L’objectif principal de cette thèse était de comprendre la variabilité millénaire du CO2 atmosphérique durant le stade isotopique marin 6 (Marine Isotope Stage 6, MIS 6), l’avant dernière période glaciaire (185-135 ka BP). Durant la première partie de la période MIS 6 (185-160 ka BP), 6 oscillations climatiques millénaires peuvent être observées dans des indicateurs de la température antarctique, du phénomène de bascule bipolaire dans la région Atlantique Nord et de l’intensité des moussons des basses latitudes. Un cycle hydrologique intensifié et des vêlages d’iceberg dans l’Atlantique Nord pourraient avoir impacté la circulation atlantique méridionale de retournement (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) durant MIS 6 (Margari et al., 2010). La reconstruction de CO2 atmosphérique à partir des carottes antarctiques peut fournir des informations clés sur le lien entre CO2 atmosphérique et variabilité climatique millénaire. Cependant, les enregistrements existants du CO2 à partir de la carotte de glace de Vostok ne montrent pas de variabilité millénaire du fait de trop mauvaises résolution et précision.Pour examiner comment le CO2 atmosphérique est lié avec le changement climatique sur les échelles de temps millénaires pendant le MIS 6, nous avons analysé 150 échantillons de CO2 atmosphérique obtenus à partir de la carotte EPICA Dome C (EDC) sur la période 189.4-135.4 ka BP. Une oscillation mineure et 5 oscillations majeures du CO2 atmosphérique pendant la première partie de la période du MIS 6 (189-160 ka BP) ont été découvertes. Cette variabilité est très liée avec la température antarctique. Pendant les périodes stadiales courtes dans l’Atlantique Nord, les variations de CO2 atmosphérique sont négligeables et découplées avec la variabilité de la température antarctique. Durant ces périodes, la force de l’upwelling dans l’océan austral pourrait ne par être suffisante pour impacter le CO2 atmosphérique. De plus, 2 modes de variations du CO2 sont présentes pendant la période du MIS 6. Le maximum de dioxyde de carbone 6 (carbon dioxide maxima 6, CDM 6) suit le réchauffement rapide de l’hémisphère Nord de seulement 100±360 ans, alors que les retards pour les CDM 3 et 4 sont bien plus longs, 1 100±280 ans en moyenne. Ces deux modes de variation du CO2 pourraient être liés à un changement de mode de l’AMOC de la première partie du MIS 6 au MIS 6.5. Ces deux phénomènes sont aussi observés pendant la dernière période glaciaire. Cependant, les données disponibles permettent seulement une discussion exploratoire des mécanismes responsables de la variabilité du CO2 pendant MIS 6. Comme les conditions aux limites de la dernière période glaciaire ne peuvent pas être appliquées au MIS 6, des données supplémentaires et des études par modélisation du MIS 6 sont nécessaires. / The main objective of this thesis is to understand the millennial variability of atmospheric CO2 during the Marine Isotope Stage 6 (MIS 6), the penultimate glacial, period (185─135 kyr BP). During the early MIS 6 period (185-160 kyr BP), 6 millennial-scale climate oscillations can be observed in proxy records of Antarctic temperature, the bipolar see-saw phenomenon in the North Atlantic region, and Monsoon intensity in low latitudes. An intensified hydrological cycle and iceberg calving in the North Atlantic may have impacted on the Atlantic Meridional Overturning Circulation during MIS 6 (Margari et al., 2010). Atmospheric CO2 reconstructions from Antarctic ice cores can provide key information on how atmospheric CO2 concentrations are linked to millennial-scale climate changes. However, existing CO2 records from the Vostok ice core do not show the millennial variability due to the lack of suitable temporal resolution and precision. To understand atmospheric CO2 variability during MIS 6, a precision of less than 2 ppm is mandatory, because there is a possibility that we could observe small CO2 variability of less than 5 ppm during the smaller Antarctic isotope maxima events as observed during the last glacial period (Ahn and Brook, 2014; Bereiter et al., 2012).To investigate how atmospheric CO2 is related with climate change on millennial time scales during MIS 6, we reconstructed 150 samples of atmospheric CO2 data from the EPICA Dome C (EDC) ice core during the MIS 6 period (189.4─135.4 kyr BP). One minor and five major variabilities of atmospheric CO2 during the early MIS 6 period (189─160 kyr BP) were found. These variabilities are highly matched with Antarctic temperature. During the short stadials in the North Atlantic, atmospheric CO2 variations are negligible and decoupled with temperature variations in Dome C. During this period, the strength of upwelling in the southern ocean might not be sufficient to impact on atmospheric CO2. In addition, 2 modes of CO2 variations are present in the MIS 6 period. Carbon dioxide maxima (CDM) 6 lags abrupt warming in the Northern Hemisphere by only 100±360 yrs, while the lags for CDM 3 and 4 are much longer, 1,100±280 yrs on average. Theses 2 modes of CO2 variations might be related with a mode change of AMOC from the earliest MIS 6 to MIS 6.5. These two phenomena also are observed during the last glacial period. However, the limited available proxy data permit only an exploratory discussion of the mechanisms responsible for CO2 variability during MIS6. Because the boundary conditions of the last glacial period cannot be applied to MIS 6, additional proxy data and multiple modelling studies conducted during MIS 6 period are needed.

L’étude du cycle de l’eau est d’une importance cruciale pour toutes les sociétés et plus particulièrement pour celles du pourtour méditerranéen qui souffrent à la fois de sécheresses en été et d’inondations dues à des événements de précipitations extrêmes survenant en automne et en hiver. La température est l’un des principaux facteurs qui gouvernent l’intensité maximale des précipitations via la relation de Clausius-Clapeyron (CC). Cette loi exprime la quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir l’atmosphère à une température donnée. À l’aide de simulations climatiques régionales et d’observations, nous avons montré que les relations température-précipitations extrêmes du bassin méditerranéen présentent une forme en crochet avec une augmentation des précipitations extrêmes proche de CC aux basses températures puis une augmentation moins forte (voire une diminution) aux hautes températures. Présents en grande quantité sur le pourtour méditerranéen, les aérosols absorbent et réfléchissent une partie du rayonnement, ce qui contribue à refroidir les basses couches de l’atmosphère. Par leur action sur la température de surface, les aérosols réduisent les précipitations. L’étude de simulations numériques montre également une modification de la relation température-précipitations par les aérosols (leur effet sur les nuages) dans la région euro-méditerranéenne. En plus de faire baisser le contenu en vapeur d'eau disponible, les aérosols stabilisent l’atmosphère en refroidissant davantage les basses couches de l’atmosphère par rapport aux couches supérieures. On étudie souvent la relation température-précipitations d’un climat donné dans le but de prédire l’évolution des précipitations dans un climat futur plus chaud. Cependant cette extrapolation suppose que la relation entre la température et les précipitations ne change pas entre le climat présent et le climat futur, une hypothèse qui s’avère fragile au vu de la sensibilité de cette relation au contenu en aérosols de l’atmosphère, mais aussi au vu du changement de la disponibilité en vapeur d’eau dans un climat futur. Au cours de cette thèse, nous avons ainsi montré que pour plusieurs stations côtières les projections dans le futur de plusieurs modèles de climat régionaux suggèrent que les précipitations extrêmes devraient augmenter proportionnellement à l’augmentation des températures selon la loi de CC. Un phénomène que nous n’avons pas pu observer pour des régions plus isolées de la mer et où l’afflux de vapeur d’eau serait moindre. / The study of the water cycle is of crucial importance for all societies and more particularly for those around the Mediterranean which suffer both from droughts in summer and floods due to extreme precipitation events occurring in the autumn and in winter. Temperature is one of the main factors that govern the maximum intensity of precipitation through the Clausius-Clapeyron (CC) relationship. This law expresses the maximum amount of water vapor that the atmosphere can contain at a given temperature. Using regional climate simulations and observations, we have shown that the temperature-precipitation extremes relationships of the Mediterranean basin have a hooked shape with an increase in extreme precipitation near CC at low temperatures and then a smaller increase (or even a decrease) at higher temperatures. Aerosols, which are present in large quantities around the Mediterranean, absorb and reflect part of the radiation, helping to cool the lower layers of the atmosphere. By their action on the surface temperature, aerosols reduce precipitation. The study of numerical simulations also shows a modification of the temperature-precipitation relationship by aerosols (their effect on clouds) in the Euro-Mediterranean region. In addition to the lowering the available water vapor content, aerosols stabilize the atmosphere by further cooling the lower layers of the atmosphere relatively to the upper layers. The temperature-precipitation relationship of a given climate is often studied in order to predict precipitation trends in a warmer future climate. However, this extrapolation assumes that the relationship between temperature and precipitation does not change between the present climate and the future climate, a hypothesis which proves to be fragile when looking at the sensitivity of this relationship to the aerosol content of the atmosphere, but also in view of the change in the availability of water vapor in a future climate. In this thesis, we have shown that for several coastal stations, projections in the future of several regional climate models suggest that extreme precipitation should increase in proportion to the temperature increases according to CC law. A phenomenon that we have not been able to observe for more isolated areas from the sea and where the influx of water vapor would be reduced.

Cette thèse a pour objectif d'apporter un regard nouveau sur les principales caractéristiques physiques du Soleil. Avant le développement de l'astrophysique, l'étude d'un astre concernait surtout ses propriétés géométriques. La mesure précise du diamètre du Soleil a été entreprise dès l'antiquité et représente un des plus vieux problèmes en astrophysique. Une partie de cette thèse est consacrée à l'étude du diamètre solaire et de ses variations au cours du temps. Un des objectifs est de déterminer si le diamètre du Soleil varie en fonction de l'activité solaire. Les données acquises par les instruments de la mission PICARD ont été utilisées afin d'essayer de répondre à cette question. Cette thèse porte aussi sur la détermination absolue de l'aplatissement solaire et de ses variations au cours du cycle 24. Cette étude s'est basée sur l'exploitation des mesures acquises par deux télescopes spatiaux (PICARD/SODISM et SDO/HMI). Les mesures de l'aplatissement solaire sont importantes et permettent de valider les hypothèses physiques mises en œuvre dans les modèles du Soleil. Cette thèse consiste aussi à déterminer la valeur absolue de l'éclairement solaire total et de sa variabilité au cours du temps. L'éclairement solaire total représente une entrée essentielle pour tous les modèles climatiques. Sa détermination précise est donc fondamentale. La valeur absolue de l'éclairement solaire total a été obtenue à partir des mesures réalisées par le radiomètre PICARD/SOVAP. Le dernier chapitre de cette thèse est dédié à l'étude de l'éclairement solaire dans l'ultraviolet et de ses variations au cours du cycle 24. Cette étude s'appuie sur les mesures réalisées par le spectromètre SOLAR/SOSLPEC à bord de la station spatiale internationale. La variabilité du rayonnement ultraviolet au cours d'un cycle solaire (environ 10% à 200 nm) est beaucoup plus élevée que celle de l'éclairement solaire total (environ 0.1%). La détermination précise de la variabilité ultraviolet est donc très importante. Il est aussi de plus en plus évident que les variations de l'éclairement solaire dans l'ultraviolet jouent un rôle significatif au niveau de la chimie de l'atmosphère et du climat de la Terre. Les résultats obtenus au cours de cette thèse montrent l'intérêt de réaliser des mesures précises dans l'ultraviolet au cours d'un cycle solaire de 11 ans. / This thesis aims to highlight a new vision on the main physical characteristics of the Sun. Before the development of astrophysics, the study of a star mainly concerned its geometrical properties. The accurate measurement of the solar diameter was carried out since the antiquity and represents one of the oldest problems in astrophysics. Part of this thesis is devoted to the study of the solar diameter and its variation over time. One of the objectives is to determine whether the diameter of the Sun varies with the solar activity. Data acquired by the PICARD mission instruments were used to try to answer this question. This thesis also deals with the absolute determination of the solar oblateness and its variation during the cycle 24. This study was based on the use of the measurements acquired by two space-based telescopes (PICARD/SODISM and SDO/HMI). The solar oblateness measurements are important and allow to validate the physical hypotheses implemented in the solar models. This thesis also consists to determine the absolute value of the total solar irradiance and its variability over time. The total solar irradiance is an essential parameter for all climate models. Its accurate determination is therefore fundamental. The absolute value of the total solar irradiance was obtained from the measurements carried out by the PICARD/SOVAP radiometer during the solar cycle 24. The last chapter of this thesis is devoted to the study of the solar irradiance in the ultraviolet and its variation during the solar cycle 24. This study is based on the measurements carried out by the SOLAR/SOSLPEC spectrometer on board the International Space Station. The variations of the ultraviolet radiation during a solar cycle (10% at 200 nm for a strong solar cycle) are much higher than the variations of the total solar irradiance (0.1%). The accurate determination of the ultraviolet solar irradiance is therefore very important. It is also increasingly evident that the variations of the solar irradiance in the ultraviolet play a significant role in the chemistry of the Earth's atmosphere and climate. The results obtained during this thesis show the interests to perform accurate measurements in the ultraviolet during a solar cycle of about 11 years. Through this work, we bring a new perspective with respect to the absolute value of the main solar parameters.

La Frise du Nord est une région de la mer des Wadden située en Allemagne, à la frontière avec le Danemark. Depuis 1991 des agriculteurs et des habitants se sont associés pour acheter et gérer eux-mêmes des éoliennes. Ils ont nommé leurs entreprises « parcs éoliens citoyens ». Elles représentent en 2018, 90% de la capacité éolienne installée en Frise, soit près de 2000MW. Cette thèse est une enquête avec ce, celles et ceux qui ont fabriqué ce paysage énergétique. L’enquête est prise comme méthode pragmatiste qui veut que la solution émerge au fur et à mesure que le problème se précise. Ce faisant, la thèse parcourt, depuis 1975, 40 années de l’expérience des parcs éoliens, qui propose une vision renouvelée des liens entre projets d’énergie et changements climatiques. Ces paysages de l’éolien citoyen, pensés comme une expérience d’habiter le climat, sont tour à tour observés dans leurs dimensions sensible (intensités relationnelles à l’environnement), pratique (processus sociotechniques des montages de projet) et politique (structurations collectives entre citoyens et administrations pour résoudre un problème). La thèse en propose une reformulation pragmatiste et écologiste (John Dewey, Daniel Céfaï et Tim Ingold) comme la fabrique collective des paysages climatiques. Dans cette voie, la thèse explore la notion d’assemblée paysagère, comme forme de paysage, au sens politique inspiré des anciens Landschaften (Kenneth Olwig), pour décrire une figure capable de mener cette expérience, dans ses ancrages, ses montées en échelle et ses ouvertures, et d’en rendre compte. Ce dernier aspect est également discuté en termes d’opportunités démocratiques (Joëlle Zask) et de responsabilité relationnelle (Joan Tronto) pour questionner les manières d’appréhender les changements climatiques. / Northern Friesland is a region on the Wadden Sea shores in Germany, on the border with Denmark. Since 1991 farmers and locals have partnered to buy and manage wind turbines themselves. They named their companies "citizens wind parks". In 2018, they represent 90% of the installed wind capacity in Friesland, ie around 2000 MW. This thesis is an inquiry with those who made this energy landscape. The “inquiry” is here conceived as method stating that the solution emerges as the problem be-comes clearer. In doing so, the thesis scours from 1975, 40 years of experience with collectively developing and managing wind farms, an experience which suggests renewing our understanding of the relations between energy projects and climate change. Taken as an experience of dwelling the climate, these citizen wind landscapes are successively observed along their sensitive (relational intensities to the environment), practical (socio-technical processes of project set-ups) and political dimensions (collective structuring between citizens and administrations to solve a problem). The thesis proposes a pragmatist and ecologist reformulation (together with John Dewey, Daniel Céfaï and Tim Ingold) of this experience as the collective making of climatic landscapes. The thesis also puts forward the concept of landscape assembly, as a form of landscape, in the political sense inspired by the ancient Landschaften (Kenneth Olwig), to describe a plastic figure, heterogeneous and situated, capable of conducting this experience and of giving an account of it. This last aspect is also discussed in terms of democratic opportunities (Joëlle Zask) and relational responsibility (Joan Tronto) to question the ways of apprehending climate changes.

Ce mémoire de thèse s'intéresse à la production de prévisions hydrologiques probabilistes à court/moyen terme, dans un contexte impliquant plusieurs bassins aux débits plus ou moins corrélés. Notre cas d'étude réel concerne différents affluents du Haut-Rhône français. Le travail a été mené autour de la mise en place d'une chaîne de prévision combinant des approches ensemblistes, à savoir la prévision d'ensemble météorologique et le multi-modèle hydrologique, avec des méthodes de correction statistique. Les approches ensemblistes permettent de générer de manière dynamique une incertitude propre à chaque situation, tandis que les corrections statistiques, appliquées sur les prévisions météorologiques (pré-traitement) et/ou hydrologiques (post-traitement), sont nécessaires pour garantir la fiabilité.Chaque correction statistique, réalisée dans un cadre univarié, entraine la perte de la structure de dépendance spatiale et temporelle des prévisions. Nous nous sommes donc intéressés à son étape de reconstruction, en réalisant un diagnostic des méthodes existantes, notamment le Schaake shuffle et l'ECC. Des adaptations ont été proposées afin d'apporter une réponse aux limites constatées. Dans le cadre du pré-traitement, nous avons cherché à améliorer le conditionnement de la structure de dépendance à la situation météorologique. Pour le post-traitement, notre effort s'est porté sur le respect de l'autocorrélation des débits et le maintien de la fiabilité, notamment lors des phases problématiques de récession. La vérification des prévisions obtenues (météorologiques et hydrologiques) a été menée à l'aide d'outils univariés et multivariés, en portant une attention particulière à la fiabilité, grâce notamment au concept de stratification.Nous avons enfin étudié les interactions entre les différents maillons de notre chaîne de prévision, en comparant plusieurs scénarios où certains maillons seulement étaient activés. Cette expérience a permis de fournir des indications concrètes sur les priorités à mettre en œuvre lors du déploiement ou de l'amélioration d'une chaîne opérationnelle de prévision hydrologique probabiliste. / This dissertation adresses the production of short-to-medium range hydrological forecasts, in a context involving a number of basins with correlated streamflows. Our case study, based on real data, includes several tributaries of the upper Rhone river in France. Work has been conducted on implementing a forecasting chain that combines ensemble approaches, namely meteorological ensemble forecasting and hydrological multi-model, with statistical correction methods. Ensemble methods are able to dynamically generate an uncertainty that is case-specific, while statistical corrections, which are applied to meteorological (pre-processing) and/or hydrological (post-processing) forecasts, are needed to ensure forecast calibration.Each statistical correction, performed in a univariate framework, induces the loss of the spatial and temporal dependence structure of the forecasts. We were therefore interested in reconstructing such structure, first by making a diagnosic study of existing methods, notably the Schaake shuffle and ECC. Adaptations were proposed in order to address the identified caveats. For pre-processing, we aimed at improving the conditioning of the dependence structure on the meteorological situation. For post-processing, our effort focused on ensuring that streamflow forecasts respect the autocorrélation charateristics and preserve a good calibration, especially during the recession phases, which are problematic. Verification of the so-obtained (meteorological and/or hydrological) forecasts was conducted using univariate and multivariate tools, paying particular attention to the forecast calibration, thanks to the concept of stratification.Finally, we studied the interactions between the different modules of our forecasting chain, by comparing scenarios where only some of the modules were activated. This experiment allowed us to provide guidelines relative to the implementation or the upgrade of an operational probabilistic streamflow forecasting chain.

Dans la zone intertropicale, les précipitations sont le principal marqueur climatique saisonnier et déterminent très largement l’hydrologie de surface et de nombreuses activités anthropiques. Le bassin amazonien est caractérisé par divers régimes régionaux de précipitations, dont la variabilité spatiale et temporelle est forte. De nombreux travaux ont montré que cette variabilité est liée à des forçages externes de large échelle, comme les températures de surface de l’océan. L’étude des précipitations dans cette région porte le plus souvent sur les tendances ou les extrêmes pluviométriques. En revanche, la détection d’années similaires constituant des sous-régimes régionaux et leur lien avec une configuration océano-atmosphérique particulière a été, jusqu’à présent, peu abordée. L’objectif principal de cette thèse est ainsi de créer une typologie des sous-régimes de précipitations régionaux dans le bassin amazonien et de les mettre en relation avec le contexte océano-atmosphérique pouvant en partie les expliquer. Dans ce but, des données issues de 205 pluviomètres répartis sur 5 pays du Bassin Amazonien ont été sélectionnées et soumises à une série de tests statistiques et de reconstruction. Cette thèse utilise également des données de nébulosité (Outgoing Longwave Radiation), de flux d’humidité et de température de surface de l’océan ainsi que des données satellitaires (TRMM3B42 version 7) qui permettent de compléter les informations sur la variabilité spatiale des pluies.Au sein de chacune des sept régions amazoniennes déterminées dans ce travail, deux à quatre sous-régimes de précipitations ont été détectés. Parmi les vingt-six sous-régimes, vingt sont associés à des anomalies de circulation des flux d’humidité et de température de surface des océans. Les sous-régimes de pluies de la moitié nord et les Andes de l’ouest du bassin sont le plus liés à des anomalies océaniques. De plus, comme cela est régulièrement décrit, des déficits ou excédents correspondent souvent à des phases El Niño ou La Niña, mais cette thèse met également en évidence le rôle important de l’Atlantique, en particulier sud, sur le déplacement de la ZCIT et sur les flux d’humidité ; et elle souligne également le lien entre la temporalité des événements océaniques et celle des anomalies de pluies.Le produit TRMM 3B42 V7 permet d’aller plus loin dans l’analyse de la variabilité spatiale intra-régionale des pluies de la région Nord-est du bassin amazonien et de relativiser la cohérence spatiale des sous-régimes de précipitations de cette région. / Precipitations are the main seasonal climate marker between the tropics and largely determine surface hydrolosy as well as many anthropogenic activities. The Amazon Basin is characterized by various regional rainfall patterns, whose spatial and temporal variability is high. Numerous studies have shown that this variability is related to large scale external forcing, such as sea surface temperatures. The analysis of precipitation in this region is generally related to trends or extreme of rainfall. However, the detection of similar years associated with regional sub-regimes and the analysis of their links with a specific ocean-atmosphere configuration has only been fewly addressed until now. The main objective of this thesis is to create a typology of regional precipitation sub-régimes in the Amazon Basin and to link them to ocean-atmosphere areas able to partly explain them. For that purpose data from 205 raingauges in 5 countries of the Amazon Basin were selected and submitted to a series of statistical tests and reconstruction. Outgoing longwave radiation, specific humidity, sea surface temperature, as well as satellite data (TRMM 3B42 version 7) were also used with the aim of improving the understanding of the spatial rainfall variability.Within each of the seven Amazon regions identified in this work, two to four precipitation sub-regimes were detected. Among the twenty six sub-regimes, twenty are associated with specific humidity and sea surface temperature anomalies. The precipitation sub-regimes of the northern half and the westernmost Andes of the Amazon Basin are most closely related to oceanic anomalies. Moreover, as previously described in the literature, reduction or surplus of rain often correspond to El Niño or La Niña phases, but this thesis also highlights the important role of the Atlantic, more specifically the southern part, on the move of the ITZC and on specific humidity. This work also stresses the link between the temporality of ocean events anomalies and rainfall anomalies.The TRMM 3B42 v7 product allows to enhance the analysis of the spatial variability of rainfall at the intra-regional scale of the North region of the Amazon Basin and to relativize the spatial coherence of its precipitation sub-regimes.

Les modèles de surface continentale (Land Surface Models, LSM) ont été développés pour calculer les bilans d'eau et d'énergie à la surface des continents dans les modèles de climat, ou modèles de circulation générale. Depuis le simple « bucket » de Manabe (1969), la représentation des processus hydrologiques dans les LSM n'a cessé d'évoluer, si bien que les LSM de dernière génération sont employés comme des modèles hydrologiques à part entière. Le travail effectué au cours de cette thèse vise à évaluer les paramétrisations hydrologiques d'un LSM de ce type, le Catchment LSM (CLSM), qui utilise l'information topographique pour calculer le ruissellement de surface et le flux souterrain, ainsi que la variabilité sous-maille de l'humidité du sol. Pour cela, nous présentons trois applications de CLSM :<br><br>– une application au bassin de la Somme (France) qui a permis d'améliorer la prise en compte des écoulements souterrains,<br>– une application à la moraine du Glacier Zongo (Bolivie) pour analyser la relation entre l'albedo et l'humidité du sol nu,<br>– une application dans le cadre du projet ALMIP (Afrique de l'Ouest) pour l'intercomparaison régionale de LSM.<br><br>La diversité de ces contextes jette un éclairage varié sur les forces et les faiblesses de CLSM, et offre la possibilité de mieux appréhender les interactions complexes qui gouvernent les échanges d'eau et d'énergie à la surface des continents. On montre l'importance de considérer l'intégralité du domaine souterrain, depuis les premiers centimètres du sol jusqu'aux aquifères.

Dans l'optique de faire de la coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, un outil de reconstruction environnementale, une approche liant la biologie, l'écologie et la biogéochimie a été développée. Dans un premier temps, l'étude des anomalies de croissance coquillière de la coquille Saint Jacques nous a permis de révéler des dysfonctionnements de la production primaire. En effet, ces anomalies sont associées à des efflorescences de diatomées carencées en certains éléments nutritifs (acide orthosilicique et/ou phosphates), et dont les propriétés qualitatives sont modifiées (agrégation). La mesure du δ15N et du δ13C dans les tissus de P. maximus et l'application des facteurs de fractionnement moyens admis dans la littérature, montrent que le phytoplancton n'est pas une ressource trophique majoritaire. Deux hypothèses principales découlent de cette observation 1) le phytoplancton constitue une source minoritaire de nourriture 2) les facteurs de fractionnement utilisés ne sont pas valables. D'autre part, les variations saisonnières du δ15N et δ13C ont pu être mises en relation avec les différentes priorités d'allocation d'énergie de cet organisme. Ce résultat ouvre des perspectives quant à l'utilisation de ces rapports isotopiques en tant qu'outils écophysiologiques. Les variations de δ18Ocalcite permettent de tracer l'évolution saisonnière de la température à ± 0,7°C. Le δ13C de la calcite décroît au cours de l'année et au cours de la vie des individus, il semble être contrôlé par des processus biologiques. Le δ13C pourrait devenir un outil d'étude du métabolisme des coquilles Saint-Jacques. Enfin, le développement méthodologique du système LA-ICP-MS permet l'obtention de profils d'éléments traces à une échelle journalière (Mg/Ca, Mn/Ca, Ba/Ca, Sr/Ca et Pb/Ca). Ces rapports semblent cependant être influencés par plusieurs facteurs environnementaux et/ou métaboliques. Des études supplémentaires sont nécessaires pour calibrer ces proxy élémentaires.

La circulation thermohaline (THC) influe fortement sur le climat de l'Atlantique Nord. Le réchauffement climatique causé par les émissions anthropiques de CO2 risque d'altérer cette circulation océanique et donc le climat. Dans cette thèse nous proposons d'évaluer ce risque et de comprendre l'impact climatique de la THC dans le futur grâce au modèle couplé tridimensionnel océan-atmosphère-glace-de-mer-surface-terrestre IPSL-CM4. Dans un premier temps nous avons fait un tour d'horizon des principales théories et connaissances concernant la THC. Nous avons ensuite validé la pertinence d'IPSL-CM4 pour mener notre étude. Le rôle du sel est apparu primordial pour la dynamique de la THC. Nous avons ensuite mis en évidence la sensibilité de la THC au forçage global en eau douce de l'océan. Les différentes sensibilités des sites de convection de l'Atlantique Nord, liées principalement au processus de transport de sel, ont ainsi été mises en lumière dans IPSL-CM4. Nous nous sommes ensuite tourné vers l'analyse de simulations scénarios pour les siècles à venir. Il est apparu une diminution signicative de la THC dans ces simulations, qui est fortement ampliée si la fonte du Groenland est prise en compte. L'analyse de divers scénarios prenant en compte ou non cette fonte des glaciers a aussi permis d'isoler de manière originale le rôle joué par les rétroactions de la THC. En dernier lieu, l'effet de la THC sur le climat a été quantié dans IPSL-CM4 et apparaît être plus faible que le réchauffement climatique, même localement sur l'Europe. L'explication des mécanismes d'inuence de la THC sur le climat a aussi été clariée. L'impact de la THC sur le stockage de carbone dans l'océan a enn été évalué, et apparaît être très faible sur 140 ans. Tout ceci permet d'appréhender le rôle de la THC pour le climat et de son devenir dans le futur.

La cryosphère a un rôle essentiel dans le système climatique entre autre parce qu'elle réfléchit une fraction importante de l'énergie solaire parvenant à la surface de la Terre et qu'elle contient une grande quantité d'eau douce sous forme solide. Du fait de la grande sensibilité de la cryosphère aux variables climatiques comme la température et les précipitations, les différents éléments de la cryosphère, tels que la calotte polaire Antarctique et la neige saisonnière dans les régions subarctiques, sont des indicateurs du changement climatique global. Toutefois, nos connaissances des régions polaires restent limitées par un manque d'observation in situ qui s'explique par l'isolement de ces régions et les conditions météorologiques difficiles. L'analyse de ces observations éparses peut être renforcée grâce à la télédétection spatiale et ainsi réduire les incertitudes sur les tendances climatiques observées aux hautes latitudes. En effet, la télédétection permet des observations continues et à grande échelle des régions polaires et subpolaires. <br /> La télédétection passive, en particulier dans le domaine spectral des micro-ondes, est adaptée à l'interprétation et au suivi des propriétés physiques du manteau neigeux. Effectivement, le rayonnement micro-onde émane du sol ou du manteau neigeux lui-même, puis se propage jusqu'à la surface. Ainsi, le rayonnement émergeant contient de l'information sur les variations verticales des propriétés de la neige, telles que la température ou les propriétés de microstructure (taille de grains et densité). Ces trois propriétés de la neige déterminent l'émission micro-onde d'un manteau sec. Lorsqu'il est humide, la teneur en eau liquide devient par contre la propriété dominant l'émission. Les évolutions temporelles et les variations verticales de ces différentes propriétés sont définies par la métamorphose. Leur lien avec l'émission micro-onde est considéré dans le transfert radiatif. <br /><br /> Cette thèse a pour objectif d'expliquer l'émission micro-onde de la neige par voie de modélisation afin de comprendre l'évolution des principales propriétés physiques de la neige. Le transfert radiatif dans la neige a été calculé avec les modèles multicouches Microwave Emission Model of Layered Snowpacks (MEMLS) et MultiLayered Dense Media Radiative Transfer (DMRT-ML), s'appuyant sur des approches respectivement semi-empirique et théorique. Les profils stratigraphiques de la neige utilisés en entrée ont été mesurés, estimés de façon aléatoire, modélisés avec une relation simple de la métamorphose ou avec le modèle d'évolution thermodynamique de la neige Crocus. <br /><br /> Ces modèles et approches ont été appliqués sur deux types de manteau neigeux, permanent en Antarctique et saisonnier au Québec. Dans le premier cas, l'évolution temporelle de la température de brillance a été modélisée localement, à Dôme C, à partir de mesures in situ des propriétés de la neige. Dans cette approche, l'émissivité est modélisée à partir de mesures et reste par conséquent applicable localement. Pour modéliser l'émissivité à l'échelle de l'Antarctique, différents profils synthétiques de taille de grains et de densité ont été testés. Dans tous les cas, la variation verticale de la taille de grains est apparue déterminante pour prévoir l'émissivité en polarisation verticale. Cette sensibilité a été exploitée pour estimer à l'échelle du continent cette variable glaciologique importante. Le profil de densité et les propriétés de surface déterminent quant à eux l'écart entre les polarisations verticale et horizontale. <br />L'émission micro-onde d'un manteau saisonnier au Québec a également été abordée. La spécificité de l'étude est de prévoir l'évolution temporelle de la température de brillance avec un modèle d'évolution thermodynamique de la neige couplé à un modèle de transfert radiatif micro-onde, ici Crocus-MEMLS. Cette approche a permis d'interpréter finement l'évolution temporelle des températures de brillance mesurées avec un radiomètre au sol et de mettre en doute certaines relations physiques du modèle Crocus. Les résultats ont mis en évidence la complexité du signal micro-onde pour des manteaux évoluant rapidement à des températures proches du point de fusion.