A new Earth system model of intermediate complexity, LOVECLIM, has been developed in order to study long-term future climate changes. In particular, LOVECLIM includes an interactive Greenland and Antarctic ice sheet model (AGISM) as well as an oceanic carbon cycle model (LOCH). Those climatic components can have a great impact on future climate. However, most studies investigating future climate changes do not take them into account. The few studies in recent literature assessing the impact of polar ice sheets on future climate draw very different conclusions, which shows the need for developing such a model. The aim of this study is to analyse the possible perturbations of climate induced by human activities over the next millennia. A particular attention is given to the evolution of the oceanic thermohaline circulation. A series of numerical simulations have been performed with LOVECLIM over the next millennia using various forcing scenarios. The global equilibrium warming computed by the model ranges from 0.55°C to 3.75°C with respect to preindustrial times. The model does not simulate a complete shut down of the oceanic thermohaline circulation but a transient weakening followed by a quasi-recovering at equilibrium. In most of the projections, the Greenland ice sheet undergoes a continuous reduction in volume, leading to an almost total disappearance in the most pessimistic scenarios. The impact of the Greenland deglaciation on climate has been assessed through sensitivity experiments. The removal of the Greenland ice sheet is responsible for a regional amplification of the global warming inducing a total melt of Arctic sea ice in summer. The freshwater flux from Greenland generates large salinity anomalies in the North Atlantic Ocean that reduce the rate of North Atlantic Deep Water formation, slowing down the oceanic thermohaline circulation.

A new Earth system model of intermediate complexity, LOVECLIM, has been developed in order to study long-term future climate changes. In particular, LOVECLIM includes an interactive Greenland and Antarctic ice sheet model (AGISM) as well as an oceanic carbon cycle model (LOCH). Those climatic components can have a great impact on future climate. However, most studies investigating future climate changes do not take them into account. The few studies in recent literature assessing the impact of polar ice sheets on future climate draw very different conclusions, which shows the need for developing such a model. The aim of this study is to analyse the possible perturbations of climate induced by human activities over the next millennia. A particular attention is given to the evolution of the oceanic thermohaline circulation. A series of numerical simulations have been performed with LOVECLIM over the next millennia using various forcing scenarios. The global equilibrium warming computed by the model ranges from 0.55°C to 3.75°C with respect to preindustrial times. The model does not simulate a complete shut down of the oceanic thermohaline circulation but a transient weakening followed by a quasi-recovering at equilibrium. In most of the projections, the Greenland ice sheet undergoes a continuous reduction in volume, leading to an almost total disappearance in the most pessimistic scenarios. The impact of the Greenland deglaciation on climate has been assessed through sensitivity experiments. The removal of the Greenland ice sheet is responsible for a regional amplification of the global warming inducing a total melt of Arctic sea ice in summer. The freshwater flux from Greenland generates large salinity anomalies in the North Atlantic Ocean that reduce the rate of North Atlantic Deep Water formation, slowing down the oceanic thermohaline circulation.

Les régions polaires sont particulièrement touchées par le changement climatique actuel, en raison des mécanismes d'amplification qui y opèrent. Les forages de glace en Antarctique et au Groenland sont des témoins précieux des variations paléoclimatiques locales et donnent aussi accès à des informations sur les modifications environnementales des latitudes plus basses. Ce travail de thèse repose sur l'obtention d'informations délivrées par l'air progressivement emprisonné sous forme de bulle lors du processus de transformation de la neige en glace : la composition élémentaire et isotopique de l'air (N2, O2, Ar et Kr) et la concentration en méthane. Nos résultats permettent de progresser sur trois aspects différents mais intimement liés : (i) L'évolution passée de la structure des névés en Antarctique. La mesure des isotopes du krypton sur le forage profond de Dome C (EDC pour EPICA Dome C) nous permet de mettre en évidence qu'une zone convective de l'ordre de 20-50 m a pu se développer dans le névé en période glaciaire. L'étude conjointe des profils isotopiques de l'azote ("15N) mesurés sur les forages EPICA Dronning Maud Land (EDML) et TALDICE suggèrent que l'évolution de la structure du névé des deux sites ne répond plus de manière simple aux changements du taux d'accumulation en surface lorsque celui-ci dépasse un seuil de 5 ±1.5 cm eq. glace an- 1. (ii) La datation des forages glaciologiques. Nous avons exploité le premier enregistrement de "O2/N2 produit entre 300 000 et 800 000 ans sur l'air piégé dans la glace de EDC. Alors qu'il semble délicat d'utiliser ce signal pour construire une nouvelle datation par calage orbital de ce forage, en particulier pour les périodes de faible excentricité, le "O2/N2 se révèle être un outil pertinent pour tester les limites et les incertitudes de la datation actuelle du forage (EDC3). L'utilisation conjointe des isotopes de l'oxygène atmosphérique et du méthane nous permet d'établir une synchronisation des forages de EDML (Antarctique) et de NorthGRIP (Groenland) couvrant le début de la dernière période glaciaire (75 000-123 000 ans) avec une incertitude inférieure à 400 ans. (iii) Cette datation relative nous permet de décrire les variations climatiques rapides au début de la dernière période glaciaire au Groenland et en Antarctique. Nous mettons en évidence une variabilité climatique sub-millénaire superposée à la succession classique des évènements de Dansgaard Oeschger, i.e. des évènements précurseurs aux évènements rapides, des rebonds climatiques en fin d'interstade. Nous démontrons que le mécanisme de bascule bipolaire entre le Groenland et l'Antarctique est également opérationnel à l'échelle sub- millénaire. Une étude multiparamétrique sur le premier événement abrupt enregistré dans la glace de NorthGRIP (DO25) montre que cet événement caractérise la transition entre la dernière période interglaciaire et la mise en place d'une variabilité abrupte couplant les hautes et les basses latitudes. L'ensemble de nos résultats établit un lien étroit entre la dynamique climatique rapide à l'échelle millénaire et les composantes à évolution lente qui imposent l'état de base du système climatique (configuration orbitale, volume des glaces).

La transition entre le dernier épisode glaciaire et l'actuel interglaciaire (de 20 000 à 10 000 ans avant le présent) est caractérisée par de courtes et abruptes réorganisations du climat à différentes échelles. Sur l'Altiplano bolivien des paléolacs géants se développent et disparaissent en moins de 2000 ans. La dynamique des glaciers étant contrôlée par le climat, les dépôts laissés par les anciens glaciers constituent une des rares archives climatiques disponibles sur ce haut plateau aride. La méthode des âges d'exposition permet de reconstituer l'histoire des anciens glaciers. Cette thèse apporte de nouveaux outils méthodologiques pour le calcul de ces âges. Elle présente également de nouveaux âges couplés à des reconstructions climatiques. Ces résultats indiquent que la formation des paléolacs est concomitante de refroidissements moyens compris entre 2.5 et 4.5 C par rapport au présent et d'un apport accru d'humidité depuis l'Est, franchissant la Cordillère Orientale bolivienne / The transition between the last glacial maximum and the actual interstadial (from 20 to 12 ka before present) is characterized by short and abrupt climate reorganizations at different scales. Over the Bolivian Altiplano, giant palaeo-lakes wax and wane within 2000 years. The glaciers dynamics is controlled by the climate, making the deposits from the former glaciers one of the few climatic archives available on this arid plateau. The exposure age method enables to reconstruct the history of former glaciers. This thesis brings new tools for the calculation of these ages. It also presents new ages coupled with palaeo-climate reconstructions. These results indicates that the palaeo-lake formations are concomitant with mean coolings of 2.5 to 4.2°C compared to present and with an enhanced moist transport from the East, crossing the Bolivian Oriental Cordillera

Les changements philosophiques et techniques qui ont accompagné l’avènement de notre civilisation «moderne » laissent dans leurs sillages un cortège de bouleversements physiques, chimiques etbiologiques à l’échelle du globe. Aujourd’hui les preuves sont nombreuses pour affirmer que cechangement global modifie le fonctionnement de la « Nature ». La nécessité d’appréhender et decomprendre ce fonctionnement a conduit à interroger les processus de reconfiguration des diversescomposantes et fonctionnalités des éco-sociosystèmes sous l’influence des changements globaux.Concentrant aujourd’hui près de 75 % de la population humaine, les écosystèmes estuariens et côtierssont particulièrement vulnérables, de plus en plus exploités et contaminés et leur biodiversité estlargement impactée. L’estuaire de la Gironde, un des plus grands estuaires d’Europe de l’Ouest, montredepuis au moins trois décennies des signes de ce changement global. C’est dans ce contexte que cettethèse décrit la trajectoire fonctionnelle de l’écosystème estuarien au cours des trente dernières années.Trois aspects du fonctionnement y sont décrits, analysés et discutés. L’étude de la dynamiqueinterannuelle du cortège ichtyologique a permis, tout d’abord, de mettre en avant trois périodes defonctionnement distinctes dans les dernières décennies. L’exploration des rythmes saisonniers despoissons et de leurs proies zooplanctoniques dans chacune d’elle a ensuite permis de montrer desmodifications de la phénologie de ces espèces à même d’engendrer, pour certaines, desdésynchronisations temporelles entre proies et prédateurs questionnant, par conséquent, la stabilité desrelations trophique et la capacité trophique du milieu. Enfin, un modèle holistique du réseau trophique aété réalisé pour chacune des trois périodes. La comparaison des propriétés de chacun d’eux a permisde conclure à une augmentation du stress de l’estuaire de la Gironde et à remettre en question sacapacité à durablement jouer son rôle de nourricerie pour les stocks de poissons marins du Golfe deGascogne. Quatre scénarii d’évolutions prospectifs synthétisent les conclusions de cette étude etdonnent à voir des avenirs possibles de cet écosystème. / The philosophical and technical changes associated with the emergence of our "modern" civilizationcaused numbers of physical, chemical and biological changes those led to changes in the functioning of"Nature". The necessity to understand this functioning has led to question the reconfiguration process ofthe various eco-sociosystems’ components and features under the influence of Global Change. TheGironde estuary, one of the largest estuaries in Western Europe, has shown since three decades, signsof this Global Change. In this context, this study highlights the functional trajectory of this estuarineecosystem during the last thirty years. Three aspects of its functioning are described, analyzed anddiscussed. First, the study of the inter-annual fish community evolution highlighted three periods withdistinct functioning. The exploration of the seasonal patterns of the fish and zooplankton dynamicsduring each period shows phenological changes able to cause, in some cases, prey-predator mismatch.This leads to question the stability of trophic interactions and the trophic capacity of the ecosystem forfish. Finally, within each of these three periods, the estuarine food web was modeled within a holisticframework. The comparison of the functional properties of each model highlighted an increase in thestress of the Gironde estuary and questioned the sustainability of its nursery function for Bay of Biscaymarine stocks. Four forecasting scenarios summarize conclusions of this study and let see possiblefutures of this ecosystem.