L'upwelling du Sud Vietnam (SVU) joue un rôle clef dans la dynamique océanique et la productivité biologique en Mer de Chine du Sud. Cette thèse vise à quantifier la variabilité interannuelle du SVU et identifier les facteurs et mécanismes en jeu. Pour cela, un jeu de simulations numériques pluri-annuelles à haute résolution a été utilisé. Le réalisme du modèle a été évalué et optimisé par comparaison aux observations in-situ et satellites. Les résultats montrent que la grande variabilité du SVU est fortement pilotée par le rotationnel du vent estival, et liée à l'oscillation ENSO via son impact sur le vent. Cependant, cette influence du vent est significativement modulée par la variabilité intrinsèque océanique liée aux interactions entre la vorticité associée aux tourbillons océaniques et le vent, et dans une moindre mesure par la circulation océanique de grande échelle et les fleuves. Ces conclusions sont robustes aux choix effectués pour corriger la dérive de surface du modèle. / The summer South Vietnam Upwelling (SVU) is a major component of the South China Sea circulation that also influences the ecosystems. The objectives of this thesis are first to quantitatively assess the interannual variability of the SVU in terms of intensity and spatial extent, second to quantify the respective contributions from different factors (atmospheric, river and oceanic forcings; ocean intrinsic variability OIV; El-Niño Southern Oscillation ENSO) to the SVU interannual variability, and third to identify and examine the underlying physical mechanisms. To fulfill these goals we use a set of sensitivity eddy-resolving simulations of the SCS circulation performed with the ROMS_AGRIF ocean regional model at 1/12° resolution for the period 1991-2004. The ability of the model to realistically represent the water masses and dynamics of the circulation in the SCS and SVU regions was first evaluated by comparison with available satellite and in-situ observations. We then defined a group of sea-surface-temperature upwelling indices to quantify in detail the interannual variability of the SVU in terms of intensity, spatial distribution and duration. Our results reveal that strong SVU years are offshore-dominant with upwelling centers located in the area within 11-12oN and 110-112oE, whereas weak SVU years are coastal-dominant with upwelling centers located near the coast and over a larger latitude range (10-14oN). The first factor that triggers the strength and extent of the SVU is the summer wind curl associated with the summer monsoon. However, its effect is modulated by several factors including first the OIV, whose contribution reaches 50% of the total SVU variability, but also the river discharge and the remote ocean circulation. The coastal upwelling variability is strongly related to the variability of the eastward jet that develops from the coast. The offshore upwelling variability is impacted by the spatio-temporal interactions of the ocean cyclonic eddies with the wind stress curl, which are responsible for the impact of the OIV. The ocean and river forcing also modulate the SVU variability due to their contribution to the eddy field variability. ENSO has a strong influence on the SVU, mainly due to its direct influence on the summer wind. Those results regarding the interannual variability of the SVU are robust to the choice of the surface bias correction method used in the model. We finally present in Appendix-A2 preliminary results about the impacts of tides.

L'objectif principal de cette thèse est l'étude de l'impact des variations de la mousson sud-est asiatique sur l'enregistrement sédimentaire en mer de Chine du Sud (MCS) au cours des 2 derniers Ma. La fraction terrigène de 3 sites ODP (Leg 184, sites 1144, 1145 et 1146) localisés dans la partie nord de la MCS, a servi de base à une approche pluridisciplinaire alliant sédimentologie, minéralogie et géochimie. L'utilisation combinée de la diffraction des rayons X et de la géochimie isotopique (systèmes Rb/Sr et Sm/Nd) a permis d'identifier les sources du sédiment. Le matériel fin (<2µm), provient majoritairement de la rivière des Perles avec toutefois, lorsque l'intensité de la mousson d'été augmente (cycles de 23ka), des apports importants de smectite se faisant depuis l'arc volcanique de Luzon (3 à 15% de la fraction <2µm). L'étude granulométrique a permis de caractériser la dynamique sédimentaire en individualisant 3 populations granulométriques évoluant différemment au cours du temps et en montrant des augmentations de tailles de grains nettes lors des épisodes glaciaires. Ces variations sont attribuées au remaniement de la plate-forme lors des changements du niveau marin, remettant en question les précédentes hypothèses associant ces variations à des apports éoliens plus important lors de l'augmentation de la mousson d'hiver. Au cours des 2 derniers Ma, l'intensité de la mousson d'été présente trois grandes phases de variations : 2-1,2 Ma : oscillation de faible amplitude en relation avec l'insolation aux hautes latitudes (41ka). 1,2-0,9 Ma : intensification liée au ralentissement de la circulation océanique mondiale et à la fermeture des seuils indonésiens. 0,9-0 Ma : diminution progressive associée au refroidissement global.

De leur source continentale à leur lieu de stockage ultime, les particules sédimentaires détritiques vont être produites en fonction de la nature et de l'intensité des processus continentaux : climat, contexte géodynamique. Sur les plates-formes, elles vont subir l'action des agents hydrodynamiques, vont se déplacer, constituer des corps sédimentaires qui seront préservés ou non selon la nature et l'intensité des processus : agitation s.l., apports sédimentaires, création d'espace par subsidence et variation du niveau marin... Enfin, dans les domaines océaniques profonds, elles vont se déposer.<br />L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est, par une approche sédimentologique, de reconstituer les conditions environnementales, tant sur les continents que sur les plates-formes, ayant conduit aux dépôts étudiés. Sur cette base, nous avons entrepris des études sur des dépôts du Pléistocène en mer du Nord ainsi que dans les mers de Chine de l'Est et du Sud. Cette époque, par sa proximité, permet des études à très haute résolution temporelle tandis qu'elle est caractérisée par des oscillations climatiques et eustatiques importantes et rapides. De plus, les dépôts les plus récents portent la trace de l'Homme.<br />Sur la plate-forme, l'étude des grands corps sableux, bancs et très grandes dunes, a permis de préciser les mécanismes de leur mise en place. A court terme, même dans les environnements dominés par la marée, l'importance de phénomènes sporadiques tels que les houles de tempêtes, a été démontrée. Ils impriment aux formes et à la structure des fonds marins leur marque tandis que les agents tidaux sont les pourvoyeurs du matériel sédimentaire. A plus long terme, ce ne sont plus les agents dynamiques qui conditionnent la préservation des corps sédimentaires mais la création d'espace disponible et l'importance des apports sédimentaires. Au niveau de l'estuaire de l'Authie, des séries de carottages nous ont aidé à mesurer les conséquences du mouvement vers le nord des divers ensembles sédimentaires sur le type de sédiment rencontré ainsi que sur les modifications d'un espace naturel convoité par l'Homme.<br />Dans les bassins profonds, en mer de Chine du Sud, nos études ont permis de préciser les sources du matériel sédimentaire et son transport en faisant la part des contributions éolienne, fluviatile et marine. L'étude des caractères sédimentologiques de la fraction détritique a permis également d'étudier la balance ntre l'érosion et l'altération sur les zones émergées ainsi que de voir quelle est la réponse des marqueurs détritiques aux changements climatiques globaux depuis 2 millions d'années.

Le but de cette thèse est de reconstruire l’évolution environnementale de la région nord de la mer de Chine du Sud au cours du Quaternaire récent. L'objectif est d'identifier des traceurs des interactions continent-océan, de la mousson est-asiatique et de la circulation océanique. Pour cela, des analyses des minéralogies argileuse et magnétique, de la composition en éléments majeurs, et la taille des grains ont été effectuées sur les sédiments de carotte MD12-3432 couvrant les derniers 400 ka avec un taux de sédimentation variant entre 4.5 et 24 cm/ka. Nous avons tout d'abord amélioré les calibrations de la composition en éléments majeurs obtenue par XRF core-scanning. En effet, celles-ci ne corrigeaient pas des variations de teneur en eau interstitielle observées la séquence sédimentaire étudiée. Nous avons donc proposé une correction polynomiale quadratique qui convertit maintenant correctement les données XRF core-scanning en concentrations précises d’éléments majeurs. La composition en élément majeurs, les minéralogies argileuse et magnétique, et la granulométrie indiquent que les changements climatiques à basse latitude influencent les diverses fractions terrigènes de différentes manières. Considérant d’abord les éléments majeurs et les argiles, nous observons que les rapports smectite/(illite+chlorite) et K₂O/Al₂O₃ présentent tous deux des cyclicités orbitales. Le rapport K₂O/Al₂O₃ qui reflète la contribution relative des apports de Taiwan par dénudation, augmente pendant les interglaciaires quand la mousson d’été asiatique est forte. Le rapport smectite/(illite+chlorite) présente des cyclicités également liées à l’excentricité et à la précession en phase avec les changements d’insolation de l’hémisphère nord en été. Connaissant les régions sources de ces argiles, nous suggérons que l’apport en smectite est étroitement lié à l'intensité de l’altération chimique et à la dénudation fluvial induite par les fortes précipitations de mousson, tandis que l’apport d’illite/chlorite depuis Taiwan répond principalement à la dénudation. Le rapport smectite/(illite+chlorite) reflète ainsi principalement l'intensité de l’altération chimique contemporaine (rapide) et donc l’intensité de la mousson d'été asiatique. Les résultats obtenus confirment que la mousson d'été asiatique est renforcée pendant les périodes interglaciaires et quand l'insolation d'été boréal est forte. Les propriétés magnétiques sédimentaires offrent des informations complémentaires sur les changements environnementaux passés dans cette région. La fraction magnétique de la carotte MD12-3432 est composée de magnétites, sulfures de fer et hématite. Des augmentations de teneur en hématite et des diminutions de la granulométrie sédimentaire sont observées aux minima de précession. Ces évènements qui ont lieu pendant les périodes arides pourraient illustrer des apports éoliens depuis le nord de la Chine, liés à des changements d'intensité et/ou de route des vents, probablement aussi liés à l’intensification de la mousson d'hiver. Outre les changements climatiques de basse latitude, le climat global et l'activité tectonique influencent aussi les apports terrigènes dans cette région. Les augmentations à long terme de la teneur en pyrrhotite par rapport à la magnétite et à l’hématite, de la teneur de illite/chlorite indiquent une contribution croissante de sédiment fine d'origine Taiwanaise au cours des derniers 400 ka. Ceci est très probablement lié à l’intensification de l'orogenèse taïwanais. A l'échelle glaciaire-interglaciaire, les variations synchrones des compositions argileuse et magnétique, de la taille des grains sédimentaires et magnétiques, et des taux de sédimentation sont attribuées aux changements de niveau marin. En effet, les bas niveaux marins pendant les périodes glaciaires exposent l’immense plateau continental et permettent à la Rivière des Perles de livrer au site du sédiment terrigène en plus grande quantité et plus grossier. / The aim of this study is to reconstruct late Quaternary environmental changes in the northern South China Sea by applying multi-disciplinary proxies of land-sea interaction, East Asian monsoon, and oceanic circulation. Investigations of clay and magnetic mineralogy, major element composition, and grain size were performed on marine sediment Core MD12-3432 retrieved from the continental slope of the northern South China Sea. The core covers the last 400 ka with a sedimentation rate varying between 4.5 and 24 cm/ka. We examined the accuracy of existing calibration methods on major element composition obtained by XRF core-scanning, because downcore variations in interstitial water content should strongly affect scanned element contents. We proposed a quadratic polynomial correction to account for this effect and implemented it in the calibration methods. Data from Core MD12-3432 show that the improved calibration process now correctly converts XRF core-scanning data into major element concentrations. Our results on high-resolution major element composition, clay and magnetic mineralogy, and grain size data indicate that low-latitude climate changes influence various terrigenous fractions in different ways. In bulk sediment, K₂O/Al₂O₃ ratio mainly reflects the relative contribution of detrital supply from Taiwan, and its variation exhibits eccentricity cycles. The ratio increases during interglacials, showing that strong precipitation and denudation are induced by enhanced East Asian summer monsoon. In clay fractions, smectite/(illite+chlorite) ratio presents both eccentricity and precession periodicities, in phase with the northern hemisphere summer insolation changes and therefore with the East Asian summer monsoon evolution. Based on the knowledge of sediment provenances, these results suggest that high smectite/(illite+chlorite) ratios illustrate contemporaneous chemical weathering intensity in Luzon. It supports the understanding that East Asian summer monsoon is enhanced during interglacial periods and when the boreal summer insolation is strong. Therefore, these two ratios are appropriate sedimentary tracers for East Asian summer monsoon evolution in the South China Sea. The magnetic fraction yields complementary information about environmental changes in the South China Sea. The magnetic mineral assemblage of Core MD12-3432 is mainly composed of magnetite, sulphide, and hematite, and the relative contributions of all these magnetic mineral contents change with time. Variations on precessional band related to the low latitude East Asian monsoon are observed in magnetic properties and grain size values. High magnetic inputs with high hematite proportion, which is part of fine-grain sediment, are observed during the precession minima. These events occurring during arid periods may illustrate enhanced eolian inputs caused by changes in intensity and/or winds pathway of winds, probably related to enhanced winter monsoon. Besides the low-latitude climate changes, global climate and tectonic activity also influence the terrigenous composition at the studied site at different timescales. A long-term increase in pyrrhotite content with respect to magnetite and hematite and in illite/chlorite contents indicates an increasing contribution of fine grained sediments from Taiwan. This is most likely related to the intensification of Taiwanese orogeny over the last 400 ka. On glacial-interglacial scale, coeval increases observed in sedimentation rate, magnetite/pyrrhotite content, kaolinite content, and grain size during glacial periods are attributed to sea-level changes. Low sea-level during glacial periods exposes the vast shelf and allows the Pearl River to deliver more and coarser terrigenous sediments to our site.

Le but de cette étude est de retracer l’évolution de l’hydrologie dans la partie occidentale de l’Océan Pacifique subtropical en utilisant le proxy εNd analysé sur les foraminifères et sur les oxydes de ferromanganèse authigéniques dans les sédiments. Ceux-ci proviennent de carottes sédimentaires prélevées au nord de la Mer de Chine du Sud (MCS). Avant d’utiliser l’εNd dans les sédiments profonds de la MCS, 16 profils d’eau de mer, collectés au nord de la MCS et dans le Mer des Philippines, ont été analysés afin d’établir la distribution d’εNd des masses d’eau dans l’ouest du Pacifique tropical et dans la MCS, qui jusqu’à aujourd’hui n’était pas documentée. Les valeurs d’εNd des masses d’eau profondes et intermédiaires varient de -2,7 à -4,4 et augmentent légèrement avec la profondeur. Dans la mer des Philippines, les valeurs d’εNd de l’eau intermédiaire du Pacifique Nord (North Pacific Intermediate Water, NPIW) atteint -2.7±0.4 à moyenne profondeur (500 à 1400m). En-dessous de de 1800m, l’eau profonde Pacifique (Pacific Deep Water, PDW) est caractérisée par du Nd moins radiogénique (-4.1±0.5), indiquant l’intrusion de masses d’eau australes. Pour la plupart des stations du nord de la MCS, les masses d’eau en-dessous de 1500m (PDW) affichent des valeurs d’εNd homogènes (~ -4.1), similaires à celles de la PDW dans la Mer des Philippines. Les valeurs d'εNd pour l'eau intermédiaire de la mer de Chine du Sud (South China Sea Intermediate Water, SCSIW, 500-1500m) varient entre -3.0 et -3.9 dû au mélange vertical de la NPIW avec la PDW. Les valeurs d'εNd de l'eau de mer dans la MCS (-5.3 à -7.0) affichent des modifications locales dans des zones où l'eau s'écoule au-dessus de systèmes de dépôt sédimentaire. Ceci implique que "l'échange à la marge" avec des sédiments non radiogéniques (autour de -11) peut se produire dans le temps et dans l'espace sans modifier la composition isotopique du Nd de la PDW dans le Nord de la MCS. Dans un second temps, l’εNd extrait des foraminifères planctoniques G. ruber a été étudié sur la carotte MD05-2904, collectée à 2000m de profondeur sur la marge nord-ouest de la MCS. Cette étude a été conduite dans le but de retracer les variations hydrologiques depuis le Dernier Maximum Glaciaire (DMG) dans la partie occidentale du Pacifique Nord subtropical. Les enregistrements d'εNd ainsi obtenus couvrent les derniers 25 000 ans. Ils affichent une large gamme de valeurs de -4±0.2 à -6.7±0.3, suggérant d'importants changements dans la contribution de la NPDW (εNd=-4) et de la UCDW (Upper circumpolar Deep Water, εNd -6 to -8) dans la zone étudiée. Durant la déglaciation, les enregistrements d'εNd indiquent une diminution des excursions négatives de l'εNd impliquant une plus forte proportion de SSW (Southern-sourced Water) entre 17 et 15 ka BP ainsi qu'entre 10 et 8 ka BP. Ces intervalles de temps sont contemporains de l’évènement Heinrich 1 (HS1) et de l’Holocène inférieur. Les shifts négatifs centrés sur le HS1 coïncident avec un phénomène d'upwelling renforcé dans l'océan austral, associé à un déplacement vers le pôle des vents d'ouest. Ceci implique une augmentation de la formation de la SSW qui se propage dans l'Ouest du Pacifique subtropical. L'excursion négative de l'εNd durant l’Holocène inferieur (~10-8 cal ka BP) indique une plus grande proportion de SSW qui pourrait être associée avec une plus forte production de SSW, comme observé récemment dans l'atlantique Sud, et/ou avec une possible réduction de la NPIW. Nos données suggèrent que le schéma de circulation actuel dans la partie occidental du Pacifique subtropical s'est mis en place il y a 4600 ans. / The aim of this study is to reconstruct the evolution of the hydrology of the western subtropical North Pacific Ocean by using εNd proxy analysed on foraminifera and dispersed authigenic ferromanganese oxide precipitates in sediments from deep-sea cores collected in the northern SCS. Before using the εNd proxy on deep sea sediments of the SCS, Nd of 16 seawater profiles collected in the northern South China Sea (SCS) and the Philippine Sea were investigated to establish the εNd distribution of water masses along the tropical western Pacific and the SCS that, until now have not been documented. εNd values for mid- and deep-water masses of the Philippine Sea and the SCS range from -2.7 to -4.4 and generally increase slightly with water depth. In the Philippine Sea, εNd values for the North Pacific Intermediate Water (NPIW) reach- 2.7±0.4 at mid-depths (500 to 1400 m). Below ~1800 m, the Pacific Deep Water (PDW) is characterized by less radiogenic Nd (-4.1±0.5) indicating the instrusion of southern sourced water masses. For most of the stations in the Northern SCS, water masses below 1500m (PDW) display homogenous εNd values (~ -4.1) similar to those of the PDW in the Philippine Sea. εNd values for the South China Sea Intermediate Water (SCSIW, 500-1500m) vary from -3.0 to -3.9 as a result of the vertical mixing of the NPIW with the PDW in the SCS. Seawater εNd values for the SCS (~5.3 to -7.0) display local modification in areas where the water lies above sediment drift deposit systems. This implies that “boundary exchange” with unradiogenic sediments (around~11) may occur temporally and spatially and does not modify he Nd isotopic composition of the PDW in the Northern SCS. In a second step, seawater εNd extracted from cleaned planktonic foraminifera G. ruber has been investigated on core MD05-2904, collected at a deph of 2000m on the north-western margin of the SCS. This study was undertaken in order to reconstruct hydrological variations since the LGM in the western subtropical North Pacific. The εNd records obtained from foraminifera spanning the past 25kyr. Display a wide range of values, ranging from -4±0.2 to -6.7±0.3, suggesting important changes in the contribution of the NPDW (εNd=-4) and the UCDW (εNd -6 to -8) in the subtropical western Pacific. During the period of deglaciation, εNd records indicate a relative decrease in the negative excursions of the εNd implying a higher proportion of SSW during the time intervals 17-15 cal kyr BP and 10-8 cal kyr BP; these intervals are coeval with the HS1 and early Holocene. The negative shifts centered on the HS1coincide with an enhanced upwelling in the Southern Ocean, associated with a polewards shift of the southern westerlies, inducing an enhanced formation of the SSW that propagates to the subtropical western Pacific. The negative excursion of the εNd during the Early Holocene (~10-8 cal kyr BP) indicates a higher relative proportion of SSW that could be associate with higher production of the SSW, as has been recently observed in the South Atlantic, and/or with a possible reduction of the NPIW. Our data suggest that the present modern circulation pattern in the western subtropical Pacific Ocean was fully established after 4.6 cal kyr BP.