools has become essential. Here, the potential of the RADARSAT-2 stereo radargrammetry (SRG) is characterized for elevations extraction, as well as for elevation changes/mass balances calculations (historical and recent) on Barnes and Penny ice caps (Nunavut, Canada). Using the semi-automatic approach of correlation search from RADARSAT-2 stereoscopic couples of 2013 (wide ultra-fine mode; spatial resolution of 3 m; coverage of 50 km x 50 km), a vertical precision of ~7 m (LE68) is measured on ice-free terrain and this precision is possibly slighty worse on the ice cap because of the penetration depth’s variability. On the other hand, the 3D vision extraction approach reveals an altimetric precision of ~3-4 m (LE68) on the ablation area of the Penny Ice Cap. On the Barnes Ice Cap, elevation changes calculated relative to the oldest digital elevation models available allows to calculate an historical specific mass balance (1960-2013) of -0,49 ± 0,20 m w.e./year, resulting in a total annual mass balance of -2,9 Gt/year. Between 2005 and 2013, the specific mass balance of this ice cap increases to -1,20 ± 0,86 m w.e./year, which equals to a total annual mass balance f -7 Gt/year. On Penny Ice Cap’s ablation area, an average elevation change of -0,59 m/year is measured between 1958 and 2012. As also suggested in the literature, the recent melt acceleration is highly linked to warmer summer temperatures. Methodological and technical aspects are also presented and analyzed. No penetration depth (C band) is perceived on elevations derived from late ablation season images (late September/beginning of October), while a penetration of ~2,5-3 m is measured from images acquired in late October/beginning of November (freeze period). Our results also suggest the superiority and better consistency of the rational function model for geometrical correction of wide ultra-fine mode RADARSAT-2 images, compared to the hybrid Toutin’s model. Because of its all-weather functionality, its possible use without any ground control point and the simplicity and facility of its treatment, the RADARSAT-2 SRG represents a really good technology for glacier monitoring in regions affected by serious operational constraints.

La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, ils est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour palier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives est d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte.

L'analyse combinée d'imageries topographiques LiDAR et bathymétriques multifaisceaux à haute résolution ainsi que des âges au radiocarbone fournit de nouvelles informations qui permettent de proposer des étapes de la déglaciation ainsi que les patrons de retrait de la marge de l'Inlandsis laurentidien (IL) dans le fjord du Saguenay. L'analyse spatiale de la distribution de moraines, la présence de dépôts glacio-lacustres perchés et la géométrie des épandages fluvioglaciaires de contact permettent de mettre en évidence l'existence antérieure d'une langue de glace dans le fjord du Saguenay, s'étendant, au cours de ses différentes phases de retrait, de l'embouchure du fjord jusqu'au nord-est de la Baie des Ha! Ha!. Cette langue de glace avait des incursions dans les principales baies du fjord (Baie Sainte-Marguerite et Anse-Saint-Jean). Lors du retrait, trois seuils bathymétriques ont agi comme points d'ancrage où la marge de la langue de glace s'est stabilisée, soit à (1) l'embouchure du fjord sur le Fleuve Saint-Laurent, (2) au niveau du village Sacré-Cœur et (3) au niveau de la Baie-Sainte-Marguerite. Cette stagnation de la marge a permis l'accumulation de sédiments glaciomarins au front du glacier et dans les principales vallées adjacentes, c'est-à-dire Tadoussac, Sacré-Cœur et Baie-Sainte-Marguerite. À l'ouest du seuil de Baie-Sainte-Marguerite, la marge de l'IL s'est retirée rapidement vers la Baie des Ha! Ha! et plus graduellement vers le nord-ouest et le Lac-Saint-Jean. La topographie et la bathymétrie du fjord sont les principaux facteurs influençant la dynamique de retrait des marges glaciaires avec la largeur du fjord et les seuils bathymétriques contrôlant les phases de stabilisation et de retrait de la glace. Au fur et à mesure du retrait de la marge de l'IL, des lacs proglaciaires se sont formés près de Baie-Sainte-Marguerite et de l'Anse-Saint-Jean, où se trouvent la plupart des terrasses de lacs proglaciaires. Ces lacs proglaciaires se sont probablement formés pendant la stabilisation de la marge au seuil de Baie-Sainte-Marguerite. / The combined analyses of LiDAR terrestrial topographic data, high-resolution multibeam bathymetric data and radiocarbon dating provide new information that allow estimating the deglacial sequence and retreat patterns of the Laurentide Ice Sheet (LIS) margin in the Saguenay Fjord. The spatial analysis of the moraine distribution, the presence of perched glacio-lacustrine deposits and the geometry of fluvioglacial outwash highlight the former existence of an ice tongue in the Saguenay Fjord, extending, during its different retreat phases, from the mouth of the fjord to the northeast of Baie des Ha! Ha! with incursions in the fjord's main bays (Baie-Sainte-Marguerite and Anse-Saint-Jean). During retreat, three bathymetric sills, i.e., at (1) the fjord mouth on the Saint Lawrence River, (2) near the Sacré-Cœur village and (3) near the Baie-Sainte-Marguerite Bay, acted as anchor points where the ice tongue margin stabilized. These standstills led to the accumulation of glaciomarine sediments at the glacier front and in the adjacent main valleys: Tadoussac, Sacré-Cœur and Baie-Sainte-Marguerite. After the third bathymetric sill, the LIS margin retreated rapidly towards Baie des Ha! Ha! and retreated more gradually towards Saguenay Lac-Saint-Jean, i.e. northwest. Fjord topography and bathymetry seem to have been the main factors influencing retreating ice dynamics, with fjord width and bathymetric sills controlling ice retreat. As the LIS margin retreated, proglacial lakes developed near Baie-Sainte-Marguerite and Anse-Saint-Jean where most proglacial lake terraces occur with three perched proglacial lakes near Baie-Éternité. These proglacial lakes likely developed during the Baie-Sainte-Marguerite standstill.

Afin d’étudier les changements hydrologiques passés du « lac Noir » (dernière phase lacustre de la mer Noire) et l’expression de la Dernière Déglaciation en Europe centrale, des techniques analytiques variées ont été mises en œuvre sur la carotte MD04-2790 : modélisation, développement de méthodes statistiques, géochimie élémentaire et isotopique. La reconstitution de l’évolution des âges réservoir du « lac Noir » au cours des 30 derniers millénaires a permis de mieux comprendre les réponses hydrologiques du bassin aux changements climatiques (variations du niveau du plan d’eau, phases de stratification, possible déstabilisation d’hydrates de gaz). L’âge de la dernière reconnexion du « lac Noir » avec la mer Méditerranée a été révisé à 9 000 ans BP. L’interprétation des isotopes du Nd en termes de provenance des sédiments a permis de mettre en évidence que les pulses d’eaux de fonte arrivant dans le « lac Noir » au cours de l’événement de Heinrich 1 provenaient de la désintégration de la calotte fennoscandinave. Un mécanisme régional d’interactions climatiques entre lacs proglaciaires et atmosphère a été proposé pour expliquer l’organisation temporelle particulière des pulses d’eaux de fonte. Nos résultats renforcent le paradigme de Denton qui suggère que des stades prolongés sont nécessaires au passage du mode climatique glaciaire au mode interglaciaire. / In order to study the past hydrologic changes of the Black Sea “Lake”, various analytical techniques were applied to study the core MD04-2790: modelling, development of statistical approaches, elemental and isotopic geochemistry. The reconstructed reservoir age changes of the Black Sea “Lake” were interpreted in terms of the hydrologic responses of the lake to glacial/deglacial climate changes (water level change, water column stratification, possible chlatrate dissociation). Calendar age of the Black Sea “Lake” last reconnection to global ocean was also revised to 9,000 yr BP. Finally, drastic changes in εNd values strongly suggest that sediments deposited in response to Deglacial Water Pulses (DWP) during Heinrich Event 1 (HE1) originated from the Fennoscandian Ice Sheet (FIS), providing the first direct evidence that the Black Sea “Lake” recorded the collapse of the FIS. The peculiar temporal organisation of DWPs suggests outbursts of proglacial lakes into Dniepr catchment as well as regional climatic interactions between proglacial lakes and atmosphere. The HE1-timing of the DWPs occurrence would indicate that FIS was involved in the N-Atlantic circulation reduction that shifted Earth climatic machine towards interglacial conditions in accordance with Denton’s paradigm.

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le système climatique global car elles influencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie intégrante de la circulation thermohaline (THC). Or, au cours du dernier cycle climatique, d'importantes arrivées d'eau douce en provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, ont modifié les caractéristiques hydrologiques du GOM. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le système climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avère donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigène fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie?) et isotopiques (d18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des Etats-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain.