D'importants dépôts de sulfates ont été découverts dans certaines régions équatoriales de Mars : les canyons de Valles Marineris, les terrains chaotiques, et les plaines de Meridiani. Afin d'expliquer la chimie de ces dépôts, ainsi que la formation d'un tel volume de sédiments de même composition, sur des surfaces aussi larges et variées, l'une des hypothèses les plus récentes suggère une origine glaciaire. Le but de cette thèse est d'évaluer la plausibilité de ce mode de formation, par une étude morphologique et minéralogique comparative des sulfates trouvés sur la calotte polaire Nord et sur les terrains chaotiques (Aram Chaos). L'analyse des sédiments superficiels de la calotte polaire montre que ceux-ci sont riches en gypse. Ces particules riches en sulfates proviennent directement de la calotte polaire, s'accumulent en surface par ablation de la glace, et sont transportées par le vent dans les dunes circum-polaires. L'analyse des affleurements observés à l'équateur sur Aram Chaos montre des dépôts stratifiés clairs, semblables à ceux de Valles Marineris et de Meridiani Planum ; ils contiennent un mélange de sulfates monohydratés, d'oxydes de fer et de minéraux hydratés. Ces dépôts pourraient également avoir une origine glaciaire car, durant les périodes de haute obliquité, d'anciennes accumulations de glace ont pu se former aux basses latitudes. De plus, l'observation d'analogues terrestres en Antarctique révèle que des sulfates se forment effectivement dans la glace par des réactions post-dépôt, et peuvent être compatibles avec la chimie des minéraux observés à l'équateur martien, si l'accumulation de la glace coïncide avec le dépôt de matériaux volcaniques.

La jonction "calotte -ice shelf" est le siège du transfert de masses glaciaires entre la calotte et l'ice shelf. Cette définition est déjà en soi une modélisation partielle de la masse de glace. On peut en effet considérer qu'elle est une combinaison de trois types de sous-systèmes: la calotte, l'ice stream, et l'ice shelf. Il est possible de discriminer chacun d'eux par le type de contrainte qui domine l'écoulement. La calotte constitue la plus grande partie en volume de la masse de glace et sa caractéristique essentielle -du moins en ce qui concerne sa dynamique réside dans le fait qu'elle repose sur un socle rocheux. L'ice shelf quant à lui repose entièrement sur l'océan: il flotte. La troisième composante, l'ice stream, peut être considérée comme un cas intermédiaire entre les deux autres. On est donc amené à distinguer deux types de régimes d'écoulement: - dans la calotte, un écoulement par cisaillement dû à l'interaction glace-socle rocheux. - dans l'ice shelf, un écoulement dominé par les contraintes déviatoriques longitudinales; on obtient alors un écoulement par extension.

La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Les précipitations qui se déposent sont balayées par les vents, s'accumulent pour former des couches. En s'enfouissant, les grains de neige qui les constituent subissent un métamorphisme qui modifie leur taille et leurs caractéristiques. Pourtant, Les taux d'accumulations ou les tailles des grains de neige, dont la signature est contenue dans les observations de la proche surface, sont des indicateurs climatiques clés, jusqu'alors mal connus. <br /><br />Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80 \% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux.<br /><br />On se propose de résoudre cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi-fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: i/ On montre tout d'abord que le signal altimétrique est sensible à la rugosité de la surface à différentes échelles, puis ii/ que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières causées par la densification de la neige en surface, et enfin iii/ que les ondes radars sont réfléchies par des strates en profondeur. <br /><br />Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est réalisé simultanément aux deux fréquences, afin de permettre une comparaison de ces signaux entre eux. Les résultats du modèle sont utilisés pour expliquer les variations saisonnières précédemment observées. Finalement, les paramètres du manteau neigeux sont estimés à l'échelle de la calotte polaire antarctique. Les tailles de grains retrouvées présentent un grossissement vers l'intérieur du continent. La densité montre des variations saisonnières de plusieurs g.cm3 notamment sur les côtes antarctiques. Certaines régions présentent un état de surface de la neige particulièrement lisse (Dronning Maud Land, par exemple). <br /><br />La donnée in situ de l'état de surface de la neige étant quasi inexistante sur les calottes polaires, on développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.

La contribution des calottes polaires à l'augmentation du niveau marin est un sujet de préoccupation majeure. Dans le cadre du réchauffement climatique, la dynamique de leurs glaciers émissaires évolue et ceux-ci accélèrent leur décharge de glace vers l'océan. En tant qu'exutoires des calottes polaires et régulateurs de leur perte de masse, la prise en compte de leur fonctionnement dans les prévisions d'augmentation du niveau marin est capitale. Cependant, les processus qui régissent leur dynamique sont mal contraints et il convient alors de réduire les incertitudes qui y sont liées. Les rétroactions entre la dynamique du front et la dynamique du glacier en sont un exemple représentatif. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur la modélisation de la dynamique du front de vêlage, et vise à proposer une nouvelle approche physique des mécanismes aboutissant au vêlage d'iceberg. Le travail réalisé ici couple la mécanique de l'endommagement et la mécanique de la rupture. Il intègre ainsi la dégradation progressive des propriétés rhéologiques de la glace aboutissant à la formation d'un champ de crevasses et modélise ensuite la propagation des fractures caractéristiques de l'évènement de vêlage. Ce modèle nouvellement créé est contraint sur une géométrie 2D en ligne d'écoulement du glacier Helheim, au Groenland, dont on parvient à reproduire un comportement cohérent de la partie terminale. Les tests de sensibilité menés sur chacun des paramètres introduits dans le modèle contraignent l'importance de chacun d'eux. On évalue ensuite l'impact sur la dynamique du front de deux forçages naturels couramment observés dans les fjords groenlandais : la fonte de la partie immergée du front et l'impact mécanique d'un mélange de glace (mélange de glace de mer et d'icebergs). Les résultats suggèrent que si la fonte affecte légèrement la dynamique du front, le mélange de glace provoque une réponse saisonnière d'une amplitude similaire aux variations observées dans la réalité. En frottant contre les parois du fjord, il empêche le vêlage et favorise l'avancée du glacier. On montre également que la fonte ne modifie pas le bilan de masse du glacier, mais que l'effet du mélange de glace est plus marqué. Enfin, nos résultats suggèrent que lorsque le glacier présente une extension flottante, un forçage élevé peut modifier l'équilibre du glacier et affecter plus considérablement son bilan de masse pluriannuel. / Polar ice-sheets discharge and subsequent sea level rise is a major concern. Warming climate affects the behaviour of tidewater outlets glaciers and increases their ice discharge. As they drain the ice flow toward the ocean, it is pivotal to incorporate their dynamics when modelling the ice-sheet response to global warming. However, tidewater glacier dynamics is still complicated to understand, as they are believed to involve many feedbacks. The one between calving margin dynamics and glacier general dynamics is fundamental. This PhD thesis focuses on modelling the calving front of outlet glaciers, in order to enhance the representation of physical processes occurring at their margin. To do so, we build up a new framework for calving based on damage mechanics and fracture mechanics. This allows us to represent the slow degradation of the ice rheological properties from a virgin state to the appearance of a crevasse field, as well as the rapid fracture propagation associated with calving events. Our model is then constrained within a 2D flow-line representation of Helheim Glacier, Greenland. We find some parameters sets for which the glacier behaviour is coherent with its past evolution. Sensitivity tests are carried out and they reveal the significance of each model parameter. This new calving law is then employed to study the impact of submarine frontal melting and ice mélange (heterogeneous mixture of sea-ice and icebergs) on glacier dynamics. These two forcings are usually suspected to be responsible for the seasonal variations of the calving margin. Our results show that both forcings impact the front dynamics. The melting, however, only slightly changes the front position, when the ice mélange can force the glacier front to displace up to a few kilometers. Additionally, if the melting at the front is not sufficient to affect the inter-annual mass balance, this is not obvious when forced by ice mélange. At last, our model highlights a feature which is specific to floating glaciers: for the strongest forcings, the glacier equilibrium may be modified, as well as its pluri-annual mass balance.STAR

Les prochaines modèles climatiques comprendront un modèle de calotte polaire afin de tenir en compte la dynamique de la glace et les interactions glace-océans dans ses projections. D'une part, l'océan Austral (SO) pilote l'accélération des glaciers de l'Antarctique via une augmentation de la fonte basale des ice shelves. D'autre part, l'accélération de la décharge de glace de l'Antarctic Ice Sheet (AIS) contribue à la montée du niveau de la mer et est susceptible de devenir le plus grand contributeur de la cryosphère d'ici la fin du siècle. En outre, l'adoucissement relié, peut avoir des répercussions importantes sur la glace de mer et sur la formation des eaux profondes. Cependant, on ne sait pas encore comment les modèles d'océan et de calotte polaire des futurs systèmes couplés vont représenter les interactions glace-océan, causes et conséquences du déséquilibre de masse de AIS. Ici, dans ce travail, les différents aspects des modèles de océan et calotte polaire ont été étudiés. Une première étape de cette thèse a été concentrée à la représentation des flux d'eau douce glaciaires dans les modèles océaniques actuels. Basé dans estimations glaciologiques, la fonte basal des ice shelves a été répartie dans une grille de ORCA025, et les taux de production d'icebergs ont été appliqués dans une version améliorée du modèle d'iceberg NEMO-ICB. Cette étude préliminaire a été utilisé pour produire une climatologie d'eau de fonte provenant des icebergs, valable pour forcer les modèles de océan actuels. Ce travail montre l'importance de représenter les flux d'eau de fonte des icebergs lors de la modélisation de la glace de mer, qui peut être obtenu en utilisant notre climatologie. Ces améliorations ont été pris en compte dans l'étude de la réponse du modèle de océan a la perte de masse de AIS. Cette étude considère une perturbation réaliste de l'eau douce glaciaire aussi près que possible de sa représentation dans les futurs modèles couplés ice-sheet/océan. Selon nos résultats, jusqu'à 50% des changements récents de volume de la glace de mer pourrait être causée par le bilan masse de l'AIS. Le forçage en eau douce glaciaire semble être cruciale pour représenter correctement les interactions glace-océan et projeter la glace de mer dans les futurs systèmes couplés. Cependant, l'estimation de l'apport d'eau douce glaciaire dans les modèles climatiques futurs sera fortement affecté par la capacité des modèles de calotte polaire de reproduire les migrations de grounding line des glacières de "marine ice sheets". Les modèles de calotte polaire actuels présentent grandes incertitudes liées aux différents réglages. Dans le contexte des futurs modèles climatiques, nous avons étudié la sensibilité des retraites de la grounding line produites par l'océan à l'application de deux lois de frottement différentes et deux différentes approximations du stress glacier. Les modèle réagit de façon presque similaire aux approximations SSA ou SSA *. Par contre, les différences dans la contribution du glacier à l'élévation du niveau de la mer peuvent être jusqu'à 50% en fonction de la loi de frottement considéré. La loi de friction Schoof, la plus physique, est nettement plus réactif aux perturbations océaniques que la loi Weertman, et devrait être pris en compte dans les systèmes couplés futurs. Ce travail souligne que les incertitudes liées aux estimations des modèles de la calotte glaciaire de migrations de grounding line peuvent contribuer non seulement à des incertitudes du futur niveau de la mer, mais aussi de la glace de mer à travers des interactions glace-océan dans les futures models climatiques. Tel conclusion suggère la nécessité d'améliorer la représentation de la fonte basal des ice shelves et le frottement du glacier, afin d'améliorer les projections climatiques des modèles climatiques, dans lequel la distribution spatiale et saisonnière des eau douce glaciaires peut jouer un rôle important en établir la glace de mer. / The next generation of climate models will include an ice-sheet model in order to improve the ice sheet mass balance projections by accounting for the ice dynamics and ice-oceans interactions. On the one hand, the Southern Ocean (SO) is indeed driving the acceleration of the Antarctic outlet glaciers via an increase in the basal melting of the ice shelves. On the other hand, the increasing ice discharge from Antarctic Ice Sheet (AIS) contributes to the current sea level rise and is likely to become the largest cryospheric contributor to sea level rise by the end of the current century. In addition, the related freshening may have significant implications on future sea-ice cover and on bottom water formation. However, it is not clear yet how the ocean and ice-sheet components of future coupled systems will account for the ice-ocean interactions, which are both causes and consequences of the AIS mass imbalance. Here in this work, different aspects of the standalone ocean and ice-sheet components have been investigated. A first step of this thesis has been focused in the representation of the glacial freshwater fluxes in current ocean models. Based on recent glaciological estimates, the ice shelf basal melting fluxes have been spatially distributed in an ORCA025 grid, and the calving rates have been applied into an improved version of the NEMO-ICB iceberg model. This preliminary study has been used to produce a monthly iceberg meltwater climatology, to be used to force current ocean models. This work shows the importance of representing the iceberg meltwater fluxes when modeling sea ice, which can be inexpensively achieve by using our climatology. The improvements in the representation of the glacial freshwater fluxes have been considered in the study of the ocean model response to the Antarctic mass imbalance. This study considers a realistic perturbation in the glacial freshwater forcing as close as possible as it will be represented in future ice-sheet/ocean models. According to our results, up to 50% of the recent Antarctic sea ice volume changes might be caused by the observed decadal AIS mass imbalance rate. Glacial freshwater forcing appears to be crucial to correctly represent the ice-ocean interactions and projecting sea ice cover of future coupled systems. However, the estimation of the glacial freshwater input in future climate models will be strongly dependent upon the capacity of ice-sheet models to reproduce the grounding line migrations of marine ice sheet glaciers. Current ice-sheet models present large uncertainties related to different parametrizations. In the context of the future climate models, we have studied the sensitivity of ocean-driven grounding line retreats to the application of two different friction laws and two different englacial stress approximations. The model responses almost indistinctively to either the SSA or the SSA* englacial stress approximations. However, differences in the contribution of the glacier to the sea level rise can be up to 50% depending on the friction law considered. The more physically constrained Schoof friction law is significantly more reactive to the ocean perturbations than Weertman law and should be considered in future coupled systems. This work underlines that uncertainties related to the ice sheet model estimates of grounding line migrations may not only contribute to uncertainties in sea level projections, but also the sea ice cover through the ice-ocean interaction in future ocean models.This conclusion suggests the need for improving the representation of both the ice shelf basal melting and the glacier interaction with the bedrock, in order to improve the climate projections of future climate models, in which the spatial and seasonal distribution of the glacial freshwater fluxes may play an important role in setting the sea ice cover.

La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, ils est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour palier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives est d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte. / Significant climate change is curently monitored in the Arctic, and especially in the region of the canadian arctic archipellago. This climate warming leads to recession of sea-ice extent and seasonnal snow cover, and also to large mass loss of the archipellago's ice caps. One of the most southern ice cap, the Barnes Ice Cap, located on the Baffin Island, is no exception to significant mass loss and margins recession as satellite observations exhibited over the last decades. Despite the relative low sea level potential of the small ice caps located in the canadian arctic achipellago in regards to major ice sheets, Antarctica and Greenland, their contribution to the current sea level rise is significant. Climate projections show that this contribution could accelerate significant over the next decades. However, to estimate the future evolution of these ice caps and their impact on climate or sea level rise, a better characterisation of the surface processes such as the evolution of the surface mass balance is needed. This knowledge is currently very limited, mainly due to the sparse covering of automatic weather stations or in-situ measurements over the Arctic. Furthermore, several ice caps, among with the Barnes Ice Cap, present a superimposed ice accumulation area which particularities have to be taken into account in the surface processes studies. Given the lack of in-situ data, the approach choosen in this work is to use remote sensing data, that have the advantage to offer a good spatial and temporal coverage. In particular, passive microwave data are very suitable for snowy surfaces studies. To complement these data, physical and electromagnetic snowpack modeling provide a fine characterisation of surface processes such as snow accumulation. The whole work presented in this manuscript thus consisted in developping specific tools to improve the understanding of surface processes of small arctic ice caps. This methodological development was performed and applied on the Barnes Ice Cap using the surface scheme SURFEX-CROCUS and the electromagnetic model DMRT-ML. First results highlight a significant increase in surface melt duration over the past 3 decades on the Barnes Ice Cap (increase of more than 30% over 1979-2010 period). A similar trend is also monitored over the Penny Ice Cap, located in the south part of the Baffin Island (increase of more than 50% over the same period). Then, the surface mass balance over the last decade was modeled by using a physical based modeling chain constrained by remote sensing data. The results give a mean net accumulation of +6,8 cm/an on the summit area of the ice cap. Finaly, sensitivity tests, performed to investigate the climatic sensitivity of the surface mass balance, highlight a threshold effect that may lead to a complete disapearence of the accumulation area of the Barnes Ice Cap. With a temperature increase less than 1°C, modeling results suggest it is likely that the threshold will be reached rapidly leading to an increase in mass loss from the ice cap.

L’évolution future de la calotte groenlandaise est une préoccupation sociétale majeure de par sa contribution potentielle à la remontée du niveau marin global. Elle est contrôlée par la dynamique de la glace et les conditions climatiques. Sa modélisation est un véritable défi à cause du manque de données disponibles à l’échelle de la calotte, et des processus d’interactions climat-calotte à très fine échelle. Pour mieux comprendre le rôle du Groenland dans le système climatique, j’ai d’abord développé une méthode d’inversion pour obtenir des conditions initiales fiables du modèle de glace GRISLI.J’ai ensuite appliqué cette procédure au couplage de GRISLI avec un modèle atmosphérique régional (MAR). J’ai alors montré que la représentation des interactions atmosphère – calotte est essentielle pour ne pas sous-estimer la remontée du niveau marin dans les projections pluri-centennales. Enfin, nous avons appliqué ces modèles au dernier interglaciaire (130 – 115 ka), période chaude au cours de laquelle le niveau marin était 6-9 m plus haut qu’à l’actuel. Ce travail montre que l’apport de la régionalisation des champs atmosphériques grande échelle est nécessaire pour la représentation des interactions climat – calottes. / The evolution of the Greenland ice sheet in the future is a major societal issue, given its potential contribution to global sea level rise. The ice sheet is controlled by ice dynamics and climate conditions. Its modelling is a challenge due to the lack of data covering the whole ice sheet and the fine scale of the interaction processes between the ice sheet and the atmosphere. To improve our understanding of the role of the Greenland ice sheet in the climate system, I have first developed an inverse method to obtain appropriate initial conditions for the GRISLI ice sheet model. I then applied this procedure for coupling the MAR regional atmospheric model to GRISLI. I have shown that representing atmosphere – ice sheet interactions at fine scales is essential to avoid underestimating global sea level rise in multi-centennial future projections. Finally, I have used the same models to study the last interglacial (130 – 115 ky BP), which is a warm period during which the sea-level was 6 to 9 m higher than today. My work shows that downscaling large scale model outputs at the regional scale is required to represent climate – ice sheet interactions.

Résumé : Le contexte récent d’accélération de la fonte des glaciers et calottes glaciaires (GCG) de l’archipel arctique canadien, jumelé aux difficultés de suivi des GCG de cette région, rendent essentiels le développement et l’utilisation de nouvelles approches innovatrices de suivi. Le potentiel de la stéréo radargrammétrie (SRG) RADARSAT-2 est ici caractérisé pour l’extraction d’élévations et le calcul de changements d’élévation et de bilans de masse (historiques et récents) sur les calottes glaciaires Barnes et Penny (Nunavut, Canada). Par la méthode semi-automatisée de recherche de corrélation à partir de couples stéréoscopiques RADARSAT-2 de 2013 (mode wide ultra-fin; résolution spatiale de 3 m; taille d’image de 50 km x 50 km), une précision verticale de ~7 m (LE68) est mesurée sur la terre ferme, et cette valeur de précision est possiblement légèrement supérieure sur la calotte Barnes, étant donné la variabilité de profondeur de pénétration. Par captage 3D, une précision altimétrique de ~3-4 m (LE68) est mesurée par différents photo-interprètes à partir de couples RADARSAT de 2012 en zone d’ablation de la calotte Penny. Sur la calotte Barnes, les changements d’élévation mesurés par rapport aux premiers modèles numériques de terrain disponibles permettent de mesurer un bilan de masse spécifique historique (1960-2013) de -0,49 ± 0,20 m w.e./année, pour un bilan de masse total de -2,9 Gt/année. Entre 2005 et 2013, le bilan de masse spécifique de cette calotte augmente significativement à -1,20 ± 0,86 m w.e./année, pour un bilan de masse total de -7 Gt/année. En zone d’ablation de la calotte Penny, un changement d’élévation annuel moyen de -0,59 m/année est mesuré entre 1958 et 2012. Parallèlement, plusieurs aspects méthodologiques et techniques sont discutés et analysés. Des profondeurs de pénétration nulles (bande C) sont mesurées à partir des images acquises sur la calotte Barnes à la toute fin de la saison d’ablation (fin septembre/début octobre), alors que cette profondeur augmente à ~2,5-3 m pour des images acquises à la fin octobre/début novembre (période de gel). Nos résultats suggèrent aussi que le modèle de fonction rationnelle, lorsqu’utilisé avec des images RADARSAT-2 en mode wide ultra-fin, permet d’obtenir des précisions plus constantes que le modèle hybride de Toutin. De par son indépendance des conditions météorologiques, son utilisation possible sans point de contrôle et sa simplicité de traitement, la SRG RADARSAT-2 s’avère donc être une excellente alternative aux technologies actuelles pour le suivi de GCG situés dans des régions affectées par des contraintes opérationnelles importantes. / Abstract : Given the recent melt acceleration of the Canadian arctic archipelago’s ice caps and the monitoring difficulties of this remote region, the development of new innovative monitoring tools has become essential. Here, the potential of the RADARSAT-2 stereo radargrammetry (SRG) is characterized for elevations extraction, as well as for elevation changes/mass balances calculations (historical and recent) on Barnes and Penny ice caps (Nunavut, Canada). Using the semi-automatic approach of correlation search from RADARSAT-2 stereoscopic couples of 2013 (wide ultra-fine mode; spatial resolution of 3 m; coverage of 50 km x 50 km), a vertical precision of ~7 m (LE68) is measured on ice-free terrain and this precision is possibly slighty worse on the ice cap because of the penetration depth’s variability. On the other hand, the 3D vision extraction approach reveals an altimetric precision of ~3-4 m (LE68) on the ablation area of the Penny Ice Cap. On the Barnes Ice Cap, elevation changes calculated relative to the oldest digital elevation models available allows to calculate an historical specific mass balance (1960-2013) of -0,49 ± 0,20 m w.e./year, resulting in a total annual mass balance of -2,9 Gt/year. Between 2005 and 2013, the specific mass balance of this ice cap increases to -1,20 ± 0,86 m w.e./year, which equals to a total annual mass balance f -7 Gt/year. On Penny Ice Cap’s ablation area, an average elevation change of -0,59 m/year is measured between 1958 and 2012. As also suggested in the literature, the recent melt acceleration is highly linked to warmer summer temperatures. Methodological and technical aspects are also presented and analyzed. No penetration depth (C band) is perceived on elevations derived from late ablation season images (late September/beginning of October), while a penetration of ~2,5-3 m is measured from images acquired in late October/beginning of November (freeze period). Our results also suggest the superiority and better consistency of the rational function model for geometrical correction of wide ultra-fine mode RADARSAT-2 images, compared to the hybrid Toutin’s model. Because of its all-weather functionality, its possible use without any ground control point and the simplicity and facility of its treatment, the RADARSAT-2 SRG represents a really good technology for glacier monitoring in regions affected by serious operational constraints.

La marge sud-chilienne constitue la seule masse continentale de l’hémisphère sud qui intercepte l’intégralité de la ceinture des vents d’ouest (SWW), en interaction avec la circulation océanique. Elle occupe donc une position stratégique pour les reconstructions paléoclimatiques et a fait l’objet d’une attention croissante ces dernières décennies. Dans le contexte des hautes latitudes sud de la marge chilienne, les objectifs de cette thèse se sont portés sur (1) l’établissement d’une chronostratigraphie précise basée sur des datations radiocarbone et la téphrochronologie et (2) sur la reconstruction de la dynamique de la calotte nord-Patagonienne en lien direct avec le régime des précipitations, les températures et/ou la dynamique interne des glaciers sur les derniers 22 ka BP à partir de l’étude d’un enregistrement marin à ultra haute résolution et à fort taux de sédimentation, collecté au large de la péninsule de Taitao (~46°S). Basé sur un modèle d’âge robuste par des datations radiocarbone associées à une étude téphrochronologique, l’enregistrement marin MD07-3088 permet une couverture temporelle large depuis le dernier maximum glaciaire, la déglaciation et l’Holocène. Plusieurs traceurs (minéralogie des argiles, granulométrie, géochimie inorganique) ont été utilisés afin de retracer la variabilité des sources et les fluctuations de la calotte nord patagonienne. Couplée aux paléoreconstructions des températures des eaux de surface et de la variabilité des proportions polliniques, cette étude a permis de retracer les variations dans le régime des précipitations et les interconnections entre les réservoirs océaniques et atmosphériques. Les résultats ont montré qu’au cours du DMG (22-18 ka BP), les températures globalement plus froides semblent contrôler les apports terrigènes en provenance de la chaine côtière proximale et la dynamique des glaciers. Lors de la déglaciation (18-11,5 ka BP), les conditions globalement plus chaudes marquent un changement radical dans la source des apports détritiques, avec une dominance de la cordillère andéenne distale. Cet intervalle est ponctué par 3 évènements de refroidissement, dont l’ACR (14,3-12,7 ka BP) pendant lesquels un regain de l’activité glaciaire est enregistré. Au cours de cet intervalle, l’expansion des tourbières Magellanes suggère des conditions climatiques plus froides et très humides résultant de la migration progressive vers le nord des Westerlies. L’Holocène Inférieur (11,5-8 ka BP) se caractérise par des conditions similaires à celles de la déglaciation avec la présence d’un événement plus grossier témoignant soit de l’influence de la légère baisse des températures (~2°C), soit d’un rôle plus important de la dynamique interne des glaciers. L’Holocène Moyen (8-3 ka BP) est illustré par la mise en place de la phase de Néoglaciation qui se traduit par un déplacement vers le nord de la cellule des vents d’ouest caractérisé par des forts apports de précipitations dans notre zone d’étude bien que peu de variations soient enregistrées dans les estimations des SST. Enfin, la faible variation des SST et la légère augmentation des précipitations enregistrées au cours de l’Holocène Inférieur (3 ka BP à l’actuel) témoignent d’un retour de la cellule des vents à une position similaire à l’actuel. / The south-chilean margin is the one continental mass to intercept the entire Westerly Winds cell (SWW), closely linked to the oceanic circulation. It constitutes a strategic area for paleoclimatic reconstructions and represents a peculiar interest since the last decades. In the southern high latitude chilean margin setting, the main objectives of this thesis were focused on (1) the establishment of a precise chronology based on radiocarbon dates and tephrochronology and (2) to restore the north-Patagonian icefield dynamic strongly linked to the rainfall features, temperatures and/or internal glaciers dynamic over the last 22 ka BP from a High-resolution and High sedimentation rate deep-sea core collected offshore the Taitao peninsula (~46°S). Based on robust age model by radiocarbon dates and tephrochronology study, the marine record MD07-3088 allows a large time-span since the Last Glacial Maximum, the deglaciation and the Holocene. Several proxies (clay mineralogy, grain-size and inorganic geochemistry) were used to restore the variability in continental source inputs and north-patagonian icefield fluctuations. Coupled to SST estimations and palynological dataset, this study allows to reconstruct rainfall changes and interconnections between oceanic and atmospheric features. Results show that during the LGM (22-18 ka BP), the globally colder temperatures play a major role in the detrital supplies from Coastal Range and glacier dynamic. During the deglaciation (18-11,5 ka BP), warmer conditions mark a drastic change in the terrigenous source with a dominance of Andean Cordillera influence. This interval is punctuated by 3 colder events, in particularly the ACR event (14,3-12,7 ka BP) during which a renewed glacial activity is recorded as shown by the expansion of Magellanes moorlands, typical of colder and more humid climate as a result of the northward migration of the Westerly Winds. The Early Holocene (11,5-8 ka BP) is marked by climatic conditions similar to those of the deglaciation with only the presence of one colder event resulting either by slightly temperatures decreasing (~2°C) or the internal glacier dynamic contribution. The Middle Holocene (8-3 ka BP) is illustrated by the settlement of the Neoglaciation phase resulting from the northward displacement of the SWW cell favouring more intense rainfalls in the study site even Tough any significant temperature variations are observed. Finally, the low SST variability and the slight increase of rainfalls recorded during the Upper Holocene (3 ka BP to present) give clues about the return of the SWW to modern location.

La marge sud-chilienne constitue la seule masse continentale de l'hémisphère sud qui intercepte l'intégralité de la ceinture des vents d'ouest (SWW), en interaction avec la circulation océanique. Elle occupe donc une position stratégique pour les reconstructions paléoclimatiques et a fait l'objet d'une attention croissante ces dernières décennies. Dans le contexte des hautes latitudes sud de la marge chilienne, les objectifs de cette thèse se sont portés sur (1) l'établissement d'une chronostratigraphie précise basée sur des datations radiocarbone et la téphrochronologie et (2) sur la reconstruction de la dynamique de la calotte nord-Patagonienne en lien direct avec le régime des précipitations, les températures et/ou la dynamique interne des glaciers sur les derniers 22 ka BP à partir de l'étude d'un enregistrement marin à ultra haute résolution et à fort taux de sédimentation, collecté au large de la péninsule de Taitao (~46°S). Basé sur un modèle d'âge robuste par des datations radiocarbone associées à une étude téphrochronologique, l'enregistrement marin MD07-3088 permet une couverture temporelle large depuis le dernier maximum glaciaire, la déglaciation et l'Holocène. Plusieurs traceurs (minéralogie des argiles, granulométrie, géochimie inorganique) ont été utilisés afin de retracer la variabilité des sources et les fluctuations de la calotte nord patagonienne. Couplée aux paléoreconstructions des températures des eaux de surface et de la variabilité des proportions polliniques, cette étude a permis de retracer les variations dans le régime des précipitations et les interconnections entre les réservoirs océaniques et atmosphériques. Les résultats ont montré qu'au cours du DMG (22-18 ka BP), les températures globalement plus froides semblent contrôler les apports terrigènes en provenance de la chaine côtière proximale et la dynamique des glaciers. Lors de la déglaciation (18-11,5 ka BP), les conditions globalement plus chaudes marquent un changement radical dans la source des apports détritiques, avec une dominance de la cordillère andéenne distale. Cet intervalle est ponctué par 3 évènements de refroidissement, dont l'ACR (14,3-12,7 ka BP) pendant lesquels un regain de l'activité glaciaire est enregistré. Au cours de cet intervalle, l'expansion des tourbières Magellanes suggère des conditions climatiques plus froides et très humides résultant de la migration progressive vers le nord des Westerlies. L'Holocène Inférieur (11,5-8 ka BP) se caractérise par des conditions similaires à celles de la déglaciation avec la présence d'un événement plus grossier témoignant soit de l'influence de la légère baisse des températures (~2°C), soit d'un rôle plus important de la dynamique interne des glaciers. L'Holocène Moyen (8-3 ka BP) est illustré par la mise en place de la phase de Néoglaciation qui se traduit par un déplacement vers le nord de la cellule des vents d'ouest caractérisé par des forts apports de précipitations dans notre zone d'étude bien que peu de variations soient enregistrées dans les estimations des SST. Enfin, la faible variation des SST et la légère augmentation des précipitations enregistrées au cours de l'Holocène Inférieur (3 ka BP à l'actuel) témoignent d'un retour de la cellule des vents à une position similaire à l'actuel.