L'objectif de ce travail est d'améliorer la connaissance des marqueurs biologiques (ou proxies) des changements hydrologiques dans le Golfe de Gascogne (G de G) au cours de l'Holocène. L'analyse des archives sédimentaires du Sud Est (SE) du G de G a démontré que cet environnement, en marge de la circulation thermohaline océanique et sous l'influence directe de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), enregistre à la fois la variabilité climatique Holocène globale, et une variabilité régionale sous l'influence du climat sur le continent adjacent. Dans ce contexte, des carottes courtes (1 à 3 m) ont été prélevées sur quatre stations situées le long d'un transect bathymétrique NW-SE dans le SE du G de G. Les paramètres sédimentologiques, les assemblages de foraminifères planctoniques (FP) et benthiques (FB), les assemblages de coccolithes, les ratios isotopiques de l'oxygène et du carbone des tests de foraminifères ainsi que l'évolution des tailles des tests de FP ont été étudiés tous les 0,5 à 10 cm. De 13 000 cal ans BP à l'actuel, le G de G a rencontré des perturbations environnementales relatives aux variations des forçages globaux (insolation, circulation atmosphérique et océanique). Les FP se sont révélés de bons proxies des variations de températures et de stratification de la colonne d'eau, forcées par les variations court-, moyen- et long- terme de l'insolation, permettant de distinguer des périodes à saisons estivales chaudes, ou des périodes à production primaire (PP ; bloom de printemps) intense. La présence d'espèces allochtones d'origine subtropicale révèle de longues périodes d'intrusions d'eaux chaudes et salées (courant Navidad) jusqu'au fond du G de G, configuration observée actuellement en conditions de NAO négative. Couplée à l'augmentation du niveau marin, l'influence continentale affecte l'environnement benthique, caractérisé par des transports sédimentaires intenses, jusqu'aux environs de 8 000 ans cal BP. Au-delà, les FB répondent directement aux variations de la PP ainsi qu'aux apports latéraux de matière organique par les panaches fluviatiles. L'ensemble des données permet de corréler les événements climatiques détectés sur le continent adjacent avec leurs conséquences locales en mer bordière, comme le couplage de l'augmentation des précipitations détectées sur la péninsule ibérique avec un surcroît d'apports d'éléments nutritifs dans le G de G, ou l'impact du déplacement de l'embouchure de l'Adour sur l'eutrophisation de l'environnement benthique adjacent.

La datation absolue des archives climatiques est essentielle pour comprendre les mécanismes du climat. Cette étude a porté sur la fraction fine (<63 μm) riche en aragonite (adaptée à la datation U/Th) et sur les tests de foraminifères planctoniques (>150 μm) d'une carotte de sédiments marins de la Mer des Caraïbes couvrant le dernier million d'années, en utilisant une approche minéralogique et des traceurs géochimiques. Les objectifs sont : 1) évaluer le<br />synchronisme entre le δ18O et les âges absolus de deux fractions de tailles différentes et 2) reconstruire les paléoenvironnements de la zone. La minéralogie de la fraction fine est contrôlée par les changements du niveau marin à l'échelle glaciaire-interglaciaire. Les décalages temporels entre le δ18O et le 14C des deux fractions durant la Terminaison I sont en partie expliqués par un modèle de bioturbation. Les essais de datation U/Th sur la fraction fine des Terminaisons II et V ont montré une contamination par du Th non-radiogénique, nécessitant des développements analytiques. Les reconstitutions des variations de δ18O de l'eau de mer suggèrent une diminution de la salinité de surface à la fin de la Transition Mid-Pléistocène, associée à la position de l'ITCZ au niveau de la Mer des Caraïbes.

Tandis que la variabilité climatique à long terme du Quaternaire terminal (oscillations glaciaire/interglaciaire) est relativement bien appréhendée aujourd’hui, l'origine et la modalité des variations climatiques haute-fréquence séculaires à millénaires, depuis la très haute fréquence des cycles de Dansgaard-Oeschger (D/O) jusqu'à la plus grande périodicité des événements d'Heinrich, restent toujours matière à débat. Parmi les éléments encore équivoques se trouvent notamment les modalités de transferts de chaleur méridiens et latitudinaux. A ce titre, la connexion hydrologique entre l’Atlantique et la Méditerranée apparaît comme un exemple d’étude particulièrement approprié vu qu’elle illustre le couplage de phénomènes jouant selon un double gradient Est-Ouest et Nord-Sud, reliant ainsi processus subtropicaux et nord atlantiques. Nous avons ainsi ciblé nos analyses sur des séquences prélevées autour du détroit de Gibraltar, avec pour objectif d’étendre les connaissances spatiales et temporelles de la variabilité climatique haute fréquence des derniers 50 000 ans dans le secteur de l’Atlantique Est subtropical et de la Méditerranée occidentale. La méthodologie de cette thèse est ainsi basée sur une comparaison multi-proxies qui inclut des analyses micropaléontologiques (dinokystes et foraminifères planctoniques) et géochimiques (isotopes stables et alkénones). Nous avons ainsi pu tester la cohérence des changements hydrologiques de surface inter- et intra-bassins et tenter de caractériser la migration des fronts hydrologiques associés. Grâce aux sites des marges marocaine et portugaise, notamment, nous avons pu vérifier l’impact des cycles de D/O sur la variabilité de l’intensité des cellules d’upwelling côtières dans ce secteur et sur la dynamique de la veine d’eau méditerranéenne profonde (MOW), couplant signaux des masses d’eau superficielles (température, salinité et productivité) aux paléo-intensités de la MOW. / While the long-term climatic variability of the Quaternary is relatively well understood today, the causes and processes at the origin of the rapid and brutal climatic variability that characterized the last glacial period (Dansgaard-Oeschger cycles), including meridional and latitudinal heat transfer mechanisms, are still subject to debate. As such, studying the hydrological connection between the Atlantic and the Mediterranean Sea appears particularly appropriate since it illustrates the coupling acting on a double East-West and North-South gradient. It furthermore links subtropical processes and North Atlantic ones. We focused our analysis on sedimentary sequences retrieved around the Strait of Gibraltar, in order to extend the spatial and temporal knowledges about the impact of the high frequency climatic variability of the last 50 000 years in the sector of the eastern subtropical Atlantic and of the western Mediterranean Sea. The methodology of this thesis is based on a multi-proxy compilation coupling micropaleontological (dinocysts and planktonic foraminifera) and geochemical (stable isotopes and alkenones) approaches. We have tested the consistency of the sea-surface paleohydrological changes at inter-and intra-basins scales and tried to characterize the associated migration of the hydrological fronts. Sites of the Portuguese and Moroccan margins, in particular, allowed us to document the impact of the D/O cycles on the intensity of coastal upwelling cells as well as on the dynamics of the MOW, by coupling sea surface signals (temperature, salinity and productivity) to paleointensity of the MOW.