La complexité du système climatique nécessite de recourir à une grande variété d'indicateurs pour reconstruire ses variations passées. A ce titre, les glaces polaires constituent un outil d'investigation privilégié compte tenu de la grande diversité d'informations qu'elles recèlent. Dans cette étude, nous nous intéressons plus particulièrement au forage antarctique côtier de DSS, sur le site du Law-Dome et aux indicateurs climatiques que constituent les teneurs isotopiques et la teneur en air de la glace. Le nombre d'analyses et la précision des mesures isotopiques requises pour l'étude d'un forage polaire demandent une adaptation et une mise en oeuvre spécifique des techniques classiques de spectrométrie de masse. Notre étude présente une technique nouvelle et originale d'injection des échantillons mise au point sur l'un des spectromètre de masse du laboratoire; elle a permis d'accroître sensiblement le rendement de l'appareil en conservant la précision expérimentale. Récemment de nouvelles études ont remis en cause l'interprétation quantitative classique des isotopes en termes de température. L'analyse de nouveaux échantillons de neige de surface sur la zone de l'Antarctique de l'Est nous permet de discuter la validité de la relation spatiale isotope/température et de proposer une estimation de l'erreur associée. L'utilisation de l'excès en deutérium et d'un modèle isotopique simple apportent une information supplémentaire sur l'origine des précipitations actuelles. Face aux interrogations sur l'impact des activités humaines sur le climat, il est essentiel de replacer les fluctuations récentes dans la cadre de la variabilité climatique naturelle. L'unique résolution temporelle offerte par le forage de DSS nous permet d'étudier en détail le climat des 4000 dernières années. L'analyse spectrale des enregistrements suggère l'existence de modes oscillatoires à rapprocher des phénomènes ENSO et/ou de l'onde circumpolaire antarctique. L'analyse de la teneur en air des échantillons de DSS nous apporte enfin une information sur les variations d'altitude probablement subies par le LawDome au cours de la dernière transition climatique.

Le système climatique fait intervenir plusieurs composantes qui interagissent entre elles avec des constantes de temps très différentes, dont l'atmosphère, l'hydrosphère, la biosphère, la lithosphère et la cryosphère. L'Antarctique fait partie de cette dernière composante. Ce continent, situé au pôle Sud, contient 70% de l'eau douce de la planète et est constitué de 91% de glace qui, si elle fondait, représenterait une élévation du niveau de la mer d'environ 60 m. Dans le contexte du réchauffement climatique actuel, les régions des hautes latitudes se trouvent être les plus sensibles. Des observations par satellites montre que l'Antarctique enregistre actuellement des changements abrupts de températures liés probablement à l'augmentation des gaz à effet de serre de l'atmosphère. De plus, grâce aux forages, on peut remonter jusqu'à un climat vieux de 800 000 ans environ. Ceci peut se traduire par des débâcles de glace, de la taille d'un pays, dans l'océan et par l'accélération de l'écoulement de la glace, qui entraîne une vidange de la glace polaire dans l'océan. Une des pistes pour mieux appréhender le climat futur est de regarder si de tels événements ont déjà eu lieu dans le passé de la Terre en évaluant les relations liant les calottes polaires avec le climat, en particulier en ce qui concerne l'Antarctique. Nous avons développé une procédure de couplage entre un modèle de glace Antarctique et un modèle climatique, dit de complexité intermédiaire, précédemment couplé à un modèle de glace de l'hémisphère Nord. Nous avons d'abord testé notre nouveau modèle pour comprendre les processus de la dernière grande débâcle de calottes polaires Nord et Sud (i.e. la dernière déglaciation, il y a 21 000 ans). Dans une seconde partie, nous cherchons à évaluer la sensibilité du climat, actuel et passé à des perturbations majeures en eau douce dans des zones sensibles de l'océan austral et de l'océan Atlantique Nord. Les calottes de glace semblent à la fois répondre au forçage climatique (insolation et CO2 ) et participer à la variabilité climatique du climat lors de leur fonte partielle ou totale. La Quaternaire est une des rares périodes de l'histoire de la Terre où de telles calottes sont présentes. Etudier pour le passé ou le futur les interactions de ces calottes avec le climat est donc un défi important.

L'étude des enregistrements récifaux de la dernière déglaciation est essentielle pour appréhender l'impact des variations du niveau marin et des conditions environnementales sur la croissance et l'architecture des récifs. Les forages réalisés sur les pentes externes des récifs de Tahiti lors de l'Expédition IODP 310 permettent d'enregistrer la croissance récifale durant la dernière déglaciation (entre 16000 et 8000 ans BP). Les objectifs de cette étude sont de reconstituer l'évolution de la composition biologique, de la croissance et de l'architecture des récifs post-glaciaires de Tahiti et de modéliser leur développement grâce à des analyses sédimentologiques et minéralogiques couplées aux méthodes de datations, d'imagerie et de modélisation stratigraphique. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre l'effet des différents paramètres environnementaux (ex. niveau marin, hydrodynamisme, flux terrigènes) sur la croissance, la morphologie et l'ennoiement de ces récifs. Ils ont aussi permis de reconstituer les paramètres de croissance des microbialithes (croûtes microbiennes) qui forment localement le constituant volumétrique majeur de ces récifs.

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