La modélisation des calottes polaires est importante pour reconstruire l'état passé des calottes, comprendre l'état présent, et prévoir son évolution dans le contexte du réchauffement climatique et de l'élévation du niveau des mers. Les mécanismes qui interviennent dans la dynamique des calottes de glace et qui dépendent du climat sont nombreux, mais pour l'Antarctique il y a deux mécanismes très importants qui s'opposent : L'augmentation de la température qui est supposée entraîner une augmentation de la précipitation et un épaississement de la calotte, et l'intensification de l'écoulement de la glace qui tend à amincir la calotte. Pour étudier ces deux mécanismes, nous avons suivi deux approches : caractériser la calotte à partir des observations directes (c.-à-d. topographie de la surface et les vitesses d'écoulement de glace) ou indirectes (c.-à-d. Flux de bilan). Et la modéliser avec GRISLI (GRenoble Ice Shelf and Land Ice), en prenant en considération la dynamique des fleuves de glace et leurs localisations précises, pour mieux comprendre les mécanismes actifs qui interviennent dans la calotte. Le sujet de la thèse est l'amélioration de la modélisation de la calotte Antarctique à partir des données disponibles. Notamment celles basées sur la première et la deuxième dérivées de la surface (pente et courbures respectivement) pour faire des liens avec le drainage de la glace, et les structures de vitesses de bilan. Ces informations nous ont permis entre autres de développer différentes méthodes pour autoriser les fleuves de glace, qui ensuite ont été introduites dans GRISLI. Nous avons ensuite fait plusieurs études de sensibilité de la calotte sur les localisations des fleuves de glace, les données du flux géothermique et des paramètres qui contrôlent le glissement et la déformation de la glace. Enfin nous avons fait des comparaisons entre les structures observées et modélisées de la calotte, et nous avons vu que le modèle n'est pas loin de reproduire les structures observées.

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.

La modélisation des calottes polaires est importante pour reconstruire l'état passé des calottes, comprendre l'état présent, et prévoir son évolution dans le contexte du réchauffement climatique et de l'élévation du niveau des mers. Les mécanismes qui interviennent dans la dynamique des calottes de glace et qui dépendent du climat sont nombreux, mais pour l'Antarctique il y a deux mécanismes très importants qui s'opposent : L'augmentation de la température qui est supposée entraîner une augmentation de la précipitation et un épaississement de la calotte, et l'intensification de l'écoulement de la glace qui tend à amincir la calotte. Pour étudier ces deux mécanismes, nous avons suivi deux approches : caractériser la calotte à partir des observations directes (c.-à-d. topographie de la surface et les vitesses d'écoulement de glace) ou indirectes (c.-à-d. Flux de bilan). Et la modéliser avec GRISLI (GRenoble Ice Shelf and Land Ice), en prenant en considération la dynamique des fleuves de glace et leurs localisations précises, pour mieux comprendre les mécanismes actifs qui interviennent dans la calotte. Le sujet de la thèse est l'amélioration de la modélisation de la calotte Antarctique à partir des données disponibles. Notamment celles basées sur la première et la deuxième dérivées de la surface (pente et courbures respectivement) pour faire des liens avec le drainage de la glace, et les structures de vitesses de bilan. Ces informations nous ont permis entre autres de développer différentes méthodes pour autoriser les fleuves de glace, qui ensuite ont été introduites dans GRISLI. Nous avons ensuite fait plusieurs études de sensibilité de la calotte sur les localisations des fleuves de glace, les données du flux géothermique et des paramètres qui contrôlent le glissement et la déformation de la glace. Enfin nous avons fait des comparaisons entre les structures observées et modélisées de la calotte, et nous avons vu que le modèle n'est pas loin de reproduire les structures observées. / Modelling of the polar ice sheets is important to reconstruct its past, understand its current state and predict its evolution in the context of the global warming and rising sea levels. There are numerous mechanisms involved in the dynamics of ice sheets and these are climate-dependent. In particular there are two very important opposing mechanisms: the increase in the temperature which is supposed to lead to increased precipitation and thickening of the ice, and increased melting of the ice, which tends to reduce the mass of the ice sheets. To study these two mechanisms, we followed two approaches: characterize the ice sheets from direct observations (i.e., surface topography and ice flow velocities) or indirect observations (i.e., flow balance), and model it with GRISLI (Grenoble Ice Shelf and Land Ice), taking into account the dynamics of ice streams and their precise locations, to better understand the active mechanisms involved in the ice sheets. The subject of this thesis is to improve the modelling of ice sheets from the available data, especially those based on the first and second derivatives of the surface (slope and curvature respectively), and to link with the ice drainage, and velocity structure outcome. This data has allowed us to develop methods to model ice flows, subsequently introduce them into the GRISLI. We then made several sensitivity studies of the ice sheets, to localize ice streams, geothermal data flow and the parameters that control the slip and deformation of the ice. Finally, we compare the observed and modelled structures of the ice sheets, and show that model results are not far from the actual observed structures.

Plus de 80% du Groenland est recouvert de glace. Sa fonte contribue à l’augmentation du niveau des océans. Cette fonte peut être accélérée ou ralentie par les nuages qui modulent le rayonnement qui atteint la surface. Dans cette thèse, nous avons utilisé les mesures du satellite CALIPSO (produit GOCCP) pour documenter les nuages au-dessus du Groenland et éclaircir leur rôle sur la fonte de surface.Comparer ces observations avec des mesures radar et lidar réalisées à la station sol de Summit, au centre du Groenland, a montré que dans GOCCP les nuages optiquement très fins (τ < 0.3) ne sont pas détectés. Nous avons ensuite étendu l’analyse sur l’ensemble du Groenland et mis en évidence que la région nord est moins recouverte de nuages que la région sud en hiver et qu’en été, Summit, est l’une des régions les plus nuageuses en nuages liquides notamment.Pour comprendre cette particularité et les conditions favorables à la formation de nuages, nous avons utilisé des classifications en régime de temps. Cependant cette étude n’a pas mis à jour de liens entre la variabilité des nuages et la circulation atmosphérique ce qui montre la complexité de ces interactions et la nécessité d’accumuler plus d’observations sur des périodes de temps longues.Enfin nous avons évalué la représentation des nuages dans des observations lidar synthétiques, simulées à partir des sorties de modèles de climat CMIP5. Plusieurs biais qui empêchent les modèles de reproduire l’influence des nuages sur la fonte ont été identifiés. Les modèles sous estiment les températures de surface et les couvertures nuageuses. Les nuages simulés sont soit trop opaques soit trop fins pour accélérer la fonte. / Over 80% of Greenland is covered by ice. Melting of this ice contributes to the sea level rise. By modulating the radiation reaching the surface, clouds can accelerate or slow down the melting. Through this thesis, we use CALIPSO satellite measurements (GOCCP product) to document clouds over Greenland, including their vertical structure, and understand their role in surface melting.We compare these observations with radar and lidar measurement taken from the Summit ground station in the middle of Greenland. The comparison shows that GOCCP does not include optically thin ice clouds (τ < 0.3). Extending this analysis over all Greenland shows that cloudiness follows different cloud annual cycles in North and South regions, and that Summit is one of the cloudiest regions of the Greenland especially for the liquid cloud cover.To understand the atmospheric conditions favorable to cloud formation, we follow two weather regime classification approaches. We do not find a clear relationship between cloud variability and atmospheric circulation. These results show the complexity of the interactions between clouds and synoptic circulation and highlight the need to accumulate more data over long time periods.Finally, we evaluate cloud representation over Greenland in simulated lidar profiles over output from CMIP5 climate models. We identify several biases that lead to models being unable to simulate surface melting. Models underestimate the surface temperature and the cloud cover. Also when clouds are simulated they are either too opaque or too thin to affect surface melting.

Plusieurs espèces d’oiseaux forestiers qui se reproduisent en Amérique du Nord ont des effectifs en déclin et nécessitent donc un suivi à long terme afin de respecter nos engagements en matière de biodiversité. De celles-ci une forte proportion est représentée par des espèces spécialistes de divers types d’habitats ouverts, c’est-à-dire sans couvert arborescent. Des habitats ouverts sont créés chaque année par les coupes totales en forêt boréale, mais ils sont en nette diminution dans les forêts plus méridionales de l’Est de l’Amérique du Nord depuis quelques décennies. Suite à l’importante médiatisation menée par plusieurs groupes de pression pour décrier la perte des forêts surannées et vierges, les coupes totales pratiquées par les forestiers sont de plus en plus mal perçues. Pourtant, les coupes totales, en tant que milieux ouverts, peuvent constituer d’importants habitats fauniques. Afin de déterminer leur importance pour la conservation, il est essentiel de mieux connaître leur utilisation par la faune. Cette étude s’est penchée sur une espèce faunique de milieux ouverts, la Paruline à calotte noire (Wilsonia pusilla). Les populations de cette espèce subissent une importante diminution depuis les 40 dernières années. Nous avons donc mesuré l’occurrence de cette espèce dans 43 sites d’aulnaies et 90 sites de coupes totales, sur le territoire de la Forêt Montmorency, Québec. Nous avons également mesuré 5 paramètres phénotypiques (poids, longueur de rectrice, longueur du bec, longueur de la calotte et longueur de l’aile) afin de vérifier s’il existait une différence entre les individus capturés dans les deux milieux. Finalement, nous avons vérifié quels étaient les facteurs du paysage qui influençaient l’occurrence de l’oiseau dans un site, et ce à quatre rayons différents (50m, 100m, 200m et 400m). Nous avons trouvé une proportion équivalente de Paruline à calotte noire dans les aulnaies que dans les coupes totales. Nous n’avons trouvé aucune différence phénotypique entre les individus capturés dans les deux habitats. La quantité de milieux ouverts autours des sites était fortement associée avec la présence de Parulines à calotte noire et ce, aux quatre rayons étudiés. La présence d’aulnaies buissonnantes et la quantité de régénération entre 2 et 4 m étaient aussi associées à la présence de l’espèce. Ces résultats jettent une nouvelle lumière sur l’habitat de l’espèce et identifient les coupes totales comme des milieux potentiellement importants pour le maintien des populations. Cependant, le rôle joué par les coupes totales devra être précisé grâce à des données sur la reproduction. / Many bird species breeding in North America require long term tracking because of their unknown or declining population status. Of those, an important proportion is represented by species associated with open habitats. Open habitats are created every year by clear-cutting in boreal forest but they have been decreasing since last two decades in deciduous and mixed forests of Eastern North America. Due to the important media coverage with conservation NGOs accusing clear-cutting and other types of timber harvest for the loss of old forest and associated species, perception of perturbation of forest made by man is mostly negative. However, clear-cuts, as open habitats, may be important to wildlife. To understand their conservation value, it is necessary to better understand their use by wildlife. The present study focused on a species dependent on open areas, Wilson’s Warbler (Wilsonia pusilla). Populations of this species have been declining importantly since the last 40 years. We evaluated species occurrence in 43 alder sites and 90 clear-cut sites, at the Forêt Montmorency, Québec. We also measured 5 physical traits of captured males (weight, rectrix length, beak length, cap length and wing length) in order to establish if there is a difference between birds found in the two different habitats. Finally, we evaluated which factors of the landscape affected the occurrence of bird in a site, at four different radii (50, 100, 200 and 400 m). We found an equal proportion of Wilson’s Warbler in both habitats and no phenotypic difference was found. Percentage of open area around site was strongly associated with the presence of Wilson’s Warblers, at each radius. Presence of patchy alder and percentage of regeneration between 2 and 4 m high were also associated with the species’ occurrence. Those results throw new light on the habitat of Wilson’s Warblers and highlight the potential role of clear-cuts for the maintenance of its populations. However, the role of clear-cuts will need to addressed with data on reproduction.

L'analyse combinée d'imageries topographiques LiDAR et bathymétriques multifaisceaux à haute résolution ainsi que des âges au radiocarbone fournit de nouvelles informations qui permettent de proposer des étapes de la déglaciation ainsi que les patrons de retrait de la marge de l'Inlandsis laurentidien (IL) dans le fjord du Saguenay. L'analyse spatiale de la distribution de moraines, la présence de dépôts glacio-lacustres perchés et la géométrie des épandages fluvioglaciaires de contact permettent de mettre en évidence l'existence antérieure d'une langue de glace dans le fjord du Saguenay, s'étendant, au cours de ses différentes phases de retrait, de l'embouchure du fjord jusqu'au nord-est de la Baie des Ha! Ha!. Cette langue de glace avait des incursions dans les principales baies du fjord (Baie Sainte-Marguerite et Anse-Saint-Jean). Lors du retrait, trois seuils bathymétriques ont agi comme points d'ancrage où la marge de la langue de glace s'est stabilisée, soit à (1) l'embouchure du fjord sur le Fleuve Saint-Laurent, (2) au niveau du village Sacré-Cœur et (3) au niveau de la Baie-Sainte-Marguerite. Cette stagnation de la marge a permis l'accumulation de sédiments glaciomarins au front du glacier et dans les principales vallées adjacentes, c'est-à-dire Tadoussac, Sacré-Cœur et Baie-Sainte-Marguerite. À l'ouest du seuil de Baie-Sainte-Marguerite, la marge de l'IL s'est retirée rapidement vers la Baie des Ha! Ha! et plus graduellement vers le nord-ouest et le Lac-Saint-Jean. La topographie et la bathymétrie du fjord sont les principaux facteurs influençant la dynamique de retrait des marges glaciaires avec la largeur du fjord et les seuils bathymétriques contrôlant les phases de stabilisation et de retrait de la glace. Au fur et à mesure du retrait de la marge de l'IL, des lacs proglaciaires se sont formés près de Baie-Sainte-Marguerite et de l'Anse-Saint-Jean, où se trouvent la plupart des terrasses de lacs proglaciaires. Ces lacs proglaciaires se sont probablement formés pendant la stabilisation de la marge au seuil de Baie-Sainte-Marguerite. / The combined analyses of LiDAR terrestrial topographic data, high-resolution multibeam bathymetric data and radiocarbon dating provide new information that allow estimating the deglacial sequence and retreat patterns of the Laurentide Ice Sheet (LIS) margin in the Saguenay Fjord. The spatial analysis of the moraine distribution, the presence of perched glacio-lacustrine deposits and the geometry of fluvioglacial outwash highlight the former existence of an ice tongue in the Saguenay Fjord, extending, during its different retreat phases, from the mouth of the fjord to the northeast of Baie des Ha! Ha! with incursions in the fjord's main bays (Baie-Sainte-Marguerite and Anse-Saint-Jean). During retreat, three bathymetric sills, i.e., at (1) the fjord mouth on the Saint Lawrence River, (2) near the Sacré-Cœur village and (3) near the Baie-Sainte-Marguerite Bay, acted as anchor points where the ice tongue margin stabilized. These standstills led to the accumulation of glaciomarine sediments at the glacier front and in the adjacent main valleys: Tadoussac, Sacré-Cœur and Baie-Sainte-Marguerite. After the third bathymetric sill, the LIS margin retreated rapidly towards Baie des Ha! Ha! and retreated more gradually towards Saguenay Lac-Saint-Jean, i.e. northwest. Fjord topography and bathymetry seem to have been the main factors influencing retreating ice dynamics, with fjord width and bathymetric sills controlling ice retreat. As the LIS margin retreated, proglacial lakes developed near Baie-Sainte-Marguerite and Anse-Saint-Jean where most proglacial lake terraces occur with three perched proglacial lakes near Baie-Éternité. These proglacial lakes likely developed during the Baie-Sainte-Marguerite standstill.

Résumé : 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, il 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 pallier 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 sont 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. // Abstract : 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 seaice 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 y−1 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.

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 &#949;Nd 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.

Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l'une des principales sources d'incertitude pour l'élévation du niveau de la mer est la contribution de la calotte Antarctique. L'étendue et les conditions météorologiques extrêmes de ce continent font de la télédétection spatiale un moyen utile pour son suivi sur le long terme. Les observations satellites altimétriques et radiométriques dans la gamme des micro-ondes rendent compte de l'évolution des propriétés du manteau neigeux de la calotte. L'altimétrie radar, par des mesures répétées de l'élévation de la topographie de surface, permet de quantifier les variations de volume sur l'ensemble du continent. Cependant, la pénétration de l'onde radar dans la neige affecte négativement cette quantification. Les méthodes proposées pour minimiser les erreurs de pénétration sont toutes basées sur des relations avec le coefficient de rétrodiffusion radar. La compréhension des variations annuelles et inter-annuelles du coefficient de rétrodiffusion est nécessaire pour améliorer la précision de l'estimation de l'élévation de la surface donc du bilan de volume de la calotte. Cette thèse a pour objectif d'étudier le coefficient de rétrodiffusion mesuré par les altimètres sur l'ensemble du continent, sujet qui jusqu'à aujourd'hui a reçu peu d'attention. Les altimètres radars embarqués à bord d'ENVISAT (bandes S et Ku) et de SARAL/AltiKa (bande Ka) ont des sensibilités différentes aux propriétés de la neige. Nous nous sommes intéressés aux caractéristiques annuelles et inter-annuelles des coefficients de rétrodiffusion dans ces trois bandes. Une étude de sensibilité a été réalisée avec un modèle électromagnétique afin de déterminer les propriétés du manteau neigeux qui dominent le signal saisonnier. On montre que le signal saisonnier est sensible à la densité et la rugosité de surface dans la bande S, à la température de la neige dans la bande Ka et à l'une ou à l'autre de ces variables selon la région dans la bande Ku. Les caractéristiques saisonnières du coefficient de rétrodiffusion sont ensuite comparées à celles des températures de brillance acquises par les radiomètres à bord de SARAL et de SSM/I. Les résultats indiquent une influence significative de la rugosité de surface sur les températures de brillance de la bande Ka, influence souvent considérée négligeable dans la modélisation de la température de brillance. Cette étude apporte une meilleure connaissance de la dynamique saisonnière des propriétés de proche surface de la calotte Antarctique. Elle fournit de nouveaux indices pour développer dans le futur des algorithmes robustes de correction de l'erreur de pénétration. Elle met également en lumière l'importance des missions altimétriques multi-fréquences et les possibilités qu'offrent le signal de la bande S pour l'étude des variabilités saisonnières de la rugosité de surface. En définitive, la rugosité de surface est un paramètre important à prendre en compte pour obtenir de meilleures estimations et modélisations des coefficients de rétrodiffusion et des températures de brillance. / In the context of global climate changes, the Antarctic ice sheet contribution to sea-level rise is one of the main uncertainty sources. The extent and extreme meteorological conditions of this continent render remote sensing a useful tool for long term monitoring. Altimetry and radiometry observations in the microwave range reveal variations of the volume of the ice sheet and surface properties of the snowpack. Radar altimeters, provide repeated observations of the surface topography elevation, which allow the quantification of volume variations of the ice sheet. However, the penetration of radar waves in dry and cold snowpack adversely affects the estimated surface elevation. Approaches to minimize the penetration error are all based on a relationship with the backscattering coefficient. Understanding the annual and interannual variations of the backscattering coefficient is thus a key issue in order to improve the estimation accuracy of the surface elevation and to refine the ice-sheet volume trend. This thesis aims at studying the backscattering coefficients acquired by radar altimeters, which until now have received little attention. Radar altimeters on board ENVISAT (S and Ku bands) and SARAL/AltiKa (Ka band) have different sensitivities to the snowpack properties. The annual and interannual variations of the backscattering coefficient at the three bands is investigated. Sensitivity tests are carried out with an electromagnetic model to determine the prevailing snowpack properties that drive the signal. The seasonal signal is sensitive to surface density and roughness at S band, to snow temperature at Ka band and to either snow surface density and roughness or temperature depending on the location on the continent at Ku band. The seasonal signal of the backscattering coefficient is then compared with that of the brightness temperature measured by radiometers on SARAL and SSM/I. The results show a significant influence of surface roughness on brightness temperatures at Ka band, which has often been neglected in brightness temperature modeling studies. This thesis provides a better understanding of the seasonal dynamics of the near surface properties of the Antarctic ice sheet. It also provides new clues to build a more robust corrections of the penetration errors in the future. It highlights the importance of multi-frequency altimetry missions and the potential of the S band to study the seasonal variability in surface roughness. In summary, surface roughness is an important property which should be taken into account for a better modeling of backscattering coefficient and brightness temperature.

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le système climatique global car elles influencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie intégrante de la circulation thermohaline (THC). Or, au cours du dernier cycle climatique, d'importantes arrivées d'eau douce en provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, ont modifié les caractéristiques hydrologiques du GOM. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le système climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avère donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigène fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie?) et isotopiques (d18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des Etats-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain.