Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux, Talence, France / Le détroit de Nares constitue l'un des trois domaines de l'Archipel Arctique Canadien (AAC) reliant l'océan Arctique à la baie de Baffin. Le potentiel d'eau douce transporté via ces détroits atteint, au sud de la baie de Baffin, la mer du Labrador, et module ainsi les caractéristiques physico-chimiques des eaux de surface et de sub-surface de cette région, siège de la formation d'une des composantes majeures de la circulation profonde de l'Atlantique Nord. Le détroit de Nares, à la frontière est de l'AAC, est à 80% couvert de glace de mer pendant 11 mois de l'année sous l'influence (1) de l'apport de banquise multi-annuelle provenant de l'océan Arctique au Nord, et (2) de la formation in situ de glace de mer. L'histoire hydrologique de cette région est donc intimement liée à celle de ces deux composantes. Par ailleurs, ce couvert de glace régule le transport d'eaux dessalées et de glace vers la baie de Baffin, et entretient l'existence d'une zone ouverte : la polynie des eaux du nord. La polynie des eaux du nord est aujourd'hui essentiellement une polynie à chaleur latente. L'arc de glace du bassin de Kane empêche la dérive de glace de mer et d'icebergs vers la baie de Baffin, pendant que les vents puissants chassent la glace formée à la surface de la polynie. Deux processus physiques important ont alors lieu : (1) la formation de glace de mer en continue entretient la formation de saumures ou « brines », des eaux salées et froides, et (2) sous l'effet du vent, les masses d'eaux de surface sont déviées vers l'île d'Ellesmere. Un mouvement vertical est initié par la plongée des brines et le pompage d'Ekman résultant du déplacement des masses d'eaux par le vent induit la remontée d'eaux atlantiques chaudes, riches en nutriments. La remontée d'eaux atlantiques peut promouvoir la fonte de la glace en surface, ce qui confère à la polynie des eaux du nord son caractère sensible. La productivité primaire est alimentée en continu par des eaux pacifiques riches en silicates à travers le détroit de Nares et la remontée d'eaux atlantiques riches en nitrates dans la polynie, jusqu'à la rupture estivale du pont de glace qui entraine l'entrée de glace dans la polynie et l'arrêt de la remontée de nitrates. Depuis les années 1980, la durée moyenne du pont de glace est en diminution, engendrant une chute de la productivité. Le détroit de Nares a été affecté durant la période post-glaciaire par (1) un retrait rapide des calottes groenlandaise et innuitienne, initialement ancrées sur le fond et convergeant au niveau du détroit de Nares, (2) une baisse importante du niveau marin (rebond isostatique) et (3) des conditions variables de glace de mer pérenne ou saisonnière. Ces trois phénomènes, dont la chronologie et le synchronisme à l'échelle régionale sont très mal contraints, font du détroit de Nares un domaine unique d'examen de la réponse de la cryosphère marine et continentale à un changement climatique rapide tel celui amplifié aujourd'hui dans les régions arctiques sous le forçage du réchauffement global. Les archives sédimentaires prélevées lors des campagnes (2014 et 2016) du NGCC Amundsen dans le cadre de l'ANR GreenEdge et du programme canadien ArcticNet offrent une opportunité unique de reconstituer l'histoire post-glaciaire à tardi-holocène de la région. Notre travail repose sur une analyse multi-proxies de ces archives incluant pour chaque carotte une étude sédimentologique approfondie (granulométrie et lithofaciès), une analyse micropaléontologique (assemblages de foraminifères benthiques et planctoniques), des mesures géochimiques continues de la distribution d'éléments majeurs et mineurs (banc XRF core-scanner), des analyses minéralogiques (q-XRD) et des mesures biogéochimiques (biomarqueurs de la glace de mer IP25 et HBI III). Nos résultats nous ont amené à proposer un âge d'ouverture pour le détroit de Nares situé entre 9 et 8.3 mille ans avant l'actuel (cal. ka BP), avec un âge probable autour de 8.5-8.3 cal. ka BP. Les conditions environnementales suivant la connexion de l'océan Arctique avec la baie de Baffin ont été très variables en lien avec le maximum thermique holocène (induisant de très fortes températures atmosphériques) et l'apport important d'eau de fonte lié au recul des calottes. Dans un environnement plus glacio-distal, un minimum de couvert de glace de mer est observé entre 8.1 et 7.5 cal. ka BP. Avec la chute de températures atmosphériques, le couvert de glace de mer saisonnière est établi de façon régulière à partir de 7.5 cal. ka BP, mais ce n'est qu'à partir de 5.5 cal. ka BP que le pont de glace du bassin de Kane s'inscrit durablement au printemps et en été. La polynie est initiée à partir de 5.5 cal. ka BP, mais elle repose sur une chaleur essentiellement latente. Ce n'est qu'à partir de 4.5 cal. ka BP, lorsque les températures atmosphériques sont assez froides, que la formation de brines est assez importante pour engendrer le transport vertical d'eaux atlantiques. A partir de 3.7/3.0 cal. ka BP, le pont de glace nord est présent de façon quasi-pérenne, ce qui empêche l'entrée de glace de mer arctique épaisse dans le détroit de Nares et abouti à la fragilisation du pont de glace dans le bassin de Kane. Le détroit de Nares devient libre de glace de façon saisonnière et, du fait de l'absence de convection, les eaux de la région nord de la baie de Baffin deviennent stratifiées. Le rétablissement du pont de glace du bassin de Kane est limité à une courte période centrée autour de 500 ans avant l'actuel. / Nares Strait is one of three channels of the Canadian Arctic Archipelago (CAA) which connect the Arctic Ocean to Baffin Bay. The CAA throughflow is a major component of ocean circulation in western Baffin Bay. Nares Strait borders the CAA to the east, separating Ellesmere Island from Greenland, and is 80% covered in sea ice 11 months of the year. The heavy sea ice cover is constituted of (1) Arctic (multi-year) sea-ice having entered the strait by the north, and (2) locally formed first year sea ice, which consolidates the ice cover. The hydrological history of the area is intimately linked to the formation of land-fast sea ice in the strait, constituting ice arches. The seaice cover in Nares Strait regulates freshwater (liquid and solid) export towards Baffin Bay, and is integral to the formation of an area of open water in northernmost Baffin Bay: The North Water polynya. Nares Strait has been at the heart of major geomorphological changes over the past 10,000 years. Its deglacial and post-glacial history is marked by (1) rapid retreat of the Greenland and Innuitian ice-sheets which coalesced along Nares Strait during the Last Glacial Maximum, (2) post-glacial shoaling associated to isostatic rebound, and (3) variable multi-year and seasonal sea ice conditions. Little is known about the evolution of these three environmental components of the Nares Strait history, and they are poorly constrained in terms of chronology and synchronism with other regional changes. Nares Strait and its eventful Holocene history provide a unique case study of the response of the marine and continental cryosphere to rapid climate change, such as that affecting Arctic regions in modern times. The marine sediment archives that were retrieved during the ANR GreenEdge and ArcticNet (2014 and 2016) cruises of CCGS Amundsen offer a unique opportunity to investigate the Deglacial to Late Holocene history of Nares Strait. Our reconstructions are based on a multi-proxy study of these cores, including sedimentologic (grain size and lithofacies), geochemical (XRF), mineralogical (q-XRD), micropaleontological (planktic and benthic foraminiferal assemblages), and biogeochemical (sea ice biomarkers IP25 and HBI III). Our results include an age for the Deglacial opening of Nares Strait between 9.0 and 8.3 cal. ka BP, with the event likely occurring closer to the later bracket of the timeframe (i.e., ca 8.5-8.3 cal. ka BP). This event established the throughflow from the Arctic Ocean towards northernmost Baffin Bay. Environmental conditions were highly unstable in the Early Holocene, and marine primary productivity was limited. A period of minimum sea-ice cover occurred from ca 8.1 to 7.5 cal. ka BP, during the Holocene Thermal Maximum, when atmospheric temperatures were higher than today in Nares Strait. Sea-ice cover became more stably established as a seasonal feature around 7.5 cal. ka BP and primary productivity related to ice edge blooms increased. Eventually, the duration of the ice arches increased and they were present in spring and into the summer from 5.5 to 3.7 cal. ka BP, which allowed the inception of the North Water polynya. The North Water reached its maximal potential between 4.5 and 3.7 cal. ka BP, when warmer Atlantic-sourced water upwelled in the polynya, providing nutrients for primary productivity. The establishment of a near-perennial ice arch in northern Nares Strait prevented export of multi-year sea ice into Nares Strait and hindered the formation of the southern ice arch, ultimately resulting in a less productive polynya over the past ca 3.0 cal. ka BP.

Deux carottes sédimentaires de la partie centrale de la baie de Baffin (HU2008029-14B et -16TWC; 70.46°N 64.66°W; ~2060 m) ont été échantillonnées afin de reconstituer les conditions hydroclimatiques holocènes à partir de l'analyse des assemblages de dinokystes. Des mesures 14C sur des carbonates biogéniques et des analyses de 210Pb sur le sédiment révèlent de très faibles vitesses de sédimentation, inférieures à 4,5 cm/ka. Un changement dans les assemblages de dinokystes est enregistré à 16 cm dans la carotte 16TWC, ce qui correspondrait à la fin de l'Holocène moyen, i.e. vers 4000 ans BP, si on postule des vitesses de sédimentation uniformes au cours de l'Holocène. La transition est marquée par une diminution de pourcentage du taxon polaire Impagidinium pallidum et par l'augmentation des proportions du taxon ubiquiste Operculodinium centrocarpum. Elle correspondrait à un réchauffement des eaux de surface que l'on associe à une pénétration plus importante des eaux nord-atlantiques via le courant ouest groenlandais. Les reconstitutions quantitatives des conditions de surface avec la technique des meilleurs analogues indiquent des conditions optimales, plus chaudes que l'actuel avec un couvert de glace moins étendu pendant la plus grande partie de l'Holocène supérieur. De tels résultats sont compatibles avec l'hypothèse d'une opposition des changements océanographiques dans le nord-ouest de l'Atlantique Nord par rapport à ceux du secteur nord-est. Les données suggèrent également des changements récents dans la baie de Baffin qui semble être extrêmement sensible vis-à-vis des variations hydroclimatiques liées aux courants de la Terre de Baffin et ouest groenlandais. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Holocène, baie de Baffin, dinokystes, paléocéanographie

Les assemblages de foraminifères benthiques du dernier interglaciaire (stade isotopique 5e) de carottes de forage d'Orphan Knoll (50.l7°N, 45.64°W; 3563 m) et d'Eirik Ridge (58.21°N, 48.37°W; 3380 m) ont été analysés pour retracer les conditions environnementales du fond marin à environ 3400 m de profondeur dans le nord-ouest de l'Atlantique Nord et la Mer du Labrador. Cette étude inclut une étude systématique dans laquelle 96 espèces de foraminifères benthiques sont identifiées, décrites et illustrées. Des analyses de regroupement ont permis de définir des assemblages. Ceux-ci s'avèrent très différents aux deux sites étudiés malgré une bathymétrie semblable. À la base des deux séquences, un intervalle qui coïnciderait avec l'événement Heinrich 11 (H11) est marqué par des assemblages de foraminifères benthiques dominés par Uvigerina peregrina à Orphan Knoll et Stainforthia concava à Eirik Ridge. Ceux-ci suggèrent la présence de masses d'eau pauvres en oxygène dissous et un environnement d'eaux très froides. Pendant une grande partie du stade isotopique 5e, la dominance d'Epistominella exigua dans les assemblages du site d'Orphan Knoll suggère une saisonnalité de la productivité assez prononcée, mais des conditions sans doute peu différentes de celles de l'actuel dans le milieu profond. Au site d'Eirik Ridge, les assemblages du dernier interglaciaire sont dominés par P. bulloides ce qui correspond à un environnement sans analogue dans les milieux profonds et suggère un apport continu de matière organique associé à une faible saisonnalité. Les différences entre les conditions benthiques au site d'Orphan Knoll et celle d'Eirick Ridge se traduisent par des assemblages de foraminifères benthiques distincts et des compositions isotopiques de Fontbotia wuellerstorfi également différentes qui mettent en évidence le régionalisme des masses d'eaux profondes dans la Mer du Labrador et l'Atlantique du Nord-Ouest. Ces différences suggèrent que l'interglaciaire présent est très différent à celui de l'épisode isotopique 5e en ce qui concerne la circulation profonde. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Foraminifères, Paléoocéanographie, Paléoécologie, Mer du Labrador, Atlantique Nord.

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

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

Au crétacé moyen, la fosse vocontienne (SE France) est le siège d'une sédimentation marneuse hémipélagique à fréquentes couches gravitaires. L'empilement sédimentaire est émaillé de nombreuses lacunes. Les surfaces de discontinuité sont caractérisées par la géométrie des dépots, les associations de traces fossiles et les nodules diagénétiques (calcaire, phosphates, barytiques). Trois cycles transgressifs-régressifs sont reconnus. Plusieurs intervalles présentant des couches noires, riches en matière organique S'individualisent. Les deux principaux, à l'Aptien inférieur élevé et à l'Albien inférieur-moyen, s'inscrivent dans les systèmes transgressifs. Ces ensembles constituent les témoins d'épisodes de déficience en oxygène dissous des eaux marines à l'échelle globale (OAE). Ils sont constitués de l'empilement de nombreuses séquences de haute fréquence ponctuées par des couches noires (alternant avec des couches homogènes ou bioturbees). Ces périodites présentent une discrète lamination, une faune benthique raréfiéee et sont modérément enrichies en matière organique (COT = 2%) d'origine algaire un peu altérée (IH = 200 MG HC/GCOT). Ces caractères indiquent une sédimentation en milieu généralement suboxique. Quelques niveaux sont distinguées par leur grande fissilité (schistes carton), leur parfaite lamination, l'absence de faune benthique, et une teneur substantielle en matière organique (COT > 2%, JUSQU'A 9%) de type algaire bien préservé (IH = 350 MG HC/GCOT, jusqu'à 800). leurs caractéristiques dénotent un dépot en milieu généralement anoxique, engendré par une stratification stable des eaux. Cependant l'hétérogénéité faciologique dans l'épaisseur de telles couches révèle des changements notables et à court terme dans les eaux de fond de l'anoxie à la suboxie, voire l'hypoxie, ainsi que dans les caractéristiques des eaux de surface. Elles constitutent des niveaux repères (N. Goguel, N. Paquier) pour le bassin vocontien, mais sont aussi reconnues en bien d'autres bassins. Elles représentent des horizons condensés résultant de pulsations transgressives majeures. Témoignant d'évènements anoxiques à grande échelle, ces black shales seraient consécutifs à des paroxysmes géodynamiques.

Les sédiments marins des sites de forage U1460 et U1461 recueillis pendant l’expédition IODP 356 constituent l’un des rares enregistrements au niveau du plateau australien Nord-Ouest. Ils fournissent des informations sur l’intensité de l’aridité en Australie pendant les principaux cycles glaciaires-interglaciaires du Quaternaire, en raison de leur proximité avec le continent. Outre la reconstitution du climat continental, ces sériés sédimentaires permettent de reconstruire le fonctionnement des courants océaniques passés au large de la côte Ouest australienne.Sur le site U1461, la chronostratigraphie a permis d’identifier deux glaciations majeures du Pléistocène (MIS 2 et MIS 12). Les assemblages de la microfaune benthique (principalement les foraminifères benthiques, les coraux et les bryozoaires) ont été analysés afin de reconstruire les paléo-environnements et les paléo-profondeurs du milieu sédimentaire. Malgré la présence d’un hiatus dans l’enregistrement (incluant une partie du MIS 2 et l’ensemble du MIS 3-MIS 7), l’excellente conservation du contenu de la microfaune benthique suggère que les sédiments préservés peuvent être considérés comme in situ.Sur ce même site, les isotopes du Nd et du Sr ainsi que d’autres traceurs (à citer) déterminés dans les sédiments indiquent d’une part que les apports fluviaux ont probablement été réduits en raison de l'aridité accrue au cours du MIS 12, et d’autre part que la source des sédiments (principalement transportés par voie atmosphérique) pourrait se trouver au centre (Lake Eyre) ou à l’Est du continent (Murray-Darling Basin) australien. Le MIS 2 s’avère être l’une des périodes les plus sèches enregistrées en Australie avec des sources de poussière mixtes provenant de l’Est et de l’Ouest du continent. Des conditions plus humides pouvant correspondre au maximum de la Mousson d’été Indo-Australienne ont suivi après le maximum glaciaire.Sur le site U1460, une étude approfondie des assemblages de la méiofaune benthique et de l'abondance d’une espèce de foraminifère planctonique (Globorotalia mernardii ) donne de bons indices prouvant un changement majeur et soudain de la circulation océanique au cours de l'événement de Bruhnes Moyen (Mid-Bruhnes Event, MIS 11). L'une des hypothèses privilégiées pour ce changement pendant cette période serait liée à la mise en place du courant de Leeuwin moderne. / IODP Expedition 356 Site U1461 and Site U1460 represents ones of the few records in the NW sector of the Australian shelf that provides information about aridity fluctuations in Australia during major glacial cycles of the Quaternary because of their proximity to the continent. At the same time, they are also providing information about former ocean currents around Australia.For the Site U1461 a combination of chronostratigraphic indicators revealed the (partial) preservation of two major glaciations (MIS 2 and MIS 12) in the sedimentary record. The faunal content (mainly benthic foraminifera, corals and bryozoans) was analyzed for estimating paleo-environments and depths in order to determine if these sediments have been remobilized by reworking processes. Despite the occurrence of a depositional hiatus (that includes part of the MIS 2 and the whole MIS 3-MIS 7 time interval), the excellent preservation of faunal content suggests that the preserved sediment can be considered in situ.The geochemical composition of the sediments (Nd and Sr radiogenic isotopes and major elements) measured in the U1461 indicates, riverine input was likely reduced because of enhanced aridity during the MIS 12, and the sediment provenance (mainly atmospheric dust) might come from the Central (Lake Eyre) or the eastern (Murray Darling Basin) parts of the continent. MIS 2 is confirmed to be one of the driest periods recorded in Australia with mixed dust sources from the eastern and western parts of the continent. More humid conditions followed the glacial maximum that might correspond to the peak of the Indian-Australian Summer Monsoon.For the Site U1460 a thorough study of the benthic meiofauna assemblages and of the abundance of G. mernardii give some strong evidences of a major and suddenly change in the oceanographic circulation during the Mid-Bruhnes –Event (MIS 11). One of the preferred hypothesis for this change is related to the set-up of the modern Leeuwin Current at this period.

Les assemblages de diatomées d’une série de carottes de sédiments prélevées à Effingham Inlet, île de Vancouver, Colombie-Britannique, mettent en évidence des variations climatiques et océanographiques. Le régime océanographique et climatique moderne de la région s’est établi à partir de 3200 ans cal. BP, marqué par une réduction de la production de diatomées, une remontée plus faible des eaux profondes ainsi qu’une variabilité climatique plus prononcée. Les assemblages de diatomées retrouvés dans les carottes ont démontré que les conditions plus saumâtres à la surface de la mer favorisent l’incursion d’eaux profondes extérieures. Ce renouvellement des eaux profondes est plus fréquent lors des périodes d’un plus faible cyclone des Aléoutiennes. L’arrivée soudaine de Rhizosolenia setigera et Minidiscus chilensis ainsi que d’une forme distincte de Thalassionema nitzschioides a été notée dans les carottes prélevées à Effingham Inlet. Ces espèces représentent des marqueurs chronologiques potentiellement utiles pour les études paléocéanographiques, possiblement à une échelle regionale. / Diatom assemblages retrieved from sediment cores recovered from Effingham Inlet, a fjord on the west coast of Vancouver Island, British Columbia, reflected local and regional ocean and climate patterns. Based on the diatom record, the modern ocean and climate regime for the region was established after 3200 cal yr BP marked by reduced diatom production, weaker upwelling, and greater climate variability. Diatom assemblages illustrated that less saline surface water conditions favour the renewal of deep-waters in the normally anoxic inner basin. Deep-water renewal was more common when a weaker and westward-displaced winter Aleutian Low favoured greater winter-spring precipitation that increased freshwater discharge into the fjord establishing more brackish surface conditions. The abrupt appearance of Rhizosolenia setigera and Minidiscus chilensis and a distinct morphotype of Thalassionema nitzschioides were recorded in sediment cores recovered from Effingham Inlet and provide well-dated, possibly regional chronological markers that are potentially useful for paleoceanographic studies.