L'isthme centraméricain se caractérise par un abaissement du relief qui favorise la communication aérologique entre l'Atlantique et le Pacifique. En raison de leur puissance et de la canalisation exercée par le relief, les Anticyclones Mobiles Polaires pénètrent profondément dans la zone tropicale. Le déplacement des AMP et leur ralentissement progressif en direction des Tropiques, la rencontre des continents et de leurs reliefs et les conséquences sur l'écoulement en masse forment des Agglutinations Anticycloniques. Les AMP s'agglutinent et les Lignes de Pulsation deviennent progressivement la circulation d'alizé et/ou mousson. Les flux tropicaux des deux hémisphères météorologiques se rejoignent le long de l'Equateur Météorologique. L'isthme centraméricain constitue un carrefour climatique unique au monde. L'étude des perturbations donne la clé de l'analyse de la dynamique du temps et du climat en Amérique Centrale. L'évolution climatique récente montre une modification du style de circulation générale depuis les années 70.

Dans les séries terrigènes, les cycles stratigraphiques sont présents sur une large gamme de périodes (0.01-100 Ma), et sont dus aux variations du rapport entre l'espace disponible à l'accummulation des sédiments et le flux sédimentaire. Quelle est la responsabilité de chacun de ces paramètres dans l'origine et l'expression des cycles stratigraphiques, en particulier à haute-fréquence (10-100 ka) où tous interviennent ? Si les variations d'espace disponible d'échelle régionale ou globale (tectonique et climat) existent à ces fréquences et sont une origine fréquement admise, on connaît mal (1) l'influence de la croissance des structures tectoniques intra-bassin (plis et failles) sur leur expression, et (2) les contrôles du flux sédimentaire à haute-fréquence. Ce travail examine ces deux aspects à travers l'étude sédimentologique d'un anticlinal de croissance, et la modélisation numérique de l'effet de la zone de transfert (rivières) des sédiments sur la variabilité du flux sédimentaire.

Les variations du métabolisme des glaciers ou des calottes polaires reflètent les fluctuations du climat. A l'échelle de l'année, ces fluctuations sont traduites par des variations du bilan de masse du glacier. L'inventaire complet des séries de bilans de masse glaciaires représente environ 60 glaciers repartis dans différents massifs de l'hémisphère nord et 60 points de mesure au Groenland. Ces séries couvrent essentiellement la deuxième moitié du vingtième siècle. A partir de cet ensemble de données, une analyse statistique a permis de déterminer la distribution spatiale et temporelle des séries, ainsi que de mieux comprendre la relation glacier-climat aux différentes échelles, depuis celle d'un glacier, jusqu'à celle d'un massif ou d'un continent. Sur le glacier, l'évolution des bilans peut être parfois très différente d'un point à l'autre à cause de la sensibilité variable du bilan aux fluctuations climatiques selon l'altitude. Cette étude met en évidence les disparités liées essentiellement aux données d'accumulation hivernale et aux mesures en zone d'accumulation. Elle montre les limites d'un modèle linéaire de variation pour décrire l'histoire des bilans annuels sur un glacier. En revanche, la cohérence des différents glaciers entre eux peut être très forte si l'on passe à l'échelle du massif. C'est le cas dans les Alpes et en Scandinavie, même si certaines périodes montrent de très fortes inhomogénéités de variations, probablement liées au rôle plus important de l'accumulation hivernale dans l'explication du bilan. Cette cohérence disparaît cependant pour d'autres massifs parfois moins étendus comme les glaciers américains ou la zone d'accumulation du Groenland. Pour cette dernière, les analyses montrent qu'il est difficile d'extraire un signal annuel cohérent distinct du bruit de mesure. Enfin, l'étude des données météorologiques et de l'Oscillation Nord Atlantique permet de détailler les réponses des bilans aux sollicitations climatiques sur les dernières décennies. Il semble que les modifications des caractéristiques des températures et des précipitations sur le bassin Atlantique (et par conséquent, les variations des bilans des glaciers bordant ce bassin) sont assez fortement reliées aux changements décennaux de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO).

Les 420 000 ans d'archives du climat et de la composition de l'atmosphère, constituées par la carotte de Vostok, offrent la possibilité unique de reconstruire l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaireinterglaciaires. La représentativité atmosphérique de la teneur en CO2 de cette carotte est discutée en tenant compte des processus physiques susceptibles d'altérer l'information et de la mesure du rapport O2/N2 mise au point au cours de ce travail. La représentativité de l'enregistrement CO2 de Vostok est aussi discutée à partir de sa comparaison avec différents enregistrements glaciaires antarctiques. On constate que la teneur en CO2 de l'atmosphère pendant les interglaciaires est de 280 à 300 ppmv (partie par million en volume) hors de l'influence anthropique, alors que la concentration caractérisant les périodes glaciaires est d'environ 180 ppmv. Ces variations sont à mettre en parallèle à celles de la température en Antarctique qui présente des oscillations d'environ 10°C. Les causes des changements climatiques sont encore mal comprises. En comparant l'évolution temporelle du CO2 à celle des températures aux hautes latitudes Sud et Nord, du niveau des mers et de la quantité de poussières continentales parvenant à Vostok, ce travail met en évidence des liens de causalité possibles entre les variations de ces différentes paramètres. Par confrontation avec d'autres enregistrements climatiques (Groenland, enregistrements marins), nous proposons également des mécanismes susceptibles d'expliquer les changements glaciaire-interglaciaires de la teneur en CO2 de l'atmosphère, ainsi que l'enchaînement des évènements caractérisant les oscillations climatiques. Il ressort de cette étude que le rôle de l'hémisphère Sud semble prépondérant et que l'étendue de la glace de mer, en Atlantique Sud en particulier, pourrait jouer un rôle clef dans la genèse des changements climatiques glaciaire- interglaciaires.

L'archivage glaciaire représente un moyen privilégié d'obtenir des informations permettant une meilleure compréhension des cycles biogéochimiques au cours des temps passés. Si les perturbations induites par l'homme durant les deux cents dernières années ont été abondamment étudiées, les fluctuations naturelles du climat, sur une période recoupant l'Optimum Médiéval (1200-1300 AD.) et le Petit Age de Glace (1300-1800 A.D<), souffrent, quant à elles, du manque d'études détaillées. Nos travaux couvrent cette période et portent sur la composition chimique de la partie soluble des impuretés piégées dans la précipitation solide du Groenland Central. La découverte récente de la capacité qu'ont les carottes de glace du Groenland à enregistrer des feux de biomasse nous a permis d'obtenir les résultats suivants : les signatures chimiques de ces événements dépendent, semble-t-il, du vieillissement du panache occasionné par le transport; la mise en place d'un index des feux, basé sur la fréquence et le flux de débris pyrogéniques déposés, montre trois périodes actives en feu (1200-1350, 1450-1550 et 1860-1920). Ces périodes correspondent à des conditions climatiques favorables aux déclenchements des feux, même si une intervention humaine ne peut être exclue sur la période 1860-1920. La covariance du bruit de fond de formiate et de la densité arborée de la taïga canadienne suggère une source végétale pour ce composé organique. La biosphère continentale serait, de même, à l'origine des quantités importantes de nitrate et d'ammonium déposées au Groenland en regard des flux Antarctiques. Nous n'avons pu mettre à aucun moment en évidence une dénitrification de la stratosphère suite aux éruptions volcaniques. L'étude du MSA a montré un phénomène de migration de ce composé sur les couches de glace anciennes. Le manque de connaissance sur l'évolution passée de la biologie marine ne nous a pas permis de confronter les traceurs de cette activité à d'autres paramètres physiques ou climatiques.

Les économies de subsistances des Hommes préhistoriques sont en étroite relation avec les paléoenvironnements. Ainsi les facteurs climatiques sont prépondérants dans les activités et les modes d'occupation des territoires par les groupes humains paléolithiques. Ce travail mené est donc largement pluri-disciplinaire associant des méthodes qualitatives et quantitatives de reconstitutions paléoclimatiques et paléoenvironnementales combinées aux études taphonomique et archéozoologique des assemblages osseux. Le site de la Baume de Gigny (Jura) dont l'archéoséquence sert de référence pour l'Est de la France pour le Paléolithique moyen, se prête tout à fait à de telles approches. L'étude du climat est réalisée principalement à partir des isotopes de l'oxygène issus du phosphate de l'émail dentaire de Cheval, de Cerf et de Renne. Les environnements sont appréhendés par associations fauniques analysées selon les méthodes des cénogrammes ou encore dles histogrammes écologiques. Cette étude a également permis de caler biochronologiquement le complexe moyen de la Baume de Gigny qui s'étendrait de l'OIS 5a (couche XX) à l'OIS 3 (couche VIII). Le pléniglaciaire de l'OIS 4 ne serait pas enregistré et pourrait signaler l'abandon de ces régions péri- montagneuses par les Hommes préhistoriques. . L'étude intégrée du climat et des modes de subsistances démontre une variabilité dans la gestion des ressources, dans la fonction du site et dans l'occupation du territoire franc-comtois au Moustérien. La séquence montre un refroidissement progressif entre les couches archéologiques XX à XVI en relation avec une diversification des espèces exploitées. Le Cerf et le Cheval constituent toutefois les espèces principales. Plus les conditions sont rigoureuses, plus la durée de l'occupation se réduit. Un deuxième site, Vergisson II (Saône et Loire) souligne également la grande variabilité des comportements humains au Paléolithique Moyen, la période d'occupation de la cavité correspondant à celle non documentée à La Baume de Gigny. A l'instar de nombreux sites français de cette période (pléniglaciaire OIS4) l'industrie lithique de la couche 2 de Vergisson II se rattache à un Moustérien charentien de type Quina avec une exploitation de gibier principalement orientée vers le Renne. Enfin l'étude du site d'Oetrange (Luxembourg) a permis de dégager les principaux critères distinctifs entre accumulations d'origine naturelle et celles d'origine anthropiques.

Comment extraire de l'information et prévoir le comportement d'un système dont on ne connaît qu'un nombre limité d'informations ? <br />Nous avons simulé l'érosion fluviatile long-terme et ses conséquences sur la base d'un modèle prenant en compte les processus physiques. Nous avons complété le modèle mécanique par l'intégration de considérations sur l'évolution dans le temps des grandeurs caractéristiques du système en les simulant par l'intermédiaire du signal d'insolation (influence des paramètres astronomiques sur les changements climatiques).<br /><br />Dans le cas du bassin parisien, les simulations ont mis en évidence l'existence d'un soulèvement tectonique régulier de 0.06 à 0.09 mm/an lors des derniers cycles climatiques (plusieurs dizaines de milliers d'années). L'équilibre dynamique du système fluctue en fonction des variations climatiques : le dernier maximum d'incision, estimé par l'intermédiaire de la simulation, a eu lieu il y a 40 à 60 ka.<br />Dans le cas des fortes incisions, le paléo-profil des fleuves enregistre les propriétés mécaniques de la lithosphère. On obtient ainsi une méthode alternative et élégante pour déterminer celles-ci. <br /><br />Suivant l'échelle de temps et d'espace étudiée, le profil longitudinal des fleuves peut révéler soit les mouvements tectoniques, soit les changements de climat, soit enfin les propriétés mécaniques de la lithosphère. La modélisation permet de combler certaines lacunes sur les évènements passés et constitue un outil de prédiction long-terme.

L'air extrait des glaces polaires du Groenland et d'Antarctique constitue une véritable archive des atmosphères passées de notre planète. L'objectif de cette étude était de comprendre les échanges de carbone en atmosphère naturelle et, à terme appréhender le cycle du carbone futur en atmosphère anthropisée, à partir de l'analyse des teneurs atmosphériques en dioxyde de carbone et méthane au cours de l'Holocène (les derniers 10000 ans). Afin d'interpréter ces profils obtenus dans la glace, nous avons utilisé un modèle atmosphérique du méthane à trois boîtes. Nous avons pu ainsi estimer le gradient interpolaire puis la part relative des sources de CH4 dans les basses latitudes ainsi qu'aux moyennes et hautes latitudes nord au cours de l'Holocène. En comparant l'évolution temporelle de ces sources aux reconstructions paléoclimatiques obtenues sur des enregistrements continentaux (carottes sédimentaires et lacustres) et marins, ainsi qu'à des simulations de modèles climatiques couplant l'atmosphère, l'océan et la biosphère, nous avons pu attribuer les variations de CH4 aux variations de distribution en latitude des sources potentielles de ce gaz. L'étude des variations de CH4 a ainsi permis de contraindre les effets possibles de chacun des réservoirs de carbone sur les variations de CO2 sur la même période. Nous concluons que le rôle de l'océan semble avoir été prépondérant et avoir initié les variations du CO2 sur les 10000 dernières années, tandis que la biosphère continentale pourrait avoir joué un rôle de régulateur .

L'étude chimiqueet isotonique des éléments dissous des eaux ce pluie, de l'eau du sol et des eaux souterraines permet la mise en évidence des caractères principaux da cycle hvdrique .sur une île *volcanique tropicale à climat contrasté comme ta Réunion. Ia variation des teneurs chimiques dans les pluies montre une influence marquée de la présence marine qui evolue avec le relief, La repartition des teneurs isotopiques des précipitations montre une distribution similaire en situation normale et fortement perturbée lors de Ia forte dépression tropicale Clotilda où ses teneurs sont très appauvries. Cette variation naturelle des teneurs, dueaux pluies à forte ascendance, constitue un signl que l'on s'est efforcé de retrouver dans l'eau des profils de sol* et dans les points d'eau. L'examen des teneurs des eaux dans îes sols montre, qu'en bas de pente, dans le secteur aride de l'île, se produit une évaporation irréductible alimentée par les nappes libres. dans les haut, sur les versants, Il se produit une infiltration que l'on a pu également quantifier. Les analyses chimiques et isotopiques des eaux souterraines montrent une minéralisarion globale est bien représentée,loin de l'océan, par la minéralisabbn carbonatée essentiellement d'origine orogénique. La composîtion cationique, des eaux reflète-les compositions chimiques des roches qu'elles ont lessivées. D'autre part, les circulations souterraines ne suivent pas obligatoirement la pente générale du volcan. Les aqurifères côtiers montrent une bydrochimie où l'influence marinie prédomine mais où apparait un pôle de mélange avec des teneurs chloruréé et sulfaté. L'analyse-des isotopes du carbone et des sulfates a permis de mettre en évidence -.me influence non négligeable de la culture de la canne à sucre avec des temps de transit des aquifêres probablement inférieurs à 35 ans. Les aquifères de ia côte ouest sont peu protégés de la pollution de bas de versant et toute mise en valeur de cette côte devra tenir compte de la sensibilité des aquitères aux sources de pollution.

La Mer intracontinentale endoréique de l'Aral, éloignée de toute influence océanique, constitue en Asie Centrale une excellente archive sédimentaire pour des études paléoclimatiques à haute résolution. Nous avons effectué une analyse palynologique, sédimentologique et géochimique sur des carottages sédimentaires effectués dans la Baie de Chernyshov, située au nord-ouest de l'actuelle Grande Mer d'Aral. La séquence sédimentaire la plus complète mesure 11 m et représente les 2000 dernières années de l'Holocène terminal.<br /><br />L'étude palynologique, conduite conjointement sur des assemblages de kystes de dinoflagellés et de grains de pollen, a mis en évidence de profonds changements environnementaux en Mer d'Aral, ainsi que dans le bassin Aralien. Les variations d'assemblages de kystes de dinoflagellés (diversité, distribution des espèces) ont permis d'établir la séquence des variations de salinité et du niveau du lac au cours des 2000 dernières années (Chapitre III). En raison de l'étroite dépendence de l'hydrologie de la Mer d'Aral aux apports fluviaux de l'Amu Darya et de la Syr Darya, les variations de niveau du lac sont étroitement liées à l'apport d'eaux résultant de la fonte des neiges en altitude au printemps. Or, l'amplitude de ces apports étant principalement contrôlée par les variations de température printanières dans les massifs du Tien Shan et du Pamir au cours de la fonte, les variations de salinité et de niveau de la Mer d'Aral traduisent essentiellement des fluctuations de température dans le bassin versant au cours des 2000 dernières années. Ainsi, les assemblages de kystes de dinoflagellés caractérisent des épisodes de bas niveau de la Mer d'Aral accompagnés d'une forte augmentation de la salinité au cours des périodes 0–425, 900–1230, 1500, 1600–1650 et 1800 après J.C., ainsi qu'après les années 1960. Inversement, un retour vers des conditions de faible salinité associées à une hausse du niveau du lac est documenté pour les périodes intermédiaires. Par ailleurs, la présence de kystes de dinoflagellés remaniés des dépôts Paléogène et Néogène alentours caractérise des évènements de désagrégation intense des berges lors d'une hausse significative des précipitations sur le bassin Aralien, notamment au cours de la période 1230–1450 après J.C. Nous proposons que les changements environnementaux enregistrés sont principalement liés à des changements climatiques mais qu'ils ont également pu être amplifiés par l'homme lors de conditions extrêmes, via une irrigation non-maîtrisée et/ou des conflits militaires (Chapitre VI). En outre, les variations de salinité montrent de fortes similitudes avec celles de l'activité solaire au cours du dernier millénaire, notamment pour les périodes 1000–1300, 1450–1550 et 1600–1700 après J.C. où les périodes de bas niveau du lac correspondent à une activité solaire accrue, suggérant qu'une augmentation du bilan radiatif ait renforcé les régressions de la Mer d'Aral dans le passé. <br /><br />Parallèlement, le contenu du sédiment en grains de pollen a été analysé afin de mettre en évidence des changements environnementaux, et notamment des variations d'humidité dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années (Chapitre IV). Une reconstruction quantitative à haute résolution du taux de précipitation (moyenne annuelle) et des températures (moyenne annuelle, mois le plus froid versus le plus chaud) a été réalisée à l'aide de la méthode dite de “probabilité des sphères climatiques mutuelles”, permettant d'obtenir la séquence chronologique des changements climatiques en Asie Centrale. Un climat froid et aride domine au cours des périodes 0–400, 900–1150 et 1500–1650 après J.C., caractérisé par l'extension d'une végétation de type désertique avec des éléments de steppe. En revanche, un climat plus chaud et moins sec apparaît au cours des périodes 400–900 et 1150–1450 après J.C., caractérisé par une végétation steppique enrichie en plantes exigeant des conditions d'humidité plus élevées. Les variations de précipitation enregistrées dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années sont principalement contrôlées par le système cyclonique de la Méditerranée Orientale qui fournit l'humidité nécessaire au Moyen Orient et en Asie Centrale à la transition hiver–printemps. Ce système cyclonique étant étroitement lié aux modulations de pression régulées par l'Oscillation de l'Atlantique Nord (NAO), une relation entre humidité en Asie Centrale et le NAO en phase négative est proposée.<br /><br />Enfin, les sédiments laminés des carottages étudiés ont enregistré des changements marqués de la sédimentation au cours de l'Holocène terminal qui révèlent des bouleversements importants de la dynamique d'apports du matériel sédimentaire (Chapitre V). En Asie Centrale, la fréquence des tempêtes de poussières s'intensifie au printemps lorsque le continent se réchauffe, et est ainsi principalement contrôlée par l'intensité et la position de l'anticyclone Sibérien sur le continent. Une analyse semi-quantitative du contenu du sédiment en Titanium, révélateur fiable d'apports détritiques d'origine éolienne, a permis d'établir la séquence chronologique des variations de la dynamique éolienne en Asie Centrale au cours des 1500 dernières années, représentant aussi la plus longue reconstruction dans le temps de l'intensité de l'anticyclone Sibérien établie jusqu'ici. Ainsi, une intensification de la dynamique éolienne est documentée pour les périodes 450–700, 1210–1265, 1350–1750 et 1800–1975 après J.C. En revanche, de faibles concentrations en Titanium (1750–1800 ; 1980–1985 après J.C.) caractérisent une réduction significative de l'intensité de l'anticyclone Sibérien et une circulation atmosphérique plus stable. Au cours des périodes 1180–1210 et 1265–1310 après J.C., une profonde modification de la circulation atmosphérique s'installe en Asie Centrale. En Mer d'Aral, elle se caractérise par une réduction considérable des apports détritiques éoliens.<br /><br />En définitive, si l'ensemble des intéractions entre différents systèmes climatiques ont contrôlé les changements environnementaux en Asie Centrale et modulé les variations climatiques au cours de l'Holocène terminal, il est probable que les variations de l'activité solaire aient eu un impact notable sur l'évolution du bilan hydrique de la Mer d'Aral au cours des 1000 dernières années (Chapitre VI).