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.

Les variations temporelles et la provenance des aérosols minéraux continentaux (poussières) dans l'Antarctique de l'Est au cours de la fin du Quaternaire et en particulier pendant la dernière transition climatique ont été étudies au cours de cette thèse. Quatre carottes de glace profondes prélevées respectivement à Dome C (75° 06'S, 123° 21'E), dans le cadre du projet Européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica), à Dome B (77° 05' S, 94° 55' E), à Vostok (78° S, 106° E) et à Komsomolskaia (74° 05' S, 97° 29' E) ont été analysées. L'origine géographique des poussières dans les périodes glaciaires et interglaciaires a été précisée grâce à la signature isotopique des poussières (87Sr/86Sr versus 143Nd/144Nd) et à la comparaison avec des sédiments éoliens spécifiquement prélevés dans les régions potentielles d'origine des aérosols de l'hémisphère austral. L'analyse à haute résolution temporelle des paramètres de concentration et de distribution en taille des aérosols minéraux a permis d'obtenir d'importantes informations sur la circulation atmosphérique aux hautes latitudes de l'hémisphère Sud, ainsi que sur les conditions environnementales aux sources et sur le cycle hydrologique dans l'atmosphère. Les plaines sud-américaines des Pampas et la Patagonie apparaissent comme étant les sources dominantes sur tout le Plateau Antarctique au cours des périodes glaciaires; par contre, on suspecte une contribution additionnelle d'une autre source durant les interglaciaires. Le flux de poussières en Antarctique de l'Est au cours du Pléistocène et de l'Holocène est remarquablement homogène parmi les sites; par contre, des différences significatives caractérisent la granulométrie des particules, qui est un paramètre lié au transport. La réorganisation de la circulation atmosphérique dans les régions polaires et circumpolaires qui a eu lieu pendant la dernière transition climatique a influencé le transport des poussières, et a généré des variations asynchrones, voire des tendances opposés d'un secteur à l'autre du Plateau. L'Holocène et la dernière déglaciation sont caractérisés dans toutes les carottes analysées par des variations périodiques du transport à l'échelle millénaire et multi-séculaire. Les fréquences des oscillations sont les mêmes d'un site à l'autre mais la phase est différente. La rythmicité des advections des poussières sur le Plateau Antarctique semble suggérer la propagation circumpolaire d'anomalies dans les système s océan-glace de mer-atmosphère à des échelles temporelles millénaires et multi-séculaires.

La possibilité de reconstruire l'histoire de la pollution atmosphérique Européenne a été exploré au Col du Dôme (CDD) (4250 m d'altitude, Massif du Mont Blanc). Pour cela une carotte de 126 m a été analysé à haute résolution pour les ions majeurs, le F- et les carboxylates, et des mesures atmosphériques continues de l'aérosol effectuées sur le site (Observatoire Vallot). Ceci a montré que des informations atmosphériques peuvent être obtenues avec une résolution saisonnière à partir de la glace du CDD et ce au moins sur les 80 dernières années mais que des précautions sont à prendre pour tenir compte du fluage de la glace lors de l'interprétation de ces signaux en terme de changements atmosphériques. Les enregistrements "glace" montrent que les valeurs estivales de SO4 2- suivent l'évolution des émissions anthropiques de SO2 des pays situés à 1000 km autour des Alpes tandis qu'en hiver elles reflètent plus la contamination diffuse de la troposphère libre à l'échelle de l'Europe entière. En utilisant la relation "air/neige" obtenue à Vallot, les concentrations atmosphériques passées de SO4 2- ont été reconstituées et comparées aux simulations des modèles de chimie. Nous avons estimé que les émissions naturelles représentent environ 20% des émissions actuelles de NO. L'évolution passé de NO3- est en bon accord avec l'histoire des émissions anthropiques de NO de l'Europe, il n'en va pas de même pour NH4+ dont la tendance apparait plus importante que ce que l'on peut attendre avec les estimations actuelles d'émission anthropique de NH3. Notre examen du budget de F- et HCl montrent qu'en plus de la combustion du charbon, l'industrie de l'aluminium et l'incinérarion des déchets ont été les sources anthropiques majeures de ces composés entre 1935 et 1975, après 1960, respectivement. Finalement les sources naturelles semblent dominer le budget de l'oxalate depuis 80 ans tandis que le formate et l'acétate indiquent une tendance anthropique entre 1950 et 1980.

La Cordillère Principale des Andes semi-arides est un relief transitoire qui se developpe suite au soulèvement des Andes initié à l'Oligocène. L'altitude des pédiments de la Cordillère Principale par rapport à ceux de la Cordillère de la Côte indique que ce soulèvement a atteint deux kilomètres. Ce qui se marque par de profondes vallées incisés (~2 km) qui se sont développées dans la haute cordillère depuis six millions d'années. Les volumes incisés de ces vallées et la concentration de 10Be des sédiments fluvio-glaciaires indiquent des vitesses d'érosion de l'order de trente a soixante-quinze mètres par million d'années, des valeurs qui sont relativement constantes depuis les six derniers millions d'années. Pendant cette période la dynamique de transfert de matière a été modulée par l'érosion glaciaire et l'exportation des sédiments fluvio-glaciaires vers l'aval des fronts glaciares plio-quaternaires.

C'est dans le contexte spatio-temporel du dernier cycle glaciaire würmien que ce travail a été réalisé, le cadre paléogéographique correspondant à la zone intra-würmienne de Bourdier (1961). La reconstitution des flux glaciaires des Alpes nord-occidentales pendant le maximum d'englacement würmien en constitue l'objectif principal. L'acquisition de nouvelles observations géomorphologiques a permis, dans un premier temps, la réalisation d'une cartographie paléogéographique cohérente du système glaciaire au maximum würmien, tant pour les bassins versants amont (zones d'alimentation) que pour le domaine aval (lobes de piémont). Dans un second temps, l'étude s'est attachée à déterminer l'origine des différents flux glaciaires ayant alimenté les lobes de piémont des Alpes nord-occidentales (lobe suisse du glacier du Rhône, lobe lyonnais et lobe de Moirans). Pour mener à terme ce travail, le croisement de différentes méthodes d'analyse a été nécessaire : (i) une approche glacio-morphologique permettant de déterminer l'altitude de la ligne d'équilibre glaciaire ; (ii) des analyses pétrographiques des blocs erratiques permettant d'identifier les bassins versant sources des blocs erratiques (iii) ; et des analyses des minéraux lourds contenus dans la fraction fine des tills d'ablation, complétant et confirmant les analyses pétrographiques. Les premières étapes de la déglaciation correspondant à l'individualisation des flux issus des quatre principaux appareils du Rhône, de l'Arve de l'Isère et de la Romanche ont été reconstituées. Elles sont suivies des premiers stades du Tardiglaciaire ancien des vallées de l'Arve et du Rhône. Enfin, une approche chronologique a été menée et notamment la datation du maximum d'englacement würmien. Elle s'appuie sur l'analyse des données disponibles et tente de dégager les grandes tendances. Les résultats acquis apportent une importante contribution aux reconstitutions paléogéographiques et à l'étude de l'organisation des flux glaciaires lors du maximum würmien. Ces nouveaux éléments permettent une interprétation nouvelle de l'organisation du réseau glaciaire dans les Alpes nord-occidentales et remettent en cause, en particulier, la vision traditionnelle du glacier du Rhône atteignant le «complexe des moraines internes». En effet, les analyses démontrent que la totalité des glaces du lobe de piémont lyonnais provenait des zones d'accumulation de la partie interne des Alpes du nord françaises (sens géographique) : sud du massif du Mont-Blanc, Beaufortin, Tarentaise et une partie de la Maurienne. De plus, elles confirment la puissance des appareilsglaciaires ayant occupé les grandes cluses des massifs subalpins (cluses d'Annecy-Faverges et de Chambéry) et soulignent le rôle essentiel des glaciers transversaux originaires de la zone centrale des Alpes dans l'alimentation du lobe de piémont lyonnais. Quant à l'alimentation du lobe de Moirans, les analyses pétrographiques et les comptages de minéraux lourds apportent la preuve d'une contribution majeure du glacier de la Romanche. Ces résultats accréditent les hypothèses esquissées au XIXe siècle par certains auteurs (Lory, 1860 ; Falsan et Chantre, 1879). L'étude des étapes de la déglaciation souligne l'importance relative des différents appareils. Elle met notamment en évidence L'influence prépondérante et tardive du glacier isérois, dont l'importance à été bien souvent sous estimée par les auteurs. Enfin, l'approche chronologique a été abordée et une tentative de datation du WGM a été proposée. Sans pour autant apporter de nouveaux éléments déterminants, elle permet d'envisager un diachronisme entre les extensions des appareils du nord des Alpes (maximum tardif) et les appareils occidentaux (maximum ancien).

L'objectif de cette étude est d'évaluer la part de l'empreinte glaciaire dans les paysages de la haute montagne aux latitudes moyennes. Peut-on transposer au Quaternaire la très grande efficacité de l'érosion glaciaire mesurée actuellement dans certaines montagnes et faire de cet agent le principal acteur de la morphogenèse ? Doit-on au contraire constater une forte résilience des paléoformes tertiaires et donc la faiblesse relative de l'érosion glaciaire ? Le domaine est-pyrénéen offre un terrain privilégié en raison du fort contraste nord-sud qui caractérise l'emprise spatiale et l'impact géomorphologique des paléoenglacements quaternaires. Deux axes de recherche complémentaires structurent ce travail. Le premier concerne la chronologie et la paléogéographie des glaciations quaternaires. Une cartographie géomorphologique détaillée permet de reconstituer les paléoemprises glaciaires. La production et l'exploitation de 81 datations 10Be fournissent une nouvelle vision du cycle würmien et contribuent au débat sur le caractère synchrone ou asynchrone des paléoenglacements de montagne, donc de la réponse continentale aux changements globaux. Sur ces bases chronologiques et cartographiques, le deuxième axe de ce travail vise à mesurer la variabilité spatio-temporelle de l'empreinte géomorphologique des glaciations. Il est possible (i) d'apprécier, pour le cycle würmien, la tranche érodée globale (~ 5 m) et la variabilité temporelle de l'érosion glaciaire grâce à la quantification du volume sédimentaire mobilisé sur le Sud Carlit, (ii) de mesurer et tenter d'expliquer la variabilité spatiale de l'empreinte glaciaire quaternaire à travers une analyse morphométrique de l'ensemble des cirques du domaine d'étude.

Le régime des feux du dernier cycle climatique en Europe de l'Ouest a été étudié en analysant les microcharbons préservés dans deux carottes prélevées sur les marges du sudouest ibérique et de l'Ouest de la France. L'analyse d'image automatique à lumière transmise des microcharbons combinée à une analyse pétrographique a révélé une variabilité millénaire dans le régime des feux, caractérisée par un régime plus élevé pendant les interstadiaires (réchauffements) que pendant les stadiaires (refroidissements). Cette variabilité a été mise en relation avec la biomasse et la quantité de combustible, en particulier en Ibérie avec l'alternance de forêt méditerranéenne-bruyères (interstadiaires) et de végétation semidésertique (stadiaires). Trois phases du régime des feux de l'Ouest de la France ont été détectées au cours des évènements d'Heinrich, reliés à des changements de biomasse et de conditions environnementales. La comparaison du régime des feux de l'Ouest de l'Europe avec les occupations humaines Paléolithiques suggère que l'homme moderne n'a pas utilisé le feu de manière intensive comme outil d'aménagement de son territoire lors de son arrivée dans cette région.

Le système climatique terrestre est fondé de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (atmosphère, calottes de glace, océans, lithosphère et biosphère). La modélisation numérique permet d'étudier ces interactions. Dans ce travail, l'écoulement de plusieurs calottes glaciaires est modélisé et on s'attache particulièrement à l'étude de leurs interactions avec l'atmosphère. Celles-ci sont déterminées par l'altitude de la surface de la calotte, les températures en surface et l'accumulation. Un modèle 3D d'écoulement de calotte glaciaire, développé au sein de l'équipe modélisation du LGGE, est présenté. Il est testé sur une calotte théorique dans le cadre d'un projet européen d'intercomparaison de modèles. Il est ensuite appliqué à la calotte du Groenland, en simulant la réponse de la calotte sous des climats différents du climat actuel et en étudiant son évolution au cours du dernier cycle interglaciaire-glaciaire. La sensibilité du modèle à la paramétrisation de l'accumulation est mise en évidence. Le modèle est enfin appliqué à la reconstruction des calottes de glace présentes dans l'hémisphère nord (Laurentide et Fennoscandie) au Dernier Maximum Glaciaire (il y a environ 21 000 ans). Trois méthodes sont utilisées pour calculer les conditions climatiques en entrée du modèle. Dans les deux premières, ces conditions sont déterminées par une paramétrisation calibrée sur les valeurs actuelles : les résultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants. La troisième méthode utilise les températures en surface et les précipitations issues de simulations du climat du Dernier Maximum Glaciaire, réalisées avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère du LMD. Le "couplage" entre les deux modèles nécessite un traitement de données complexe, mais les calottes obtenues sont en meilleur accord avec les données géologiques sur l'extension et l'épaisseur des calottes à cette époque.

Cette thèse a pour objectif l'étude des modes de connexions climatiques entre les basses et les hautes latitudes associés à la variabilité climatique rapide de la dernière période glaciaire. Elle est basée sur l'analyse géochimique de deux carottes de sédiments marins prélevées dans le Pacifique Est tropical. Les salinités des eaux de surface du Pacifique Est-équatorial sont estimées par des mesures du δ18O des foraminifères planctoniques couplées à des paléothermomètres. Les variations de salinités régionales répondent à la migration latitudinale des zones de convection atmosphérique, permettant de tracer les transferts interocéaniques de vapeur d'eau via l'atmosphère depuis l'Atlantique vers le Pacifique. Les isotopes stables mesurés sur les foraminifères benthiques couplés à des mesures de géochimie organique ont permis d'interpréter ces enregistrements en termes de circulation océanique des eaux intermédiaires, et d'en déduire des modes de ventilation océanique dans le Pacifique.