L'objectif de cette étude multimarqueurs est de fournir une meilleure compréhension du rôle joué par le système d'upwellings du Benguela vis à vis de la séquestration du carbone au cours des deux derniers cycles climatiques.<br />Les sédiments de la pente continentale namibienne sont riches en matière organique (MO) bien que les processus sédimentaires soient exclusivement hémipélagiques. La première partie de ce travail consiste en la détermination des mécanismes de préservation qui ont participé à la fossilisation de la MO dans la colonne d'eau et le sédiment et leur distribution du haut en bas de pente, au large de Lüderitz (25°6S). Les analyses moléculaires, spectroscopiques, pétrographiques et les pyrolyses révèlent que l'enfouissement de carbone organique était plus efficace pendant les périodes glaciaires du fait de flux de MO accrus vers le sédiment. Ces flux agissent positivement sur l'initiation de mécanismes de fossilisation tels que la sulfuration naturelle. Par ailleurs, des associations organo-minérales dans la colonne d'eau ont probablement été responsables de la protection pendant le transport d'une quantité non négligeable de MO, et assuré son accumulation sur la pente inférieure.<br />Les teneurs en carbone organique varient au rythme des cycles glaciaires-interglaciaires. La deuxième étape de l'étude est donc consacrée à l'estimation des effets des variations climatiques sur la paleoproductivité et les flux exportés. L'étude des signaux d15N, de la taille des particules lithogéniques et des contenus terrigènes et biogènes des sédiments montre que la productivité, soutenue par l'apport de nitrate en surface, n'est que partiellement controllée par la force des alizés. Les advections de masses d'eaux Angolaises, Indiennes et l'utilisation des nutriments en Antarctique conditionnent l'alimentation en nitrate et silicium, le rendement et la nature de la production primaire de l'upwelling à l'échelle des cycles climatiques.

Les forages polaires profonds contiennent des enregistrements des conditions climatiques du passé et de l'air piégé qui témoignent des compositions atmosphériques du passé, notamment des gaz à effet de serre. Cette archive nous permet de décrypter le rôle des gaz à effet de serre dans les variations climatiques pendant huit cycles glaciaire-interglaciaires, soit l'équivalent de plus de 800 000 ans. Les carottes de glace, comme toute archive paléoclimatique, sont caractérisées par des incertitudes liées aux processus qui traduisent les variables climatiques en proxy, ainsi que par des incertitudes dues aux chronologies de la glace et des bulles d'air piégées. Nous développons un cadre méthodologique, basé sur la modélisation inverse dite Bayesienne et l'évaluation de fonctions complexes de densité de probabilité, pour traiter les incertitudes liées aux enregistrements paléoclimatiques des carottes de glace de manière précise. Nous proposons deux études dans ce cadre. Pour la première étude, nous identifions les probabilités de localisation des points de changement de pente de l'enregistrement du CO2 dans la carotte de WAIS Divide et d'un stack d'enregistrements de paléotempérature a partir de cinq carottes Antarctiques avec des fonctions linéaires par morceaux. Nous identifions aussi les probabilités pour chaque enregistrement individuel de température. Cela nous permet d'examiner les changements de pente à l'échelle millénaire dans chacune des séries, et de calculer les déphasages entre les changements cohérents. Nous trouvons que le déphasage entre la température en Antarctique et le CO2 à probablement varié (en restant inferieur, generalement, à 500 ans) lors de la déglaciation. L'âge des changements de temperature varie probablement entre les sites de carottage aussi. Ce résultat indique que les mécanismes qui reliaient la température en Antarctique et le CO2 lors de la déglaciation pouvaient être differents temporellement et spatialement. Dans la deuxième étude nous développons une méthode Bayesienne pour la synchronisation des carottes de glace dans le modèle inverse chronologique IceChrono. Nos simulations indiquent que cette méthode est capable de synchroniser des séries de CH4 avec précision, tout en prenant en compte des observations chronologiques externes et de l'information à priori sur les caractéristiques glaciologiques aux sites de forage. La méthode est continue et objective, apportant de la précision à la synchronisation des carottes de glace. / Deep polar ice cores contain records of both past climate and trapped air that reflects past atmospheric compositions, notably of greenhouse gases. This record allows us to investigate the role of greenhouse gases in climate variations over eight glacial-interglacial cycles. The ice core record, like all paleoclimate records, contains uncertainties associated both with the relationships between proxies and climate variables, and with the chronologies of the records contained in the ice and trapped air bubbles. In this thesis, we develop a framework, based on Bayesian inverse modeling and the evaluation of complex probability densities, to accurately treat uncertainty in the ice core paleoclimate record. Using this framework, we develop two studies, the first about Antarctic Temperature and CO2 during the last deglaciation, and the second developing a Bayesian synchronization method for ice cores. In the first study, we use inverse modeling to identify the probabilities of piecewise linear fits to CO2 and a stack of Antarctic Temperature records from five ice cores, along with the individual temperature records from each core, over the last deglacial warming, known as Termination 1. Using the nodes, or change points in the piecewise linear fits accepted during the stochastic sampling of the posterior probability density, we discuss the timings of millenial-scale changes in trend in the series, and calculate the phasings between coherent changes. We find that the phasing between Antarctic Temperature and CO2 likely varied, though the response times remain within a range of ~500 years from synchrony, both between events during the deglaciation and accross the individual ice core records. This result indicates both regional-scale complexity and modulations or variations in the mechanisms linking Antarctic temperature and CO2 accross the deglaciation. In the second study, we develop a Bayesian method to synchronize ice cores using corresponding time series in the IceChrono inverse chronological model. Tests show that this method is able to accurately synchronize CH4 series, and is capable of including external chronological observations and prior information about the glaciological characteristics at the coring site. The method is continuous and objective, bringing a new degree of accuracy and precision to the use of synchronization in ice core chronologies.

Lobjectif de cette thèse est la reconstitution des changements climatiques quaternaires à partir de critères sédimentologiques en milieu lacustre. Il sagit entre autre dutiliser les sédiments saisonniers comme un outil de datation précis pour calibrer les reconstitutions paléoclimatiques. Cette démarche permet de mieux comprendre lorigine et/ou la propagation dévénements chauds ou froids générés soit dans lhémisphère Nord, soit dans lhémisphère Sud. Le Lac Baïkal (Sibérie) et le Lac Puyehue (Sud du Chili) contribuent à établir des nouvelles connexions climatiques. Un volet important de la thèse concerne le développement dune méthode nouvelle pour détecter les sédiments laminés saisonniers dans les carottages. La méthode consiste à imprégner les sédiments argileux avec des polymères après avoir préalablement lyophilisé le matériel. Ce travail permet de montrer : (i) que la résolution des reconstitutions paléoclimatiques réalisées à partir des sédiments du Lac Baïkal peut être augmentée, à condition de calibrer le signal sédimentaire ainsi que la chronologie du 14C ; (ii) quil est possible de reconstituer lévolution des précipitations et des réponses de type El Niño à partir des sédiments lacustres du Sud du Chili ; (iii) que la chronologie des événements climatiques de la transition Pléistocène/Holocène est plus complexe, et les épisodes chauds/froids plus nombreux que précédemment décrits ; (iv) que les archives lacustres permettent de compléter les connexions climatiques entre les deux hémisphères.