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.

L'histoire des remplissages sédimentaires du lac du Bourget et du Léman est abordée qualitativement et quantitativement par sismique réflexion à haute résolution, sonar à balayage latéral, carottages courts et analyses minéralogiques. La combinaison des données permet d'établir la part respective du contrôle climatique et sismo-tectonique de la sédimentation lacustre depuis la glaciation du Würm dans le NW des Alpes. La corrélation des stratigraphies sismiques avec les données chronologiques existantes permet de reconnaitre deux pulsations des glaciers de l'Isère et du Rhône il y a 35000 et 20000 ans BP environ. La position périphérique du lac du Bourget par rapport au flux glaciaire isèrois a favorisé une déglaciation rapide et un remplissage sédimentaire dominé par les apports fluvio-glaciaires, puis fluviatiles durant le Tardiglaciaire (entre 15000 et 10000 ans BP environ). En revanche, la position plus proximale du Léman par rapport au flux glaciaire rhôdanien s'est traduite par un retrait glaciaire plus tardif et polyphasé jusqu'à la fin du Tardiglaciaire (14000 ans BP environ). Le remplissage sédimentaire résulte donc principalement de dépôts sous-glaciaires et d'un remplissage glacio-lacustre accumulé dans un lac pro-glaciaire de plus en plus vaste. La sédimentation holocène est ensuite dominée par des apports argileux et des carbonates authigènes dans le lac du Bourget et le Petit lac Léman, alors que l'essentiel des apports détritiques est piégé dans le Grand lac Léman au front des fan deltas du Rhône et de la Dranse. Le prolongement d'accidents jurassiens NW-SE aux extrémités Nord et Sud du lac Bourget (accident de Culoz, faille du Col du Chat) a favorisé un surcreusement glaciaire et développé une déformation continue des remplissages tardiglaciaires, mais également le déclenchement séismique d'un remaniement gravitaire majeur à la transition Tardiglaciaire-Holocène. Dans le lac du Bourget, la combinaison des données de sonar à balayage latéral, de prélèvements de surface et de carottages courts, autorise également d'établir le fonctionnement actuel du lac et l'enregistrement sédimentaire du dernier millénaire à partir de la composition et de la texture du premier mètre de sédiment carotté. La chronologie du remplissage est établie à partir de l'extrapolation du taux de sédimentation défini sur le siècle par le 210 Pb et l37 Cs et validée par la reconnaissance d'événements historiques majeurs (crues, séismes, aménagements). Le Petit Age Glaciaire se traduit par une forte augmentation des régimes de crues entre le l7ème et le 19'me siècle, qui coïncide principalement avec le minimum d'activité solaire de Maunder (1650-1720 AD). L'évolution décennale et centennale de la sédimentation profonde continue est précisée à partir de l'analyse spectrale du signal sédimentaire à très haute résolution (minéralogie des argiles, calcimétrie, lamination), après avoir éliminé les dépôts événementiels. Une cyclicité de 45 ans est reconnue en différentes parties de la plaine lacustre, ainsi qu'une cyclicité de 4 à 5 ans dans la lamination durant le minima solaire de Sporer (1450-1550 AD). Les effets des principaux séismes historiques de la région du lac du Bourget sont présentés et leur extension régionale est discutée. L'instabilité sismo-tectonique tardiglaciaire-holocène s'enregistre essentiellement par des remaniements gravitaires et le développement d'homogénites (ou dépôts de seiches) lors des événements majeurs. La signature acoustique d'un dépôt de seiche préhistorique et la signature sédimentologique d'un dépôt de seiche historique correspondant au séisme survenu le 18 Février 1822, permettent de préciser l'influence de l'entrée en résonance de l'ensemble de la tranche d'eau, sur l'évolution des remaniements gravitaires lors d'un séisme.

Afin d’étudier les changements hydrologiques passés du « lac Noir » (dernière phase lacustre de la mer Noire) et l’expression de la Dernière Déglaciation en Europe centrale, des techniques analytiques variées ont été mises en œuvre sur la carotte MD04-2790 : modélisation, développement de méthodes statistiques, géochimie élémentaire et isotopique. La reconstitution de l’évolution des âges réservoir du « lac Noir » au cours des 30 derniers millénaires a permis de mieux comprendre les réponses hydrologiques du bassin aux changements climatiques (variations du niveau du plan d’eau, phases de stratification, possible déstabilisation d’hydrates de gaz). L’âge de la dernière reconnexion du « lac Noir » avec la mer Méditerranée a été révisé à 9 000 ans BP. L’interprétation des isotopes du Nd en termes de provenance des sédiments a permis de mettre en évidence que les pulses d’eaux de fonte arrivant dans le « lac Noir » au cours de l’événement de Heinrich 1 provenaient de la désintégration de la calotte fennoscandinave. Un mécanisme régional d’interactions climatiques entre lacs proglaciaires et atmosphère a été proposé pour expliquer l’organisation temporelle particulière des pulses d’eaux de fonte. Nos résultats renforcent le paradigme de Denton qui suggère que des stades prolongés sont nécessaires au passage du mode climatique glaciaire au mode interglaciaire. / In order to study the past hydrologic changes of the Black Sea “Lake”, various analytical techniques were applied to study the core MD04-2790: modelling, development of statistical approaches, elemental and isotopic geochemistry. The reconstructed reservoir age changes of the Black Sea “Lake” were interpreted in terms of the hydrologic responses of the lake to glacial/deglacial climate changes (water level change, water column stratification, possible chlatrate dissociation). Calendar age of the Black Sea “Lake” last reconnection to global ocean was also revised to 9,000 yr BP. Finally, drastic changes in εNd values strongly suggest that sediments deposited in response to Deglacial Water Pulses (DWP) during Heinrich Event 1 (HE1) originated from the Fennoscandian Ice Sheet (FIS), providing the first direct evidence that the Black Sea “Lake” recorded the collapse of the FIS. The peculiar temporal organisation of DWPs suggests outbursts of proglacial lakes into Dniepr catchment as well as regional climatic interactions between proglacial lakes and atmosphere. The HE1-timing of the DWPs occurrence would indicate that FIS was involved in the N-Atlantic circulation reduction that shifted Earth climatic machine towards interglacial conditions in accordance with Denton’s paradigm.

La concentration en isotopes de l'eau dans les glaces polaires et les sédiments marins est un précieux indicateur des températures passées si l'on comprend bien les échanges isotopiques entre l'océan, l'atmosphère et la cryosphère. La dynamique et la capacité de stockage des calottes glaciaires demeurent cependant méconnues à cause de la rareté des prélèvements de glace. Cette thèse, basée sur la modélisation de la glace en 3D, développe une méthode de traçage pour suivre les particules de glace afin de retrouver leurs conditions de déposition et de prédire la fine stratigraphie des calottes du Groenland et de l'Antarctique. La méthode est validée en comparant la prédiction du modèle avec les couches de glace aux sites de forage polaire profonds. En utilisant le modèle d'évolution du Groenland de l'UBC (Marshall et Clarke 1997) et les traceurs aux sites de GRIP, Dye 3 et Camp Century, j'étudie le climat lors de la précédente période inter-glaciaire, il y a 127000 ans, et trouve que la fonte de glace au Groenland provoqua une montée de 3.5 à 4.5 m du niveau des mers. La méthode est aussi appliquée aux conditions de déposition de la glace prélevée en Antarctique à Vostok, Dome Fuji et Dome C en combinant les traceurs au modèle de calotte du LGGE (Ritz et al. 2001). Je teste ainsi les hypothèses d'interprétation des enregistrements climatiques et examine les changements d'altitude et de morphologie de la calotte antarctique. Ayant prédit la fine stratigraphie des calottes polaires, j'en déduis la première estimation glaciologique de leur composition isotopique moyenne pour le présent et le passé et boucle ainsi le budget en isotope de l'eau de notre planète.

Le principal objet de cette thèse est de montrer que le karst est un vecteur pertinent d'informations morpho géniques. Pour utiliser à bon escient ce vecteur, il est nécessaire d'avoir une bonne connaissance des paramètres intervenant dans la formation et la structuration des vides endokarstiques et sur les processus de sédimentation carbonatée (spéléothème et travertin). Ces paramètres sont abordés, dans le Livre l, au travers de l'approche systémique. Cette approche apparaîtt la plus appropriée pour, d'une part, aborder les notions de structure, de flux et d'évolution du système karstique et, d'autre part, pour définir des stratégies méthodologiques cohérentes. Sur la base de cette approche, deux domaines géographiques ont été traités: le Vercors (Livre II) et la Transversale de Ronda (Livre III). L'intérêt de travailler sur deux entités différentes est double: il permet de s'affranchir des spécificités locales qui ont, parfois, pour effet de parasiter les essais morphogéniques ; le second intérêt est de pouvoir déterminer les différentes réponses du karst aux événements d'ordre tectonique, eustatique et/ou climatique. L'étude du karst, comme vecteur d'informations, a permis de définir la part d'événements dans l'évolution morphologique de ces deux domaines, comme la crise messinienne, le soulèvement pliocène et les oscillations climatiques pléistocènes, dont les effets n'étaient pas toujours perceptibles à partir des seules données superficielles. De ce travail, il ressort que les paléodrains constituent l'une des entrées les plus pertinentes car ils permettent de saisir l'existence de structures de substitution induites par des événements paléogéographiques de "premier ordre".

Les zones à oxygène minimum (OMZs) sont des régions océaniques pratiquement dépourvues d'oxygène. Au cours des derniers milliers d'années, des changements climatiques globaux ont influencé l'intensité et l'extension spatiale de ces zones. Cette thèse propose de reconstruire les concentrations en oxygène dissous des eaux de fond au large de la marge Nord Est du Pacifique pour le Quaternaire supérieur à travers trois méthodes indépendantes, ayant pour dénominateur commun l'enregistrement fossile des foraminifères benthiques. Une première méthode dite micropaléontologique, basée sur l’abondance relative de trois assemblages, est développée dans un premier article. Un second article établit une relation entre l’oxygénation et la porosité de l'espèce Bolivina seminuda, caractérisée par une variation de couverture de pores de la [O$_2$]. Un troisième article est consacré à une méthode morphométrique, basée sur un indice prenant en compte la taille et la circularité des spécimens de chaque échantillon. Chacune de ces méthodes a pu être calibrée grâce aux foraminifères benthiques prélevés dans des sommets de carottes dont la teneur actuelle en oxygène dissous est connue. Ainsi, les estimations quantitatives montrent des valeurs d'oxygène faibles ($\sim$ 0.05 mL.L$^{-1}$) durant les évènements climatiques chauds (évènements de Dansgaard-Oeschger) et plus élevées ($\sim$ 0.5 mL.L$^{-1}$) pendant les évènements froids, pouvant atteindre $\sim$ 1 mL.L$^{-1}$ durant les stades associés aux évènements de Heinrich. Dans un dernier chapitre, ces trois méthodes sont appliquées à l'OMZ de la Mer d'Arabie, et un lien entre oxygénation, mousson indienne, et régime des vents est discuté. / Oxygen minimum zones (OMZs) are areas in the ocean that are almost completely devoid of dissolved oxygen. For several decades, global climate changes are known to be responsible for fluctuations in the intensity and spatial extent of these OMZs. In this thesis, three independent methods were developed for reconstructing the oxygen concentration of OMZ bottom waters during the late Quaternary. All these methods are based on benthic foraminifera preserved in the fossil record. A micropaleontological method is described in a first publication. This approach is based on the relative abundance of three benthic foraminiferal assemblages. A second publication explores the connection between oxygenation and porosity of the benthic foraminiferal species Bolivina seminuda, characterised by a pore surface area that depends on the [O$_2$]. A third article describes a morphometric approach to past oxygen reconstruction based on a semi-automatic method used to calculate an averaged size and roundness index for each sample. Recent benthic foraminifera, recovered from core-top sediments for which the modern bottom water dissolved oxygen content is known, are used to calibrate the three methods. It is found that warm interstadials (corresponding to Dansgaard-Oeschger events) exhibit conditions almost depleted in [O$_2$] ($\sim$ 0.05 mL.L$^{-1}$) while cold stadials show higher values ($\sim$ 0.5 mL.L$^{-1}$) reaching $\sim$ 1 mL.L$^{-1}$ during stadials associated with Heinrich events. In the final chapter, all three methods are successfully applied to the Arabian Sea OMZ, and a link between oxygenation, the indian monsoon, and the local wind regime is discussed.

Ce mémoire de maîtrise en palynologie porte sur la reconstitution des conditions paléoenvironnementales au Québec septentrional à l'aide de l'étude des sédiments préservés au fond du Cratère des Pingualuit. L'objectif principal est de reconstituer l'histoire du couvert végétal régional à l'aide de l'analyse pollinique et d'effectuer une reconstitution des conditions paléoclimatiques à l'aide de la technique des meilleurs analogues modernes. L'analyse pollinique a permis de montrer, en plus de la composition de la flore arctique, qu'à la suite du dernier retrait glaciaire il y a eu formation d'une toundra arbustive dominée par l'aulne crispé. Le couvert végétal s'est ensuite graduellement ouvert, se transformant en une toundra herbacée dominée par les cypéracées et les graminées. Les reconstitutions paléoclimatiques quantitatives montrent que les températures de juillet ainsi que les précipitations annuelles les plus élevées (9-9,5°C; 450-500 mm/an) correspondent à la période durant laquelle la végétation de toundra arbustive était la plus dense.

Située dans la région de la rivière Biscarat au Nunavik, l'étude a été réalisée grâce à 18 profils de sols situés sous les sillons de polygones de toundra, un profil au géoradar, deux forages et les données climatiques d'une station automatique locale. Cinq phases de développement du réseau polygonal ont été reconstituées: 1. émersion et fissuration thermique initiale du sol (1041 ans cal. BP); 2. interruption de la fissuration et sédimentation localisée entre 900-700 cal. BP ; 3. réactivation de la fissuration entre 700-50 ans cal. BP ; 4. interruption de la fissuration (1900-1950); 5. fissuration sporadique (depuis 1960). Ces données permettent de mieux définir les conditions régissant l'activité des coins de glace actifs présents sous les sillons des réseaux dans une région climatiquement à la limite méridionale favorable du développement de ces formes. Malgré le réchauffement actuel, le climat demeure propice à une fissuration sporadique du réseau polygonal.

Cette thèse est une étude paléolimnologique et environnementale de la région nord-côtière de la péninsule d'Ungava, Nunavik (Québec nordique, Canada). Son objectif principal était d'évaluer l'ampleur des variations environnementales et climatiques survenues dans cette région pendant l'Holocène, et de mieux comprendre leurs effets sur l'évolution des écosystèmes lacustres. Une méthodologie variée a été utilisée afin d'atteindre les objectifs spécifiques. Tout d'abord, l'analyse du signal isotopique des eaux météoriques a permis de caractériser certains paramètres hydroclimatiques et de dresser une ligne locale des eaux météoriques, contribuant à une meilleure compréhension du système climatique actuel de la région. Puis, sept séquences sédimentaires lacustres ont été analysées. Des chronologies ont été établies utilisant deux méthodes de datation basées sur l'analyse isotopique radioactive (210Pb et 14C). Dû à l'absence de restes végétaux de masse suffisante, les acides mimiques contenus dans les sédiments ont servi pour le traitement ' C. Cette technique peu utilisée a généré de bons résultats, surtout pour le début du postglaciaire. L'analyse du contenu fossilifère des sédiments a révélé que les assemblages de Chironomidae avaient réagi à la déglaciation de façon similaire et synchrone dans des localités éloignées de quelque 300 km. L'application de deux modèles d'inférence basés sur les assemblages modernes de Chironomidae a généré des reconstitutions quantitatives des températures de l'air de l'eau de surface estivale à des résolutions temporelles variées. Leur comparaison a mis en évidence certaines incertitudes accompagnant de telles reconstitutions, malgré les traitements et tests statistiques rigoureux. Finalement, l'analyse de la diversité et la composition des assemblages fossiles de diatomées dans les lacs à l'étude a démontré qu'elles étaient demeurées très stables pendant les 3000 à 5000 dernières années. Cette stabilité indique que la région n'a pas subi de variations environnementales assez importantes depuis la fin de la déglaciation pour avoir eu un impact majeur sur ces organismes, considérés comme étant sensibles à tout changement dans leur environnement physico-chimique. Toutefois, de récentes augmentations de la quantité d'algues siliceuses et du contenu en carbone organique du sédiment suggèrent que la région serait en train de se réchauffer à un degré encore jamais atteint durant l'Holocène. / This thesis is a paleolimnological and environmental study of the North coastal region of Ungava Peninsula, Nunavik (northern Québec, Canada). Its main goal was to evaluate the extent of environmental and climatic variations in this region during the Holocene, and to better understand their effects on lake ecosystems. A combination of biogeochemical and biostratigraphic approaches was used to reach this objective. Firstly, the isotopic signal of meteoric waters was analysed in order to characterize modem hydroclimatic parameters. A local meteoric water line was generated and contributed to a better understanding of the current climate system in the study region. Secondly, seven lacustrine sediment cores were analysed. Chronologies were established using a combination of two dating methods based on radioactive isotope decay (210Pb and 14C). Due to the absence of plant remains of sufficient mass, the humic acid fraction of the sediments was used for the 14C dating. This rarely used technique generated good results for the early postglacial in particular. A detailed analysis of the microfossil contents of the sediment cores revealed that the fossil chironomid larval assemblages responded to the effects of glaciation in a similar and synchronous fashion at locations separated by some 300 km. Two inference models based on modem chironomid assemblages allowed reconstructions of past August air and summer surface water temperatures over various timescales, but also revealed uncertainties that accompany such quantitative inferences despite sophisticated screening techniques. Finally, an in-depth analysis of the abundance, diversity and composition of the fossil diatom assemblages in each of the study lakes provided new insights into the primary productivity of these lakes at various times during the Holocene. The high level of stability in diatom assemblage composition since the end of glaciation indicates that the study region did not experience environmental changes that were ecologically profound enough to these organisms, generally considered to be sensitive to variations in the physical and chemical conditions of their habitat. Recent increases in abundances of siliceous microfossils and sediment organic matter content suggest that the region might be showing early signs of unprecedented climatic warming.

L'amélioration de la précision et de la justesse des techniques basées sur les isotopes cosmogéniques passe par la mise au point de nouveaux protocoles analytiques, l'affinement des méthodes existantes et la calibration de leurs taux de production. Des tests spécifiques ont ainsi permis d'améliorer la technique standard d'analyse du 3He cosmogénique (3Hec) dans les olivines et les pyroxènes, grâce à l'identification d'une perte de 3Hec lors de l'étape préliminaire de broyage. De même, un nouveau protocole de traitement chimique a été mis au point pour la mesure du 10Bec in situ dans ces minéraux. L'utilisation de ces méthodes affinées sur des phénocristaux naturels conduit à proposer de nouveaux taux de production de 128±5 at.g-1.a-1 pour le 3Hec dans les olivines et de 4.4±0.6 at.g-1.a-1 pour le 10Bec dans les clinopyroxènes. Ces valeurs sont obtenues par calibration sur des coulées basaltiques du Mt Etna (Sicile, 38°N), du Mauna Loa et du Mauna Kea (Hawaii, 19°N) qui ont été datées par K-Ar ou 14C entre 1.47±0.05 et 149±23 ka. La fiabilité de la méthode de datation par 3Hec a été mise à profit pour établir avec précision la chronologie du dernier retrait glaciaire du Mauna Kea (Hawaii). L'âge du dernier maximum glaciaire (DMG) local a été contraint entre 19 et 16 ka. Ces datations ont de plus été valorisées par simulation numérique des conditions paléoclimatiques. Il a ainsi été établi que le refroidissement en haute altitude (> 3000 m) du Pacifique Central était de l'ordre de 7±1°C au DMG. Le réchauffement post glaciaire n'a été significatif qu'à partir de ~15 ka, ce résultat confirmant le comportement isolé de cette zone par rapport au reste du Pacifique. Enfin, il a été montré que les objets géologiques ayant enregistrés des expositions anciennes (ou fossiles) ont le potentiel pour quantifier des paramètres aussi variés que la mesure de paléoaltitudes, de paléo-taux d'érosion ou la vitesse d'émission des grandes provinces volcaniques. Les incertitudes et les limites de ces nouvelles méthodes ont été à la fois évaluées par simulation numérique et testées sur des objets géologiques.