La compréhension de la dynamique interne du noyau terrestre nécessite l'observation des<br />fluctuations du champ magnétique en des sites répartis uniformément à la surface du globe<br />pour différentes périodes de temps. La première partie de cette thèse présente les résultats<br />d'une étude paléomagnétique, en direction et en intensité, réalisée sur des laves oligocènes<br />de l'archipel des Kerguelen (49° 20'S, 70° 20'E) en vue de compléter les bases de données<br />internationales. Celle-ci a permis d'évaluer la dispersion angulaire inter-coulées entre 21.2 et<br />21.8° par rapport au pôle géographique. Cette estimation de la variation paléoséculaire oli-<br />gocène est en accord avec le Modèle G de McFadden et al. (1991) pour la période 22.5-45<br />Ma. Les 12 déterminations de paléointensité reportées sont les premières d'une bonne qualité<br />technique obtenues pour cette région. Le moment dipolaire virtuel moyen leur étant associé<br />(6.15+-2.1 10e22 Am2), est plus élevé que la valeur précédemment estimée pour l'oligocène.<br />Néanmoins, il reste bien inférieur à la valeur moyenne obtenue pour les périodes récentes<br />( 0.3 Ma), qui semblent anormalement élevées.<br /> <br />D'autre part, le travail réalisé au cours de cette thèse contribue aux recherches géologiques<br />menées à Kerguelen en apportant des contraintes propres au paléomagnétisme. A partir<br />d'études de la fabrique magnétique, une meilleure localisation des centres éruptifs des dif-<br />férentes provinces volcaniques ainsi qu'une chronologie détaillée de la mise en place d'une<br />section de la partie Sud-Est de l'archipel, sont proposées. Le report sur une échelle magnéto-<br />stratigraphique globale des successions de polarité observées pour cinq sections a permis par<br />ailleurs de préciser leurs intervalles de temps de mise en place et réviser ainsi l'estimation de<br />leurs taux d'éruption respectifs.

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Le potentiel adaptatif d’une espèce peut être défini par sa capacité à faire face aux changements environnementaux. Le potentiel adaptatif augmente avec la variation du phénotype, du niveau intra-individuel au niveau inter-populations. Cependant, les facteurs qui contrôlent et expliquent cette variation phénotypique sont encore relativement peu compris. Nous avons étudié quatre espèces végétales des îles Kerguelen, en subantarctique, une des régions les plus sévèrement affectée par le changement climatique. Les espèces végétales des îles Kerguelen montrent un fort degré d’intégration phénotypique (i.e. forte corrélation entre les traits), suggéré comme étant une contrainte pour la variation des traits. Chez ces espèces, nous avons étudié les facteurs qui peuvent contraindre la variation phénotypique : les facteurs environnementaux extrinsèques, l’intégration phénotypique intrinsèque et les coûts associés de performance. Nous avons montré que la variation intra-individuelle, i.e. plasticité, peut être contrainte par la modification simultanée de multiple facteurs environnementaux, et par les coûts de performance qui en résultent. En revanche, la plasticité peut être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 3). Nous avons montré que la variation interindividuelle, à l’intérieur des populations, n’était pas contrainte par des facteurs environnementaux, mais pouvait cependant être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 1). Egalement, nous avons trouvé que la variation inter-populations à l’intérieur d’une région peut être contrainte par une variation environnementale limitée (Chapitre 1). Finalement, nous avons étudié des métabolites secondaires (amines et flavonols) qui font le lien entre variation environnementale et variation phénotypique. Nous avons trouvé que la composition et la fonction de ces métabolites varient entre régions, suggérant une différentiation évolutive entre régions (Chapitre 2). Les patrons de variation entre régions, suggèrent au niveau intra-spécifique une redondance et une versatilité fonctionnelle des métabolites, que nous somme, à notre connaissance, les premiers à mettre en évidence. Nous suggérons que le changement climatique des îles Kerguelen va avoir un impact négatif sur la performance des espèces végétales. La persistance d’habitats humides favorables à ces espèces sera alors un facteur déterminant de la capacité des espèces à faire face au changement climatique. De plus, ce projet a permis d’identifier des facteurs jusqu’alors peu reconnus qui pourtant favorisent le potentiel adaptatif des espèces. En particulier, le potentiel adaptatif peut être favorisé par (i) le degré d’intégration phénotypique (contrairement à ce qui est communément suggéré) et (ii) la redondance et la versatilité des métabolites (qui a peu été étudiée jusqu’alors). Qui plus est, nous avons mis en évidence pour la première fois, plusieurs coûts et limites de la plasticité, suggérant qu’une réponse plasticité de la plante n’est pas une garantie de succès dans le nouvel environnement. / The adaptive potential of a species can be defined as its capacity to cope with environmental change. Adaptive potential increases with phenotypic variation, from the intra-individual to the inter-population level, but factors controlling and explaining this variation still remain poorly understood.We studied four plant species from Iles Kerguelen in the sub-Antarctic region which is currently facing one of the strongest climate changes worldwide. Plant species from Iles Kerguelen are known to show high phenotypic integration (i.e. strong correlation among traits), a phenomenon that has been suggested to constrain trait variation. For these species we studied what constrains phenotypic variation, considering the external environment, the internal phenotypic integration and the associated performance costs. We found that intra-individual variation, i.e. plasticity, may be constrained by complex environmental change and the performance costs it triggers. In contrast, plasticity may be favored by high degree of phenotypic integration (Chapter 3). We found that inter-individual variation within populations may not be constrained by environmental factors, but may be favored by high phenotypic integration (Chapter 1). We found inter-population variation within regions may be constrained by restricted environmental variation (Chapter 1). Finally, we studied secondary metabolites (amines and flavonols) that connect environmental variation to phenotypic variation. We found that compositions and functions of these metabolites vary among regions, probably reflecting evolutionary differentiation among regions (Chapter 2). Patterns of variation betweenregions suggest that within species metabolites may be functionally redundant or versatile, for which to our knowledge our results are the first hint. Overall, we suggest that climate change in Kerguelen will impact plant species performance, and that the persistence of suitable wet habitats will be determinant in species capacities to cope with such changes. Furthermore, this project identified so far underestimated factors which may favor the adaptive potential of species. Particularly, we emphasize that the adaptive potential of species may increase due to (i) phenotypic integration, (contrary to common suggestion) and (ii) metabolite redundancy or versatility (only poorly studied so far). Moreover, we evidenced, partly for the first time, multiple costs and limits of plasticity and suggest that plasticity does not guarantee plant success in the new environment.

La grande extension méridienne et la faible profondeur du plateau de Kerguelen en font un obstacle majeur à l'écoulement zonal du Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) dans le secteur indien de l'océan austral. Tandis que la majorité du transport du CCA est dévié au nord des îles Kerguelen, le reste (50 x 10 m3 s-1) doit passer plus au sud, probablement par les passages profonds du Fawn Trough (56°S, 77°E, 2650 m) et du Princess Elizabeth Trough (64°S, 82°E, 3650 m). Pourtant, le détail de la circulation autour du plateau est longtemps resté méconnu, en raison des difficultés à récolter des données dans cette région éloignée de toute route commerciale, d'un climat particulièrement rude et de la présence de la banquise recouvrant la moitié du plateau en hiver. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance de la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen. Pour cela, un large éventail d'outils allant de l'analyse d'observations récentes à l'utilisation de modèles numériques de circulation a été utilisé. Les données obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés sont présentées en détail. Une procédure de calibration et de validation de ces profils hydrologiques est proposée. Ce jeu de données, constitué d'un grand nombre de sections à haute résolution spatiale, est ensuite combiné avec d'autres observations plus conventionnelles (in situ et satellites) pour construire un nouveau schéma de circulation dans la région. L'existence d'un courant intense traversant le passage du Fawn Trough est alors mise en évidence. Les observations directes du courant du Fawn Trough pendant la campagne récente TRACK (resp.: Y.-H. Park) confirment l'importance de ce courant, qui concentre plus de 40 x 10 m3 s-1, soit 30 % du transport total du CCA. La connaissance de la circulation développée à partir des observations est ensuite utilisée pour valider une simulation au 1/4° de résolution. A l'aide de tests de sensibilité sur une configuration régionale de l'Océan Indien Sud, l'importance de la bonne représentation des caractéristiques des masses d'eau profonde et de la bathymétrie pour obtenir une simulation réaliste est mise en évidence. Finalement, une analyse dynamique de la simulation est menée, montrant comment la circulation résulte d'une combinaison des effets de la bathymétrie et du vent au travers de la balance de Sverdrup topographique. L'extension méridienne du CCA est maximale dans la région du plateau de Kerguelen, augmentant régionalement le forçage du vent. En permettant le passage de la partie sud du CCA près de la divergence antarctique (entre 60°S et 65°S), où le pompage d'Ekman est très intense, le plateau de Kerguelen pourrait favoriser indirectement l'accélération du CCA.

Les écosystèmes sub-Antarctiques sont particulièrement vulnérables aux perturbations environnementales et notamment aux invasions biologiques. L'introduction du Chat (Felis silvestris catus) sur la Grande Terre de l'archipel des Kerguelen a eu des effets désastreux sur les communautés d'oiseaux marins. Ce prédateur doit sa survie dans cet environnement à la présence d'une proie introduite, le Lapin (Oryctolagus cuniculus), qui constitue sa ressource principale pendant l'hiver lorsque les oiseaux marins sont repartis en mer. L'éradication du chat n'apparaît pas être une solution réaliste compte tenu de la taille de l'île (6675 km2) et son inaccessibilité. De plus elle serait susceptible de conduire à des résultats non souhaités comme par exemple une explosion démographique des populations de lapins. La mise en place d'une politique de gestion adaptée nécessite d'améliorer notre connaissance des facteurs qui conditionnent la dynamique spatio-temporelle des populations de chats. Au cours de cette thèse, j'ai cherché à identi_er les mécanismes des interactions entre le chat, le lapin et la végétation, car elles sont attendues conditionner celles existantes entre le chat et les oiseaux marins. J'ai analysé la dynamique spatio-temporelle de quatre populations de chats sur la Grande Terre et j'ai en particulier recherché si des conditions environnementales spatialement corrélées (effet Moran) pouvaient, en se propageant dans la chaine alimentaire, synchroniser les variations temporelles d'abondance des populations de chats. Enfin, j'ai étudié l'impact des variations spatio-temporelles d'abondance des populations de chats sur les variations spatio-temporelles de la structure génétique des populations de chats.

La grande extension méridienne et la faible profondeur du plateau de Kerguelen en font un obstacle majeur à l'écoulement zonal du Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) dans le secteur indien de l'océan austral. Tandis que la majorité du transport du CCA est dévié au nord des îles Kerguelen, le reste ( 50 x 106 m3 s1) doit passer plus au sud, probablement par les passages profonds du Fawn Trough (56°S, 77°E, 2650 m) et du Princess Elizabeth Trough (64°S, 82°E, 3650 m). Pourtant, le détail de la circulation autour du plateau est longtemps resté méconnu, en raison des di cultés à récolter des données dans cette région éloignée de toute route commerciale, d'un climat particulièrement rude et de la présence de la banquise recouvrant la moitié du plateau en hiver. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance de la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen. Pour cela, un large éventail d'outils allant de l'analyse d'observations récentes à l'utilisation de modèles numériques de circulation a été utilisé. Les données obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés sont présentées en détail. Une procédure de calibration et de validation de ces pro ls hydrologiques est proposée. Ce jeu de données, constitué d'un grand nombre de sections à haute résolution spatiale, est ensuite combiné avec d'autres observations plus conventionnelles (in situ et satellites) pour construire un nouveau schéma de circulation dans la région. L'existence d'un courant intense traversant le passage du Fawn Trough est alors mise en évidence. Les observations directes du courant du Fawn Trough pendant la campagne récente TRACK (resp. : Y.-H. Park) con rment l'importance de ce courant, qui concentre plus de 40 x 106 m3 s1, soit 30 % du transport total du CCA. La connaissance de la circulation développée à partir des observations est ensuite utilisée pour valider une simulation au 1/4° de résolution (ORCA025-G70, Barnier et al., 2006). A l'aide de tests de sensibilité sur une con guration régionale de l'Océan Indien Sud, l'importance d'une bonne représentation des caractéristiques des masses d'eau profonde et de la bathymétrie pour obtenir une simulation réaliste est mise en évidence. Finalement, une analyse dynamique de la simulation est menée, montrant comment la circulation résulte d'une combinaison des e ets de la bathymétrie et du vent au travers de la balance de Sverdrup topographique. En forçant le passage d'une partie du CCA au niveau de la divergence antarctique (entre 60°S et 65°S), là où le pompage d'Ekman est maximal, le plateau de Kerguelen favorise une intense remontée vers la surface des isopycnes sud du CCA. Ainsi, paradoxalement, le plateau de Kerguelen pourrait être une des principales zones d'accélération du CCA.

La dynamique océanique, notamment dans les régions Australes, se caractérise par d'importantes fluctuations induites par les processus à mésoéchelle (tourbillons, 100-200km) et à sous-mésoéchelle (filaments, <50km). Ces processus sont connus pour stimuler fortement le développement du phytoplancton et avec lui l'ensemble de la chaine trophique. Toutefois les relations entre la distribution des proies et celle des prédateurs sont encore loin d'être bien connues pour la plupart des espèces marines. C'est en particulier le cas pour l'éléphant de mer austral (EDM) dont les proies souvent localisées à grandes profondeurs. Cette thèse s’est intéressée à étudier comment le comportement de plongée et de chasse des EDM est influencé par les variations à fine échelle de l'environnement. Une des originalités de cette thèse a été d’utiliser les mesures à très haute résolution récoltées par les éléphants de mer qui constituent un jeu de données 3-D in-situ unique à sous-mésoéchelle, puis de les combiner aux mesures satellites plus classiques de température et d'altimétrie. Ce travail a montré, pour la première fois à l’aide de données in-situ très haute résolution, l’importance des zones frontales à sous-mésoéchelle dans le comportement alimentaire d’un prédateur supérieur. De plus, elle a permis le développement d’une méthode originale d’identification des zones frontales à fine échelle et confirmé la pertinence de la méthode Quasi-Géostrophique de Surface (SQG) dans l’étude de la dynamique fine échelle, notamment dans les perspectives des futures missions spatiales à hautes résolutions (de type SWOT). / Ocean dynamics, especially in the southern ocean, are caracterized by strong fluctuation due to mesoscale (eddies, 100-200km) and submesoscale (filaments, <50km) processes. Theses processes are known to strongly stimulate primary production and with him the rest of the trophic chain. However, in marine ecosystems, relationship between prey and predator distribution remain challenging to understand. Such complexe link exist within the Southern Elephant Seal (SES) and their deep diving prey.This PhD worked to understand how the SES diving and foraging behaviour is impacted by submesoscale variation of the environment. Two original aspects of this work was first to use the very high resolution measurement from SES as an unique 3-D in-situ submesoscale dataset and then to combine it to, more classic, satellite temperature and altimetry measurement. This work showed, for the first time the in-situ impact of submesoscale frontal regions on one top predator foraging behaviour. Furthermore, during this study, an original method to identify fine scale frontal regions was developped. Finally, this PhD confirm the relevant use of the Surface Quasi-Geostrophic method in the study of fine scale dynamics, especially in the possibility of high resolution spatial missions (such as SWOT).

Please read the abstract in the section 00front of this document. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010. / Zoology and Entomology / unrestricted