Les akinètes sont des cellules de résistance produites par les cyanobactéries de l’ordre des Nostocales. Issues de la différenciation de cellules végétatives, les akinètes sont capables de persister en surface des sédiments pendant la période hivernale puis de germer au printemps pour recoloniser la colonne d’eau. Le suivi des populations pélagiques et benthiques effectué pendant deux années sur le lac d’Aydat a montré que les akinètes présents à la surface des sédiments sont représentatifs de la diversité et de l’abondance, des proliférations nostocaléennes passées. Leur capacité à persister dans les sédiments sur de longues échelles de temps a permis de mettre en évidence la présence de cyanobactéries il y a plusieurs milliers d’années. La présence récurrente d’akinètes dans les sédiments jusqu’à la période actuelle indique la persistance d’un niveau trophique élevé sur l’ensemble de l’histoire de ce lac. Parallèlement, le potentiel toxique des akinètes, étudié via la détection des gènes anaC et mcyA, a montré la co-occurrence de ces deux cyanotoxines dès les premiers blooms cyanobactériens, il y a plus de 6700 ans ainsi que la récurrence d’anaC, associé à Dolichospermum macrosporum, au moins sur les 30 dernières années. Par ailleurs, d’importantes différences de pourcentage d’intégrité des akinètes ont été observées en fonction des espèces, variant en moyenne de 5 à 60% pour les deux espèces dominantes, D. macrosporum et D. flos-aquae respectivement. Cette variabilité serait le reflet des interactions écologiques survenues dans la colonne d’eau et traduirait des stratégies écologiques différentes. De même, la capacité et le temps de germination semblent être espèce dépendante, ce qui permettrait un étalement de la période de recrutement en fonction des conditions environnementales. Malgré une perte globale de viabilité avec le temps, des akinètes enfouis depuis 1800 ans dans les sédiments ont révélé leur capacité à germer, confirmant l'importance de ces cellules de résistance dans la pérennisation à long terme des proliférations nostocaléennes. / Akinetes are resistant cells produced by cyanocteria of the Nostocales Order. Originating from the differentiation of vegetative cells, Akinetes are able to persist in surface sediment duringg winter and then germinate in spring to recolonize the water column. Monitoring on pelagic and benthic populations performed during two years in lake Aydat has shown that the akinetes present in surface sediments are representative of diversity and abundances of past nostocalean proliferations. Akinetes capacity to persist in sediment at large time scales has allowed to highlight cyanobacterial presence since several thousand years. Recurrences of akinetes in sediment from 6 700 years to present day presume that the trophic level stayed high through the history of this lake. In parallel, the toxic potential of akinetes, studied with the detection of anaC and mcyA genes, has shown the co-occurrence of anatoxin-a and microcystins the since first cyanobacterial blooms, 6 700 years ago and the recurrence of anaC associated to Dolichospermum macrosporum since at least the last 30 years. On the other hand, high differences of intact akinete percentages have been observed depending on the species, with mean values of 5 and 60 % for D. macrosporum and D. flos-aquae (the two dominant species) respectively. This varibiliy may be the reflect of ecologic interactions which occurred in the water column and may be due to different ecological strategies. Moreover, ability and time of germination seem to be dependent, which may allow to extend the window of recruitment depending on environmental conditions. Despite a high loss of viability over time, some akinetes buried since 1 800 years in sediments have shown their ability to germinate, confirming the importance of these resistant cells in the long scale perpetuation of nostocalean blooms.

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

L'étude des paramètres hydrodynamiques et de la charge piézométrique des aquifères ne suffit pas pour appréhender le fonctionnement hydrogéologique des grands bassins sédimentaires. Il est nécessaire de tenir compte de l'ensemble des couches et de leurs comportements hydrogéologiques sur le long terme. Ces systèmes sont en effet trop souvent analysés sur le court terme avec l'hypothèse que le régime hydrodynamique était stabilisé avant l'exploitation humaine. C'est donc sous une vision nouvelle que la compréhension de l'aquifère des Sables Infra-Molassiques, et plus globalement du système multicouche sud-aquitain, est abordée avec comme objectif son intégration dans un modèle hydrodynamique.<br />L'interprétation des données isotopiques et géochimiques a montré que seuls des transferts verticaux en complément ou non à un écoulement horizontal étaient à même d'expliquer les résultats des analyses et a permis d'exposer l'idée d'une phase de recharge importante à la fin du Pléistocène. La reconstitution du paléoclimat local a été entreprise afin de proposer un scénario des périodes potentielles de recharge du système aquifère sud-aquitain sur les 40000 dernières années. L'ensemble de ces résultats a révélé l'instabilité des conditions d'alimentation de ce multicouche et donc son état transitoire.<br />Une analyse majeure des caractéristiques géologiques, hydrogéologiques et géothermiques a été engagée et les données mises en cohérence afin de proposer un modèle couplé hydrodynamique et thermique 3D permettant d'étudier l'évolution récente mais également de longue durée. Comportant onze couches, l'extension du modèle est d'environ 32000 km². L'ajustement dans le modèle des données de température a été réalisé. Le calage en transitoire court d'exploitation avec les prélèvements et l'activité de deux stockages de gaz a été effectué. La simulation des variations eustatiques sur les derniers 100000 ans a montré la faible influence de celles-ci sur la nappe des Sables Infra-Molassiques. La simulation des variations de recharge liées aux fluctuations paléoclimatiques sur 40000 ans, objectif final de ce travail, a été exécutée et a permis d'établir trois principaux axes d'écoulement en cohérence avec les contraintes géochimiques. L'importance des transferts verticaux et horizontaux a pu être approchée à l'aide de bilans de flux. Enfin, la baisse piézométrique actuellement observée serait la conséquence des prélèvements de ces trente dernières années et, dans une moindre mesure, de la vidange naturelle du système amorcé il y a 150 ans, suite à une recharge importante au cours du Petit Âge Glaciaire.<br />Ce travail a mis en exergue l'existence d'échanges entre les différentes couches (aquifères et formations peu perméables), la recharge par drainance verticale importante dans certains secteurs ainsi que le régime transitoire sur plusieurs centaines voire milliers d'années avec un caractère continu. Au final, la compréhension de ce type de multicouche d'extension régionale nécessite de se détacher de la vision commune d'un fonctionnement qui n'aurait débuté qu'avec l'exploitation anthropique sur un système hydrodynamiquement stabilisé.

Devant le problème du réchauffement planétaire, il est indispensable d'approfondir notre compréhension des mécanismes et des rétroactions qui régulent le climat pour pouvoir prédire les conséquences de tels changements. L'étude des climats passés permet de mettre en évidence la façon dont les événements climatiques s'enchaînent. En particulier, étudier des périodes plus chaudes que l'actuelle permet de mieux comprendre ce vers quoi nous semblons nous diriger. C'est dans cette optique que de nombreuses recherches sont menées sur l'évolution du climat au cours de la présente période interglaciaire, l'Holocène. Notamment, bon nombre de ces études portent sur le milieu océanique, celui-ci étant responsable d'une grande partie des transferts de chaleur à la surface terrestre. De plus, parmi les régions de l'océan susceptibles de réagir fortement à des changements climatiques, l'Atlantique Nord occupe une place de choix. En effet, cette région est actuellement caractérisée par un équilibre entre les apports d'eaux chaudes vers le Pôle Nord via les courants dérivés du Gulf Stream, et les flux d'eaux polaires transportées vers le sud par le courant du Labrador et le courant de l'Est du Groenland. Une modification de l'une des composantes de la circulation actuelle aura donc des conséquences sur l'équilibre de l'ensemble de la région, qui est ainsi particulièrement sensible aux changements hydrographiques et/ou climatiques. En outre, l'Atlantique Nord joue un rôle essentiel dans la circulation thermohaline et la formation d'eau profonde. Des modifications des flux d'eaux atlantiques vers le nord pourraient également avoir des conséquences significatives sur la circulation océanique de surface et profonde à l'échelle du globe. Cette thèse a pour objectif général de mieux comprendre l'évolution de l'hydrographie de surface de l'Atlantique Nord au cours de l'Holocène, en particulier devant les incertitudes concernant la durée, la chronologie, la distribution spatiale et la cause des perturbations climatiques mises en lumière par les études précédentes. Devant ces incertitudes, deux approches, l'une thématique et l'autre méthodologique, ont été ciblées afin d'améliorer notre compréhension de l'Atlantique Nord à l'Holocène. Le premier volet de cette thèse porte sur la reconstitution quantitative des conditions de surface de l'Atlantique Nord au cours de l'Holocène à partir des assemblages de dinokystes. Cette méthode est privilégiée puisqu'elle permet la reconstitution non seulement de la température de surface de l'océan, mais également de la salinité et de la durée du couvert de glace, qui sont des paramètres jouant un rôle majeur dans le système océanique. De plus, des endroits clés de la circulation océanique de l'Atlantique Nord ont été choisis: le détroit du Danemark, dans l'ouest de l'Atlantique, lieu d'échange d'eaux arctiques et atlantiques, la ride de Reykjanes, plus au centre, sous influence d'eaux atlantiques, et le chenal des Féroé-Shetland, dans l'est de la région, par où s'écoule en surface une grande part des eaux atlantiques vers l'Arctique. Le deuxième volet concerne un aspect plus fondamental de la paléocéanographie, à savoir la comparaison entre différents traceurs. Il ressort de plusieurs études que des divergences sont apparentes lorsque les signaux fournis par plusieurs traceurs paléocéanographiques sont comparés. Il est essentiel de comprendre la cause de ces divergences pour affiner nos reconstitutions. Dans ce but, une comparaison des assemblages de dinokystes avec ceux d'un autre traceur micropaléontologique, les coccolithes, a été entreprise, et ce, aussi bien dans des enregistrements holocènes que dans des sédiments actuels. L'objectif ultime est de mettre en évidence d'éventuelles différences au niveau des affinités écologiques de chaque groupe afin de mieux comprendre les informations paléocéanographiques que l'on peut en tirer. Le premier chapitre présente les résultats de reconstitutions des conditions de surface à partir d'assemblages de dinokystes dans l'ouest de l'Atlantique Nord, dans le détroit du Danemark. Une tendance générale vers des températures d'hiver plus chaudes, des eaux de surface plus salées et un couvert de glace réduit est apparente. Les enregistrements suggèrent que les apports en eaux polaires ont diminué au cours de l'Holocène, au profit des eaux atlantiques transportées par le courant d'Irminger du Nord de l'Islande. La comparaison avec un enregistrement provenant du sud du Groenland, où un refroidissement est observé dans la deuxième moitié de l'Holocène, souligne la forte hétérogénéité des conditions hydrographiques de surface dans l'ouest de l'Atlantique Nord. Cela pourrait s'expliquer par un découplage des deux branches du courant d'Irminger: lorsque celle du Nord de l'Islande est renforcée comme cela semble être le cas dans la deuxième moitié de l'Holocène, la branche principale se dirigeant vers le sud du Groenland est affaiblie. De plus, des similarités entre l'enregistrement marin du sud du Groenland avec un enregistrement continental à proximité suggèrent un étroit couplage avec des processus atmosphériques. Le deuxième chapitre expose les résultats de reconstitutions des conditions de surface dans l'est de l'Atlantique Nord, à partir d'un site provenant de la ride de Reykjanes et d'un autre du chenal des Féroé-Shetland. Les assemblages de dinokystes aussi bien que de coccolithes mettent en évidence des changements significatifs des conditions de surface de l'océan et suggèrent une réorganisation majeure de la configuration des courants de surface entre 7 et 5.4 ka BP. Des tendances évolutives inverses de température de surface sont observées aux deux sites, avec un refroidissement à partir de 6 ka BP, et un réchauffement dans le chenal des Féroé-Shetland après 5.4 ka BP. Cela suggère que la diminution de l'insolation estivale n'était pas l'unique «forçage» direct à l'origine de ces changements. Il est proposé que ceux-ci résultent d'un découplage entre les deux courants transportant des eaux atlantiques vers le Nord et influençant le chenal des Féroé-Shetland, soit le Courant Nord Atlantique (CNA) et le courant de Pente. Un CNA plus fort dans la première moitié de l'Holocène se serait traduit par des températures plus élevées sur la ride de Reykjanes. Après 5-6 ka BP, un affaiblissement du CNA aurait entraîné un refroidissement sur la ride de Reykjanes, et une plus forte contribution relative du courant de Pente, plus chaud et plus salé, résultant en une hausse des températures et salinités dans cette région. En outre, la comparaison des enregistrements de dinokystes et de coccolithes met en évidence des fluctuations synchrones des assemblages des deux groupes. Cependant, quelques contradictions sont également observées, soulignant la nécessité de mieux comprendre le potentiel paléocéanographique de ces deux traceurs. Le troisième chapitre porte sur la comparaison de la distribution moderne des assemblages de dinokystes et de coccolithes dans les sédiments de l'Atlantique Nord à partir d'une base de données de 87 échantillons. La comparaison met en évidence une excellente correspondance entre les assemblages de dinokystes, les assemblages de coccolithes et les masses d'eau sus-jacentes, notamment dans les domaines subtropical et tempéré. Dans le domaine subpolaire, les assemblages de coccolithes sont nettement moins diversifiés en termes d'espèces que ceux de dinokystes, qui reflètent ainsi beaucoup plus clairement l'hydrographie de surface. Des analyses de correspondance canonique menées sur les assemblages de coccolithes et de dinokystes montrent que la température de surface de l'océan est le paramètre environnemental ayant la plus grande influence sur la distribution des deux groupes. Les assemblages de dinokystes semblent également être influencés par la distance à la côte, contrairement aux coccolithes. Les autres facteurs environnementaux significatifs incluent la salinité de surface et la productivité, mais leur importance relative change selon que des échantillons provenant de conditions environnementales «extrêmes» sont inclus ou non dans la base de données. Les résultats suggèrent qu'il est difficile de faire ressortir tous les différents environnements par des analyses multivariées en raison de la complexité des interrelations entre les divers paramètres environnementaux. De plus, la forte cohérence entre les assemblages de dinokystes et de coccolithes ne nous permet pas pour le moment de comprendre la cause de divergences telles que celles observées dans le chapitre deux, Des études supplémentaires sont donc nécessaires non seulement pour mieux détailler l'écologie des deux groupes, mais aussi pour avoir un plus grand éventail d'associations d'assemblages de dinokystes et de coccolithes avec lesquelles comparer nos enregistrements Holocène. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Atlantique Nord, Holocène, Circulation océanique, Masse d'eau, Dinokyste, Coccolithe, Distribution, Fonction de transfert.

Les interactions entre les océans, l'atmosphère et les calottes glaciaires constituent la clé de voûte de la compréhension du système climatique global. Deux méthodes croisées sont possibles afin de dénouer les fils de cette trame complexe : la modélisation des processus et l'étude des fluctuations passées. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la seconde alternative et, plus précisément, aux interactions entre les marges glaciaires et les changements climatiques et océanographiques du dernier cycle glaciaire. La reconstitution et la compréhension de la dynamique des marges glaciaires exigent une connaissance précise de leur instabilité dans le temps afin d'appréhender les processus intrinsèques. Cependant, l'érosion des traces géologiques directes des fluctuations des marges glaciaires contraint à l'étude d'empreintes indirectes, les sédiments marins, comme unique source d'information. La localisation de la séquence sédimentaire étudiée ici (HU2008-029-016PC) est idéale puisque le régime sédimentaire du site a été influencé par la dynamique des calottes glaciaires régionales (i.e., laurentidienne, innuitienne et groenlandaise) durant les dernières glaciations. Cependant, l'analyse de cette archive sédimentaire présente des difficultés de datation. En effet, les méthodes traditionnelles chronostratigraphiques, telles que la stratigraphie isotopique (δ18O sur les tests de foraminifères) ou la datation par le radiocarbone (14C), ne permettent pas l'établissement de modèles d'âges concluants dans cette région. L'approche paléomagnétique utilisée dans cette thèse a dès lors été guidée par cette problématique chronostratigraphique, avant de permettre une lecture environnementale de la variabilité des lithofaciès sédimentaires et de leurs origines. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous proposons une chronostratigraphie originale sur base de mesures paléomagnétiques, plus précisément à partir de l'enregistrement de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre par les sédiments. Toutefois, l'identification d'une modulation lithologique (e.g., taille des grains, concentration) des propriétés magnétiques nous a obligé à filtrer les données pour éliminer la composante "environnementale" du signal magnétique. Pour ce faire, nous avons conduit des analyses détaillées afin de caractériser les minéraux magnétiques présents. Les résultats nous ont permis de définir que l'aimantation rémanente naturelle était portée majoritairement par des grains de magnétite dans une gamme de taille adéquate pour un enregistrement optimal du champ magnétique terrestre existant au moment de leurs dépôts. Aussi, ces analyses ont permis l'identification de certaines couches non représentatives, ayant surtout enregistré une lithologie particulière; elles ont dès lors été écartées de l'enregistrement paléomagnétique proprement dit. Nous avons reconstruit le signal de paléointensité relative en normalisant l'aimantation rémanente naturelle par l'aimantation rémanente anhystérétique induite, afin de réduire significativement l'empreinte magnétique environnementale secondaire. Le signal obtenu se compare avec succès aux enregistrements et compilations existants ce qui a permis de dériver un modèle d'âge fiable couvrant le dernier cycle glaciaire (depuis 115 ka BP). La reconstruction des directions du champ magnétique terrestre a permis notamment l'identification de 2 excursions géomagnétiques (i.e., de Laschamp et de la mer de Norvège-Groenland) déjà bien connues et datées, renforçant ainsi la confiance dans le modèle d'âge proposé. Dans le second chapitre, nous avons mis à profit le nouveau cadre chronostratigraphique afin d'interpréter l'origine des dépôts carbonatés. Sur base d'analyses minéralogiques des carbonates associées à des données granulométriques, de microfluorescence X et aux propriétés magnétiques des grains, nous avons identifié 14 couches carbonatées grossières. La composition minéralogique a permis de lier l'origine de ces dépôts aux glaciers du nord de la baie de Baffin (i.e., Laurentidien et Innuitien), tandis que les couches de sédiments fins riches en titane ont été associées à d'autres sources (Groenland et/ou est de l'île de Baffin). Le chronométrage des couches carbonatées a permis d'associer ces dépôts à la dynamique des glaciers nordiques, sensibles aux oscillations climatiques (ou océanographiques) de haute fréquence de type Dansgaard-Oeschger (dépôt bref, <1.5 ka), ou avec des avancées majeures (suivis pas des retraits progressifs) des glaciers nordiques à différentes périodes glaciaires (dépôt long, 3-6 ka). Nous concluons que ces dépôts sont distincts des événements de Heinrich enregistrés dans l'Atlantique Nord. Dans le troisième chapitre, nous avons étudié les lithofaciès sédimentaires et les assemblages minéralogiques afin de retracer précisément les apports sédimentaires en provenance des marges groenlandaises et de l'île de Baffin. Pour ce faire, nous avons utilisé le programme SedUnMix afin d'estimer statistiquement les sources ayant contribué aux assemblages minéralogiques observés. Les sédiments en provenance de l'île de Baffin sont caractérisés par des dépôts rapides de sédiments grossiers transportés par la glace de mer et/ou des icebergs. Ils présentent également un synchronisme avec les dépôts carbonatés, ce qui suggère des réponses similaires des glaciers nordiques et de l'ouest de la baie de Baffin aux fluctuations et réorganisations océaniques de haute fréquence. Les sédiments en provenance du grand complexe glaciaire d'Uummannaq ont été mis en place durant de longs intervalles correspondant à des niveaux marins plus bas. Notamment, la signature sédimentaire singulière du dernier maximum glaciaire suggère une étendue de la marge glaciaire groenlandaise jusqu'à la marge du plateau continental. Des avancées plus réduites sur le plateau continental groenlandais ont également été identifiées durant les stades isotopiques 5b, 5d et 4. Globalement, les résultats de cette thèse permettent de confirmer l'installation rapide de larges glaciers couvrant la région innuitienne immédiatement après le dernier interglaciaire, comme le suggèrent de récents efforts de modélisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Baie de Baffin, Dernier cycle glaciaire, Sédiments glaciomarins, Couches carbonatées, Paléocéanographie, Glaciers, Multi-proxy

La calotte polaire du Groenland retient dans ses glaces une contribution potentielle au niveau des mers de 7,3 mètres. Alors que des changements importants sont observés à l'heure actuelle, réaliser des projections sur son état futur à l'échelle pluri-centennal est devenu une priorité. La modélisation numérique 3D est l'un des outils pour effectuer ces projections. Ce travail incorpore largement l'utilisation des carottages profonds du Groenland, qui rassemblent une grande part d'information sur les états passés. Ainsi, l'accent est ici mis sur les validités des reconstructions effectuant constamment des aller-retour entre observations et simulations. La robustesse de ces reconstructions et des projections futures est largement questionnée au travers de nombreuses expériences de sensibilité. La calibration du modèle de glace en utilisant des contraintes sur les informations de la dernière déglaciation permet de proposer des scénarios sur l'état de la calotte au cours du précédent interglaciaire, l'Eémien, potentiel analogue pour le climat futur.

La calotte polaire du Groenland retient dans ses glaces une contribution potentielle au niveau des mers de 7,3 mètres. Alors que des changements importants sont observés à l'heure actuelle, réaliser des projections sur son état futur à l'échelle pluri-centennal est devenu une priorité. La modélisation numérique 3D est l'un des outils pour effectuer ces projections. Ce travail incorpore largement l'utilisation des carottages profonds du Groenland, qui rassemblent une grande part d'information sur les états passés. Ainsi, l'accent est ici mis sur les validités des reconstructions effectuant constamment des aller-retour entre observations et simulations. La robustesse de ces reconstructions et des projections futures est largement questionnée au travers de nombreuses expériences de sensibilité. La calibration du modèle de glace en utilisant des contraintes sur les informations de la dernière déglaciation permet de proposer des scénarios sur l'état de la calotte au cours du précédent interglaciaire, l'Eémien, potentiel analogue pour le climat futur. / The Greenland ice sheet represents a potential sea level rise contribution of 7.3 meters. When drastic changes are recently observed, multi-centennal futur projections are urgently needed. 3D numerical modelling is one of the tools to realize these projections. This work intensively incorporates the use of Greenland deep ice core drillings, which represent an important amount of information of past states of the ice sheet. The validity of the reconstructions are thus assured by constant back and forth between observations and simulations. Robustness of these reconstructions and of future projections are largely questionned through wide sensitivity experiments. The ice sheet model calibration is performed during the last deglaciation considering the numerous constraints during this period. Given that, scenarios of ice sheet states during the whole last climatic cycle, in particular during the last interglacial, the Eemian, potential analogue for a future climate.

Les réseaux hydrographiques sont les principaux vecteurs de l'érosion des reliefs et de transport des sédiments jusqu'aux bassins. Leur développement, contraint par la tectonique et le climat, est au coeur des recherches sur l'évolution des chaînes de montagnes. Or, la dynamique et la stabilité des réseaux de drainage dans les bassins d'avant-pays, soumis à la subsidence flexurale et à la tectonique locale, restent mal connus. Cette étude s'intéresse à la formation et la dynamique érosive du réseau de drainage du bassin d'avant-pays du SE de la France en lien avec l'exhumation des Alpes occidentales à l'Eocène-Miocène basal (45-20 Ma). Les résultats sédimentologiques et structuraux montrent que ce réseau a été formé précocement au cours de la subsidence du bassin à la faveur de la tectonique compressive régionale. Les sédiments Eocènes déposés dans les paléo-vallées reflètent d'abord un réseau local. A l'Oligocène, l'exhumation des Alpes induit l'extension du réseau jusqu'aux massifs internes alors en érosion. Les galets exotiques déposés dans le bassin contiennent des fractures dévoilant une circulation complexe d'eau (probablement météorique) dans les Alpes. L'étude géochimique des inclusions fluides indique que cette eau a été piégée dans ces veines sous environ 2 km de roches, suggérant l'altitude des reliefs alpins à l'Oligocène. Aujourd'hui, le réseau hydrographique réemprunte en partie les vallées Miocènes, indiquant une relative stabilité de sa géométrie depuis 25 Ma, malgré une activité tectonique constante. Ces résultats peuvent servir de contrainte aux modèles d'évolution des réseaux hydrographiques dans les bassins à différentes échelles spatio-temporelles / Drainage networks represent the main vectors of erosion of topographies and transport of sediments toward the basins. Their development is constrained by both tectonics and climate, and thus represents the focus of research of mountain belt evolution. However, in foreland basins, the drainage network dynamics and stability are still not well understood due to the overlapping effect of local tectonic activity on the flexural subsidence. This study focus on the formation and on the erosive dynamics of the drainage network in the French South Alpine Foreland Basin that is related to the Western Alps exhumation during the Eocene-early Miocene (45-20 Ma). Combined sedimentological and structural results show that the drainage network has been tectonically-formed during the early stage of subsidence of the basin due to the regional compressional stress. Primarily, the Eocene sediments deposited in the palaeovalleys highlight a local network. During the Oligocene, the Alps exhumation induces the development of the network to the internal massifs that are then eroded. Some exotic pebbles deposited in the basin contain veins that evidence for a complex water circulation (probably meteoric water) within the Alps. The geochemical study of fluid inclusions indicates that the water has been trapped under about 2 km of rocks suggesting the altitude of the alpine reliefs at the Oligocene. Despite a constant tectonic activity, the modern drainage network partially uses the Miocene palaeovalleys that suggest a geometrical stability since about 25 Ma. These results can serve to constrain the various models of drainage network evolution in basins at different space and time scales

On retrouve dans la vallée de la rivière aux Anglais, dans la région de Baie-Comeau, sur la Haute-Côte-Nord du Saint-Laurent, d’importants dépôts coquilliers naturels holocènes. Datés de 10,4 à 9,6 ka BP (Bernatchez et al., 1999), ils ont été formés lors de la submersion par la mer de Goldthwait. Une étude détaillée des invertébrés marins composant un de ces dépôts ainsi que des analyses isotopiques (δ18O, δ13C) et géochimiques effectuées sur des coquilles de Mytilus edulis ont permis de décrire l’habitat dans lequel les invertébrés de ce dépôt ont vécu. La communauté marine identifiée et les compositions δ18O ont démontré que les espèces du dépôt ont vécu dans un milieu marin assez stable, froid, peu profond et de salinité supérieure à 20 ‰. Les compositions δ18O ont aussi démontré que la température moyenne annuelle de l’eau dans la mer de Goldthwait était environ 6 °C plus froide que celle de l’eau de l’estuaire maritime du Saint-Laurent moderne.