L'étude des interglaciaires passés qui sont des périodes chaudes avec un volume de glace réduit comme l’interglaciaire actuel, l'Holocène, est cruciale pour comprendre le climat futur. Ce travail apporte de nouvelles informations sur le climat des interglaciaires clés, les stades isotopiques marins (MIS) 11 et 31, considérés comme des analogues au réchauffement global projeté. Une analyse pollinique des sédiments du Site IODP U1385 (marge sud-ouest ibérique) a été effectuée à haute résolution, ce qui permet de comparer directement les variations de la végétation (atmosphère) avec celles de la température des eaux de surface océaniques. Nos données montrent qu’à l’échelle orbitale, la forêt du sud-ouest de l’Europe pendant le MIS 11 est principalement influencée par la précession alors que pendant le MIS 31, malgré des valeurs de précession extrêmes, le forçage dominant est l’obliquité, favorisant une végétation moins méditerranéenne et un régime climatique tempéré. De plus, la variabilité millénaire apparaît comme une caractéristique persistante mais les épisodes de refroidissement varient en intensité et durée en fonction des conditions limites qui favorisent un forçage prédominant des hautes ou basses latitudes. Enfin, nous examinons l'expression régionale de l'Holocène et de ses analogues orbitaux, les MIS 11c et 19c dans le sud-ouest de l’Europe. Ceci révèle que l'optimum Holocène se distingue par un plus fort développement forestier et donc que les MIS 11c et 19cne sont pas des analogues à l’Holocène pour notre zone d’étude. Grâce à une comparaison modèle-données, nous montrons aussi que la forêt interglaciaire dans cette région est principalement contrôlée par la précession en influençant les précipitations hivernales, facteur critique pour le développement de la forêt méditerranéenne, tandis que le CO2 joue un rôle négligeable. / The study of past interglacials, periods of reduced ice volume like our present interglacial, the Holocene, is crucial for understanding the future climate. This work provides new insights into the intensity and climate variability of key interglacials, namely Marine Isotopic Stages (MIS) 11 and 31, considered as analogues for the projected global warming. A highresolution pollen analysis at IODP Site U1385 off SW Iberia was performed, which enables adirect comparison between atmospheric-driven vegetation changes and sea surface temperature variability. At orbital time scale, this thesis shows that the dominant orbital forcing on the SW European forest was different between the interglacials of the 100-ky (MIS 11) and 41-ky (MIS31) worlds. While during MIS 11 its weak precessional forcing predominates, during MIS 31 itsextreme precession forcing is dwarfed by the prevailing influence of obliquity leading to a temperate climate regime as shown by a less Mediterranean character of the vegetation. This work also shows that millennial-scale variability was a pervasive feature and suggests that the different intensity and duration of the cooling events in SW Iberia was related to different atmospheric and oceanic configurations modulated by high or low-latitude forcing depending on the baseline climate states. Finally, this study examines the dominant forcing underlying the regional expression of the Holocene and its orbital analogues, MIS 11c and 19c, over SW Iberia using a data-model comparison approach. This comparison reveals that the Holocene optimum stands out for its higher forest development and therefore these interglacials cannot be considered as analogues for the Holocene vegetation and climate changes in Iberia. Additionally,it shows that the SW Iberian forest dynamics during these interglacials were primarily controlled by precession through its influence on winter precipitation, which is critical for the Mediterranean forest development whereas CO2 played a negligible role.

Quantifier les variations de température océanique du passé est nécessaire pour comprendre les mécanismes qui régissent l’évolution climatique. Les méthodes de paléo-thermométrie classiques peuvent souffrir de limitation inhérente à l’écologie des organismes et/ou à cause de l’influence d'effets physico-chimiques (salinité, acidité de l’eau de mer…). Ce travail se focalise sur la technique de paléothermométrie Δ47, qui repose sur la mesure du « clumping isotopique » dans les carbonates. Il vise d’abord à établir une calibration appliquée aux foraminifères et ensuite à mettre en œuvre cette calibration pour l’étude des variations climatiques au cours de la transition du Pléistocène moyen (MPT). Notre calibration Δ47-température des foraminifères planctoniques et benthiques, prélevés dans des sédiments modernes, couvre une gamme de température de -2 à 25°C. Les valeurs de Δ47 sur 9 espèces de foraminifères présentent une excellente corrélation avec la température de calcification des organismes, estimée à partir des mesures isotopiques de l’oxygène. Les résultats obtenus confirment l’absence d’effets liés à l’écologie des foraminifères (effets vitaux et de taille des organismes) et démontrent que la salinité n’affecte pas les mesures de Δ47. Cette étude constitue une avancée méthodologique importante pour les futures études paléocéanographiques sur les foraminifères. La MPT correspond à une transition climatique marquée par un changement de fréquence des cycles glaciaires-interglaciaires (de 41 000 à 100 000 ans). La compréhension de cette période est un enjeu scientifique majeur pour appréhender la mise en place du climat actuel. Notre calibration Δ47-température a permis de quantifier les variations de températures au cours de la MPT en mer méditerranée (Section de Montalbano Jonico, sud de l’Italie) et particulièrement des stades isotopiques marins 31 et 19, considérés comme des analogues à l’Holocène. Les résultats indiquent que (i) les températures (Δ47) obtenues sont en adéquation avec les températures obtenues par d’autres paléothermomètres, (2) les températures permettent de retracer les changements de régime océanographique et hydrologique, et (3) la mesure du Δ47 est complément prometteur pour les études multi-méthodes en paléocéanographie. / The quantification of past oceanic temperature changes is a critical requirement for understanding the mechanisms which regulate climate variations. Classical methods of paleothermometry could suffer from well-known limitations related to ecology and/or to physico-chemical biases (sea water salinity, acidity…). This work focuses on clumped-isotope carbonate thermometry (Δ47). It aims to establish a calibration of Δ47 foraminifera and use it to study past climatic variations through the Mid-Pleistocene Transition (MPT). Our Δ47 calibration in planktonic and benthic foraminifera collected from modern marine sediment covers a temperature range of -2 to 25 °C. The clumped-isotope compositions of 9 species of foraminifera show a robust correlation with the calcification temperature, estimated from the measurements of oxygen-18. These results confirm the absence of bias linked to foraminifer ecology (species-specific and foraminifer size effects) and provide evidence that salinity does not affect the Δ47 thermometer. This study constitutes significant methodological progress for future paleoceanographic applications in foraminifera.The MPT is a climatic transition characterized by a shift in the frequencies of glacial-interglacial cycles (from 41 000 to 100 000 years). Understanding the MPT is a major scientific objective, which underlies our effort to study the establishment of our present climate. Our Δ47 calibration was used to quantify temperature changes through the MPT in the Mediterranea Sea (Montalbano Jonico section, south of Italy), and in particular the marine isotopic stages 31 and 19, which may be described as Holocene analogues. We find that (1) Δ47 temperatures are in good agreement with temperatures reconstructed from other paleothermometers, (2) these results allow reconstructing changes in past oceanographic and hydrologic regime, and (3) Δ47 measurement are a promising component of multi-proxy paleoceanographic studies.

Until now, the lack of time-continuous, terrestrial paleoenvironmental data from the Pleistocene Arctic has made model simulations of past interglacials difficult to assess. Here, we compare climate simulations of four warm interglacials at Marine Isotope Stage (MIS) 1 (9ka), 5e (127 ka), 11c (409 ka), and 31 (1072 ka) with new proxy climate data recovered from Lake El’gygytgyn, NE Russia. Climate reconstructions of the Mean Temperature of the Warmest Month (MTWM) indicate conditions 2.1, 0.5 and 3.1 ºC warmer than today during MIS 5e, 11c, and 31 respectively. While the climate model captures much of the observed warming during each interglacial, largely in response to boreal summer orbital forcing, the extraordinary warmth of MIS 11c relative to the other interglacials in the proxy records remain difficult to explain. To deconvolve the contribution of multiple influences on interglacial warming at Lake El’gygytgyn, we isolated the influence of vegetation, sea ice, and circum-Arctic land ice feedbacks on the climate of the Beringian interior. Vegetation-land surface feedback simulations during all four interglacials show expanding boreal forest cover with increasing summer insolation intensity. A deglaciated Greenland is shown to have a minimal effect on Northeast Asian temperature during the warmth of stage 11c and 31 (Melles et al., 2012). A prescribed enhancement of oceanic heat transport into the Arctic ocean has some effect on Beringian climate, suggesting intrahemispheric coupling seen in comparisons between Lake El’gygytgyn and Antarctic sediment records might be related to linkages between Antarctic ice volume and ocean circulation. The exceptional warmth of MIS 11c remains enigmatic however, relative to the modest orbital and greenhouse gas forcing during that interglacial. Large Northern Hemisphere ice sheets during Plio-Pleistocene glaciation causes a substantial decrease in Mean Temperature of the Coldest Month (MTCM) and Mean Annual Precipitation (PANN) causing significant Arctic aridification. Aridification and frigid conditions can be linked to a combination of mechanical forcing from the Laurentide and Fennoscandian ice sheets on mid-tropospheric westerly flow and expanded sea-ice cover causing albedo-enhanced feedback.