Les éponges d'eau douce (Porifera) produisent des spicules siliceuses dont la morphologie a une valeur taxonomique et environnementale. Les sédiments très concentrés en spicules, dénommés spongilite, sont présents en abondance dans le nord-ouest du Minas Gerais (Brésil). Ils se sont formés au cours des derniers 28000 ans. Afin d'étudier l'aptitude de ces dépôts à enregistrer les paléoenvironnements, nous avons procédé, à partir des éponges produites actuellement dans un dans un petit lac du nord-ouest du Minas Gerais (Lagoa Verde), à 2 types de calibrations. (1) Le suivi écologique de M. spinata, éponge unique du lac, a été fait au cours de son cycle de vie annuel. L'éponge produit 4 catégories de spicules en lien avec les variations saisonnières de l'équilibre entre précipitation et évaporation, de la température de l'eau et de la concentration en silicium dissout. La mise en évidence de ces relations conforte les interprétations paléoenvironnementales précédemment tirées des assemblages de spicules fossiles. (2) La composition isotopique en oxygène (δ18O) des silicates biogéniques est communément utilisée comme marqueur paléoenvironnemental. Ce marqueur n'a jamais été calibré pour les spicules d'eau douce. Nous avons testé si M. spinata précipitait ses spicules en équilibre isotopique avec l'eau du lac. La composition δ18O des spicules montre une relation thermo-dépendante positive avec la composition δ18O de l'eau, inverse de ce qui est attendu pour une précipitation à l'équilibre isotopique. Ce résultat suggère un fractionnement cinétique d'origine biologique à déterminer en vue de reconstitutions paléoenvironnementales. / Freshwater sponges (Porifera) produce siliceous spicules with taxonomic and paleoenvironmental value. Sediments with high concentrations of spicules, called spongilite, are present in NW Minas Gerais (Brazil). They formed during the last 28000 years. In order to investigate the reliability of these deposits to record past environmental changes, we proceeded to two kinds of calibration, from sponges currently produced in a small lake of NW Minas Gerais (Lagoa verde). (1) The ecology of M. spinata, the only sponge of the lake, was monitored over its annual cycle. The sponge produced 4 spicules categories in relation with seasonal changes in precipitation, evaporation, water temperature and dissolved silicon content. These relationships confirm previous paleoenvironmental reconstructions from fossil spicule assemblages. (2) The oxygen isotopic composition (δ18O) of biogenic silica is commonly used as a paleoenvironmental proxy. This proxy has never been calibrated for fresh water sponge spicules. We checked whether M. spinata formed its spicules in isotopic equilibrium with the lake water. The δ18O signature of the spicules showed a positive thermo-dependent relationship with the δ18O of the lake water, conversely to what was expected for an equilibrium precipitation. This result suggests that a biological kinetic fractionation occurred. This kinetic fractionation needs to be systematically characterized for paleoenvironmental reconstruction purpose.

Le climat du Quaternaire est défini par une succession de périodes glaciaires et interglaciaires enregistrées dans les archives climatiques à différentes latitudes. La carotte de glace d’EPICA Dome C fournit un enregistrement haute résolution sur les derniers 800 ka du δ18Oatm (i.e. δ18O de la molécule d’oxygène de l’air) qui combine les variations passées du cycle hydrologique des basses latitudes et de la productivité de la biosphère. En l’absence du comptage des couches annuelles, ce proxy peut être utilisé comme méthode de datation orbitale des carottes de glace, en lien avec l’insolation au 21 juin à 65°N. Cependant, un décalage de 6 ka entre le δ18Oatm et l’insolation, généralement observé lors des terminaisons glaciaires-interglaciaires, est appliqué sur l’ensemble de l’enregistrement lors de la construction de l’échelle d’âge. Ce décalage et la complexité du signal du δ18Oatm expliquent l’incertitude élevée de 6 ka des carottes de glace, ce qui limite leur interprétation en termes de variations climatiques et environnementales conjointement à d’autres archives. J’ai donc développé une nouvelle chronologie pour les carottes de glace, basée sur le lien entre le δ18Oatm et le δ18Ocalcite des spéléothèmes est-asiatiques, à partir de nouvelles mesures isotopiques permettant d’avoir pour la première fois un enregistrement complet sur les derniers 800 ka à Dome C. Cette nouvelle chronologie permet de réduire les incertitudes par rapport à la chronologie actuelle et d’avoir une meilleure séquence des évènements entre les hautes et basses latitudes. J’ai ensuite développé un modèle simulant la composition isotopique de l’oxygène atmosphérique afin de répondre au manque d’interprétations quantitatives de ce proxy ainsi que pour vérifier son lien avec le δ18Ocalcite sur plusieurs cycles climatiques. Pour modéliser le δ18Oatm nous avons dû coupler le modèle climatique de complexité intermédiaire iLOVECLIM avec le modèle de végétation CARAIB. Le δ18Oatm simulé par le modèle couplé sur plusieurs dizaines de milliers d’années confirme que ses variations sont en phase avec celles de l’insolation de l’hémisphère Nord (hormis lors d’évènements de Heinrich) et avec celles du δ18Ocalcite via des modifications du cycle hydrologique des basses latitudes, impactant la composition isotopique de l’eau de pluie utilisée par la biosphère terrestre lors de la photosynthèse. / Quaternary glacial-interglacial cycles are recorded in various climatic archives from high to low latitudes. The EPICA Dome C ice core provides a high-resolution record over the last 800 ka of δ18Oatm (i.e. δ18O of atmospheric O2) which combines past variations of the low latitude water cycle and of the biosphere productivity. In absence of annual layer counting, this proxy can be used for orbital dating in association with the June 21st insolation at 65°N to build an ice core chronology. However a lag of 6 ka between the δ18Oatm and the insolation, classically observed during glacial-interglacial terminations, is applied to the entire record during the chronology construction. This lag and the complexity of the δ18Oatm signal are the main reasons why the ice core chronology presents a high 6 ka uncertainty which limits their interpretation, jointly with other paleoclimate archives, in terms of past climate and environmental variations. To solve this issue I have developed a new ice core chronology based on the relation between the δ18Oatm and the δ18Ocalcite of east-asian speleothems, using new isotope measurements allowing for the first time a complete record over the last 800 ka at Dome C. This new chronology reduces the uncertainties compared to the actual ice core chronology strongly based on δ18Oatm and shows a better sequence of events between the high and low latitudes records. Then, I have developed a model to reproduce the isotopic composition of atmospheric O2 to address the lack of quantitative interpretations of this proxy and to check our assumption of synchronicity with the δ18Ocalcite over several climatic cycles. To reproduce the variations of the δ18Oatm, it was necessary to couple the intermediate complexity climate model iLOVECLIM and the vegetation model CARAIB. Finally, the δ18Oatm variations simulated with the new coupled model over several thousand years are in phase with the insolation of the Northern hemisphere (except during Heinrich events) and with low latitudes δ18Ocalcite variations. This can be explained by changes in the low latitude water cycle related to changes in the isotopic composition of meteoric water used by the terrestrial biosphere during photosynthesis.