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

L'objectif de ce travail était d'étudier la variabilité de la circulation océanique méridienne aux échelles de temps pluri décennales dans l'océan Atlantique nord au cours des deux mille dernières années, ainsi que son lien avec la variation de l'extension des gyres subtropicales et subpolaires. J'ai donc étudié, à partir de carottes de sédiments marins à fort taux de sédimentation, l'évolution de la température des eaux de surface et de la stratification de la colonne d'eau en lien avec le fonctionnement des gyres subpolaire et subtropicale.Compte tenu des difficultés spécifiques à la période de temps considérée, la première partie de mon travail a consisté à contraindre le milieu et la période de calcification des principaux foraminifères utilisés, à partir de la composition isotopique de l'oxygène analysée dans la coquille des foraminifères planctoniques. J'ai également précisé la calibration en Magnésium et en Calcium en fonction de la température. La deuxième partie de mon travail a consisté à reconstruire les conditions hydrologiques dans des zones clés de l'océan Atlantique Nord sur les deux mille dernières années. J'ai ainsi construit un index de la gyre subpolaire à partir d'un gradient de température Est-Ouest, qui traduit l'intensité dynamique de la gyre subpolaire et de la gyre subtropicale. L'apport de l'analyse des foraminifères planctoniques profonds a permis de reconstituer les variations de la colonne d'eau supérieure. La stratification plus ou moins marquée de la colonne d'eau est reliée directement à l'intensité des vents d'Ouest. Les similitudes entre les vents et l'index de gyre m'ont amené à proposer un couplage entre l'océan et l'atmosphère aux échelles de temps pluri décennales.La dernière partie de ma thèse s'est focalisée sur les conséquences des variations de la dynamique des gyres océaniques sur le transport de chaleur vers les hautes latitudes ainsi que sur l'impact des variations des vents d'Ouest sur le climat européen.

La composition élémentaire des coquilles de bivalves pourrait, selon la communauté scientifique internationale, être modulée par les variations spatiales ou temporelles du milieu ambiant tel la température, la salinité, la productivité primaire.... Toutefois, un ensemble de travaux ont mis en évidence que la présence des éléments mineurs et en traces dans les coquilles sont souvent spécifiques aux espèces considérées ou dépendent de plusieurs paramètres environnementaux. En conséquence, des recherches supplémentaires s'avèrent nécessaires afin de mieux comprendre la modalité d'incorporation de ces potentiels traceurs dans la matrice carbonatée. L'objectif de ce travail de thèse était de développer des méthodologies analytiques sur un spectromètre de masse haute-résolution couplée à une source plasma (HR-ICP-MS Element 2 de Finigan) pour déterminer quantitativement un nombre important d'éléments en traces dans des matrices de carbonate de calcium (CaCO3). Deux méthodes (le couplage LA-ICP-MS et l'analyse en mode liquide) ont été développées afin de placer sur une échelle calendaire (± 3 jours) les variations ontogéniques des teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus. Les résultats d'analyses obtenus sur une même valve gauche par les deux méthodes, montrent que les profils élémentaires demeurent reproductibles quels que soient les concentrations rencontrées et le transect choisi sur la valve. Les teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus mesurées sur l'ICP-MS Element 2 sont en accord avec les valeurs obtenues précédemment sur la même population et la même année de croissance lorsque l'on se réfère aux résultats pionniers acquis par le laboratoire de Pau (LA-ICP-MS quadripolaire) L'analyse en mode liquide de trois transects de croissance d'une même valve démontre que la distribution élémentaire est homogène dans la matrice carbonatée de la coquille Saint-Jacques. Les résultats d'analyses de deux éléments en traces (Mo et Li) dans les valves de P. maximus ont été détaillés. Les variations de la concentration valvaire en molybdène sont reproductibles entre plusieurs individus issus d'une même population pendant différentes années et lorsque différents écosystèmes côtiers bretons sont étudiés (Rade de Brest, baie de Saint-Brieuc et Belle-Ile en mer). Chaque profil varie à un niveau voisin des limites de détection de l'appareil de mesure, mais est ponctué par un voire deux enrichissements épisodiques printaniers (mai). Parmi toutes les hypothèses discutées pour expliquer ces événements (pics en Mo), l'ingestion de cellules phytoplanctoniques ayant utilisées les nitrates comme source d'azote apparait la plus vraisemblable (ces cellules présenteraient une concentration forte en Mo suite au rôle de Mo lors de l'activité enzymatique de la nitrate réductase) La faible variabilité inter-individuelle des concentrations valvaires en Li d'une même population suggère l'influence d'un paramètre environnemental ou physiologique pour expliquer l'incorporation du lithium au sein des valves. Toutefois, les variations ontogéniques de la teneur coquillière en lithium chez P. maximus diffèrent selon l'année étudiée. Certaines populations de P. maximus présentent de brusques augmentations transitoires de la teneur en Li pendant leur période de croissance. Notre étude n'a pas pu mettre en évidence un lien généralisable entre ces pics en Li et un paramètre environnemental. Cependant, ces enrichissements en Li semblent apparaître quelques jours après des floraisons phytoplanctoniques de diatomées. En outre, nous constatons que le bruit de fond de la teneur en Li serait majoritairement lié à la vitesse de croissance de l'animal.

Les causes du refroidissement climatique global qui caractérisent le Crétacé supérieur (~100 – 65 Ma) ne sont pas encore bien établies. L’évolution de la courbe des températures des eaux de fond et de surface des océans montre une accélération de ce refroidissement au cours du Campanien (~84 Ma), aussi l’objectif de ce travail était-il d’explorer les causes possibles de ce refroidissement en se focalisant sur l’étude des sédiments d’âge Campanien de divers bassins sédimentaires téthysiens, boréaux et atlantiques.Le premier objectif fut de déterminer l’extension spatiale des changements de cortèges argileux dans la Téthys et le domaine boréal. La minéralogie des argiles de plusieurs sites (hémi)pélagiques, sélectionnés selon un transect N-S de 5 à 45° N, a révélé une intensification de l’altération continentale au Campanien, marquée notamment par des apports accrus de kaolinite. Au cours du temps, ces apports liés au soulèvement de nouveaux domaines continentaux semblent se propager du Sud au Nord. Cette propagation est très certainement gouvernée par le mouvement antihoraire de la plaque africaine et de son rapprochement progressif de la plaque européenne. L’intensification de l’altération continentale semble aussi s’accompagner de la mise en place d’une ceinture climatique plus humide à l’origine du développement des bauxites.Le Campanien est également marqué par d’importantes modifications paléogéographiques, telles que l’élargissement de l’Atlantique Sud et Nord ainsi que la restriction du domaine téthysien. Le déplacement des masses continentales est probablement à l’origine d’une réorganisation majeure des courants océaniques. Dans le domaine téthysien, au Crétacé supérieur la courantologie est dominée par le « Tethyan Circumglobal Current » (TCC), courant latitudinal traversant l’océan téthysien et le passage des Caraïbes, d’est en ouest, qui semblerait s’intensifier au Campanien. Nous avons donc tenté de reconstituer l’évolution de la circulation profonde du TCC au cours du Crétacé supérieur, grâce une approche fondée sur les isotopes du néodyme (Nd). L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales de trois sites (hémi)pélagiques situés sur le trajet potentiel de ce courant a été analysé à partir de la fraction carbonatée des sédiments : la coupe de Shahneshin à l’entrée du corridor téthysien (bassin du Zagros, Iran), la coupe de Gubbio – la Bottaccione dans la Téthys centrale (bassin des Marches – Ombrie, Italie) et le forage DSDP Site 146 dans le passage des Caraïbes (bassin du Venezuela, mer des Caraïbes). L’ɛNd de la fraction résiduelle des sédiments a également été déterminée, afin de discuter l’impact potentiel des échanges locaux eau-sédiments. L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales, couplée à la minéralogie des argiles et à celle de l’ɛNd des résidus a révélé que les signatures minéralogiques et géochimiques des sites de Shahneshin et 146 semblent être affectées de façon significative par des processus locaux (tectonique, volcanisme). Une augmentation de l’écart entre l’ɛNd de l’eau de fond locale et des résidus est cependant compatible avec des apports accrus d’eaux du Pacifique dans l’est de la Téthys au cours du Campanien. Le site de Gubbio semble quant à lui recevoir des apports d’eaux atlantiques en profondeur, suggérant que si le TCC est présent dans cette région, il n’atteint pas la base de la colonne d’eau au niveau de ce site. / The origin of the Late Cretaceous (~100 – 65 Ma) global cooling is not yet well understood. The evolution of sea surface and bottom temperatures shows an acceleration of the cooling during the Campanian stage (~84 Ma). The main goal of this study was to explore the processes driving this cooling, focusing on Campanian sediments from the Tethyan, Boreal and Atlantic realms.The clay mineralogical assemblages of several (hemi)pelagic sites, selected along a S-N transect, from 5° to 45°N, reveal an increase in continental weathering during the Campanian, expressed by enhanced kaolinite inputs. The detrital input related to the uplift of new continental areas seems to evolve from south to north. This propagation is likely linked to the anticlockwise rotation of the African plate and the progressive closure to the Tethys Ocean. Enhanced continental weathering seems also linked to more hydrolysing conditions in the studied regions, resulting in bauxite development.The Campanian stage was characterised by major palaeogeographic changes, such as the widening of south and north Atlantic oceans and the closure of the Tethyan realm. The motion of continental plates is likely responsible for a major reorganization of the oceanic currents. During the Late Cretaceous, the so called “Tethyan Circumglobal Current” (TCC) current flows latitudinally through the Tethyan Ocean to the Caribbean gateway, from east to west, and seems to intensify during the Campanian stage. Thus, we tried to reconstruct the evolution of the deep oceanic circulation within the TCC pathway during the Late Cretaceous, based on a geochemical approach using the neodymium (Nd) isotopes. The evolution of ɛNd of local bottom water of three (hemi)pelagic sites located on the possible pathway of this current has been analysed on the carbonate fraction of the sediments : the Shahneshin section located at the main entrance of the Tethyan passage (Zagros basin, Iran), the Gubbio – la Bottaccione section located at the centre of the Tethys (Umbria – Marche basin, Italy) ocean and the DSDP site 146 located in the Caribbean gateway (Venezuela basin, Caribbean sea). The ɛNd of the insoluble fraction of the sediments was analysed, in order to discuss of the role of local exchanges between water and sediments. The evolution of the deep water ɛNd along with that of residue ɛNd and clay mineralogical assemblages shows that geochemical and mineralogical signatures of Shahneshin and 146 sites are largely controlled by local processes (tectonic and volcanism), although an increased input of radiogenic Pacific waters may be detected at Shahneshin during the Campanian. The Gubbio site seems to be influenced by atlantic waters entering western Tethys, suggesting that the TCC did not reach the base of the water column at this site.

Il a été récemment montré que le rapport B/Ca des foraminifères planctoniques dépend du pH des eaux de surface, tandis que celui des foraminifères benthiques dépend de la saturation en ions carbonates des eaux de fond. Ce nouveau traceur pourrait permettre de mieux contraindre les variations du cycle océanique du carbone, en particulier lors des changements glaciaire-interglaciaires (G/IG) du Pléistocène. Les objectifs de cette thèse étaient donc (1) de développer l'analyse du B/Ca des foraminifères par spectrométrie de masse (ICP-QMS) au LSCE ; (2) d'identifier certains biais potentiels de ce traceur pour en apprécier les limites; et (3) d'appliquer le B/Ca à des reconstructions paléocéanographiques. Les contaminations et la facilité avec laquelle le bore s'adsorbe (effet mémoire) rendent difficile son analyse dans les coquilles de foraminifères où le rapport B/Ca est faible, typiquement compris autour de ~ 40-120 µmol/mol pour les foraminifères planctoniques et ~ 100-250 µmol/mol pour les foraminifères benthiques. Les techniques de nettoyage des foraminifères et d'analyse par ICP-QMS que j'ai employées et améliorées permettent au final de mesurer le B/Ca des foraminifères avec une précision de l'ordre de 3.5%.A partir de l'étude de sédiments de surface prélevés le long d'un profil bathymétrique dans l'Atlantique (Sierra Leone Rise), j'ai pu montrer que la dissolution des tests de l'espèce planctonique Globigerinoides sacculifer se traduit par une perte préférentielle du bore. La dissolution croissante des coquilles de G. sacculifer le long du profil se traduit ainsi par une diminution de ~ 0.1 unités dans les estimations du pH des eaux de surface à partir du B/Ca, un ordre de grandeur similaire aux variations G/IG. Pour s 'affranchir de cet effet de la dissolution, je propose une procédure de correction basée sur le B/Ca des foraminifères benthiques (ΔCO₃²⁻ des eaux de fond). Cependant, au-delà de l'effet de la dissolution, la reconstruction du paléo-pH des eaux de surface se heurte surtout aux contradictions des études récentes concernant la calibration du coefficient apparent de partition (KD) du bore dans la calcite des foraminifères planctoniques. Pour s'affranchir de la co-variance de la température, de la salinité et du CO₃²⁻ dans les eaux de surface Atlantique, qui peut masquer le(s) facteur(s) important(s) pour la calibration du KD, j'ai réalisé l'analyse du B/Ca de l'espèce Globigerinoides ruber sur des sommets de carottes de l'Atlantique et de l'Indo-Pacifique. Mes données suggèrent qu'il n'y a pas de relation robuste entre le KD et la température ou le CO₃²⁻ des eaux de surface. Pour souligner les incertitudes sur les reconstructions de paléo-pH depuis le dernier stade glaciaire, j'ai effectué une étude de sensibilité basée sur les données B/Ca de l'espèce G. ruber prélevée dans une carotte du Canal du Mozambique et je propose plusieurs pistes pour tenter d'améliorer, à terme, la compréhension du proxy B/Ca dans les foraminifères planctoniques.Si l'utilisation du B/Ca des foraminifères planctoniques est complexe et demande encore un gros travail de compréhension et de calibration, celle du B/Ca des foraminifères benthiques est plus simple, le B/Ca étant directement lié à la saturation en ions carbonates des eaux de fond. L'analyse du B/Ca de Cibicidoides wuellestorfi à travers deux transitions G/IG (MIS16/15 et MIS12/11) au site ODP 849 (Pacifique équatorial) m'a permis de montrer que les changements de la chimie des eaux de fond estimés à partir de traceurs sédimentaires de la dissolution (e.g. teneur en CaCO3, poids et fragmentation des foraminifères,..) ont des amplitudes erronées et présentent des biais temporels. Les profils de B/Ca et du d13C des foraminifères benthiques permettent de mettre en évidence i) le lien entre dégazage océanique de CO2 et préservation des carbonates et ii) la dynamique de la compensation des carbonates sédimentaires marins.

Les coccolithophoridés sont des algues marines photosynthétiques et planctoniques qui produisent des plaques micrométriques de carbonate de calcium (CaCO3) appelés coccolithes. Ces algues sont apparues il y 210 Ma et produisent actuellement la majeure partie du CaCO3 dans les océans modernes, jouant ainsi un rôle majeur dans le cycle du carbone. Cependant, l’émergence de la production de CaCO3 océanique par les coccolithophoridés au cours du Jurassique, ainsi que son impact sur le cycle du carbone, restent très mal compris. Cette étude s’est donc focalisée sur une période du Jurassique Moyen (Bajocien inférieur, -170 Ma) enregistrant la diversification de Watznaueria, un genre de coccolithophoridé qui a ensuite dominé la production de CaCO3 océanique pendant plus de 80 Ma. L’analyse des assemblages de coccolithes du Jurassique Moyen du Portugal et du sud de la France, réalisée à l’aide d’une méthode de reconnaissance automatique appliquée pour la première fois aux coccolithes du Jurassique, a permis de quantifier l’importance de cette période de diversification sur la production de CaCO3 pélagique. En outre, la durée de cet intervalle clé a été réévaluée grâce à l’analyse cyclostratigraphique des séries sédimentaires du Sud de la France. Les variations de production de CaCO3 pélagique ainsi reconstituées ont été comparées aux perturbations du cycle du carbone enregistrées par les rapports des isotopes du carbone, et indiquent un lien probable avec une augmentation marquée de la fertilité des océans. Par ailleurs, l’analyse paléontologique montre que cette diversification correspond à l’apparition successive de différentes espèces vraisemblablement opportunistes du genre Watznaueria. Enfin, les flux obtenus de CaCO3 pélagiques, largement inférieurs à ceux observés dans les océans actuels, semblent insuffisants pour avoir eu une influence significative sur le cycle global du carbone du Jurassique Moyen. / Coccolithophorids are photosynthetic and planktonic marine algae that produce micrometric calcium carbonate (CaCO3) platelets called coccoliths. These algae appeared about 210 Ma ago and produce today most of the CaCO3 in the modern oceans, hence playing a major role in the carbon cycle. Nevertheless, the onset of oceanic CaCO3 production by these organisms during the Jurassic and its impact on carbon cycling remain poorly understood. This study therefore focused on the Middle Jurassic interval (Early Bajocian, -170 Ma) which records the diversification of Watznaueria, an evolutionary important coccolith genus that subsequently dominated oceanic CaCO3 production for more than 80 Myr. The analysis of coccolith assemblages from the Middle Jurassic of southern France and Portugal, based on an automaticcoccolith recognition device used for the first time on Jurassic coccoliths, allowed quantifying the impact of this diversification on CaCO3 production. In addition, the duration of this key interval has been revaluated by the cyclostratigraphic analysis of sedimentary strata from southern France. The reconstructed changes in CaCO3 production were compared to carbon cycle perturbations recorded by carbon isotope ratios and indicate a probable link with a marked increase of ocean fertility. Besides, paleontological analyses show that this diversification episode correspond to the successive appearance of different, probably opportunistic Watznaueria species. The obtained fluxes of pelagic CaCO3 production, by far lower than those recorded in modern oceans, seems too low to have significantly impacted theMiddle Jurassic carbon cycle.

L’objectif de ce travail était d’étudier la variabilité de la circulation océanique méridienne aux échelles de temps pluri décennales dans l’océan Atlantique nord au cours des deux mille dernières années, ainsi que son lien avec la variation de l’extension des gyres subtropicales et subpolaires. J’ai donc étudié, à partir de carottes de sédiments marins à fort taux de sédimentation, l’évolution de la température des eaux de surface et de la stratification de la colonne d’eau en lien avec le fonctionnement des gyres subpolaire et subtropicale.Compte tenu des difficultés spécifiques à la période de temps considérée, la première partie de mon travail a consisté à contraindre le milieu et la période de calcification des principaux foraminifères utilisés, à partir de la composition isotopique de l’oxygène analysée dans la coquille des foraminifères planctoniques. J’ai également précisé la calibration en Magnésium et en Calcium en fonction de la température. La deuxième partie de mon travail a consisté à reconstruire les conditions hydrologiques dans des zones clés de l’océan Atlantique Nord sur les deux mille dernières années. J’ai ainsi construit un index de la gyre subpolaire à partir d’un gradient de température Est-Ouest, qui traduit l’intensité dynamique de la gyre subpolaire et de la gyre subtropicale. L’apport de l’analyse des foraminifères planctoniques profonds a permis de reconstituer les variations de la colonne d’eau supérieure. La stratification plus ou moins marquée de la colonne d’eau est reliée directement à l’intensité des vents d’Ouest. Les similitudes entre les vents et l’index de gyre m’ont amené à proposer un couplage entre l’océan et l’atmosphère aux échelles de temps pluri décennales.La dernière partie de ma thèse s’est focalisée sur les conséquences des variations de la dynamique des gyres océaniques sur le transport de chaleur vers les hautes latitudes ainsi que sur l’impact des variations des vents d’Ouest sur le climat européen. / The purpose of this thesis was to study the surface oceanic circulation in the North Atlantic Ocean during the last 2,000 years, and its link with the intensity of the subpolar and the subtropical gyres. To fulfill these objectives, I studied sediment cores with a high sedimentation rate to reconstruct the multidecadal variability of the temperature and the water column stratification, controlled by the dynamic of oceanic gyres. To improve the marine paleoclimatic signal recorded from planktonic foraminifera, I constrained their growing season and their calcification depth by analyzing the oxygen isotopic composition of their calcitic shells. I also established calibrations between Mg/Ca ratio and temperature for the main species used.I applied these calibrations to reconstruct the hydrological conditions in key areas of the North Atlantic Ocean. I constructed an index of the subpolar gyre that traduces the dynamic intensity of the subpolar gyre and the subtropical gyre. I also studied the variability of the upper water column based on the analysis of deep-dwelling foraminifera. I interpret past changes in the water column stratification as resulting from changes in the intensity of Westerly winds. The similarities between the wind forcing evolution and the index of the subpolar gyre dynamics led me to propose a coupling between the ocean and the atmosphere on the multidecadal time scale. The consequences of the gyres dynamic on heat transport and the impacts of the change in westerly wind strength on European climate are studied in the last part of the manuscript.

Il a été récemment montré que le rapport B/Ca des foraminifères planctoniques dépend du pH des eaux de surface, tandis que celui des foraminifères benthiques dépend de la saturation en ions carbonates des eaux de fond. Ce nouveau traceur pourrait permettre de mieux contraindre les variations du cycle océanique du carbone, en particulier lors des changements glaciaire-interglaciaires (G/IG) du Pléistocène. Les objectifs de cette thèse étaient donc (1) de développer l’analyse du B/Ca des foraminifères par spectrométrie de masse (ICP-QMS) au LSCE ; (2) d’identifier certains biais potentiels de ce traceur pour en apprécier les limites; et (3) d’appliquer le B/Ca à des reconstructions paléocéanographiques. Les contaminations et la facilité avec laquelle le bore s’adsorbe (effet mémoire) rendent difficile son analyse dans les coquilles de foraminifères où le rapport B/Ca est faible, typiquement compris autour de ~ 40-120 µmol/mol pour les foraminifères planctoniques et ~ 100-250 µmol/mol pour les foraminifères benthiques. Les techniques de nettoyage des foraminifères et d’analyse par ICP-QMS que j’ai employées et améliorées permettent au final de mesurer le B/Ca des foraminifères avec une précision de l’ordre de 3.5%.A partir de l’étude de sédiments de surface prélevés le long d’un profil bathymétrique dans l’Atlantique (Sierra Leone Rise), j’ai pu montrer que la dissolution des tests de l’espèce planctonique Globigerinoides sacculifer se traduit par une perte préférentielle du bore. La dissolution croissante des coquilles de G. sacculifer le long du profil se traduit ainsi par une diminution de ~ 0.1 unités dans les estimations du pH des eaux de surface à partir du B/Ca, un ordre de grandeur similaire aux variations G/IG. Pour s ‘affranchir de cet effet de la dissolution, je propose une procédure de correction basée sur le B/Ca des foraminifères benthiques (ΔCO₃²⁻ des eaux de fond). Cependant, au-delà de l’effet de la dissolution, la reconstruction du paléo-pH des eaux de surface se heurte surtout aux contradictions des études récentes concernant la calibration du coefficient apparent de partition (KD) du bore dans la calcite des foraminifères planctoniques. Pour s’affranchir de la co-variance de la température, de la salinité et du CO₃²⁻ dans les eaux de surface Atlantique, qui peut masquer le(s) facteur(s) important(s) pour la calibration du KD, j’ai réalisé l’analyse du B/Ca de l’espèce Globigerinoides ruber sur des sommets de carottes de l’Atlantique et de l’Indo-Pacifique. Mes données suggèrent qu’il n’y a pas de relation robuste entre le KD et la température ou le CO₃²⁻ des eaux de surface. Pour souligner les incertitudes sur les reconstructions de paléo-pH depuis le dernier stade glaciaire, j’ai effectué une étude de sensibilité basée sur les données B/Ca de l’espèce G. ruber prélevée dans une carotte du Canal du Mozambique et je propose plusieurs pistes pour tenter d’améliorer, à terme, la compréhension du proxy B/Ca dans les foraminifères planctoniques.Si l’utilisation du B/Ca des foraminifères planctoniques est complexe et demande encore un gros travail de compréhension et de calibration, celle du B/Ca des foraminifères benthiques est plus simple, le B/Ca étant directement lié à la saturation en ions carbonates des eaux de fond. L’analyse du B/Ca de Cibicidoides wuellestorfi à travers deux transitions G/IG (MIS16/15 et MIS12/11) au site ODP 849 (Pacifique équatorial) m’a permis de montrer que les changements de la chimie des eaux de fond estimés à partir de traceurs sédimentaires de la dissolution (e.g. teneur en CaCO3, poids et fragmentation des foraminifères,..) ont des amplitudes erronées et présentent des biais temporels. Les profils de B/Ca et du d13C des foraminifères benthiques permettent de mettre en évidence i) le lien entre dégazage océanique de CO2 et préservation des carbonates et ii) la dynamique de la compensation des carbonates sédimentaires marins. / It has been shown recently that the B/Ca ratio of planktonic foraminifers depends on the seasurface water pH, while benthic foraminifer B/Ca depends on the carbonate ion saturation of deep water. This new tracer could allow to better constrain the variations of oceanic carbon cycle, especially during the glacial-interglacial transitions (G/IG) of the Pleistocene. The objectives of this thesis were therefore : (1) to develop the foraminiferal B/Ca analysis by mass spectrometry (ICP-QMS) at LSCE, (2) to identify some potential biases of this tracer to assess its limits and (3) to apply the B/Ca proxy to paleoceanographic reconstructions. Contaminations and the ease with which the boron may be adsorbed (memory effect) make it difficult to analyze it in foraminifer’s shells, which have low B/Ca, typically in the range ~40-120 µmol/mol for planktonic foraminifers and ~100-250 µmol/mol for benthic foraminifers. Foraminifers cleaning techniques and analysis by ICP-QMS that I used and improved now allow the foraminiferal B/Ca measure with an accuracy of about 3.5%. Based upon the study of surface sediments collected along a depth transect in the Atlantic (Sierra Leone Rise), I was able to show that dissolution of the planktonic species Globigerinoides sacculifer results in the preferential loss of boron. The increasing G. sacculifer dissolution with depth of deposition results, therefore, in a ~0.1 units decrease of the seasurface pH estimated from B/Ca, an order of magnitude similar to the expected G/IG variations. To overcome this dissolution effect, I propose a correction procedure based on the B/Ca of benthic foraminifera (bottom water ΔCO₃²⁻). However, the dissolution effect is not the only problem. When trying to reconstruct surface water paleo-pH, we also have to deal with the severe contradictions between recent studies which dealt with the calibration of the apparent boron partition coefficien (KD) in the calcite of planktonic foraminifers. To overcome the co-variance of temperature, salinity and CO₃²⁻ in Atlantic surface waters, which can mask the real important(s) factor(s) for KD calibration, I analyzed the B/Ca of Globigerinoides ruber picked from both Atlantic and Indo-Pacific core-tops. My data suggest that there is no robust relationship between KD and temperature or CO₃²⁻ water surface. To emphasize the uncertainties on the reconstruction of paleo-pH since the last glacial stage, I conducted a sensitivity test based on G. ruber B/Ca data from a Mozambic Channel core. I propose several ways to try to improve our understanding of the B/Ca proxy in planktonic foraminifers. If the use of planktonic foraminifer B/Ca is complex and still requires some dedicated work to understand the problems and improve the calibrations, the use of benthic foraminifer B/Ca is more simple, the B/Ca being directly related to the carbonate ion saturation of bottom waters. Analyses of Cibicidoides wuellestorfi B/Ca through two G/IG transitions (MIS16/15 and MIS12/11) on ODP Site 849 (equatorial Pacific) allowed me to show that changes in deep water chemistry estimated from the sedimentological dissolution proxies (e.g. %CaCO3, foraminifer shell weight and fragmentation, …) display incorrect amplitudes and temporal biases. Based on the comparison of benthic foraminifer B/Ca and δ¹³C, I was able (i) to highlight the link between oceanic CO2 degassing and deep-sea carbonate preservation in the Pacific and (ii) better unravel the dynamics of pelagic carbonate compensation.

Dans le système climatique global, l’océan Atlantique Nord est considéré comme une région très sensible qui joue un rôle crucial pour la dynamique de l’hémisphère nord via la circulation méridienne de retournement de l'océan Atlantique (AMOC), dont fait partie le système de front/courant des Açores. La thèse a pour but d’analyser les interactions hydrographiques et climatiques complexes dans la région des Açores, pour le Pléistocène moyen­‐Holocène, par l’analyse des foraminifères planctoniques de deux carottes prélevées en 2013 (Oceanograflu 2013), dans le segment OH1 de la ride médio-atlantique. La thèse est structurée en trois chapitres/articles qui présentent les principaux résultats et leur interprétation. Le premier article a pour but d’établir le modèle d’âge le plus précis possible et de tracer l’histoire de la production/préservation des carbonates dans la région des Açores, au cours du dernier cycle glaciaire. Pour ce faire, les valeurs de carbonate et δ18OG.ruber des deux carottes ont été analysées à haute résolution. Par ailleurs, l’application de la «Modern Analog Technique» à l’analyse des assemblages des foraminifères planctoniques a permis d’estimer les variations de température des eaux de surface (SST-mat). Les courbes d’abondance des espèces résistantes et sensibles à la dissolution ont permis de mettre en évidence d’éventuels intervalles de plus forte dissolution. La partie supérieure de chaque carotte a été datée par spectrométrie de masse (AMS)14C sur les tests de foraminifères. Le modèle d’âge adopté se base également sur la corrélation entre les courbes de δ18OG.ruber et l’enregistrement haute résolution du δ18OG.bulloides de la carotte MD95-2042 (Shackleton et al. 2000) de la marge ibérique, récemment recalibrée en utilisant les données synthétiques LS16 de δ18O (Lisiecki and Stern 2016) relatives aux foraminifères benthiques. L’analyse spectrale a permis de démontrer que les oscillations des valeurs de carbonate et du δ18OG.ruber, lors des derniers 144ka, sont contrôlées par un forçage climatique (orbital et sub-orbital) dans la région des Açores. La comparaison des courbes de carbonate et celles des espèces résistantes à la dissolution, pour les deux carottes situées à des profondeurs différentes, a permis de montrer les variations verticales de la lysocline de la calcite, en particulier lors des évènements de refroidissement plus extrêmes, par exemple à 22,1 kyr avec une remontée de la lysocline de 1000m environ. Le deuxième article essaie de reconstituer la variabilité complexe de l’hydrographie et de la paléoproductivité de l’Atlantique centre Nord lors des derniers 144 kyr grâce à l’analyse des assemblages des foraminifères planctoniques combinée à celle des variations de la température des eaux de surface (SST­‐mat). Les fluctuations d’abondance d’espèces actuellement caractéristiques de masses d’eau et/ou des systèmes de front/courant dans l’Atlantique Nord ont été utilisées comme traceurs paléocéanographiques. Cette approche a permis d’évaluer la migration latitudinale/longitudinale du système de front/courant des Açores durant le Quaternaire récent ainsi que celle d’autres fronts et/ou courants caractéristiques de l’Atlantique centre Nord. Le troisième article se focalise sur la variabilité du groupe G. ruber gr. dans la région des Açores. G. ruber a été considéré comme un plexus regroupant plusieurs autres espèces et sous espèces. Plus récemment, des études moléculaires et géochimiques mis en évidence la présence de plusieurs génotypes au sein du plexus G. ruber, ce qui implique l’existence de plusieurs (sous­‐) espèces avec des modes de calcification et des préférences écologiques différentes. Malgré l’abondante littérature récente sur ce sujet, les liens entre ces différents génotypes, variants morphologiques, préférences écologiques, et modes de calcification ne sont pas encore très bien compris. (...) / In the global climatic system, the North Atlantic Ocean is considered as a highly sensitive region, which plays a crucial role in the Northern Hemisphere dynamics through the so­‐called Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) system, of which the Azores Front/Current System represents an important part. The main aim of the thesis is to reconstruct the complex hydrographic and climatic interactions in such a climatically­‐sensitive area during middle Pleistocene to Holocene through the analysis of the planktonic foraminifera from two cores collected in the OH1 segment of the Mid‐Atlantic Ridge (MAR) south‐westward of the Azores archipelago during the Oceanograflu 2013 cruise. The manuscript is structured in three chapters presenting the major results and their interpretation (...)

Les écosystèmes côtiers sont soumis à de nombreuses perturbations entraînant la modification de leur structure et de leur fonctionnement. Afin d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique dans ce processus, et ainsi mieux prédire l'évolution de ces écosystèmes, il est nécessaire d'appréhender la variabilité de certains paramètres (température de l'océan, productivité biologique, apports de contaminants, etc.) avant toute influence anthropique majeure. Les mesures instrumentales de ces paramètres étant assez récentes, la reconstruction de la variabilité des écosystèmes côtiers avant la révolution industrielle ne peut se faire que par l'utilisation de proxies incorporés dans différents types d'archives.<br />Ce travail de thèse porte sur l'utilisation de la coquille de Comptopallium radula, un mollusque bivalve tropical de la famille des Pectinidae, pour reconstruire la variabilité de l'environnement dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie, un écosystème sous l'influence de diverses perturbations (réchauffement climatique, urbanisation, exploitation minière). Cette étude repose sur la comparaison de données géochimiques archivées dans la coquille de ce pectinidé au cours de sa vie, avec plusieurs variables physiques, chimiques et biologiques mesurées dans le lagon (suivi environnemental hebdomadaire). L'objectif de cette approche est de calibrer et de mettre en œuvre différents proxies climatiques et environnementaux.<br />Des marquages à la calcéine, effectués in situ sur des individus juvéniles, ont tout d'abord permis de démontrer que les stries de croissance présentes à la surface externe de la coquille de C. radula se forment avec une périodicité de 2 jours.<br />Des analyses isotopiques (δ18O et δ13C) ont ensuite été effectuées à partir de micro-échantillons de calcite prélevés le long de l'axe de croissance maximale de 6 coquilles juvéniles. Connaissant la périodicité de formation des stries, une date calendaire a pu être attribuée avec précision à chacun de ces prélèvements (résolution hebdomadaire). Nos résultats démontrent que les variations ontogéniques du δ18Ocalcite permettent de reconstruire les variations de la température de l'eau avec une précision de 1 °C. Quant à la composition isotopique du carbone (δ13Ccalcite), elle ne peut pas être utilisée comme proxy de la production primaire pélagique. Ses variations sont vraisemblablement contrôlées par le métabolisme benthique (sédiment et coraux).<br />Suite à ces analyses isotopiques, des analyses élémentaires ont été effectuées sur les mêmes coquilles à l'aide d'un système d'ablation laser couplé à un spectromètre de masse à plasma induit (LA-ICP-MS). Nos résultats démontrent que C. radula, au travers des concentrations en métaux dans sa coquille, ne peut être utilisé comme outil de bio-surveillance des apports en métaux dans le lagon : les variations ontogéniques de ces concentrations reflètent probablement les variations temporelles haute-fréquence des flux de métaux à l'interface eau-sédiment. Quant au baryum et au molybdène, leurs concentrations coquillières pourraient être utilisées comme proxies des biomasses de diatomées et de diazotrophes, respectivement.<br />Cette étude démontre donc le potentiel considérable de la coquille de C. radula comme archive eulérienne haute-fréquence de la variabilité climatique et environnementale dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Elle met également en lumière l'importance des processus benthiques sur l'incorporation des signaux géochimiques dans la matrice calcitique de la coquille. Son utilisation en tant qu'outil paléocéanographique est désormais conditionnée par la découverte de gisements fossiles de l'espèce.