Dans le contexte du réchauffement climatique, les enregistrements paléoclimatiques à différentes échelles temporelles et spatiales apparaissent essentiels pour comprendre les mécanismes du climat. La Patagonie Chilienne (41°S à 56°S) parcourue du Nord au Sud par les Andes représente une contrainte topographique majeure sur les circulations atmosphériques et océaniques. Cette région est la seule qui intercepte la totalité de la ceinture des vents d'ouest austraux et constitue donc une zone clé pour étudier les changements paléoenvironnementaux et comprendre les mécanismes océan-atmosphère et leurs interactions aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère sud. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) de tester l'analyse pollinique dans les sédiments marins de cette région, (2) d'étudier les modifications des paléoenvironnements continentaux au cours des 20 000 dernières années à partir de deux carottes océaniques de la campagne "PACHIDERME" (MD07-3088 et MD07-3104) et (3) de déterminer leurs liens avec l'activité des vents d'ouest et avec l'influence de ces vents dans l'hémisphère sud et donc sur le climat à l'échelle globale. Les analyses polliniques dans les sédiments marins de surface à l'intérieur et à l'extérieur des fjords de la Patagonie reflètent fidèlement la végétation actuelle développée sur le continent le plus proche, ce qui prouve la validité de la palynologie marine dans cette région. Au niveau de la péninsule de Taitao (46°S), l'expansion des forêts nord patagoniennes après 17.6 ka marque le début de la déglaciation. Cette dernière est interrompue par un évènement froid et humide, l'Antarctic Cold Reversal (ACR) qui s'exprime ici par le développement des tourbières de Magellan et est lié à l'intensification des vents d'ouest. Le développement de taxons héliophiles à ~11 ka illustre le début de l'Holocène sous des conditions plus chaudes et plus sèches qui sont également enregistrées autour du Fjord de Reloncavi (41°S). Ces conditions persistent jusqu'à ~8-7 ka, puis les changements de végétation aux cours de l'Holocène montrent une variabilité climatique plus importante évoluant vers un climat plus froid et plus humide qui se renforce au nord de la Patagonie après ~6-5 ka puis pendant l'Holocène supérieur. La comparaison de nos résultats avec les données paléoclimatiques de la région souligne les déplacements de la ceinture des vents d'ouest. Après une descente rapide vers le sud au début de la déglaciation, cette ceinture des vents d'ouest remonte vers le nord pendant l'ACR avant de redescendre à nouveau vers le sud à l'Holocène proche de sa position actuelle. Ce phénomène appuie l'hypothèse d'un lien entre les variations du CO2 atmosphérique et la ceinture des vents d'ouest jusqu'au début de l'Holocène. A partir de l'Holocène moyen et supérieur, la ceinture des vents d'ouest s'élargit avec un léger retour vers le nord probablement lié à la mise en place d'El Niño au niveau de l'océan Pacifique tropical.

Le mercure (Hg) est un métal émis dans l’atmosphère par des sources naturelles et anthropiques. Il est préoccupant à l’échelle mondiale de par sa propagation atmosphérique sur de longues distances, loin des sources d’émissions, sa persistance dans l’environnement, son potentiel de bioaccumulation dans les chaînes alimentaires aquatiques et ses effets néfastes sur la santé humaine. Les modèles atmosphériques, utilisés pour retracer son cheminement depuis les sources d’émissions jusqu’aux dépôts au sein des écosystèmes, sont entachés de fortes incertitudes en raison notamment de notre compréhension partielle des processus atmosphériques (réactions d’oxydo-réduction, dépôts, réémissions) et du manque de données d’observations à l’échelle planétaire. L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer notre compréhension du cycle atmosphérique du Hg en trois sites reculés de l’Hémisphère Sud : l’île d’Amsterdam (AMS) en plein océan Indien, Concordia (DC) sur la calotte glaciaire antarctique et Dumont d’Urville (DDU) sur la côte Est du continent. Les données acquises à AMS démontrent une réactivité atmosphérique limitée du Hg dans cette région du globe. L’île étant faiblement et rarement influencée par des masses d’air continentales polluées, il s’agit d’un site clé pour la surveillance, sur le long terme, du bruit de fond atmosphérique aux moyennes latitudes de l’Hémisphère Sud. Les données acquises en Antarctique démontrent l’existence de processus inédits en termes de réactivité dans l’atmosphère et à l’interface air-neige. Les processus observés sur la calotte glaciaire influent par ailleurs sur le cycle du Hg à l’échelle continentale du fait des forts vents catabatiques. Ces avancées scientifiques permettront, à terme, de contraindre et d’améliorer les modèles atmosphériques globaux. / Mercury (Hg) is a metal emitted by both natural and anthropogenic sources. It is of global concern owing to its long-range atmospheric transport, its persistence in the environment, its ability to bioaccumulate in ecosystems, and its negative effects on human health. Large uncertainties associated with atmospheric models – that trace the link from emissions to deposition of Hg onto environmental surfaces – arise as a result of our incomplete understanding of atmospheric processes (oxidation pathways, deposition, and re-emission) and of the scarcity of monitoring data at a global scale. The aim of this PhD work is to improve our understanding of the atmospheric Hg cycling at three remote sites of the Southern Hemisphere: Amsterdam Island (AMS) in the Indian Ocean, Concordia (DC) on the East Antarctic ice sheet, and Dumont d’Urville (DDU) on the East Antarctic coast. Data acquired at AMS suggest a limited atmospheric reactivity of Hg in this part of the globe. The advection of polluted continental air masses being scarce, AMS is a key site for the long-term monitoring of the atmospheric background in the Southern Hemisphere mid-latitudes. Data acquired in Antarctica highlight the occurrence of unprecedented processes in the atmosphere and at the air-snow interface. Due to katabatic winds flowing out from the East Antarctic ice sheet down the steep vertical drops along the coast, processes observed at DC influence the cycle of atmospheric Hg on a continental scale. These scientific breakthroughs will ultimately lead to improved global transport and deposition models.

Dans le contexte du réchauffement climatique, les enregistrements paléoclimatiques à différentes échelles temporelles et spatiales apparaissent essentiels pour comprendre les mécanismes du climat. La Patagonie Chilienne (41°S à 56°S) parcourue du Nord au Sud par les Andes représente une contrainte topographique majeure sur les circulations atmosphériques et océaniques. Cette région est la seule qui intercepte la totalité de la ceinture des vents d'ouest austraux et constitue donc une zone clé pour étudier les changements paléoenvironnementaux et comprendre les mécanismes océan-atmosphère et leurs interactions aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère sud. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) de tester l’analyse pollinique dans les sédiments marins de cette région, (2) d’étudier les modifications des paléoenvironnements continentaux au cours des 20 000 dernières années à partir de deux carottes océaniques de la campagne "PACHIDERME" (MD07-3088 et MD07-3104) et (3) de déterminer leurs liens avec l’activité des vents d’ouest et avec l’influence de ces vents dans l’hémisphère sud et donc sur le climat à l’échelle globale. Les analyses polliniques dans les sédiments marins de surface à l’intérieur et à l’extérieur des fjords de la Patagonie reflètent fidèlement la végétation actuelle développée sur le continent le plus proche, ce qui prouve la validité de la palynologie marine dans cette région. Au niveau de la péninsule de Taitao (46°S), l’expansion des forêts nord patagoniennes après 17.6 ka marque le début de la déglaciation. Cette dernière est interrompue par un évènement froid et humide, l’Antarctic Cold Reversal (ACR) qui s’exprime ici par le développement des tourbières de Magellan et est lié à l’intensification des vents d’ouest. Le développement de taxons héliophiles à ~11 ka illustre le début de l’Holocène sous des conditions plus chaudes et plus sèches qui sont également enregistrées autour du Fjord de Reloncavi (41°S). Ces conditions persistent jusqu’à ~8-7 ka, puis les changements de végétation aux cours de l’Holocène montrent une variabilité climatique plus importante évoluant vers un climat plus froid et plus humide qui se renforce au nord de la Patagonie après ~6-5 ka puis pendant l’Holocène supérieur. La comparaison de nos résultats avec les données paléoclimatiques de la région souligne les déplacements de la ceinture des vents d’ouest. Après une descente rapide vers le sud au début de la déglaciation, cette ceinture des vents d’ouest remonte vers le nord pendant l’ACR avant de redescendre à nouveau vers le sud à l’Holocène proche de sa position actuelle. Ce phénomène appuie l’hypothèse d’un lien entre les variations du CO2 atmosphérique et la ceinture des vents d’ouest jusqu’au début de l’Holocène. A partir de l’Holocène moyen et supérieur, la ceinture des vents d’ouest s’élargit avec un léger retour vers le nord probablement lié à la mise en place d’El Niño au niveau de l’océan Pacifique tropical. / In the context of global warming, paleoclimate records at different time and spatial scales appear critical to understand climate mechanisms. Chilean Patagonia (41°S to 56°S), crossed by the Andes from north to south, represents a major topographic constraint on ocean and atmospheric circulation. It is the only region that intercepts the entire southern westerly wind belt. Thus it represents a key-area for the study of paleoenvironmental changes in the southern hemisphere and the understanding of ocean-atmosphere mechanisms and their interactions from the mid- to high-latitudes of the southern hemisphere. In this context, the purposes are: (1) to test the pollen analysis on marine surface sediments in this region, (2) to study the continental changes of paleoenvironments during the last 20,000 years from two oceanic cores of the "PACHIDERME" campaign (MD07-3088 and MD07-3104) and (3) to evaluate their links with southern westerly wind belt activity and with the influence of these winds on the southern hemisphere and with the climate at a global scale. The pollen analyses of marine surface sediments in fjords or offshore from Chilean Patagonia reflect the present-day vegetation from the nearby continental area. At the Peninsula of Taitao (46°S), the North Patagonian forest expansion after 17.6 kyr shows the beginning of the deglaciation. This last (period) is interrupted by a wet and cool event, the Antarctic Cold Reversal (ACR), that was expressed here by development of the Magellanic moorland linked to the southern westerly wind intensification. The expansion of heliophytic taxa at ~11 kyr illustrates the beginning of the Holocene under warmer and drier conditions that are also recorded around the fjord of Reloncavi (41°S). These conditions persisted until ~8-7 kyr, and then the vegetation changes during the Holocene show a larger climate variability toward a cooler and wetter climate that enhances in northern Patagonia later ~6-5 kyr during the Late Holocene. Our results compared with the regional paleoclimatic data highlight the shifts of the southern westerly wind belt. After a rapid southward shift at the beginning of the deglaciation, the southern westerly wind belt returns northward during the ACR before reaching southern latitudes near to their present-day position. This scheme strengthens the inference of the link between atmospheric CO2 variability and the southern westerly wind belt up to the Early Holocene. From the mid and late Holocene, the southern westerly wind belt was displaced northward with a slight return probably linked to the beginning of El Niño recorded in tropical Pacific Ocean.