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.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les canyons et chenaux sous-marins sont formés par des courants de densité subaquatiques et sont les principaux conduits par lesquels les sédiments continentaux atteignent les milieux marins profonds. Plusieurs canyons et chenaux sous-marins incisent les marges de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent jusqu’à une profondeur de ≥ 300 m. Des données hydroacoustiques et sédimentologiques récemment acquises ont permis d’analyser en détail la morphologie et les processus sédimentaires tardi-quaternaires qui ont modifié l’architecture de ces systèmes turbiditiques. Quatre types de systèmes turbiditiques ont été identifiés en fonction de leur source respective de sédiments. Un premier type de système, alimenté par la dérive littorale, a été cartographié dans les secteurs de Sept-Îles, Les Escoumins et Tadoussac. La formation et l’évolution de ces trois systèmes semblent être étroitement liées à un apport sédimentaire provenant de l’érosion des rives avoisinantes. Vers la mi-Holocène, alors que la charge sédimentaire provenant des rivières a drastiquement diminué, l’érosion des fronts deltaïques a vraisemblablement contribué à alimenter ces systèmes turbiditiques. L’activité gravitaire est aujourd’hui dominée par des mouvements de masse qui permettent le transfert sédimentaire vers le niveau de base. Un second type de canyon a été découvert dans le secteur de Pointe-des-Monts. Bien qu’il ne reçoive pas d’apport sédimentaire, ce dernier est le seul où des formes en croissant, probablement associées à des courants supercritiques, ont migré récemment. Leur activité holocène peut être expliquée par des mouvements de masse épisodiques et des courants quasi-continus d’origine hydrodynamique se déplaçant sur le plancher marin. Des données sédimentologiques suggèrent que ces courants d’origine hydrodynamique seraient responsables de la formation des canyons. Deux autres types de chenaux et canyons ont été identifiés dans l’estuaire, soit des systèmes reliés aux rivières et aux glaciers. Ces deux types de systèmes ont été actifs majoritairement au début de l’Holocène, alors que la charge sédimentaire transportée vers l’estuaire était plus importante, permettant la génération de courants hyperpycnaux. Ainsi, cette recherche a permis de démontrer la variabilité morphologique des canyons et chenaux de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent ainsi que les différentes phases d’activité et types de processus gravitaires qui ont mené à la formation de systèmes turbiditiques dans un contexte tectonique et climatique similaire. / Submarine canyons and channels are formed by subaqueous sediment density flows and are the main conduits through which continental sediments reach deeper sedimentary basins. Numerous submarine canyons and channels incise the margins of the Estuary and Gulf of St. Lawrence, to a depth of ≥ 300 m. Multibeam bathymetry, acoustic backscatter, seismic reflection and sedimentological analysis have allowed examining in great detail the morphology and the late-Quaternary sedimentary processes within these systems. Four types of submarine fans were identified based on their respective source of sediment. A submarine fan located in ≤ 60 m deep in the Sept-Îles sector has illlustrated the role of longshore drift on the formation and evolution of such systems. Longshore drift, through submarine transverse bars and coastal sand bars, forced the formation of a submarine fan near 5 ka BP. Its activity is now dominated by the passage of low density/intensity flows forming sandwaves on the edge of the coastal shelf and high energy flows (probably slope failures) that allow the accumulation of sediment on the deeper submarine fan. Two other systems fed by longshore drift were identified in the Tadoussac and Les Escoumins sectors, where similar recent episodic activity has been described. A second type of canyon system was discovered in the Pointe-des-Monts sector. These canyons are sediment-starved and yet, they are the only systems in which crescentic bedforms recently migrated upslope. Their short- and long-term activity can be explained by slope failures and quasi-continuous hydrodynamic processes along the seafloor. Sedimentological data suggest that quasi-continuous flows of hydrodynamic origin are responsible for the formation of the canyons. Two other types of channels and canyons were identified in the St. Lawrence: systems fed by rivers and glaciers. Both types of systems were active mainly in the early-Holocene, when sediment supply to the St. Lawrence was greater. When sediment supply drastically diminished during mid-Holocene, erosion of deltaic fronts likely led to an increase in longshore-drift transport and the formation and/or continuated activity of the Sept-Îles and Les Escoumins systems.