La mangrove de Guyane est caractérisée par un dynamisme spatial exceptionnel. Ce caractère découle de processus hydro-sédimentaires côtiers très intenses. Les objectifs de la thèse ont été de : (1) quantifier la dynamique spatiale de l'écosystème mangrove à l'échelle régionale et multi-décennale par l'analyse de données d'archives issues de la télédétection ; (2) tester l'hypothèse selon laquelle le climat océanique serait à l'origine de cette dynamique en évaluant les corrélations avec des séries temporelles de données atmosphériques et d'états de surface de l'océan ; (3) quantifier les conséquences de cette dynamique spatiale sur le stockage du carbone en mangrove. Les résultats ont montré qu'environ 15 000 ha de mangrove fluctuent à l'échelle multi-décennale en opposition avec les phases de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), principal mode de variabilité atmosphérique en Atlantique Nord. Le lien est opéré par l'intermédiaire des vagues océaniques dont l'énergie est modulée par les phases de la NAO. L'étude suggère que la diminution des surfaces de mangrove est la conséquence de périodes où les vagues sont puissantes (phase NAO+), ce qui favorise l'érosion côtière, la remise en suspension des sédiments et leur transport le long de la côte. Au contraire, les périodes où les vagues sont faibles (phase NAO-) favorisent le dépôt des sédiments, ce qui est à l'origine de l'expansion des surfaces de mangrove. Les résultats montrent que l'alternance entre des périodes d'expansion et de retrait génère une mosaïque d'âges de mangrove qui détermine la capacité de stockage du carbone par l'écosystème. A partir de ce dernier résultat, l'étude suggère qu'au cours du temps la mangrove puisse alternativement passer d'une fonction de puis à celle de source de carbone pour l'océan côtier et l'atmosphère. / Mangroves in French Guiana are characterized by their spatial dynamism. This specificity is the result of intense coastal sedimentary processes. The goals of this study are to: (1) quantify mangrove spatial dynamics on a regional level and a multi-decadal timescale using archives of remote sensing images; (2) test the hypothesis of the role played by the atmosphere using correlations with time series of atmospheric and ocean surface reanalysis datasets; (3) quantify consequence of this spatial dynamism on coastal carbon storage. Results showed that approximatively 15 000 ha of mangroves fluctuate on a multi-decadal timescale in opposition to the North Atlantic Oscillation (NAO) phases, the main mode of atmospheric multi-decadal variability in the North Atlantic. This relation is operated by ocean waves whose energy is modulated by NAO phases. The study suggests that, on the one hand, decrease of mangrove surface areas is due to periods of high wave energy (NAO+) which favour coastal erosion and mangrove retreat, sediment resuspension and transport. On the other hand, the study suggests that periods of low wave energy (NAO-) favour sediment deposition on the coast and is at the origin of mangrove surface area expansion. Results also showed that alternation between phases of retreat and expansion generates the demographic structure of mangrove ages, which determines the mangrove carbon storage capacity. The study finally suggests that through time mangrove can switch from a source to a sink of carbon, and vice and versa, for the ocean and the atmosphere.

L'objectif de cette étude est de retracer les voies de distributions atmosphériques et océaniques du plomb au cours du 20ème siècle, en relation avec la variabilité climatique de l'Atlantique Subtropical Nord, à l'aide des archives coralliennes et des émissions anthropiques de plomb. Dans une première phase, l'impact des émissions atmosphériques américaines et européennes a été quantifié sur deux colonies coralliennes de la Mer des Caraïbes (Ile de Mona et Ile de la Martinique) à partir des analyses du plomb et de ses isotopes stables par Spectrométrie de Masse à Thermo-Ionisation (TIMS). Les mesures réalisées indiquent que les archives coralliennes sont de bons enregistreurs des émissions anthropiques de plomb. La résolution annuelle obtenue, notamment sur la colonie de l'île de Mona, permet de retracer l'impact des émissions de plomb dans l'Atlantique Nord au cours du 20ème siècle. Cette résolution autorise l'accès aux cinétiques de transferts des aérosols à l'échelle du bassin. Par comparaison avec les profils réalisés sur différents sites (Bermudes, Floride, Barbade, Péninsule du Yucatan, Basin de Cariaco et Ile de Ste. Croix), il ressort que la distribution des aérosols dans l'Atlantique Subtropical est contrôlée par les paramètres météorologiques et réagit aux oscillations climatiques de l'Atlantique Nord (ONA). Du fait du temps de résidence très court du plomb dans l'atmosphère (moins de 10 jours), le décalage dans le temps d'événements marqués comme l'interdiction des essences plombées aux Etats Unis puis en Europe a conduit, à travailler également sur le compartiment océanique. Les anomalies océaniques déduites des enregistrements Δ18O sur les colonies coralliennes de Porto-Rico, de la Martinique et de la Guadeloupe peuvent en partie expliquer les déphasages observés. Les fluctuations océaniques saisonnières ont été établies et les variations interannuelles répondent à la fois aux ONA et aux perturbations climatiques de l'océan Pacifique (ENSO-PDO).

Le but de cette thèse est d’analyser les impacts de la variabilité atmosphérique grande échelle sur la circulation océanique. Ceci a déjà fait l’objet de nombreuses publications, dans lesquelles la variabilité atmosphérique est analysée en termes de modes de variabilité, déterminés par analyse en composantes principales (EOF en anglais) des anomalies de pression de surface. Ces modes sont l’Oscillation Nord-Atlantic (NAO), le Pattern Est-Atlantique (EAP) et le Pattern Scandinave (SCAN). La décomposition en EOF implique que les modes sont orthogonaux et symétriques. Cette dernière hypothèse a été montrée comme étant invalide pour la NAO. Par conséquent, un nouveau concept est proposé dans cette étude pour estimer la variabilité atmosphérique, celui des régimes de temps. Ces derniers sont des structures spatiales de grande échelle, récurrents et quasi-Stationnaires qui permettent de capturer la variabilité des forçages atmosphériques. De plus, ils permettent de séparer les patterns spatiaux des deux phases de la NAO. Ces régimes de temps sont donc une alternative prometteuse pour l’analyse de la variabilité océanique forcée par l’atmosphère. A partir d’observation et de modèles numériques (réalistes ou idéalisés), nous avons montré que les régimes Atlantic Ridge (AR), NAO− et NAO+ induisent une réponse rapide (échelles mensuelles à interannuelles) des gyres subtropical et subpolaire (via un mécanisme de Sverdrup topographique) et de la cellule de retournement (MOC, ajustement aux anomalies de transport d’Ekman). Aux échelles décennales, le gyre subpolaire s’intensifie lors de conditions NAO+ et BLK persistantes via un ajustement barocline aux flux de flottabilité et s’affaiblit pour AR via un ajustement barocline aux anomalies de rotationnel de vent. Ce dernier mécanisme explique aussi l’augmentation du gyre subtropical pour une NAO+ persistante et son affaiblissement pour un AR persistant. La réponse des gyres pour des conditions de NAO− persistantes est un déplacement vers le sud des gyres (l’intergyre gyre). L’intensité de la MOC est augmentée pour des conditions de NAO+ et BLK persistantes, dû à l’augmentation de la formation d’eau dense en mer du Labrador, et inversement pour NAO− et AR. Finalement, des bilans de contenu de chaleur dans la gyre subpolaire et les mers nordiques ont été effectués dans quatre modèles océaniques globaux. Les moyennes d’hiver de convergence océanique de chaleur dans la partie ouest de la gyre subpolaire sont positivement corrélées aux occurrences d’hiver de NAO−, ce qui est dû à la présence de l’intergyre, tandis que cette convergence est négativement corrélée aux occurrences d’AR, ce qui est dû à la réduction des deux gyres qui lui est associée. Les flux de chaleur vers l’océan dans la gyre subpolaire sont négativement corrélés aux occurrences d’hiver de la NAO+ et inversement pour la NAO−. Dans les mers Nordiques, ils sont positivement corrélés aux occurrences de BLK et, dans une moindre mesure, aux occurrences de AR. De plus, nous suggérons que la variabilité du contenu de chaleur dans la partie ouest du gyre subpolaire est la réponse décalée (lag de 6 ans) à l’intégration temporelle du forçage lié au régime NAO+, due à la combinaison de la réponse en phase (0-Lag) des flux de chaleur et à la réponse décalée (lag de 3 ans) de la convergence de chaleur. / The aim of the PhD is to investigate the impacts of the large-Scale atmospheric variability on the North- Atlantic ocean circulation. This question has already been addressed in a large number of studies, in which the atmospheric variability is decomposed into modes of variability, determined by decomposing sea-Level pressure anomalies into Empirical Orthogonal Function (EOFs). These modes of variability are the North-Atlantic Oscillation (NAO), the East-Atlantic Pattern (EAP) and the Scandinavian Pattern (SCAN). EOF decomposition assumes that the modes are orthogonal and symmetric. The latter assumption, however, has been shown to be inadequate for the NAO. Hence, a different framework is used in this study to assess the atmospheric variability, the so-Called weather regimes. These are large-Scale, recurrent and quasi-Stationary atmospheric patterns that have been shown to capture well the interannual and decadal variability of atmospheric forcing to the ocean. Furthermore, they allow to separate the spatial patterns of the positive and negative NAO phases. Hence, these weather regimes are a promising alternative to modes of variability in the study of the ocean response to atmospheric variability. Using observations and numerical models (realistic or in idealised settings), we have shown that the Atlantic Ridge (AR), NAO− and NAO+ regimes drive a fast (monthly to interannual) wind-Driven response of the subtropical and subpolar gyres (topographic Sverdrup balance) and of the meridional overturning circulation (MOC, driven by Ekman transport anomalies). At decadal timescales, the subpolar gyre strengthens for persistent NAO+ and Scandinavian Blocking (BLK) conditions via baroclinic adjustment to buoyancy fluxes and slackens for persistent AR conditions via baroclinic adjustment to wind-Stress curl anomalies. The latter mechanism also accounts for the strengthening of the subtropical gyre for persistent NAO+ conditions and its weakening for persistent AR conditions. The gyres response to persistent NAO− conditions reflects the southward shift of the gyre system (the intergyre gyre). The MOC spins-Up for persistent NAO+ and BLK conditions via increased deep water formation in the Labrador Sea, and conversely for the NAO− and AR regimes. Last, heat budget calculations in the subpolar gyre and the Nordic Seas have been performed using four global ocean hindcasts. The winter averaged heat convergence in the western subpolar gyre is positively correlated with the NAO− winter occurrences, which is due to the intergyregyre circulation, while it is negatively correlated with AR winter occurrences, because of the wind-Driven reduction of both gyres. Downward surface heat flux anomalies are negatively correlated with NAO+ occurrences, and conversely for the NAO−. In the Nordic Seas, they are positively correlated with BLK and to a lesser extent AR occurrences. Furthermore, we suggest that the heat content variability in the western subpolar gyre is the signature of the delayed response (6-Year lag) to the time-Integrated NAO+ forcing, due to the combination of the immediate (0-Lag) response of surface heat flux and the lagged (3 year lag) response of ocean heat convergence.

Les variations du métabolisme des glaciers ou des calottes polaires reflètent les fluctuations du climat. A l'échelle de l'année, ces fluctuations sont traduites par des variations du bilan de masse du glacier. L'inventaire complet des séries de bilans de masse glaciaires représente environ 60 glaciers repartis dans différents massifs de l'hémisphère nord et 60 points de mesure au Groenland. Ces séries couvrent essentiellement la deuxième moitié du vingtième siècle. A partir de cet ensemble de données, une analyse statistique a permis de déterminer la distribution spatiale et temporelle des séries, ainsi que de mieux comprendre la relation glacier-climat aux différentes échelles, depuis celle d'un glacier, jusqu'à celle d'un massif ou d'un continent. Sur le glacier, l'évolution des bilans peut être parfois très différente d'un point à l'autre à cause de la sensibilité variable du bilan aux fluctuations climatiques selon l'altitude. Cette étude met en évidence les disparités liées essentiellement aux données d'accumulation hivernale et aux mesures en zone d'accumulation. Elle montre les limites d'un modèle linéaire de variation pour décrire l'histoire des bilans annuels sur un glacier. En revanche, la cohérence des différents glaciers entre eux peut être très forte si l'on passe à l'échelle du massif. C'est le cas dans les Alpes et en Scandinavie, même si certaines périodes montrent de très fortes inhomogénéités de variations, probablement liées au rôle plus important de l'accumulation hivernale dans l'explication du bilan. Cette cohérence disparaît cependant pour d'autres massifs parfois moins étendus comme les glaciers américains ou la zone d'accumulation du Groenland. Pour cette dernière, les analyses montrent qu'il est difficile d'extraire un signal annuel cohérent distinct du bruit de mesure. Enfin, l'étude des données météorologiques et de l'Oscillation Nord Atlantique permet de détailler les réponses des bilans aux sollicitations climatiques sur les dernières décennies. Il semble que les modifications des caractéristiques des températures et des précipitations sur le bassin Atlantique (et par conséquent, les variations des bilans des glaciers bordant ce bassin) sont assez fortement reliées aux changements décennaux de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO).

Les embouchures tidales dominées par la houle sont des systèmes côtiers particulièrement dynamiques dont la morphologie est continuellement remodelée par l’action des vagues et de la marée. Les rapides évolutions morphologiques auxquelles elles sont sujettes impactent directement leurs environnements écologiques et socio-économiques. Afin de mettre en œuvre des réglementations adaptées à la gestion durable des embouchures tidales, des études environnementales systématiques sont nécessaires. L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent les évolutions morphologiques d’une embouchure tidale éphémère au Portugal - l’embouchure de la lagune d’Albufeira – à partir de l’analyse de mesures hydrodynamiques et topographiques et de résultats d’un système de modélisation morphodynamique récemment développé. Les processus qui influent sur la dynamique de l’embouchure tidale à court terme, notamment ceux liés aux interactions vague-courant, ont été étudiés à travers l’application du système de modélisation à l’embouchure. Les modulations saisonnières du climat de vagues et du niveau moyen de la mer affectent fortement la dynamique sédimentaire de l’embouchure et contribuent au comblement naturel de l’embouchure pendant l’hiver. Les processus à long terme ont également été étudiés à partir de simulations rétrospectives de paramètres moyens de vagues pour des échelles régionales et locales sur une période 65 ans. Les fortes variabilités interannuelles du climat de vagues et de la dérive littorale qui lui est associée pourraient expliquer les différences d’évolutions morphologiques du système embouchure-lagune sur des échelles de temps pluri–annuels. / Wave-dominated tidal inlets are very dynamic coastal systems, whose morphology is continuously shaped by the combined action of the waves and the tides. The rapid morphological changes they experience impact directly their ecological and socio-economic environments. In order to implement adequate regulations for the sustainable management of tidal inlets, systematic environmental studies are necessary. The main objective of this PhD research work is to gain a better understanding of the physical processes that control the morphological evolutions of an ephemeral tidal inlet in Portugal - the Albufeira Lagoon inlet - based on the analysis of hydrodynamic and topographic data and on the results of a newly developed morphodynamic modelling system. The processes that impact the dynamics of the inlet at short time-scales, particularly those related to wave-current interactions, are investigated through the application of the modelling system to the inlet. The seasonal modulations of the wave climate and mean sea level strongly affect the sediment dynamics of the inlet and contribute to the natural closure of the inlet during the winter period. Long-term processes are also investigated based on a 65-year hindcast of mean wave parameters at regional and local scales. The large inter-annual variability of the wave climate and the associated longshore sediment transport – both correlated to the North-Atlantic Oscillation – are proposed to explain the differences in the morphological behaviour of the inlet-lagoon system at pluri-annual time-scales.