Alors que les processus contrôlant l’érosion et les transferts de sédiment sont intensément débattus, il est toujours difficile d’obtenir des archives sédimentaires qui permettraient d’accéder aux flux terrigènes passés, particulièrement au cours du Quaternaire où les variations du niveau marin ont eu un profond impact sur la sédimentation marine. Cette étude se focalise sur le système sédimentaire du Var (SE de la France), où l’absence de plateau continental au niveau de la marge Nord-ligure a permis une alimentation continue en sédiment du système turbiditique profond par le fleuve Var, sans qu’elle ne soit affectée par les variations du niveau marin. Par ailleurs, les courants hyperpycnaux, déclenchés lors des crues du Var hautement concentrées en sédiments, semblent jouer un rôle majeur dans cette alimentation et ainsi, permettent d’établir un lien étroit entre les flux sédimentaires du fleuve Var et les dépôts turbiditiques. Cette thèse présente une reconstitution des transferts terre-mer menée à partir de l’étude de ces dépôts turbiditiques, son objectif est d’apporter des éléments nouveaux pour mieux cerner la relation climat-érosion-transfert à l’échelle millénaire. Ce travail repose sur des carottes sédimentaires prélevées dans les dépôts turbiditiques de la Ride Sédimentaire du Var et dont le cadre chronostratigraphique est établi avec une résolution millénaire pour le dernier cycle glaciaire (0 - 75 ka). Il propose une approche inédite dans des dépôts turbiditique, alliant (1) une étude sédimentologique permettant de reconstituer l’activité turbiditique sur la Ride du Var et (2) une étude géochimique incluant le traçage des sources sédimentaires par l’isotopie du Nd. En complément, une simulation des flux sédimentaires du fleuve Var, a été établie pour la même période à partir du modèle Hydrotrend (Syvitski et al., 1998). Les résultats de cette simulation montrent que les variations de l’activité turbiditique enregistrées sur la Ride du Var sont gouvernées par des changements de l’activité hyperpycnale du fleuve... / While dominant processes and time-scales controlling denudation rates are intensively debated, past terrigenous input remains difficult to detect from the marine sedimentary record, especially during the Quaternary because of the strong overprint exerted by the sea-level changes. In this study, we focus on the Var sediment-routing system (SE France) where the absence of a continental shelf off the Var river mouth (Ligurian margin, NW Mediterranean Sea) resulted in the direct connection between the Var River and the deep basin during both highstand and lowstand conditions. Moreover hyperpycnal flow initiated during Var floods are the main sediment transfer processes in the Var turbidite system, making changes in sediment supply within headwater source regions possible to discern in the stratigraphic record of the distal sedimentary basin...

La dernière période glaciaire a été ponctuée de variations climatiques abruptes, appelées événements d'Heinrich, qui sont caractérisées par des épisodes de vêlages massifs d'icebergs et d'apports en eaux de fonte dans l'Atlantique Nord. Les événements d'Heinrich (EH) ont fait l'objet de nombreuses publications scientifiques portant sur la paléocéanographie de la zone Nord Atlantique. Cependant, peu d'études se sont intéressées aux modifications sédimentaires intervenant entre la source et la zone de dépôt. L'objectif de cette recherche est de caractériser l'enregistrement sédimentaire des événements d'Heinrich Hl et H2 le long de la marge du Labrador. Pour cela, une approche multi-proxy à haute résolution (propriétés physiques, géochimiques et datations au ¹⁴C) a été réalisée sur des carottes prélevées le long de la marge du Labrador en 2005 et 2006 à partir de l'embouchure du détroit d'Hudson jusqu'à l'éperon d'Hamilton. En combinant les différentes analyses, il a été possible d'illustrer l'évolution des dépôts de H1-H2 en fonction de la distance à la source. Les résultats ont permis de déterminer la répartition spatiale de Hl et H2 le long de la marge et les différents processus de déposition qui y sont associés. Les brusques variations de concentrations géochimiques, la faible susceptibilité magnétique et la présence de carbonates inorganiques des dépôts étudiés indiquent une provenance de l'érosion des roches carbonatées du plancher du détroit d'Hudson ainsi qu'une dilution des minéraux ferrimagnétiques par les carbonates (Andrews et Tedesco, 1992). La présence d'une couche noire à la base de H2 composée de sédiments qui proviendrait du détroit de Cumberland (Jennings et al., 1996) indique un transport sédimentaire précurseur à la déposition des débris carbonates du détroit d'Hudson. Les concentrations d'IRD ont permis de détecter des fluctuations d'apports en eaux de fonte et en icebergs dans Hl et H2. La variabilité des concentrations géochimiques de ces couches d'Heinrich s'explique par des apports sédimentaires de sources différentes ou par des réactions chimiques dues aux échanges eau-particules selon la localisation le long de la marge.

Les régions polaires sont particulièrement touchées par le changement climatique actuel, en raison des mécanismes d'amplification qui y opèrent. Les forages de glace en Antarctique et au Groenland sont des témoins précieux des variations paléoclimatiques locales et donnent aussi accès à des informations sur les modifications environnementales des latitudes plus basses. Ce travail de thèse repose sur l'obtention d'informations délivrées par l'air progressivement emprisonné sous forme de bulle lors du processus de transformation de la neige en glace : la composition élémentaire et isotopique de l'air (N2, O2, Ar et Kr) et la concentration en méthane. Nos résultats permettent de progresser sur trois aspects différents mais intimement liés : (i) L'évolution passée de la structure des névés en Antarctique. La mesure des isotopes du krypton sur le forage profond de Dome C (EDC pour EPICA Dome C) nous permet de mettre en évidence qu'une zone convective de l'ordre de 20-50 m a pu se développer dans le névé en période glaciaire. L'étude conjointe des profils isotopiques de l'azote ("15N) mesurés sur les forages EPICA Dronning Maud Land (EDML) et TALDICE suggèrent que l'évolution de la structure du névé des deux sites ne répond plus de manière simple aux changements du taux d'accumulation en surface lorsque celui-ci dépasse un seuil de 5 ±1.5 cm eq. glace an- 1. (ii) La datation des forages glaciologiques. Nous avons exploité le premier enregistrement de "O2/N2 produit entre 300 000 et 800 000 ans sur l'air piégé dans la glace de EDC. Alors qu'il semble délicat d'utiliser ce signal pour construire une nouvelle datation par calage orbital de ce forage, en particulier pour les périodes de faible excentricité, le "O2/N2 se révèle être un outil pertinent pour tester les limites et les incertitudes de la datation actuelle du forage (EDC3). L'utilisation conjointe des isotopes de l'oxygène atmosphérique et du méthane nous permet d'établir une synchronisation des forages de EDML (Antarctique) et de NorthGRIP (Groenland) couvrant le début de la dernière période glaciaire (75 000-123 000 ans) avec une incertitude inférieure à 400 ans. (iii) Cette datation relative nous permet de décrire les variations climatiques rapides au début de la dernière période glaciaire au Groenland et en Antarctique. Nous mettons en évidence une variabilité climatique sub-millénaire superposée à la succession classique des évènements de Dansgaard Oeschger, i.e. des évènements précurseurs aux évènements rapides, des rebonds climatiques en fin d'interstade. Nous démontrons que le mécanisme de bascule bipolaire entre le Groenland et l'Antarctique est également opérationnel à l'échelle sub- millénaire. Une étude multiparamétrique sur le premier événement abrupt enregistré dans la glace de NorthGRIP (DO25) montre que cet événement caractérise la transition entre la dernière période interglaciaire et la mise en place d'une variabilité abrupte couplant les hautes et les basses latitudes. L'ensemble de nos résultats établit un lien étroit entre la dynamique climatique rapide à l'échelle millénaire et les composantes à évolution lente qui imposent l'état de base du système climatique (configuration orbitale, volume des glaces).

Cette thése est une synthèse de la morphologie glaciare de la vallée de l'Arve entre Chamonix et Annemasse. Un schéma paléomorphologique est proposé

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.

Afin d’étudier les variations climatiques enregistrées par les carottes de glace, il est nécessaire d’avoir des datations précises à la fois pour les phases gaz et glace. Le but de ce travail de thèse a été d’améliorer les chronologies des carottes de glace, couvrant les derniers 800 000 ans, au travers de nouvelles mesures de la composition isotopique de l’air (δ15N, δ18Oatm et δO2/N2) piégé dans la glace d’EPICA Dôme C (EDC) et de l’utilisation de l’outil de datation "Datice". Le premier résultat important de cette thèse a été la production de la chronologie cohérente pour les carottes de glace ("Antarctic Ice Core Chronology", AICC2012) pour EDC, Vostok, EPICA Droning Maud Land (EDML), TALos Dôme ICE core (TALDICE) et NorthGRIP. Sur cette nouvelle chronologie la théorie du see-saw bipolaire reste valable. AICC2012 donne un âge pour la Terminaison II en accord avec les autres archives climatiques. De plus, les durées des périodes interglaciaires restent inchangées par rapport à la chronologie EDC3. Lors de la construction d’AICC2012 nous avons mis en évidence plusieurs points nécessitant des améliorations. Nous avons donc procédé à l’amélioration de Datice dans le but d’intégrer correctement les contraintes issues du comptage des couches annuelles et leurs erreurs. Ces améliorations conduisent à des chronologies cohérentes tout en respectant les hypothèses sous-jacentes à Datice. Nous proposons aussi une nouvelle formulation de l’erreur associée à la fonction d’amincissement à partir de l’analyse des propriétés mécaniques de la glace dans le cas d’EDC. Pour finir, les nouvelles mesures du δO2/N2 et du δ18Oatm effectuées sur de la glace bien conservée d’EDC nous ont permis de définir de nouvelles contraintes d’âge. La comparaison de ces traceurs mesurés à Vostok, EDC et Dôme F sur le MIS 5 a permis de mettre en évidence une possible influence de paramètres climatiques locaux sur le δO2/N2. L’analyse du retard entre le δ18Oatm et la précession sur les derniers 800 ka montre des variations de ce dernier. Nous suggérons que ce retard est augmenté par l’occurence d’évènements de Heinrich à certaines périodes. Les résultats de cette thèse sont à prendre en compte pour le prochain exercice de datation cohérente pour les carottes de glace. / In order to study the climate variations recorded by ice cores, it is necessary to have precise chronologies for the ice and gas phases. The aim of this work has been to improve ice cores chronologies, covering the last 800 000 years, through new measurements of the isotopic composition of the air δ15N, δ18Oatm et δO2/N2) trapped in EPICA Dome C (EDC) ice core and the use of the Datice dating tool.The first important result of this PhD has been the production of the Antarctic Ice Core Chronology (AICC2012), common for EDC, Vostok, EPICA Droning Maud Land (EDML), TALos Dome ICE core (TALDICE) and NorthGRIP ice cores. The bipolar see-saw theory is still valid on the new chronology. The AICC2012 chronology gives an age for Termination II in good agreement with other climate archives. Moreover, the duration of interglacial periods is unchanged compared to EDC3. While building the AICC2012 chronology, we have pointed out several limitations. Since then, we have improved Datice in order to correctly integrate constraints deduced from layer counting and their associated uncertainties. These improvements permit to build coherent chronologies respecting the underlying hypotheses of Datice. Moreover, we propose a new parameterization of the uncertainty associated with the background thinning function based on ice mechanical properties of EDC ice core. Finally, we were able to deduce new age constraints thanks to the new measurements of δO2/N2 and δ18Oatm performed on well-conserved ice from EDC. A multi-proxy comparison of Vostok, EDC and Dome F ice cores over MIS 5 has highlighted a possible influence of local climatic parameters on δO2/N2. The analysis of the delay between δ18Oatm and precession shows some variability over the last 800 ka. We propose that the delay between δ18Oatm and precession is increased during periods associated with Heinrich events. The results obtained during this PhD should be used for the next ice core coherent chronology.

Cette thèse a pour but de reconstituer le climat des 100 000 dernières années en Europe de l’ouest. L’étude du climat du passé permet de mieux comprendre la variabilité naturelle du climat sur laquelle se surimpose aujourd’hui le réchauffement climatique d’origine anthropique. Ce sont des molécules fossiles bactériennes dont la structure varie en fonction des conditions environnementales qui ont permis dans cette étude de reconstituer le paléoclimat à partir des sédiments du lac St Front dans le Massif Central. Les indices dérivés de ces molécules révèlent la variabilité climatique à long terme mais également les évènements rapides de changement climatique ainsi qu’une forte action anthropique en surimposition des changements climatiques régionaux sur les 5000 dernières années. Ce travail montre l’importance de la compréhension de l’outil utilisé et du fonctionnement du système naturel dans lequel il est étudié, préalables indispensables à l’obtention d’une séquence climatique crédible / This thesis aims to reconstruct the climate of the last 100,000 years in western Europe. The study of past climate allows to better understand the natural variability of climate on which human-induced global warming is superimposed today. Bacterial fossil molecules whose structure varies according to the environmental conditions were used in this study to reconstruct the paleoclimate from the sediments of lake St Front in the Massif Central. The indices derived from these molecules reveal the long-term climatic variability but also the rapid events of climate change as well as a strong anthropogenic action in superimposition of the regional climatic changes over the last 5000 years. This work shows the importance of understanding the tool used and the functioning of the natural system in which it is studied, essential prerequisites for obtaining a credible climate reconstruction

A travers l’exemple du froid en Hollande au XVIIe siècle, nous souhaitons montrer que la géographie culturelle a sa place dans les études géoclimatologiques. Cette thèse tisse alors des ponts entre plusieurs champs de la géographie (climatologie, géographie historique, géographie culturelle…) et de l’histoire (histoire du climat, histoire de l’art…). Le XVIIe siècle s’inscrit dans une période climatique marquée par un rafraîchissement global des températures : le petit âge glaciaire (1300 à 1850 environ). En analysant des peintures hollandaises hivernales et des sources écrites avec le regard du géoclimatologue, plusieurs questions se posent. Pourquoi à une certaine période (le Siècle d’or allant de 1600 à 1672 environ) et dans un territoire bien précis (les Pays-Bas), des peintres ont-ils donné ses lettres de noblesse au froid ? Quels éléments météorologiques sont représentés ou non-représentés ? Que disent les sources écrites sur le climat de l’époque où les tableaux ont été peints ? Quelle imagerie du froid est-elle créée et que sous-tend cette imagerie ? Les résultats de recherche montrent que les artistes ont été parfois directement inspirés par certains hivers rudes. Le premier paysage d’hiver hollandais d’Avercamp est daté de 1608, hiver particulièrement rigoureux. Ensuite, la mode des paysages d’hiver perdure et les peintres ne représentent qu’un seul type de temps d’hiver alors même que les sources écrites témoignent de la variabilité du climat à plusieurs échelles de temps. Une imagerie de l’hiver a été créée. Elle participe de la construction identitaire de cette jeune nation que sont les Pays-Bas au XVIIe siècle. / This Ph.D dissertation aims at showing that cultural geography is relevant for geoclimatological studies. At the crossroad of many subfields in geography (climatology, historical geography, cultural geography…) and in history (history of climate, history of art…), it focuses on cold weather and its representations in the Netherlands during the XVIIth century. This period takes place during the Little Ice Age (c. 1300-1850), a limited climatic period, characterized by a cooling of the temperatures in Europe. The analysis of Dutch paintings and written sources with a geoclimatologist’s view point raises many questions. Why did the painters give their letters of nobility to the cold in this period (the Golden Age, c. 1600-1672) and in this bounded territory (the Netherlands) ? What meteorological elements are being represented? Which ones are missing? What pieces of information do the written sources give on the climate at the time the paintings were made? What imagery of the cold was thus created and what do the images stressed? The results of that research show that the artists were at times directly inspired by some rigorous winters. The first winter landscape by Avercamp is painted in 1608, a severe winter. Then, the vogue for winter landscapes continues. However, the painters represent just one type of meteorological condition in winter, whereas the narrative sources reveal the variability of the climate in different time scales. Nevertheless, an imagery of winter was created. It is said to be part of the identity construction process of the Netherlands, an upcoming nation in the XVIIth century.

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le système climatique global car elles influencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie intégrante de la circulation thermohaline (THC). Or, au cours du dernier cycle climatique, d'importantes arrivées d'eau douce en provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, ont modifié les caractéristiques hydrologiques du GOM. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le système climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avère donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigène fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie?) et isotopiques (d18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des Etats-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain.

Ce travail traite de la simulation numérique du climat des grandes calottes de glace, en particulier des calottes de l'Antarctique et du Groenland, toujours existantes, dans des conditions climatiques différentes, à l'aide de modèles de circulation générale de l'atmosphère (MCGA). Le MCGA à grille variable LMDz a été adapté aux spécificités du climat polaire et validé pour le climat actuel. L'approche d'une grille variable, qui permet d'utiliser le MCGA à haute résolution spatiale (autour de 100 km) sur la région d'intérêt à un coût numérique raisonnable, a été validée en analysant la dynamique atmosphérique au bord de la région ciblée à l'aide d'un schéma de suivi des cyclones individuels. Des simulations du climat du Dernier Maximum Glaciaire (DMG) ont été faites pour le Groenland et l'Antarctique et analysées en tenant compte des archives glaciaires disponibles. Une explication possible des différences entre les deux méthodes principales de reconstruction des paléotempératures - l'analyse des isotopes de l'eau et la mesure directe de la température de la glace dans le trou de forage - au centre du Groenland a pu être proposée. Cette explication est basée sur des changements de paramètres climatiques locaux. C'est la première fois que l'approche de grille variable a été utilisée dans un MCGA pour des simulations du climat polaire à l'échelle de quelques années. Les simulations paléoclimatiques faites avec LMDz sont à une résolution spatiale inégalée à ce jour. Finalement, le climat du DMG, simulé par plusieurs MCGA dans le cadre du projet international PMIP (Paleoclimate Modelling Intercomparison Programme), a été analysé, et des implications des résultats pour l'interprétation des enregistrements glaciaires ont été discutées.