Ce travail consiste en une analyse paléontologique, archéozoologique et taphonomique des lapins de six sites de l'Europe méditerranéenne datant du Pléistocène moyen supérieur : Terra- Amata, Orgnac 3, Baume Bonne, Lazaret, Zafarraya, Arma delle Manie. L'étude paléontologique des lapins de ces sites et la confrontation de nos données avec ceux d'autres populations fossiles, nous ont amenés, à l'instar des résultats récents sur les populations actuelles des lapins, à délaisser la subdivision des cortèges fossiles en sous-espèces et opter pour la distinction de deux populations, l'une de grande taille et l'autre de petites taille. La variation cyclique de la taille que nous avons mise en évidence lors de l'étude paléontologique, est peut être liée aux variations climatiques enregistrées au cours de ces périodes du Quaternaire. L'étude de la relation entre la taille des lapins et certains facteurs climatiques (température, précipitations et gel) estimés par la méthode de " Semi-quantification des paléoclimats ", montre une forte corrélation entre la taille des lapins et les précipitations. Cette relation a également était observée chez les lapins actuels. L'étude archéozoologique des lapins de, Terra-Amata, Orgnac 3, Baume Bonne, Lazaret, Zafarraya, Arma delle Manie, montre qu'avant le Paléolithique supérieur, la consommation humaine des léporidés est très sommaire. Cette consommation à était mise en évidence dans les sites du Paléolithique inférieur de Terra-Amata, d'Orgnac 3 et du Lazaret. L'étude taphonomique détaillé de ces cinq populations met le plus souvent en évidence une origine mixte des ces accumulations : aussi bien les rapaces que les carnivores ont contribué à la formation de ces assemblages fossiles de lapins.

Dans un contexte de réchauffement climatique où un été sur deux pourrait être similaire à l'été 2003, plusieurs études ont mis en lumière l'importance de la sécheresse et du couplage surface-atmosphère dans l'amplification et le maintien des fortes températures lors d'une canicule. Au cours de cette thèse j'ai développé une nouvelle méthode de classification des canicules d'après leurs structures spatiales dans la zone Euro-Méditerranée. Les méthodes de classification, généralement conçues pour classer un grand nombre d'évènements, ont été adaptés aux évènements rares en introduisant trois critères portant sur la température et l'extension spatio-temporelle de la vague de chaleur. Cette méthode a permis d'extraire six classes distinctes de canicules. Mon analyse de processus s'est focalisé par la suite sur l'une de ces classes localisé en Europe de l'ouest. Un ensemble d'expérinces numériques de sensibilité a permis de mettre en évidence la contribution du déficit hydrique du sol sur l'amplitude des canicules. Différents comportements sont observés, en plaine la température dans la couche limite atmosphérique est largement contrôlé par la convection à l'échelle locale. Sur les zones côtières et montagneuses, les circulations de méso-échelle de type vent de pente et brises de mer contribuent à atténuer considérablement la canicule en favorisant l'advection d'air frais et humide et la formation de précipitations. L'effet de la végétation sur l'amplitude des canicules a par la suite été analysé. Pour ce faire, j'ai développé des outils de modélisation couplant dynamique atmosphérique et dynamique de la végétation qui ont permis de mieux comprendre les processus de conditionnement des canicules et sécheresses en Europe de l'ouest. Ce développement s'inscrivait dans un cadre plus large de mise en place d'un modèle du système climatique régional entrepris à l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) au sein du projet MORCE-MED. Ce volet de ma thèse est le plus original car peu exploré dans la littérature. De par ces outils j'ai pu tout d'abord montré qu'inclure une végétation interactive dans un modèle atmosphérique régional permettait de simuler les modifications du cycle phénologique qui contrôle le développement de la végétation et l'évapotranspiration. Appliquée aux canicules de juin et août 2003, j'ai montré que la prise en compte d'une végétation interactive atténuait l'amplitude de la canicule de juin et accentuait celle d'août. Enfin, dans un contexte plus applicatif, j'ai évalué l'effet d'un changement d'usage des sols pouvant permettre d'atténuer les effets de ces canicules sur l'homme. Dans une démarche préliminaire, j'ai remplacé les surfaces anthropisées (essentiellement surfaces agricoles) par des forêts et prairies. Là aussi, les effets constatés ont été plus contrastés qu'anticipées, avec une atténuation de la canicule de juin et une accentuation de la canicule d'août avec une variabilité spatiale forte à méso-échelle.

Le changement climatique en cours et à venir, qui se traduit au Canada comme dans la plupart des régions du monde par un climat plus chaud, peut être parfois amplifié en fonction des conditions de surface et notamment dans les zones urbanisées durant la saison estivale. Compte tenu que la moitié de l'humanité vit désormais en ville, l'urbanisation est un enjeu dans le réchauffement global. La grande métropole de Montréal au sud du Québec est une région soumise à une urbanisation propice à la formation d'îlots de chaleur urbains (ICU) qui ont une influence sur le climat régional. La présente étude analyse durant des périodes estivales l'évolution du comportement thermique de Montréal au cours des 20 dernières années (1984-2005), afin d'en dresser le bilan à l'aide d'une série d'images satellites Landsat 5 TM. Suite au traitement de dix images Landsat 5, la localisation et l'amplitude des ICU sur le territoire ont été établies. Les secteurs fortement minéralisés et/ou végétalisés ont été identifiés en explorant la relation entre les températures de surface et l'indice de végétation Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Ainsi on a pu constater que certaines municipalités et/ou arrondissements (ou portions du territoire) présentent des bilans thermiques de surface forts différents. Certains ont vu leur couvert végétal disparaître peu à peu à l'instar de nouvelles constructions, faisant croître la superficie au sol et l'intensité des ICU. D'autres ont en revanche concilié urbanisme et environnement en maintenant les espaces verts, ce qui a limité voire diminué la chaleur à certains endroits. Les résultats montrent aussi que les îlots de chaleur se sont amplifiés au cours des décennies quelque soit le mois ou l'année, en particulier dans la moitié sud-ouest de l'île de Montréal. Ce comportement thermique résulte donc d'une distribution des surfaces végétalisées versus non (ou peu) végétalisées. Dans cette recherche nous démontrons que la corrélation entre ces températures de surface et le NDVI est très forte avec un gradiant allant de températures fraiches pour les zones vertes vers des valeurs beaucoup plus chaudes pour les secteurs minéralisés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Îlot de chaleur urbain, Télédétection, Infrarouge thermique, Comportement thermique, Indice de végétation NDVI, Analyse en composante principale.

Le secteur de l'énergie occupe une place prédominante dans l'économie du Québec avec plus de 96% de l'électricité consommée qui provient des centrales hydroélectriques d'Hydro-Québec. Dans un contexte de changement climatique, toutes informations concernant le changement des caractéristiques des débits de rivière sont importantes pour la gestion et la planification future de l'opération des centrales et des réservoirs de stockage. Dans la présente étude, l'objectif principal est d'estimer les niveaux de retour des débits de crue et de quantifier le changement de l'intensité de ceux-ci dans le futur dans un contexte de changement climatique. Les changements appréhendés des niveaux de retour de 5, 10, 30, et 50 ans sont ainsi estimés à l'aide des simulations du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC). Cette analyse est faite pour les débits de crue de 21 bassins versant couvrant la majorité du Québec à l'aide de l'approche d'analyse de fréquence régionale (RFA). Les flux de ruissellement d'un ensemble de dix membres du MRCC, dont cinq simulent la période de référence 1970-1999 et les cinq autres sont les simulations correspondantes pour la période future de 2041-2070, sont utilisés dans cette étude pour alimenter un schéma de routage WATROUTE (modifié). En plus du calcul des changements appréhendés et de la détermination des résultats statistiquement significatifs, une tentative est faite pour identifier le niveau de confiance du signal de changement climatique pour les différents bassins versant à l'étude. Malgré la différence entre les paires de simulations pour certains bassins, la moyenne d'ensemble des changements appréhendés montre une augmentation des niveaux de retour des débits de crue pour la plupart des bassins du domaine. En particulier, le changement des événements extrêmes associés aux périodes de retour de 5 et 10 ans (en comparaison avec les périodes de retour de 30 et 50 ans) est trouvé plus souvent statistiquement significatif pour les bassins nordiques en comparaison avec les autres. Aussi, la confiance des changements appréhendés pour les différents niveaux de retour semble être plus élevée pour ces bassins nordiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : changement climatique, débit de crue, régions homogènes, Québec, modélisation régionale du climat, analyse de fréquence régionale

L'étude du climat implique nécessairement la collecte et le traitement d'une grande quantité de données obtenues par l'analyse d'archives climatiques telle que les carottes de glace. Dans ce contexte, ce travail présente le plus long enregistrement jamais obtenu d'éléments crustaux, métaux, métalloïdes, terres rares, mercure et isotopes du plomb. Cet enregistrement a été possible grâce à un forage récent réalisé en Antarctique de l'Est permettant d'obtenir une carotte de glace profonde (EPICA/Dome C, 3270 m). Ces éléments ont été étudiés dans de nombreuses sections de la carotte de glace EPICA/Dome C de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours. <br /><br />L'analyse d'éléments crustaux, métaux, métalloïdes, terres rares, mercure ont été réalisées grâce à un spectromètre de masse à secteur magnétique couplé à un plasma induit. La caractérisation des isotopes du plomb et l'analyses de methylmercure et mercure inorganique ont quant à elles étaient rendues possible par l'utilisation d'un spectromètre de masse à ionisation thermique et d'un spectromètre de masse à temps de vol couplé à un plasma induit. Ces analyses ont toutes été effectuées en salle blanche. <br /><br />L'étude des éléments crustaux (V, Cr, Mn, Fe, Co, Rb, Ba et U) a permis de quantifier les variations naturelles des flux de ces éléments dans les glaces de l'Antarctique de l'Est de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours. On a remarqué de fortes variations naturelles de concentration et de flux au cours de ces 6 cycles climatiques, avec des flux de retombées plus faibles pendant les périodes chaudes (interglaciaires) et des flux plus fort pendant les périodes froides (maxima glaciaires). De plus, ces apports augmentent brutalement en Antarctique de l'Est quand δD ≤ - 430‰. <br /><br />Pour la première fois, les terres rares ont pu être analysées dans une carotte de glace profonde. Les variations temporelles et la provenance des terres rares, d'origine crustale, dans l'Antarctique de l'Est ont été étudiées de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours. Ainsi, l'origine géographique des éléments crustaux pendant les périodes glaciaires et interglaciaires a été précisée grâce à la comparaison de données de terres rares obtenues dans la carotte EPICA/Dome C et celles provenant de régions potentielles d'origine des aérosols de l'hémisphère austral. L'Australie et la province de Córdoba apparaissent comme étant les sources dominantes à part égales sur le plateau de l'Antarctique de l'Est au cours des maxima glaciaires peu prononcés (MIS 12.2, 12.4 et 14.2). Différemment, les maxima glaciaires plus prononcés (MIS 8.2, MIS 10.2, 10.4 et16.2) montrent des ratios différents : ces éléments crustaux proviennent à 80-90% de la région de Cordoba et à 20-10% de l'Australie. Pendant les périodes interglaciaires, l'Amerique du Sud (Argentine du Sud, Argentine Centrale, et peut-être la Patagonie), les montagnes Transantarctiques (glacier Koettkitz) et l'Australie apparaissent comme étant les sources dominantes au Dome C. <br /><br />Les concentrations des métaux et des métalloïdes ont été mesurées de 263 à 671 ka BP afin d'examiner la variabilité à long-terme de ces éléments, d'évaluer les contributions de sources naturelles et les modes de transport. De fortes variations naturelles de concentration et de flux au cours de ces 6 cycles climatiques ont été observées, avec des flux de retombées plus faibles pendant les périodes chaudes (interglaciaires) et des flux plus fort pendant les périodes froides (maxima glaciaires). Cependant, certains métaux varient plus que d'autres. En particulier, l'approche isotopique du plomb apporte une contribution importante dans l'interprétation des variations de compositions de poussières d'origine crustale en Antarctique.<br /><br />Finalement, pour la première fois, le mercure total, le methylmercure et le mercure inorganique ont été mesurés dans une carotte de glace profonde. Cette analyse montre des concentrations qui varient considérablement au cours des derniers 671 000 ans, avec de faibles valeurs pendant les interglaciaires et de fortes valeurs pendant les périodes les plus froides. L'analyse de ces éléments a permis de déterminer les variations en paleoproductivité océanique et de mieux comprendre les procédés de dépôts de mercure au cours des derniers 671 000 ans.

La neige est un milieu familier et extrêmement complexe. La métamorphose des grains de neige fait évoluer fortement ses propriétés thermiques et mécaniques. A plus grande échelle, elle est un facteur important du climat (fort albédo, isolant thermique, réserve d'eau temporaire), elle modifie le cycle hydrologique. En région de montagne son évolution est responsable du déclenchement des avalanches. Elle influence aussi la répartition de la faune et de la flore en montagne. Le tourisme hivernal dans ces mêmes zones en dépend.<br /><br />Les travaux présentés ici, effectués principalement au Centre d'études de la neige à Grenoble, peuvent être divisés en trois parties. La première partie a eu pour objet la validation et l'utilisation du modèle de neige détaillé CROCUS pour des applications variées. Il s'agissait tout d'abord de valider le modèle sur un site bien instrumenté (le laboratoire du Col de Porte). Le problème des flux turbulents a dû être traité pour trouver une paramétrisation adéquate. Grâce à la disponibilité de l'outil d'analyse météorologique SAFRAN, des validations du système couplé SAFRAN-CROCUS à l'échelle des Alpes et des Pyrénées ont été effectuées. La suite des travaux sur ce thème a porté sur la comparaison avec d'autres schémas de neige dans le cadre de comparaisons internationales (PILPS 2(d), GSWP, SnowMIP, ...).<br /><br />La deuxième partie est consacrée aux études dans le domaine du climat. Le fil conducteur de ce thème a été le lien entre le manteau neigeux et le climat. Il a été abordé tout d'abord sur les Alpes et les Pyrénées, avec des tests de sensibilité à des variations des paramètres météorologiques et le développement de techniques de régionalisation adaptées. Des applications à d'autres zones ont été réalisées, tout d'abord avec le couplage expérimental CROCUS-ARPEGE, et l'utilisation de CROCUS (en mode forcé) en conditions polaires.<br /><br />Le troisième axe des travaux a été constitué par les applications hydrologiques. Le cadrage général de ces travaux de recherche menée a été donné par le projet GEWEX-Rhône. La première action de recherche dans ce cadre a consisté en l'étude détaillée d'un petit bassin versant de haute-montagne, le bassin versant de Sarennes. Ce projet a permis une discussion sur le rôle de la neige dans les crues. Puis, dans le cadre du projet général GEWEX-Rhône, c'est la modélisation du manteau neigeux, la sensibilité à la résolution et l'impact hydrologique du changement climatique qui ont été abordés. On évoquera enfin les perspectives possibles de ces travaux, en particulier sur les applications à l'hydrologie et la prévision des débits sur les principales rivières françaises.

Des aspects variés de la modélisation de l'écoulement glaciaire sont abordés. <br />Le modèle de Le Meur et Vincent (2003) est utilisé à plusieurs reprises. Plusieurs améliorations sont effectuées (conservation de la masse, traitement des épaisseurs négatives, traitement de la glace située en amont de la rimaye).<br />Sur le glacier de St. Sorlin (France) une comparaison entre le champ de bilan issu des mesures et celui issu d'un modèle est effectuée. Le comportement du glacier sous un scénario climatique futur est prédit.<br />Une intercomparaison entre différents types de modèles est effectuée avec pour objectif la détermination du type de modèle le plus approprié en fonction du type de glacier. Les modèles testés sont le modèle SIA de Le Meur et Vincent (2003), le modèle SIA et le modèle d'ordre supérieur de Pattyn (2003) et un modèle Full Stokes (Elmer). Des géométries synthétiques sont utilisées ainsi qu'un cas réel. Les tests synthétiques montrent les limites de l'applicabilité de la SIA. Par contre, une comparaison rapide montre le gain considérable en temps CPU. D'un autre côté, l'augmentation du coût en terme de temps CPU ne s'avère pas très importante lors du passage d'un modèle d'ordre supérieur à un modèle Full Stokes.<br />Les simulations effectuées sur le glacier de St. Sorlin donnent un aperçu des limites de la validité de la SIA sur ce glacier. Même si elle reproduit globalement l'évolution observée du glacier, elle ne reproduit pas correctement le champ de vitesse ni certaines structures de la géométrie.<br />Les simulations sont comparées avec les observations pour la position du front et les vitesses de surface. <br />Un dernier chapitre est consacré au glacier Cotopaxi (Andes).

Cette étude utilise une approche multidisciplinaire à dominante géochimique, avec plusieurs objectifs : 1) mieux comprendre les processus géochimiques au cours du cycle de genèse des formations sédimentaires (érosion-transport-accumulation) pour des stages précoces de l'évolution d'un bassin de rift : 2) reconstruire les environnements caractérisant ces deux régions du Rift Est-africain au cours du Pélistocène et de l'Holocène et 3) définir des critères sédimentologiques et géochimiques permettant de discriminer l'activité tectonique et les changements climatiques au cours de l'évolution de ces deux bassins du rift. Les deux bassins considérés comme illustrant deux stages précoces successifs de l'ouverture d'un bassin de rift, sont : 1) le Bassin de Makgadikgadi-Okavango-Zambeze (MOZ), situé dans la région nord-ouest du Botswana et 2) le Bassin de Mpulungu, qui constitue l'extrémité sud-est du Bassin du Lac Tanganyika (Tanzanie et Zambie). L'étude géochimique des sédiments et des eaux du Bassin de l'Okavango a révélé la présence anormale d'arsenic dans les eaux souterraines du delta résultant de la dissolution sous conditions réductrices dans les sédiments. La présence de l'arsenic dans les sédiments est liée aux argiles riches en matière organique déposés dans les conditions lacustres résultant de périodes à pluviométrie plus importante qu'aujourd'hui et du barrage des écoulements de la rivière de l'Okavango apr la faille de Thamalakane. Les données géochimiques ont été utilisées comme marqueur deschangements du climat dans le bassin de Mpulungu. Les sédiments révèlent une excursion remarquable qui coïncide avec le Younger Dryas. Cet événement environnemental apparaît comme le plus important dans la région sud du lac Tanganyika pour la période 23-3 ka, caractérisée par un apport de matériel altéré dans le bassin, suite à une modification importante du couvert végétal.

Le Modèle Atmosphérique Régional (MAR, dx=40 km) est mis en œuvre sur l'Afrique de l'Ouest pour souligner la sensibilité du régime pluviométrique et de la dynamique simulée à la température de surface océanique du Golf de Guinée durant l'année sèche 1984. Cette influence est très marquée au sud de 12°N. Au-delà, il semble que les précipitations soient plus influencées par les interactions avec la surface continentale et les structures synoptiques. La zone Sahélienne apparaît donc pertinente pour étudier le couplage entre la surface continentale et l'atmosphère. Ainsi, une architecture originale fondée sur l'utilisation des codes patrimoines permettant modularité, portabilité, extensibilité et interopérabilité a été développé et utilisé en premier lieu en mode forcé de l'atmosphère vers le bassin versant de la Sirba (39000 km2) modélisé par le modèle hydrologique ABC (dx~1.8 km). Un algorithme de désagrégation des pluies convectives basé sur la prise en compte de plusieurs maximums convectifs pour un même évènement a ainsi été testé avec succès. La prépondérance de la sensibilité de l'échantillonnage temporel sur le spatial est ainsi soulignée.<br />Enfin, une expérience de couplage entre les modèles MAR et ABC interfacés à l'aide de modèles SVAT (Surface Vegetation Atmosphere Transfer) est réalisée sur le bassin de la Sirba.<br />La haute résolution du SVAT sur la Sirba entraîne alors des modifications dans le traitement des flux, de la température de surface, et dans le bilan en eau. La partie hydrologique montre, pour sa part, sa capacité à moduler les variations apportées par le SVAT haute résolution en modifiant le bilan en eau et par là même l'albedo et le bilan d'énergie.

Les glaces polaires, en plus d'améliorer notre compréhension du climat, donnent accès aux retombées de béryllium-10 (10Be), isotope d'origine cosmogénique formé par l'interaction du rayonnement cosmique et des hautes couches de l'atmosphère. Son taux de production dépend de l'intensité du rayonnement cosmique primaire, qui est modulé par l'activité solaire et le champ magnétique terrestre. Le 10Be contient donc des informations sur ces deux paramètres. Il a permis, entre autres, l'amélioration des chronologies des carottes de glace grâce à des marqueurs stratigraphiques absolus liés à des évènements remarquables du champ géomagnétique comme l'excursion de Laschamp ou l'inversion de Brunhes-Matuyama.EPICA Dome C (75° 06' S, 123° 21' E) est une carotte de glace de 3270 m de long forée en Antarctique Est. Elle offre un enregistrement climatique complet durant les 800 000 dernières années (kyr BP). Dans le cadre de cette thèse, 2200 échantillons de 10Be ont été mesurés entre 2384 m (269 kyr BP) et 2627 m (355 kyr BP) de profondeur. Cette séquence continue offre, d'une part, la possibilité d'étudier l'activité solaire durant la période interglaciaire du Stade Isotopique Marin (MIS) 9.3, où la résolution atteint ~20 ans. Nos résultats contrastent avec ceux durant l'Holocène, avec l'absence remarquée du cycle de de Vries (210 ans) dans notre profil de 10Be. D'autre part, cette séquence nous a permis de vérifier que l'estimation classique de l'accumulation de neige obtenue par les modèles de datation de carottes de glace est correcte à 20% près lors de la succession des cycles glaciaires - interglaciaires.Ces mesures ont été combinées avec celles précédemment effectuées sous la responsabilité de Grant Raisbeck (publication en préparation). Ceci permet de disposer d'un profil continu et détaillé (résolution de 20 à 250 ans) entre 200 et 800 kyr BP sur la carotte de glace EPICA Dome C. Les variations de flux de 10Be observées se comparent bien aux changements d'intensité du champ géomagnétique enregistrés dans les sédiments marins. À partir de cette observation, il est possible de proposer une synchronisation de ces profils afin de les placer sur une échelle d'âge commune. Les déphasages observés entre l'augmentation de température en Antarctique (augmentation du D à EDC) et la hausse du niveau marin global (baisse du 18O marin des archives sédimentaires) n'excèdent pas 3200 ans excepté à la Terminaison VII. La faible résolution des enregistrements de 18O dans les sédiments marins rend l'analyse des déphasages délicate. Les résultats obtenus encouragent à analyser des périodes plus récentes autour de la Terminaison II, incluant les excursions géomagnétiques de Blake et d'Iceland Basin. Ceci permettrait en effet de contraindre plus fortement la synchronisation entre le signal paléomagnétique dans les sédiments marins et le flux de 10Be à EDC.