L'étude du fonctionnement et de la structure des grandes zones de cisaillement, ainsi que de leur évolution dans l'espace et dans le temps est primordiale car elles accommodent la majeure partie de la déformation dans la croûte intermédiaire, la croûte inférieure et également dans le manteau supérieur. La zone de cisaillement du Mertz (MSZ ; longitude 145°Est, Antarctique) s’est révélée être un objet clé pour étudier la localisation de la déformation. La MSZ se situe sur la bordure Est du craton néoarchéen-paléoprotérozoïque de Terre Adélie (TAC) et le sépare d'un domaine granitique Paléozoïque à l'Est. Les études précédentes suggèrent que cette structure décrochante représente la continuité de la zone de cisaillement de Kalinjala (KSZ, Sud de l'Australie) avant l'ouverture de l'océan Austral. Les roches à l'affleurement indiquent que cette structure a été formée dans la croûte intermédiaire en contexte transpressif dextre à 1.7 Ga. La structure de la MSZ a été étudiée depuis l'échelle du terrain jusqu'à l'échelle du micromètre. L'analyse des structures de terrain indique que la déformation paléoprotérozoïque est principalement accommodée par des zones de cisaillement localisées qui sont extrêmement anastomosées au niveau de la MSZ et qui deviennent plus éparses au sein du TAC. Les microstructures et les orientations préférentielles de réseau (OPR) des minéraux (quartz, feldspaths, biotite, amphibole et orthopyroxène) de la MSZ montrent des caractéristiques communes interprétables en terme de conditions, de cinématique et de régime de la déformation qui se distinguent de celles observées dans les boudins tectonique du TAC. Ces derniers montrent, quant à eux, des microstructures et OPR qui révèlent une variété de mécanismes de déformation développés lors de leur formation à 2.5 Ga.L'étude sismologique (fonctions récepteurs et anisotropie des ondes SKS) permet d'apporter de nouvelles données pour la cartographie des structures profondes de la MSZ, du TAC et du domine paléozoïque. Les résultats des fonctions récepteurs indiquent que la croûte est épaisse d'environ 40 à 44 km sous le TAC, 36 km à l'aplomb de la MSZ et 28 km dans le domaine paléozoïque à l'Est. L'analyse de l'anisotropie des ondes SKS suggère que la structuration du manteau sous le craton (ϕ≈N90°E, δt=0,8-1,6s) est différente de celle sous le domaine paléozoïque (ϕ≈N60°E, δt=0,6s). Ainsi, la MSZ constitue la frontière entre ces deux lithosphères ayant des épaisseurs crustales et une structuration du manteau différentes. Enfin, l'étude géochronologique (U-Pb sur zircons et monazites) révèle que le socle du domaine à l'Est de la MSZ présente des âges et une histoire géodynamique différents du TAC. Les âges hérités archéens et paléoprotérozoïques sont similaires à ceux des terrains situés à l'Est de la KSZ au Sud de l'Australie, confirmant ainsi la connexion entre les zones de cisaillement du Mertz et de Kalinjala. De plus, les âges paléozoïques des zircons hérités et métamorphiques et la position géographique des affleurements à l'ouest de la chaîne Transantarctique suggèrent que les échantillons étudiés sont issus d'une marge passive anté-Gondwana formée au sein d'un bassin arrière arc ouvert dans la croûte continentale juste avant la collision de Ross à ≈514-505 Ma.Ainsi, cette étude permet de préciser l'évolution géodynamique à l'Est de la MSZ, et d'apporter de nouveaux éléments pour la connexion avec les terrains du Sud de l'Australie. Par ailleurs, cette thèse souligne l'importance de l'héritage tectonique dans le développement des zones de cisaillement avec, dans le cas de la MSZ, la présence de structures héritées archéennes, ainsi que des processus de localisation de la déformation au sein des lithosphères cratoniques au moins depuis le Paléoprotérozoïque / The study of the behavior and the structure of large shear zones, as well as their evolution in space and times is essential because shear zones accommodate the main deformation in intermediate and deep crust as well as in the mantle.The Mertz shear zone (MSZ; longitude 145°East, Antarctica) is a key target for the study of the deformation localization. The MSZ is located on the eastern boundary of the Neoarchean to Paleoproterozoic Terre Adélie craton (TAC) and it separates the TAC from a Paleozoic granitic domain to the east. Previous studies suggest that this strike slip structure was probably continuous with the Kalinjala shear zone (KSZ, South Australia) before the opening of the Southern Ocean. Outcrops indicate that the MSZ was formed in the intermediate crust during a transpressive event at 1.7 Ga. The structure of the MSZ was studied from terrain to micrometric scales. The field structural study shows that the Paleoproterozoic deformation is mainly accommodated by localized shear zones that are extremely anastomosed at the MSZ and become more scattered elsewhere in the TAC. Microstructures and crystallographic preferred orientation (CPO) of minerals (quartz, feldspaths, biotite, amphibole and orthopyroxene) of the MSZ indicate similar characteristics that can be interpreted in terms of conditions, cinematic and rate of deformation, which are distinct from those of the the tectonic boudins from the TAC. These tectonic boudins reveal microstructures and CPO including a large variety of mechanisms of deformation developed during their formation at 2.5 Ga. The seismological study (receiver functions and SKS-waves anisotropy) permits the characterization of the deep structure on the MSZ area. Receiver functions results show that crustal thickness is about 40 to 44km in the TAC, 36km above the MSZ and 28km in the Paleozoic domain to the east. Analysis of SKS-waves anisotropy suggests that the mantle structures below the craton (ϕ≈N90°E, δt=0,8-1,6s) are different from the ones below the Paleozoic domain (ϕ≈N60°E, δt=0,6s). Thus, the MSZ constitutes the boundary between two lithospheres with distinct crustal thicknesses and mantle structures. The geochronological study (U-Pb dating on zircon and monazite) reveals that the basement of the domain located to the east of the MSZ has a different age and geodynamical story than the TAC. Inherited Archean and Paleoproterozoic ages are similar to those of the terrains located to the east of the KSZ in South Australia that confirms the connection between the Mertz and Kalinjala shear zones. Moreover, the inherited and metamorphic Paleozoic zircon ages as well as the geographic location of the outcrops west of the Transantarctic mountains suggest that studied samples are derived from a pre-Gondwana passive margin formed in a back-arc basin opened in the continental crust just before the Ross orogeny at ≈514-505Ma.This multi-scale approach thus permits precise the geodynamic evolution of the region located east of the MSZ and provide new elements for Australia-Antarctica connection. Moreover, this thesis highlights the importance of tectonic inheritance in the development of shear zones (with the presence of archean inherited structures in the case of the MSZ), as well as localization processes in cratonic lithospheres from at least the Paleoproterozoic times

La banquise Antarctique joue un rôle important sur les flux de chaleur et les échanges de gaz à l'interface océan-atmosphère, sur la circulation océanique globale, sur l'albédo et la productivité primaire de l'Océan Austral. Cependant, du fait de son éloignement et d'un climat extrême, cette région reste à ce jour encore peu étudiés, et représente un verrou pour les modèles prédictifs du climat. De plus, de récentes observations ont montré que le continent Antarctique présente des tendances régionales, dont les causes et les mécanismes sont encore mal compris. Les reconstructions paléoclimatiques de températures tendent à montrer que ces disparités régionales ont également caractérisé la période Holocène. L'Holocène tardif représente la période sur laquelle le réchauffement récent se produit et est également caractérisée par des variations climatiques rapides généralement de plus faibles amplitudes. Afin de mieux évaluer ces changements, l'étude fine des conditions environnementales passées en Antarctique au cours de l'Holocène tardif est essentielle afin d'isoler la part de variabilité climatique naturelle de la part anthropique. Bien qu'un vaste réseau de carottes de glace en Antarctique constitue une base d'informations robuste sur la variabilité atmosphérique passée dans l'Hémisphère Sud, l'étude des conditions paléocéanographiques est contrainte dans la région par le nombre limité d'enregistrements sédimentaires marins,et qui de plus, tendent à être de faible résolution, trop courts ou discontinus. Notre étude porte sur la zone marginale du plateau de la Terre Adélie-Georges V en Antarctique de l'Est, qui a reçu peu d'attention jusqu'à présent, malgré la présence de séquences sédimentaires très épaisses et laminées, permettant la reconstruction fine des variations climatiques passées. Nos travaux ont été réalisés à partir de plusieurs enregistrements sédimentaires marins, couvrant la période instrumentale et jusqu'aux deux derniers millénaires. Nos résultats montrent que les assemblages de diatomées, les biomarqueurs spécifiques des diatomées, ainsi que de la géochimie élémentaire du sédiment traduisent efficacement des variations océanographiques et climatiques locales et aussi régionales à l'échelle interannuelle à centennale. La dynamique couplée océan-atmosphère en lien avec les modes climatiques principaux de l'Hémisphère Sud, ainsi que la dynamique glaciaire constituent les mécanismes de forçage majeurs des changements du couvert de banquise au court de l'Holocène tardif. / Antarctic sea ice has large impacts on the heat and gas transfers between the ocean andthe atmosphere, on the global oceanic circulation, on the Earth albedo and on theprimary productivity of the Southern Ocean. However, because of its remote and icecoveredlocation, the climate of the Antarctic continent and of the Southern Ocean isstill poorly studied and constitutes a challenge for climate model predictions. Recentobservations highlighted opposite patterns of climate variability between Western andEastern Antarctica, but poorly resolved the mechanisms and forcing involved.Reconstructions of temperature signals indicate that regional disparities have persistedover the Holocene period. The Late Holocene period includes the recent climate change(so-called modern global warming) as well as preceding rapid climate variabilitiesthough of lower amplitude. Achieving paleoenvironmental reconstructions in theAntarctic region at high temporal resolution over this period therefore offers theopportunity to improve the understanding of climate changes in response to bothnatural and anthropogenic forcing. While paleoenvironmental records obtained from icecores provide robust information on the past atmospheric conditions over Antarctica,the paleoceanography of the nearby ocean is constrained by a limited set of rather lowresolution, discontinuous records from sediment cores. Our study focuses on themarginal zone of the Adélie-Georges V Land, East Antarctica, a region which has beenpoorly studied so far, despite the presence of thick and laminated sedimentary depositsthat allow accurate and high resolution paleoclimate reconstructions. Our work is basedon several marine sedimentary records, made of diatom oozes and covering theinstrumental period to the last 2,000 years. Our results show that diatom assemblages,diatom specific biomarkers (HBI) and elemental geochemistry in the sedimenteffectively testify of local but also regional oceanographic and climatic variations atdecadal to centennial scales. Coupled atmospheric and oceanic dynamics linked to majorclimate modes of the Southern Hemisphere, along with glacial dynamics constitutemajor forcing mechanisms of ice covered changes during the late Holocene.

Le bouclier Est Antarctique est constitué de nombreux domaines géologiques accrétés autour de 530 Ma. Tous ces domaines enregistrent la trace des événements Grenvillien et Pan-Africain à l'exception d'un seul : le Craton de Terre Adélie. <br />Le Craton de Terre Adélie et son prolongement septentrional, le Craton du Gawler (en South Australia), font partie d'un même bloc : le Mawson Continent. Ils présentent donc une histoire géologique commune avant l'ouverture du domaine océanique Austral il y a environ 90 Ma. Ces cratons sont constitués d'un socle métamorphique polyphasé formé et structuré lors de deux événements géologiques majeurs datés au Néoarchéen (∼ 2.5 Ga) et au Paléoprotérozoïque (∼ 1.7 Ga). <br />Cette étude présente les mécanismes tectoniques à l'origine de la structuration de ce paléo-continent. Les campagnes de terrain et les travaux en laboratoire (pétrologie, géochronologie Ar–Ar et U–Th–Pb) réalisés sur des roches provenant des deux cratons ont permis (1) de préciser l'âge et l'origine de la déformation néoarchéenne ainsi que le comportement de la lithosphère continentale à cette époque et (2) de quantifier l'importance de la déformation paléoprotérozoïque au sein du noyau archéen et dans les domaines paléoprotérozoïques adjacents. <br />Ces travaux apportent de nouvelles contraintes sur la tectonique précambrienne. <br />Nos travaux ont permis de mettre en évidence et de modéliser numériquement en 3D l'évolution à l'échelle lithosphérique de la déformation lors de l'affaiblissement des contraintes tectoniques convergentes appliquées à une lithosphère archéenne chaude. Sous l'influence de la gravité, la lithosphère chaude va fluer dans une direction perpendiculaire à celle de convergence, principalement par des mécanismes de constriction horizontale. De plus, nous mettons en évidence une dualité rhéologique entre un noyau cratonique stable et sa couverture autochtone lors de processus tardifs de réactivation tectonique.

L'intensification de l'effet de serre due à l'augmentation des concentrations de CO 2 dans l'atmosphère pourrait être plus élevée si ce n'est du rôle important de l'océan en tant que puits pour le CO 2 atmosphérique. Malheureusement, une conséquence de la capacité de l'océan à tamponner le CO 2 est l'acidification des eaux de surface des océans. L'océan Austral est particulièrement vulnérable à ces conséquences en raison de ses basses températures et de sa productivité primaire saisonnière élevée. La présente thèse de doctorat a comme objectif d’analyser le système des carbonates, en particulier l'état de l’acidification des océans, dans le détroit de Gerlache et dans la zone polaire de la région de la Terre Adélie. Ces deux régions présentent des hydrodynamiques différents et, par conséquent, devraient présenter des différences dans la variabilité de leur système carbonaté. À partir des données du programme brésilien NAUTILUS et du programme français MINERVE, la dynamique du système des carbonates a été évaluée dans ces régions de 2015 à 2017. Les résultats sont présentés sous la forme d'articles scientifiques qui ont été assemblés pour structurer cette thèse. Le détroit de Gerlache présentait les plus grandes variations spatiales des propriétés du système des carbonates avec des conditions potentiellement acides durant l'été austral. En comparaison, la zone polaire de Terre Adélie présente des variations interannuelles et spatiales plus importantes associées aux zones frontales. En raison de ses conditions géographiques et hydrodynamiques, le détroit de Gerlache est actuellement plus vulnérable à l'acidification des océans que la région de la Terre Adélie. / The intensification of the greenhouse effect due to increasing atmospheric CO 2 concentrations could be higher if not for the ocean’s important role as a sink for atmospheric CO 2 . A consequence of the ocean’s capacity for buffering CO 2 is the ocean acidification of sea surface waters. The Southern Ocean is particularly vulnerable to these consequences due to its low temperatures and high seasonal primary productivity. The present Ph.D. thesis focus on the analysis of the carbonate system, particularly the ocean acidification state, in the Gerlache Strait and the polar zone off the Adelie Land region. These two regions present different hydrodynamics and, consequently, are expected to present differences in their carbonate system variability. Using data sets from the Brazilian NAUTILUS programme and the French MINERVE programme, the carbonate system dynamic was assessed in these regions from 2015 to 2017. The results are presented as scientific articles, which were assembled to structure this thesis. The Gerlache Strait showed the largest spatial variations of carbonate system properties with potentially acidic conditions during austral summer. In comparison, the polar zone off Adelie Land larger inter-annual and spatial variations associated with frontal zones. Due to its geographical and hydrodynamic conditions, the Gerlache Strait is currently more vulnerable to ocean acidification than the off Adelie Landregion.