L'augmentation continue des concentrations atmosphériques de CO2 due aux activités anthropogéniques est un des principaux facteurs responsable du changement climatique. De par leur forte propension à stocker ce CO2 anthropogénique, les océans jouent un rôle essentiel dans le cycle global du carbone. La quantification des échanges air-mer de CO2 et de leur variabilité à diverses échelles spatio-temporelles représentent encore aujourd'hui un défi majeur dans l'étude du cycle global du carbone. Alors que les flux air-mer de CO2 sont relativement bien quantifiés en milieu océanique, les études réalisées en milieu marin côtier demeurent insuffisantes au regard de l'importante variabilité spatio-temporelle de ces échanges et de la diversité de ces écosystèmes. L'objectif de cette thèse est de mener une étude approfondie de la dynamique du système des carbonates et des échanges air-mer de CO2 à de multiples échelles spatio-temporelles au sein des écosystèmes contrastés du plateau continental nord-ouest européen. Ces systèmes particulièrement dynamiques d'un point de vue biogéochimique présentent l'avantage d'être représentatifs des principales structures hydrographiques des marges continentales tempérés. A ce jour, les études portant sur la dynamique du CO2 dans les eaux de la partie occidentale du plateau continental nord-ouest européen restent peu nombreuses. Du cycle diurne à une échelle multi-annuelle, d'une station fixe au large de Roscoff au plateau continental nord-ouest européen, et d'échantillons d'eau de mer à des données satellitaires, cette thèse offre un aperçu exhaustif de la complexité de la dynamique du système des carbonates et des flux air-mer de CO2 en milieu côtier. / The raise of atmospheric CO2 due to anthropogenic activities is a major driver of the climate change. The ocean plays a key role in the uptake of this anthropogenic CO2. The constraint of air–sea CO2 fluxes and their variability at various time and spatial levels remain a central task in global carbon cycle and climate studies. The contribution of open ocean to this uptake is presently rather well quantified, whereas the role of the coastal ocean to this process remains ambiguous due to the diversity and the high spatio-temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in these ecosystems. This PhD thesis investigated the spatial and temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in contrasted ecosystems of the north-west European continental shelf. These highly dynamic biogeochemical ecosystems host numerous key hydrographical structures (permanently well-mixed, seasonally stratified, frontal structures, estuarine) of temperate zones, in which the dynamic of the CO2 system were poorly documented. From tidal to multi-annual variability, from a fixed station off Roscoff to the north-west European continental shelf and from seawater samples to satellite data, this PhD thesis provides an integrative overview of the complexity of the CO2 system dynamics in coastal seas and the ongoing challenges to achieve.

Depuis la fin du Pléistocène, l’évolution des conditions environnementales et les pratiques anthropiques ont influencé les dynamiques morpho-sédimentaires des bassins versants du Nord-Ouest européen. Les petits hydrosystèmes sont particulièrement sensibles à ces évolutions qui s’expriment dans les archives sédimentaires. La démarche adoptée confronte les données des géosciences, de l’archéologie et de la géomorphologie, pour appréhender les interrelations Homme/climat/environnement durant l’Holocène en Normandie. En étudiant les archives pédo-sédimentaires de trois sites archéologiques des plateaux aux fonds de vallée, l’objectif est de discriminer les forçages climato-anthropiques pour chaque épisode d’érosion/sédimentation. L’étude des plateaux normands à Villers-Ecalles dévoile une intense troncature érosive des luvisols holocènes à la fin de La Tène. Les colluvions stockées en fond de vallon soulignent la continuité des dépôts et l’intensification de l’érosion à l’époque moderne. Les archives sédimentaires de Brionne, en pied de versant, ont révélé la séquence Tardiglaciaire et la diagenèse tufacée du début de l’Holocène. La séquence holocène d’une vallée littorale, la Scie, permet de reconstituer son évolution diachronique, les dynamiques morpho-sédimentaires et l’évolution du couvert végétal. L’étude des sites met en évidence la synchronicité de certains événements, malgré des épisodes parfois locaux. Les schémas d’évolution s’inscrivent dans le contexte bien documenté du Bassin parisien. La comparaison des séquences témoigne de la complexité des réponses aux interactions Homme/milieu et d’une mosaïque de pression anthropique différentielle pendant l’Holocène. / Since the end of the Pleistocene, the variations of environmental and anthropic conditions influenced the morpho-sedimentary dynamics of North-Western european catchments. The small hydrosystem are very sensitive to these evolutions, recorded in sedimentary archives. Our approach confronts geoscience, archaeology and geomorphological data, in order to apprehend the interrelationships between Human activity, climate and environment during the Holocene in Normandy. By studying the sedimentary archives from three settlements, from the plateau to the valleys, our aim is to discriminate climato-anthropic forcing for each episode of erosion and sedimentation. The three sites, located in small catchments, give pedo-sedimentary references for each geosystemic unit. The study a loessic plateau shows an intense erosion of Holocene luvisol since the end of La Tene period. The colluvial deposits, accumulated in a dry valley show the continuity of detrital sedimentation, and the intensification of erosional processes during modern times. At the bottom of a slope, the study of Brionne’s sedimentary archives reveals the Late Glacial sequence and the tufa diagenesis at the early Holocene. The Holocene sequence on a small coastal valley, la Scie, allows to reconstruct its diachronical evolution, the morphosedimentary dynamics and the landcape evolution. The diachronical evolution of these three sites shows the synchronicity of events, even if some ones appear to be local. These data enter in the well-documented context of the Paris Basin. Comparing those sequences has revealed the spatial and chronological complexity of the landscape responses to the human and climate forcing.