Les flux d'eau douce, glace de mer et courants océaniques, de l'Océan Arctique vers les mers nordiques jouent un rôle critique sur l'Atlantic Meridional Overturning Circulation et donc sur le système climatique. Les facteurs contrôlant ces flux sont encore partiellement méconnus. Un moyen indirect de retracer l'intensité et les schémas de circulation de la glace de mer est de retracer l'origine des sédiments qu'elle transporte, et qui sédimentent le long des grands courants de glace et d'eau douce vers l'Atlantique Nord. Il s'agit donc de tracer un flux particulaire direct, lié à la matrice des particules détritiques. Un second flux, indirect, provient des éléments dissous dans les masses d'eau, marqués par les processus d'adsorption/désorption le long des marges où les flux particulaires terrigènes sont les plus importants. L'extraction de la phase authigène d'un signal dissous par lessivage spécifique, a permis de documenter l'évolution des masses d'eau transitant par le détroit de Fram. Les données isotopiques de Pb, Nd et Sr nous ont permis d'identifier deux sources principales de sédiments depuis le dernier maximum glaciaire jusqu'au Dryas Récent : les marges canadiennes et russes alors recouvertes par des calottes de glace. Après le Dryas Récent, les sources sédimentaires sont plus diverses avec notamment une contribution des marges groenlandaises et des mers de Chukchi et Est Sibérienne. La fraction authigène montre un changement entre ~ 19.8 et 16.4 ka probablement liée à la déglaciation de la calotte Eurasienne. Plus récemment, les valeurs [Epsilon]Nd suggèrent une influence accrue des eaux Pacifiques sur les masses d'eaux sortantes par le détroit de Fram / Freshwater exports (sea-ice and oceanic currents) from the Arctic Ocean to the nordic seas is a critical component of the Atlantic Meridional Overturning Circulation and hence of the climatic system. Factors controling those exports are still partially unknown. An indirect way of tracing the intensity and patterns of sea-ice circulation is to trace the origin of the sediments it carries and that settle along the main drift routes towards the North Atlantic. We hence document a direct sedimentary flux that is linked to the detrital particle matrices. Another flux, this one being indirect, comes from the dissolved elements that adsorb onto particles along continental margins where sedimentary fluxes are the highest. We have extracted the authigenic (dissolved) phase from the sediment in order document the evolution of water-masses in Fram Strait since the last glacial maximum. Pb, Nd and Sr isotopic data allowed us to identify two sedimentary sources from the late glacial to the onset of the younger Dryas : canadian and western russian margins, then covered by large ice sheets. After the Younger Dryas however, sedimentary supplies originate from several sources including Greeland, Chukchi Sea and East Siberian Sea margins. The authigenic phase displays a change from 19.8 to 16.4 ka likely linked to the early deglaciation of the Eurasian ice sheet. More recently, [Epsilon]Nd values reflect a more important contribution from the Pacific on water masses exiting through Fram Strait

Le rôle de l'océan Arctique dans le climat global est important. Les apports d'eau douce sont essentiels au maintien de la couche de faible salinité à la surface de l'océan qui permet la formation de la glace de mer. Les variations du budget d'eau douce influencent donc l'étendue du couvert de glace. Les variations du couvert de glace modifient l'albédo, le budget énergétique et les conditions de salinité et de température des masses d'eaux superficielles qui, à leur tour, influencent le climat global. Dans le contexte des changements climatiques actuels, il est indispensable de reconstituer l'histoire climatique de l'océan Arctique, en particulier au cours des cycles glaciaires-interglaciaires récents, afin de comprendre sa variabilité naturelle. L'étude paléoclimatique de l'océan Arctique a été entreprise dès les années 60 sur la base d'analyses des enregistrements sédimentaires livrés par des carottes de forage. Les sédiments situés sur les plateaux continentaux (30% de la surface de l'océan Arctique) sont caractérisés par des hauts taux de sédimentation qui permettent des études paléoclimatiques de haute résolution. Les bassins profonds et les rides connaissent des taux de sédimentation beaucoup plus faibles autorisant des études sur une plus grande échelle de temps. Ce sont de tels enregistrements qui ont été utilisés dans la présente thèse dont l'objectif principal consistait à établir des éléments de chronologie de la sédimentation grâce à l'étude des actinides. Le premier chapitre concerne le comportement des isotopes à courte période dans les sédiments de sub-surface de l'océan Arctique en relation avec les larges gradients de vitesse de sédimentation. L'étude a été focalisée sur le 210Pb, analysé dans neuf carottages courts (multicores) représentant des environnements différents (plateau, ride, etc.) afin de déterminer les conditions de son utilisation éventuelle aux fins de détermination des vitesses de sédimentation récentes. Deux multicores provenant de la ride de Mendeleiv ont été étudiés en détail et ont permis de mettre en évidence les particularités du comportement des actinides ascendants dans les environnements caractérisés par de très faibles taux de sédimentation. On a pu démontrer que sous de telles conditions, le profil de 210Pb était rapidement contrôlé par son ascendant, le 226Ra, lui même contrôlé par le 230Th ascendant. De plus, les budgets de 210Pb estimés dans ces deux mu1ticores indiquent que le 210Pb du sédiment correspond à la somme des sources atmosphériques et de la colonne d'eau, à une profondeur de ~1600 m. Par contre, un déficit s'observe dans la colonne sédimentaire, plus bas, à ~2500 m de profondeur. Il permet de conclure à un transport latéral du 210Pb ou à une capacité limitée d'adsorption particulaire, au delà de 1600 m de profondeur. Le deuxième chapitre présente une étude sédimentologique, minéralogique et géochimique détaillée des deux multicores utilisés dans le chapitre I. Les outils stratigraphiques courants (14C, 18O) s'avèrent peu concluants dans un tel contexte sédimentologique. Nous avons donc utilisé le 230Th et le 231Pa pour établir des éléments de chronostratigraphie. Deux régimes distincts ont été observés, l'un correspondant aux périodes glaciaires où la sédimentation est caractérisée exclusivement par les apports sédimentaires des glaces flottantes (Ice Rafted Debris, IRD), l'autre correspondant aux périodes interglaciaires et déglaciations, marquées par des flux sédimentaires plus élevés et des apports plus fins issus de l'archipel de l'Arctique Canadien, et un contenu micro-faunistique (foraminifères) peu abondant. En se basant sur les caractéristiques géochimiques et sédimentaires des deux régimes et les éléments de chronologie issus des données 230Th et 231Pa, on a mis en évidence la présence d'un transport latéral en 230Th et 231Pa dans les sédiments glaciaires. Le troisième chapitre présente des données géochimiques et sédimentologiques provenant de la ride Lomonossov. Cette ride, au centre de l'océan Arctique, est marquée par des vitesses de sédimentation plus élevées. La séquence sédimentaire examinée correspond ainsi aux derniers 25 000 ans. Un événement sédimentaire ponctuel, daté à ~12 000 ans (chronologie 14C calibrée), rend compte d'une source sédimentaire de l'Arctique Canadien. Cet événement correspondrait au Dryas récent (Younger Dryas-YD). Cette observation est l'une des premières observations d'origine marine de la débâcle du Lac Agassiz vers le nord, proposée par divers auteurs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Océan Arctique, Paléocéanographie, Quaternaire, Actinides

La circulation océanique est un élément important du système climatique, notamment via les courants de surface, les upwellings et la formation d'eaux profondes. Les flux d'eau douce, glace de mer et courants océaniques, de l'Océan Arctique vers les mers nordiques jouent un rôle critique en ce qui a trait, en particulier, à l'Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Les facteurs contrôlant ces flux, à l'échelle géologique, sont encore partiellement méconnus. Un moyen indirect de retracer l'intensité et les schémas de circulation de la glace de mer est de retracer l'origine des sédiments transportés par la glace de mer, et sédimentés au long des grands courants de glace et d'eau douce vers l'Atlantique Nord. Il s'agit donc de tracer un flux particulaire direct, lié à la matrice des particules détritiques. Un second flux, indirect, provient des éléments dissous dans les masses d'eau, marqués par les processus d'adsorption/désorption le long des marges où les flux particulaires terrigènes sont les plus importants. L'extraction de la phase authigène d'un signal dissous par lessivage spécifique, nous a permis de documenter l'évolution des masses d'eau transitant par le détroit de Fram depuis le dernier maximum glaciaire. Dans les deux premiers volets de notre étude, nous avons analysé la composition géochimique et les isotopes de Pb, Nd et Sr d'échantillons de surface prélevés le long d'un transect NE-SO dans le détroit de Fram. Ces analyses ont permis de définir trois domaines sédimentaires distincts : l'extrême est du détroit (i.e. la marge continentale du Svalbard), la partie est du détroit et enfin, la partie ouest du détroit. La marge continentale du Svalbard est sous l'influence des apports sédimentaires proximaux du Svalbard. La partie est du détroit reçoit du matériel sédimentaire des mers nordiques et possiblement des marges russes (e.g. mer de Barents et mer de Kara). Enfin, la partie ouest du détroit est sous l'influence des courants océaniques en provenance de l'océan Arctique. La carotte MC16, située dans le centre du détroit, est sous l'influence principale des masses d'eaux et de la glace de mer arctiques malgré et remonte jusqu'au dernier maximum glaciaire. Des recirculations dans la mer du Groenland peuvent influencer le régime courantologique du détroit de Fram, notamment lorsque ces gyres s'étirent vers le nord en période interglaciaire. Les sédiments de cette carotte (MC16) ont été lessivés afin de récupérer les fractions détritique (résidus) et échangeable (lessivats). La composition élémentaire des sédiments du détroit de Fram a permis de répartir les éléments en trois groupes : terrigènes, biogéniques et authigènes. La matière organique délivrée de manière discontinue aurait, par modifications des conditions d'oxydo-réduction, entraîné la redistribution de certains éléments tels que le manganèse et le molybdène. Le fer quant à lui, présente une mobilité moins importante que celle du manganèse et ne semble pas avoir subi de redistribution majeure. Le plomb et le néodyme incorporés dans les hydroxydes de fer n'auraient été que peu ou pas redistribués, validant ainsi la pertinence des analyses de lessivats le long de la colonne sédimentaire. Les rapports 206Pb/204Pb et 208Pb/206Pb ainsi que les isotopes de Nd et Sr de la fraction détritique définissent deux tendances (A et B) correspondant respectivement aux intervalles pre- et post-Dryas Récent. Une revue de la littérature nous a permis d'identifier la signature isotopique de trois sources majeures d'Ice Rafted Detritus (IRD), les marges continentales russes, canadiennes et groenlandaises. La tendance A (pré-Dryas Récent) reflète l'influence des marges canadiennes et des marges russes occidentales (mers de Barents et de Kara), régions occupées alors par de larges calottes de glace : les calottes Laurentienne et Innuitienne en Amérique du Nord et la calotte Eurasienne de la Scandinavie aux mers de Barents et Kara. Une excursion isotopique est enregistrée à ~19.8 ka BP et présente une composition isotopique vers le pôle russe, suggérant quelques instabilités de la calotte Eurasienne. Les échantillons de l'Holocène présentent des compositions isotopiques moins variables provenant de sources plus diverses : les marges canadiennes, les marges des mers Est Sibérienne et de Chukchi ainsi que des marges groenlandaises. L'intervalle du Dryas Récent (~12.9-11.6 ka BP) est marqué par une excursion isotopique vers le pôle canadien suggérant un drainage via l'océan Arctique du lac proglaciaire Agassiz. La composition isotopique de la fraction lessivable est liée aux processus d'échange de surface (boundary exchange processes), aux sites à flux particulaire élevé. Les masses d'eau acquerraient leur signature isotopique par échange avec les flux particulaires le long des marges continentales canadiennes et russes. Cette étude illustre la complémentarité des informations issues de l'analyse des fractions héritées (résidus) et échangeables (lessivats) dans les sédiments du détroit de Fram. Dans le troisième chapitre, nous nous sommes plus particulièrement intéressés au Dryas Récent, épisode froid de la dernière déglaciation qui s'est produit entre 12.9 et 11.6 ka BP. Cet événement est un des mieux documentés à l'égard de son impact climatique. Un drainage du lac proglaciaire Agassiz dans l'Atlantique Nord, via le Saint-Laurent, est fréquemment évoqué comme cause du Dryas Récent. Cet apport d'eau douce dans l'Atlantique Nord aurait provoqué un ralentissement de l'AMOC et donc un refroidissement aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord. Toutefois, un passage par le nord via la rivière Mackenzie aurait été plus efficace pour ralentir l'AMOC. L'étude de deux carottes prélevées dans le centre du bassin Arctique (Ride de Lomonosov) et dans le détroit de Fram a mis en évidence une forte augmentation de la sédimentation lors du Dryas Récent. Ce matériel sédimentaire présente une signature similaire à celle des marges canadiennes. Nos résultats confirment l'hypothèse d'un événement paléocéanographique dans l'Arctique durant le Dryas Récent et révèlent également de profonds changements de la circulation arctique suite à cet événement. Le changement de source des IRD après le Dryas Récent suggère une modification de la circulation de la glace de mer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Océan Arctique, Paleocéanographie, Sédiments, Isotopes Radiogéniques

La photohétérotrophie est la capacité d'utiliser des substrats organiques et de capturer l'énergie lumineuse. Elle est pratiquée par les bactéries phototrophes anoxygéniques aérobies (BPAA), les bactéries contenant de la protéorhodopsine (BPR) et les picocyanobactéries (Synechococcus). Les augmentations de l'export fluvial de carbone organique et de l'exposition de l'océan aux radiations solaires s'intensifient en Arctique, rendant cette région intéressante pour étudier la place des photohétérotrophes dans l'utilisation du carbone et de la lumière. Par l'utilisation de multiples approches de quantification absolue, de diversité culturale et moléculaire, notre étude est la première à caractériser à haute résolution les photohétérotrophes dans l'Océan Arctique. Les picocyanobactéries n'ont été détectées que dans l'estuaire du Mackenzie alors que BPAA et B-PR étaient présentes en mer de Beaufort. La communauté PAA était liée aux apports fluviaux contrairement à celle des B-PR principalement oligotrophe. Les distributions de ces communautés présentaient des patrons différents de celles du bactérioplancton suggérant un avantage écologique de la photohétérotrophie dans ces eaux. La communauté PAA était dominée par un clade nouveau de Betaproteobacteria et par les Rhodobacterales. Les Alphaproteobacteria, notamment des SAR11 et des clades endémiques de SAR116, dominaient la communauté de BPR. La majorité des BPR exprimait activement la PR suggérant de potentiels bénéfices. L'ensemble de nos résultats montre que la photohétérotrophie est répandue dans l'Océan Arctique et suggère que son rôle pourrait être différent en fonction des conditions environnementales rencontrées.

Dus aux conditions uniques en Arctique (des températures et aux rapports de mélange de vapeur d'eau extrêmement bas, à la réflexivité élevée des surfaces de la glace de mer et de la neige, inversion de température dans la basse troposphère et à l'absence de la radiation solaire pendant des périodes prolongées), les processus macro et microphysiques contrôlant la formation des nuages sont complexes et uniques. La validation de ces paramètres atmosphériques simulés par les différents modèles numériques du climat présentement utilisés par les plus grands centres de recherche au monde avec les observations est indispensable pour mieux connaître et, par conséquent, mieux paramétriser ces processus complexes. Le nouveau Modèle Canadien Régional du Climat GEM-LAM (une version à aire limitée du modèle Global Environnemental à Multi-échelle) a été évalué pour la période de septembre 1997 à octobre 1998 au-dessus de l'océan Arctique Ouest. Cette période coincide avec la campagne de mesures du projet SHEBA (Surface Heat Budget of the Arctic Ocean). Les versions 3.2.2 et 3.3.0 du modèle sont évalués dans cette étude. La radiation solaire et terrestre vers le bas à la surface, l'albédo de surface, la vapeur d'eau dans la verticale, les contenus en eau liquide et solide et la couverture nuageuse simulés par GEM-LAM sont évalués avec les données d'observation SHEBA et comparés aux résultats des modèles participants à l'expérience d'inter-comparaison de modèles climatiques régionaux ARCMIP. Une comparaison plus poussée entre les moyennes journalières a été faite et les biais des modèles, le RMSE et le coefficient linéaire de corrélation sont calculés pour plusieurs champs radiatifs et microphysiques. Sur une base mensuelle, les modèles représentent la radiation des longues et courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface raisonnablement bien, mais le décalage entre les simulations suivant les différents modèles est plus grand pour les SWD que pour les LWD à la surface. GEM-LAM surestime l'albédo de la surface pendant toutes les saisons dans cette expérience. De plus, le modèle GEM se comporte similairement aux autres modèles participant à cette expérience et tend à sous-estimer la quantité de vapeur d'eau intégrée verticalement pendant l'hiver, tandis que le GEM la surestime durant l'été. La majorité des modèles surestime la couverture nuageuse hivernale, par contre, ils simulent plus ou moins correctement la couverture nuageuse durant l'été. Sur une base quotidienne, tous les modèles participant à l'expérience ARCMlP simulent relativement bien la radiation des courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface, mais les valeurs quotidiennes de l'eau liquide intégrée à la verticale sont légèrement moins bien simulées. Les deux versions du modèle GEM-LAM (v3.2.2 et v3.3.0) ont aussi de la difficulté à bien simuler la couverture nuageuse sur une base quotidienne comme les autres modèles participant à cette expérience. Les nuages optiques minces sont l'une des raisons permettant d'expliquer le grand écart entre la couverture des nuages simulée par les modèles et les observations. Pour éliminer ce problème dans notre analyse, un filtre des nuages optiquement minces a été appliqué en sortie du modèle GEM -LAM. Après filtrage des nuages optiquement minces dans le modèle GEM, pour chaque filtre sélectionné (0,5, 1, 1,5, 2), la couverture nuageuse décroit significativement durant la saison hivernale. Par contre, la couverture nuageuse est insensible au filtre durant la saison estivale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique, Modélisation, GEM-LAM, SHEBA, ARCMIP, Radiation, Couverture nuageuse.

Les Eaux Atlantiques (AW) sont cruciales pour le budget de sel et de chaleur de l'Arctique. Ce doctorat apporte de nouvelles informations sur l'entrée des AW dans la région du nord Svalbard. Les plateformes IAOOS ont collecté pendant la campagne N-ICE2015 les premières données hydrographiques d'hiver de la région. Elles ont documentées des eaux chaudes peu profondes sur le talus continental du Svalbard qui ont généré des flux de chaleur océan-glace atteignant 400 W/m2 et faisant fondre la glace. Cette chaleur est amenée des AW vers la surface par des ondes quasi-inertielles causées par des tempêtes hivernales, de grandes marées barotropes sur des pentes raides et/ou des ajustements géostrophiques. Les extensions de glace sont très différentes entre 2015 et 2016. Les sorties du modèle opérationnel de Mercator Ocean (1/12°) suggèrent que les flux de chaleur orientés vers la surface et induits par la convection expliquent ces différences. En plus de la Svalbard Branch et de la Yermak Branch, le modèle présente un chemin robuste l'hiver à travers le plateau du Yermak: la Yermak Pass Branch. Enfin, le modèle suggère une activité méso-échelle importante le long du courant des AW. Les propriétés de la Yermak Pass sont examinées avec un an de données ADCP (2007-2008) dans la Yermak Pass. Le courant est dominé par la marée. En hiver, des tourbillons baroclines d'AW avec une périodicité de 5-10 jours et des entrées sporadiques d'AW tous les un/deux mois sont observés, transportant les AW vers l'Est. Le modèle suggère que la Yermak Pass Branch est une structure robuste d'hiver les 10 dernières années et transporte en moyenne 31% du transport volumique du West Spitsbergen Current. / The Atlantic Water (AW) inflow is crucial for the heat and salt budget of the Arctic. This PhD thesis brings new insights to the inflow of AW in the area north of Svalbard. The IAOOS (Ice Atmosphere Ocean Observing System) platforms were deployed during the N-ICE2015 expedition which gathered the first winter hydrographic data in the area. They document shallow warm water over the Svalbard continental slope that melts sea ice with ice-ocean heat fluxes reaching up to 400W.m-2. Heat is brought from the AW layer up to the surface through near-inertial waves generated by winter storms, large barotropic tides over steep topography and/or geostrophic adjustments. Sea ice extent largely differs between winters 2015 and 2016. 1/12° operational model outputs from Mercator-Ocean suggest that convection-induced upward heat fluxes explain the differences. Model outputs are also used to examine the AW inflow pathways : besides the Svalbard Branch and the Yermak Branch, the model shows an AW winter pathway not much documented before : the Yermak Pass Branch across the Yermak Plateau. Finally, the model suggests an important mesoscale activity throughout the AW flow. The Yermak Pass Branch properties are examined using one-year (2007-2008) of moored ADCP data in the Yermak Pass. The flow is largely dominated by tides. In winter, baroclinic eddies of AW with a periodicity of 5 to 10 days and pulses of AW monthly/bimonthly are found, carrying AW eastward through the Pass. Model outputs suggest that the Yermak Pass Branch is a robust winter pattern over the last 10 years, carrying on average 31% of the volume transport of the West Spitsbergen Current.

L’océan Arctique est confronté aujourd’hui à des enjeux d’ordre souverain et environnemental. D’une part, ses États riverains revendiquent de vastes territoires maritimes. D’autre part, l’environnement de l’océan Arctique subit de multiples atteintes. La région est notamment affectée par de nombreux polluants. Puis, elle subit également de plein fouet les effets néfastes du réchauffement climatique. Le but de cette étude est de déterminer le statut juridique de l’océan Arctique au travers de ces différentes questions. Plus précisément, cette étude a pour objet l’identification, l’analyse et l’interprétation des régimes régionaux et internationaux applicables, et des problématiques de droit international s’y rapportant, afin d’appréhender le statut juridique de l’océan Arctique dans sa globalité et de déterminer sa capacité à faire face auxdits enjeux et à évoluer dans le cadre d’une coopération et d’une gouvernance interétatiques en constant développement / The Arctic Ocean is facing environmental and territorial challenges. On one hand, the coastal states are claiming vast marine territories. On the other hand, the Arctic Ocean environment suffers from many damages. In particular, the region is affected by a lot of pollutants. Then, the region also bears the brunt of the harmful effects of climate change. This study aims to determinate the legal status of the Arctic Ocean through these different issues. More precisely, this study aims to identify, to analyse and to interpret the regional and international legal regimes which apply to the Arctic Ocean, and their legal issues, in order to consider the legal status of the Arctic Ocean as a whole and to determinate its capacity to deal with environmental and territorial challenges, and to progress in the context of an intergovernmental governance and cooperation in constant development

C'est sans doute en Arctique que le changement climatique est le plus visible, et semble affecter toutes les composantes du système Arctique, et notamment ses bilans d'eau douce et de chaleur. Alors que l'on s'attend à ce que le signal d'un changement local en Arctique ait son impact climatique le plus important lorsqu'il est exporté au sud d'un coté ou de l'autre du Groenland vers les mers subarctiques, où il peut moduler l'intensité de la circulation thermohaline, l'objectif de cette thèse est donc d'étudier les échanges de volume, de chaleur, d'eau douce et de glace de l'Océan Arctique vers l'Atlantique Nord. Tout d'abord, une simulation réaliste des années 1958 à 2002 basée sur un modèle global couplé glace/océan est utilisée pour étudier la variabilité du bilan d'eau douce en Arctique, afin de comprendre quelle composante de ce bilan contrôle les variations du contenu halin du bassin. On s'intéresse également à la variabilité des exports d'eau douce vers l'Atlantique Nord, et on montre que les exports d'eau douce vers l'Atlantique sont contrôlés par des mécanismes différents de part et d'autre du Groenland: dans les détroits canadiens, le transport de volume domine la variabilité, alors que salinité et courants contribuent à la variabilité dans le détroit de Fram. Par la suite, une réanalyse océanique des années récentes nous permet d'explorer les conséquences pour le contenu halin de l'Arctique du minimum record de l'extension de glace de l'été 2007. Une méthode numérique originale est ensuite utilisée pour comprendre l'origine des masses d'eau qui sont exportées de l'Arctique vers l'Atlantique Nord. On effectue ainsi une analyse lagrangienne qualitative à partir des sorties 3D mensuelles climatologiques d'un modèle global couplé glace/océan à haute résolution, qui permet de quantifier les contributions relatives des différentes branches de circulation à ces exports, ainsi que les échelles de temps et les transformations de masses d'eau associées. Un schéma complet de la circulation dans le bassin Arctique est ainsi proposé, et nous soulignons le rôle clé de la mer de Barents pour les transformations des eaux d'origine Atlantique. Enfin, nous examinons l'influence relative des différents forçages atmosphériques (vent, flux de chaleur et halins) sur les variations du volume de glace en Arctique. Des expériences de sensibilité sont réalisées à l'aide d'un modèle régional de l'Arctique et l'Atlantique Nord, permettant de mieux comprendre les distributions spatiales et temporelles des contributions des différents forçages atmosphériques.

La situation de l'océan Arctique a progressivement évolué entre le XXe et le XXIe siècle. D'une zone géostratégique et de tensions entre les deux blocs Est et Ouest, en passant par une période de détente et de calme après la dislocation de l'ex-URSS, cette région s'est formidablement transformée en un eldorado d'opportunités économiques qui attire l'attention des États de la région et d'ailleurs. À la suite de la guerre froide, on peut souligner le développement au sein du milieu académique d'une vision de l'Arctique en tant que région distincte dotée d'un programme politique propre. Cette conception a joué un rôle de premier plan dans l'élaboration d'initiatives, notamment par le lancement de la Stratégie de protection de l'environnement de l'Arctique (AEPS) en 1991 et la création du Conseil de l'Arctique en 1996. De toute évidence, il existe plusieurs enjeux en Arctique, mais dans le cadre de cette thèse nous nous concentrons sur le domaine halieutique, notamment sur son aspect juridique. Sans doute, la pêche devient de plus en plus importante en océan Arctique, en raison notamment de la migration massive des poissons vers les deux pôles liés au changement climatique. Conséquemment, outre les États dits « arctiques traditionnels », les États non arctiques et certaines entités étatiques (l'Union européenne) dévoilent désormais leur volonté de s'impliquer davantage dans l'exploitation des ressources naturelles de cet océan, de sa richesse halieutique entre autres. De surcroît, la montée en puissance de plusieurs nouveaux acteurs dans les relations internationales, incluant la Chine et l'Inde, et l'épanouissement de l'Union européenne comme entité étatique puissante, sont des facteurs qui font de l'Arctique une région convoitée. Ainsi, ces nouveaux acteurs étatiques ont réalisé un progrès concernant leur statut en Arctique, depuis que certains sont devenus observateurs permanents au sein du Conseil de l'Arctique et ont adhéré, en 2018, à l'Accord visant à prévenir la pêche non réglementée en haute mer dans l'océan Arctique central. Ainsi, les récents développements ont soulevé de nouvelles questions sur la dimension de cet intérêt étatique comme base de réflexion sur l'avenir des pêcheries en océan Arctique. Des facteurs tels que l'incidence du changement climatique sur la région fournissent un fil conducteur reliant de multiples opportunités. Plus précisément, nous examinerons les ambitions halieutiques de ces acteurs dans cet océan, qui coïncident avec les conséquences du changement climatique sur la région. Une attention particulière sera portée à l'interprétation du droit international de la pêche que font ces acteurs étatiques et leur respect des normes en matière de pêche. En outre, il n'existe pas pour le moment en océan Arctique de gestion unifiée des pêcheries, en particulier hauturières, mais divers systèmes normatifs. Ceci est la raison pour laquelle il convient à l'avenir de se pencher sur le cadre juridique des pêcheries arctiques à la lumière de ces nouveaux développements. Notre analyse tient compte de l'exploitation durable des ressources halieutiques de l'océan Arctique en examinant les principaux instruments juridiques internationaux existants et d'autres perspectives juridiques. Dans l'ensemble, en présentant une approche constructiviste pour la gouvernance de la pêche en océan Arctique, notre objectif est de démontrer que les acteurs étatiques concernés sont des parties prenantes dans la recherche des solutions les plus adéquates. L'étude conclut que les États et les entités étatiques non arctiques ont l'intention de jouer un rôle dynamique, en tant qu'acteurs œuvrant à la bonne gouvernance des ressources halieutiques de cet océan nouvellement exploité.

Les réchauffements climatiques associés aux activités anthropiques ont soumis les écosystèmes arctiques à des changements rapides qui menacent leur stabilité à court terme. La diminution dramatique de la banquise arctique est une des conséquences les plus concrètes de ce réchauffement. Dans ce contexte, comprendre et prédire comment les systèmes arctiques évolueront est crucial, surtout en considérant comment les flux de carbone (C) de ces écosystèmes - soit des puits nets, soit des sources nettes de CO2 pour l'atmosphère - pourraient avoir des répercussions importantes sur le climat. Le but de cette thèse est de dresser un portrait saisonnier de l’activité bactérienne afin de déterminer l’importance de sa contribution aux flux de carbone en Arctique. Plus spécifiquement, nous caractérisons pour la première fois la respiration et le recours à la photohétérotrophie chez les microorganismes du golfe d’Amundsen. Ces deux composantes du cycle du carbone demeurent peu décrites et souvent omises des modèles actuels, malgré leur rôle déterminant dans les flux de C non seulement de l’Arctique, mais des milieux marins en général. Dans un premier temps, nous caractérisons la respiration des communautés microbiennes (RC) des glaces de mer. La connaissance des taux de respiration est essentielle à l’estimation des flux de C, mais encore limitée pour les milieux polaires. En effet, les études précédentes dans le golfe d’Amundsen n’ont pas mesuré la RC. Par la mesure de la respiration dans les glaces, nos résultats montrent des taux élevés de respiration dans la glace, de 2 à 3 fois supérieurs à la colonne d'eau, et une production bactérienne jusqu’à 25 fois plus importante. Ces résultats démontrent que la respiration microbienne peut consommer une proportion significative de la production primaire (PP) des glaces et pourrait jouer un rôle important dans les flux biogéniques de CO2 entre les glaces de mer et l’atmosphère (Nguyen et Maranger, 2011). Dans un second temps, nous mesurons la respiration des communautés microbiennes pélagiques du golfe d’Amundsen pendant une période de 8 mois consécutif, incluant le couvert de glace hivernal. En mesurant directement la consommation d'O2, nous montrons une RC importante, mesurable tout au long de l’année et dépassant largement les apports en C de la production primaire. Globalement, la forte consommation de C par les communautés microbiennes suggère une forte dépendance sur recyclage interne de la PP locale. Ces observations ont des conséquences importantes sur notre compréhension du potentiel de séquestration de CO2 par les eaux de l’Océan Arctique (Nguyen et al. 2012). Dans un dernier temps, nous déterminons la dynamique saisonnière de présence (ADN) et d’expression (ARN) du gène de la protéorhodopsine (PR), impliqué dans la photohétérotrophie chez les communautés bactérienne. Le gène de la PR, en conjonction avec le chromophore rétinal, permet à certaines bactéries de capturer l’énergie lumineuse à des fins énergétiques ou sensorielles. Cet apport supplémentaire d’énergie pourrait contribuer à la survie et prolifération des communautés qui possèdent la protéorhodopsine. Bien que détectée dans plusieurs océans, notre étude est une des rares à dresser un portrait saisonnier de la distribution et de l’expression du gène en milieu marin. Nous montrons que le gène de la PR est présent toute l’année et distribué dans des communautés diversifiées. Étonnamment, l’expression du gène se poursuit en hiver, en absence de lumière, suggérant soit qu’elle ne dépend pas de la lumière, ou que des sources de photons très localisées justifie l’expression du gène à des fins sensorielles et de détection (Nguyen et al., soumis au journal ISME). Cette thèse contribue à la compréhension du cycle du C en Arctique et innove par la caractérisation de la respiration et de l’efficacité de croissance des communautés microbiennes pélagiques et des glaces de mer. De plus, nous montrons pour la première fois une expression soutenue de la protéorhodopsine en Arctique, qui pourrait moduler la consommation de C par la respiration et justifier son inclusion éventuelle dans les modélisations du cycle du C. Dans le contexte des changements climatiques, il est clair que l'importance de l’activité bactérienne a été sous-estimée et aura un impact important dans le bilan de C de l'Arctique. / Arctic ecosystems are undergoing rapid changes, primarily due to unprecedented climatic warming as a function of anthropogenic activities, which threaten their short-term stability. One of the most dramatic impacts has been the loss and change in annual sea ice. Understanding and predicting how these systems will evolve is crucial, especially if considering how carbon (C) fluxes from these ecosystems – either net sinks or net CO2 sources for the atmosphere – could have important repercussions on global climate. The objective of this thesis is to establish a seasonal portrait of bacterial activity to characterize its contribution to Arctic carbon fluxes. Specifically, we quantify for the first time microbial respiration in sea-ice and the water column and explore the use of photoheterotrophy by microorganism over an annual cycle in the Amundsen Gulf of the Arctic Ocean. These components of carbon cycling remain poorly understood and infrequently directly measured. As a consequence they are either extrapolated or omitted from models, despite their significant role in C dynamics not only in the Arctic, but also in marine systems in general. First, we characterise respiration in sea-ice microbial communities (CR). An understanding of respiration rates is essential for accurate estimation of C fluxes, but the role of respiration in sea ice is poorly understood. This work represents the first comprehensive evaluation of respiration in polar sea ice to date. Using novel O2 consumption measurements in sea-ice, we found high respiration rates in sea-ice, 2 to 3 times higher than in the water column and bacterial production rates up to 25 times higher. These results show that microbial respiration can consume a significant portion of sea ice primary production (PP) and play a key role in biogenic CO2 fluxes between sea-ice and the atmosphere (Nguyen and Maranger, 2011). Second, we measure respiration of pelagic microbial communities of Amundsen Gulf over an eight-month period, including under the winter ice-cover. By measuring directly O2 consumption, we show high CR, measurable over the whole year and greatly surpassing C inputs from PP. Globally, high C consumption by microbial communities supports a high reliance on internal recycling of local PP. These observations have important consequences on our understanding of the CO2 sequestering potential of the Arctic Ocean (Nguyen et al., 2012) Finally, we describe the seasonal patterns in presence (DNA) and expression (RNA) of the proteorhodospin (PR) gene, involved in bacterial photoheterotrophy. The PR gene, combined with the retinal chromophore, allows bacteria to capture energy from light towards energetic or sensory purposes. This additional energy source could contribute to the survival and proliferation of bacterial communities expressing the gene in the highly variable polar environment. Although PR has been found in many oceans, this study represents a unique time-series that follows the seasonal distribution and expression of the gene in a natural marine system. We show that the PR gene was present over the whole study period and widely distributed in diverse bacterial communities. Surprisingly, we observed continued PR expression over winter, in the absence of sunlight. This suggests either that the PR’s expression does not depend on light or, that other very localized photon sources could justify PR expression for detection and sensory functions (Nguyen et al., submitted to the ISME journal). This thesis contributes to the understanding of Arctic carbon cycling and includes several novel elements such as the characterization of respiration and bacteria growth efficiency in both pelagic and sea-ice habitats. The use of an alternative C pathway by bacteria in the Polar ocean was also explored for the first-time in a time-series. The observed sustained expression of the PR gene in the Arctic could modulate C consumption by respiration and justify its inclusion in future models of C cycling. In a context of climate change, it is clear that bacterial activity has been underestimated and how this will change in a warmer Arctic will have a significant impact in the ecosystem’s overall C budget.