Reproduction de : Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2001.

L'ion nitrate (NO3-) présent dans les neiges Antarctiques est issus de l'oxydation des oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) dans l'atmosphère. Aux sites de faible accumulation de neige tels que Vostok et Dôme C sur le plateau de l'Est de l'Antarctique, le nitrate n'est pas piégé de manière ultime dans la neige, ce qui limite fortement l'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace. Des mesures récentes de la composition isotopique en azote du nitrate (δ15N) montrent des valeurs extrêmement élevées (+339‰) dans les premiers décimètres de la neige de Dôme C. Ces valeurs ont été attribuées à la photolyse du nitrate et au recyclage important qui en résulte. Le nitrate possède, par ailleurs, une anomalie isotopique en oxygène (Δ17O) qui permet de tracer l'activité de l'ozone (O3) au cours de sa formation. Ce travail de thèse présente le premier enregistrement de la composition isotopique complète du nitrate (δ15N, Δ17O et δ18O) dans une carotte de glace : la carotte de glace de Vostok dont les 64 échantillons analysés couvrent une période de 150 000 ans. Ce jeu de données a été complété par 313 échantillons collectés entre 2007 et 2010 dans le continuum atmosphère/givre/neige au Dôme C ainsi que dans 21 puits de neige prélevés dans une zone couvrant l'essentiel de l'Est de l'Antarctique. L'analyse isotopique de ces échantillons modernes a permis de contraindre le modèle conceptuel TRANSITS développé au cours de cette thèse et dont le but est de représenter le recyclage du nitrate à l'interface entre l'atmosphère et la neige ainsi que son impact sur la composition isotopique du nitrate archivé. Les valeurs positives et élevées du δ15N du nitrate piégé dans la carotte de glace de Vostok montrent que le recyclage du nitrate a toujours eu lieu sur le plateau Antarctique au cours de la période étudiée. Les variations du flux primaire de nitrate reçu au site de Vostok estimées à l'aide du modèle TRANSITS montrent, en périodes glaciaires, un flux primaire plus important qui pourrait être lié à une dénitrification stratosphérique plus conséquente. Les valeurs de Δ17O du nitrate montrent que l'incursion d'ozone d'origine stratosphérique dans la troposphère était plus fréquente en périodes glaciaires. Nous proposons enfin que les résultats acquis dans le cadre de cette thèse pourraient permettre de mieux contraindre le cycle de l'azote sur la côte Antarctique et d'apporter des éléments d'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace de sites de plus forte accumulation de neige (au Groenland par exemple). / Nitrate ions (NO3-) found in Antarctic snows stem from the degradation of nitrogen oxydes (NOx = NO + NO2) in the atmosphere. At sites with low snow accumulation rates such as Vostok or Dome C (East Antarctic plateau), nitrate deposition to the snow is not irreversible and this strongly hampers the interpretation of nitrate concentration records in ice cores. Nitrogen stable isotopic (δ15N) as high as +339‰ were measured in nitrate in the upper firn at Dome C and have been attributed to nitrate photolysis initiating a strong recycling at the snow surface. The oxygen isotopic anomaly (Δ17O) reflects the activity of ozone (O3) in nitrate formation. We present the first comprehensive isotopic analysis of nitrate (δ15N, Δ17O and δ18O) in a deep ice core. 64 samples of nitrate from the Vostok ice core have been analyzed and cover the last 150 000 years. This dataset has been completed with 313 samples recently collected in the atmosphere/surface hoar/snow continuum at Dome C as well as in several snowpits from various sites covering most of the East Antarctica. Those present-day samples are used to evaluate a conceptual model (named TRANSITS) developped during this PhD and which aims at representing nitrate recycling at the snow/atmosphere interface and at modelling its impact on the isotopic composition of the archived nitrate. High positive δ15N values measured in the Vostok ice core reveal that nitrate recycling has always occurred at the surface of the Antarctic plateau over this period. Past variations of the primary flux of nitrate to the Vostok site have been estimated using the TRANSITS model. They show that glacials are characterized by higher inputs which may be linked to a greater stratospheric denitrification. The Δ17O values indicate that intrusions of stratospheric air masses to the troposphere may have been more frequent in glacials thus incorporating significant amounts of stratospheric ozone to the lower atmosphere. Last, we suggest that this study may have some relevance to the coastal nitrogen budget in Antarctica and to the interpretation of ice cores retrieved from high accumulation sites (e.g. in Greenland).

En absence de fongicides postrécoltes pour la conservation des fruits et légumes en général et des carottes en particulier, les racines sont soumises à des agents pathogènes responsables de pourritures, qui raccourcissent la durée de vie et diminuent la qualité commerciale du produit. L’hormèse induite par la lumière UV-C, qui est la stimulation d'effets bénéfiques à de faibles doses de ce facteur de stress potentiellement dangereux à des doses élevées, est considérée comme l'une des alternatives les plus prometteuses à l’utilisation des fongicides pour la conservation long terme des carottes. L'objectif global de ce travail était de développer un traitement de pré- entreposage par la lumière UV -C pour induire une résistance aux maladies dans les carottes et augmenter leur durée de conservation. La méthodologie comprenait la détermination de la dose hormétique (optimale) permettant d'induire une résistance des carottes à Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum, Rhizoctonia carotae et Pythium sulcatum; l'évaluation de l’effet de la température d’entreposage après traitement UV-C sur la résistance de la carotte; et l'évaluation de l’effet de l’âge physiologique des carottes avant le traitement UV-C et de la persistance de la résistance induite par les UV-C dans les carottes pendant l’entreposage à long terme . La résistance induite a été évaluée par l'agressivité des agents pathogènes et des infections naturelles, l'accumulation de la phytoalexine 6-methoxymelléine (6-MM), des polyacétylènes falcarinol et falcarindiol, de la myristicine et de l'induction de protéines de défense PR- 2 (β-1,3-glucanases) et PR-3 (chitinases). La progression de la sénescence a été évaluée par l’incidence et la sévérité des repousses foliaires et des repousses racinaires. Les résultats ont montré un effet quadratique significatif entre la dose du traitement UV-C et la réponse de résitance des carottes aux maladies causées par B. cinerea, S. sclerotiorum, R. carotae, et P. sulcatum. La résistance des carottes aux maladies augmentait progressivement avec les doses jusqu'à une dose optimale d'environ 5,4 kJ.m-2. A cette dose hormétique, un maximum d'environ 55 % d'inhibition de la croissance des agents de pourritures inoculés a été observé, et au-delà de cette dose la résistance aux maladies a diminué. La température d’entreposage des carottes après le traitement hormétique a eu également un impact sur l'inhibition de la croissance de B. cinerea sur les carottes, et cette inhibition était supérieure sur les racines traitées et entreposées à 4 °C. En outre, le traitement hormétique UV-C a considérablement amélioré la résistance à long terme des carottes contre des infections naturelles. De plus, la sénescence des racines traitées, telle qu’observée par les repousses racinaires et foliaires, a été ralentie et décalée d’un maximum de deux mois par rapport aux carottes non traitées. L’accumulation de la phytoalexine 6-méthoxymélléine (6-MM) dans la pelure des carottes a été induite par le traitement UV-C et la production maximale de ce composé a été observée aux environs de la dose UV-C de 5,4 kJ.m-2. Quelle que soit la température d’entreposage après le traitement hormétique, le profil d’accumulation de la 6-MM était le même, c’est-à-dire que les quantités de ce composé atteignaient un certain maximum, suivie d'une diminution, et d’une stabilisation. Il semble que les cellules de carotte aient été plus sensibles à la 6-MM à 24 °C, et à cette température, elles accumulaient et dégradaient cette molécule le plus rapidement, en supportaient des plus bassses quantités maximales, et la stabilisaient à des valeurs d'équilibre plus bassses. Entreposées à 4 °C après le traitement hormétique UV-C, les carottes produisaient des quantités maximales les plus élevées de 6-MM (autour de 120 μg.g-1 de poids frais (PF)), et contenaient au bout de 7 mois d’entreposage des valeurs d'environ 45 μg.g-1 PF de cette molécule. Selon la dose léthale de 6-MM (DL50) pour l’inhibition de la croissance de B. cinerea (environ 20 μg.g-1 PF), il est raisonnable de penser que cette phytoalexine joue un rôle important dans la résistance induite à long terme des carottes contre les pourritures postrécoltes. Il y a une accumulation de myristicine dans les carottes après un traitement à la lumière UV-C. Cependant, le rôle de cette molécule dans les réactions de défense des carottes est très peu connu. Le traitement hormétique préentreposage UV-C n'a pas eu d'effets sur l’accumulation du falcarindiol et du falcarinol quelle que soit la température d’entreopsage. La lumière UV-C n’a pas semblé affecter l'accumulation de falcarinol et falcarindiol, ce qui renforce l’idée du fait que ces composés soient préformés et fassent partie des défenses constitutives des carottes. Des analyses de type Western blot ont révélé deux bandes constitutives de 38 kDa et de 45 kDa pour chacune de protéines PR-2 (β-1,3-glucanases) et PR-3 (chitinases) testées. Le traitement hormétique UV-C a induit une augmentation progressive des quantités de PR-2 de 38 kDa (3 à 4 fois relativement à leur niveau initial) dans les carottes entrposées à long terme à basse température (4 °C). Les autres protéines PR détectées sont restées stables, autour de leur valeur initiale dans les carottes traitées aux UV-C et entreposées à 4 °C. Cependant, toutes les protéines PR détectées ont connu une diminution à des taux variables de leurs quantités initiales quand les racines étaient entreposées à 14 °C et 24 °C, traitées ou non. Cela nous suggère que les protéines PR font partie intégrante de la résistance induite aux UV-C des carottes en entreposage long terme. Nos données suggèrent, en somme, qu’un traitement aux UV-C pourrait être une technologie utile dans la gestion intégrée des maladies pour le stockage à long terme des carottes. / As there is no fungicide currently registered for postharvest application on carrot, the long-term storage of this crop is limited because of the postharvest decay, which shortens the storability. UV-C hormesis is the stimulation of beneficial effects at low doses of this potentially harmful stressor at high doses, and is considered as one of the most promising alternatives to fungicides for preservation and long-term storage of carrots. The overall objective of this study was to develop a prestorage treatment with UV-C to induce disease resistance in carrots and increase their storage life. The methodology included the determination of the hormetic (optimum) dose to induce disease resistance in carrots against Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum, Rhizoctonia carotae and Pythium sulcatum; the evaluation of time delay after harvest before UV-C treatment and storage temperature on carrot resistance; and the evaluation of the persistence of UV-C induced resistance in carrots during the long-term storage. The induced resistance was evaluated by challenge inoculation with pathogens and natural infections of the treated carrots, and defenswe mechanisms such as the accumulation of the phytoalexin, 6-methoxymellein (6-MM), the polyacetylenes falcarinol and falcarindiol, myristicin and the induction of defense proteins, PR-2 (β-1,3-glucanases) and PR-3 (chitinases). The progress of senescence was evaluated by the severity of sprouting and rooting. There was a significant quadratic dose-response relationship between UV-C dose and resistance to B. cinerea or S. sclerotiorum, R. carotae, and P. sulcatum. Carrot resistance to diseases progressively increased compared with control roots, up to a dose of about 5.4 kJ.m-2. At the hormetic dose, a maximum of about 55% reduction in growth of the challenged organisms was observed and beyond that dose, disease resistance decreased. Storage temperature had also an impact on the inhibition of the B. cinerea growth on carrots, and the inhibition was greater on the treated carrots and stored at 4 °C during 70 days. In addition, during 7 months of the long-term storage, the naturally occurring infections, as well as the senescence indicators such as sprouting and rooting were delayed by about two months on treated carrots compared with the non-treated roots. Prestorage treatment with the hormetic UV-C dose elicited the production the phytoalexin 6-MM in carrot peel with maximum accumulation level of about 120 µg.g-1 FW with the hormetic UV-C dose. Regardless of the storage temperature, the level of 6-MM reached a certain maximum, followed by a decrease, and thereafter, it remained steady. At 4°C, 6-MM reached the highest maximum value (120 µg.g-1 FW), and decreased gradualy with storage time to reach a level of about 45 µg.g-1 FW after seven months. It is likely that this carrot phytoalexin plays an important role in the roots long-term induced resistance, since it is known that the ED50 of 6-MM inhibitory for the growth of decay agents is 20 µg.g-1. At the storage temperature of 24 °C, it appears that 6-MM accumulates at the fastest rate, but also degrades at the fastest rate resulting in lowest maximum as well as steady state level, presumably due to high sensitivity of carrot tissue at higher storage temperatures The polyacetylenes falcarinol and falcarindiol were present in untreated carrots and they are likely to be preformed antimicrobial compounds. The prestorage UV-C treatment did not have any impact on falcarindiol and falcarinol at any storage temperature. UV-C treatment does not seem to affect falcarinol and falcarindiol accumulation; hence those compounds tend to be preformed. There was an accumulation of myristicin in carrots treated by UV-C. However, the role of this compound in disease resistance and its fungistatic effects remain unclear. Immunoblotting analysis revealed two constitutive bands at 38 kDa and 45 kDa for both PR-2 (β-1,3-glucanases) and PR-3 (chitinases) proteins. There was a progressive and significant enhancement of 38 kDa of PR-2 (3 to 4 folds the initial level) in carrots treated with UV-C hormetic dose and stored at low temperature during long term storage, while the other PR-proteins detected did not exhibit any changes during storage at 4 °C. However, all PR-proteins degraded at various rate in roots stored at higher temperatures (14 °C and 24 °C), which suggests that PR-proteins are an integral part of long-term resistance in UV-C hormesis treated carrots. Our data suggest, overall, that UV-C treatment could be a beneficial technology in the integrated management of diseases for long-term storage of carrots.

Les carottes de glace sont un fantastique outil d'étude du climat de notre planète. Récemment, le projet européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a permis d'extraire une carotte au Dôme Concordia en Antarctique (75◦06′ S; 123◦21′E). Les premières études montrent que les 740000 dernières années de notre histoire climatique y sont enregistrées. Dans ce manuscrit est présentée une étude de l'évolution de la microstructure (réseau de joints de grain) le long de la carotte de Dôme Concordia. Dans une premiére partie, nous nous concentrons sur l'évolution de la taille moyenne des grains qui présente de fortes variations synchrones avec les transitions climatiques. L'analyse des paramètres de la distribution de taille ainsi que les corrélations entre taille de grain moyenne et contenu en impuretès montrent que les particules de poussière ralentissent considérablement la croissance normale au cours des périodes Glaciaires, expliquant ainsi les variations observées. Le développement puis l'utilisation d'un modèle en champ moyen d'évolution de la taille de grain confirme quantitativement ce résultat et nous permet d'examiner le rôle des bulles, des clathrates et de la recristallisation par rotation sur la taille moyenne des grains. La géométrie de la microstructure est également le révélateur de la déformation subie par les couches de glace. Utilisant une technique d'analyse initialement développée pour l'étude du champ de déformation dans les mousses et adaptée au cas de la glace, il est apparu que nos mesures sont en contradiction avec deux des hypothèses généralement admises sur l'écoulement de la glace à un dôme : (i) le cisaillement n'est pas nul et sa valeur augmente avec la profondeur, (ii) la déformation verticale n'est pas homogène (certaines couches s'amincissent plus rapidement que leurs voisines). Les modèles de datation classiquement utilisés en glaciologie utilisent ces hypothèses, ce qui soulève quelques questions quant à leur validité. Nous nous sommes alors interrogès sur l'impact des hétérogénéités de déformation verticale sur la datation et tout particulièrement sur l'estimation de la durée d'évènements brefs.

L'analyse des éléments traces dans les carottes de glace profondes provenant des régions polaires apportent de précieuses informations environnementales sur les sources naturelles de ces éléments, le transport longue distance de ces éléments et les mécanismes de dépôts des aérosols au cours du Quaternaire récent (les dernières centaines de milliers d'années). Dans cette étude, nous avons mesuré de nombreux éléments traces (Li, Mg, V, Cr, Mn, Co, Cu, As, Rb Sr, Cd, Ba, Ir, Pt, Hg (incluant MeHg et Hg2+), Pb (et les isotopes du Pb), Bi et U) dans diverses sections de trois carottes de glace profondes qui ont été forées en Antarctique et au Groenland dans le cadre de programmes internationaux: la carotte de Dome C/EPICA (derniers -220,000 ans), la carotte de Vostok (derniers -410,000 ans) et la carotte de GRIP (derniers -100,000 ans). Les analyses ont été réalisées en salle blanche par spectrométrie de masse à secteur magnétique couplée à un plasma induit (ICP-SFMS), par spectrométrie de masse à ionisation thermique (TIMS) et par spectrométrie de masse à temps de vol couplée à un plasma induit. Les résultats obtenus pour Ir et Pt montrent des preuves des retombées passées des produits de vaporisation et de recondensation des poussières météoritiques, vers les carottes polaires. Les flux de retombées des dérivés de poussières météoritiques ont été utilisés pour estimer le taux d'accrétion passés des particules interplanétaires sur la planète Terre. Le but étant également d'identifier d'anciens changements de la circulation atmosphérique Antarctique telle qu'une plus forte subsidence vers le plateau Antarctique de l'Est au cours des périodes climatiques froides.

L'ion nitrate (NO3-) présent dans les neiges Antarctiques est issus de l'oxydation des oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) dans l'atmosphère. Aux sites de faible accumulation de neige tels que Vostok et Dôme C sur le plateau de l'Est de l'Antarctique, le nitrate n'est pas piégé de manière ultime dans la neige, ce qui limite fortement l'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace. Des mesures récentes de la composition isotopique en azote du nitrate (δ15N) montrent des valeurs extrêmement élevées (+339‰) dans les premiers décimètres de la neige de Dôme C. Ces valeurs ont été attribuées à la photolyse du nitrate et au recyclage important qui en résulte. Le nitrate possède, par ailleurs, une anomalie isotopique en oxygène (Δ17O) qui permet de tracer l'activité de l'ozone (O3) au cours de sa formation. Ce travail de thèse présente le premier enregistrement de la composition isotopique complète du nitrate (δ15N, Δ17O et δ18O) dans une carotte de glace : la carotte de glace de Vostok dont les 64 échantillons analysés couvrent une période de 150 000 ans. Ce jeu de données a été complété par 313 échantillons collectés entre 2007 et 2010 dans le continuum atmosphère/givre/neige au Dôme C ainsi que dans 21 puits de neige prélevés dans une zone couvrant l'essentiel de l'Est de l'Antarctique. L'analyse isotopique de ces échantillons modernes a permis de contraindre le modèle conceptuel TRANSITS développé au cours de cette thèse et dont le but est de représenter le recyclage du nitrate à l'interface entre l'atmosphère et la neige ainsi que son impact sur la composition isotopique du nitrate archivé. Les valeurs positives et élevées du δ15N du nitrate piégé dans la carotte de glace de Vostok montrent que le recyclage du nitrate a toujours eu lieu sur le plateau Antarctique au cours de la période étudiée. Les variations du flux primaire de nitrate reçu au site de Vostok estimées à l'aide du modèle TRANSITS montrent, en périodes glaciaires, un flux primaire plus important qui pourrait être lié à une dénitrification stratosphérique plus conséquente. Les valeurs de Δ17O du nitrate montrent que l'incursion d'ozone d'origine stratosphérique dans la troposphère était plus fréquente en périodes glaciaires. Nous proposons enfin que les résultats acquis dans le cadre de cette thèse pourraient permettre de mieux contraindre le cycle de l'azote sur la côte Antarctique et d'apporter des éléments d'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace de sites de plus forte accumulation de neige (au Groenland par exemple).

L'accumulation de degrés-jours requise pour l'émergence printanière du charançon de la carotte a été calculée à partir de données sur les captures effectuées à la ferme expérimentale d'Agriculture et Agroalimentaire Canada à Sainte-Clotilde et s'étalant sur 25 ans. Il a été déterminé que 199, 319 et 561 degré-jours doivent être accumulés afin que l'émergence soit complétée à 5%, 50% et 95%, respectivement. La température de base de mouvement de l'insecte (3.43 ± 0.18 °C), utilisée comme température de base pour le calcul des degrés-jours, a été déterminée en laboratoire.Par la suite, un modèle de simulation numérique a été conçu à l'aide du logiciel MATLAB afin de suivre l'évolution de la population des charançons de la carotte sur toute une saison de croissance. La ponte, le développement physiologique des différents stades phénologiques ainsi que la mortalité de l'insecte ont été modélisés. De plus, afin de prendre en considération l'effet du stade de la carotte sur la ponte du charançon ainsi que l'effet d'Anaphes victus sur sa mortalité, les développements de ces deux organismes ont été intégrés au modèle.

L'acquisition de l'aimantation dans les sédiments est régit par une somme de processus complexes et souvent interactifs, pouvant introduire des biais directionnels lors de la reconstitution du signal géomagnétique, en particulier des erreurs d'inclinaison. De telles erreurs peuvent mettre en doute l'utilisation de la paléovariation séculaire présumée du champs géomagnétique, révélée par l'ARN des sédiments. Les phénomènes à l'origine de ces erreurs sont principalement liées aux processus de dépôt des particules magnétiques et/ou à la compaction. Ces phénomènes affectent parallèlement la fabrique du sédiment et son anisotropie magnétique. Grâce à l'utilisation de l'anisotropie de susceptibilité anhystérétique (ASA). couplée à la technique plus classique d'anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM), une méthode de détection et de correction des erreurs d'inclinaison a été mise au point. L'étude a porté sur un certain nombre de carottes océaniques et continentales présentant des anomalies d'inclinaisons de l'aimantation rémanente naturelle par rapport à la valeur attendue du champ géomagnétique. Des études de minéralogie magnétique ainsi qu'une technique expérimentale de resédimentation sous champ a permis d'estimer les rôles respectifs des propriétés intrinsèques au sédiment (nature, taille, et forme des particules magnétiques) et des influences perturbatrices extérieures (bioturbation, taux de sédimentation, etc ... ) sur l'acquisition de la fabrique et la création des erreurs d'inclinaison de l'ARN. Par ailleurs, l'utilisation de l'ASM sur des sédiments déformés provenant de la région du point triple du Chili a permis de détecter les directions des axes principaux de la déformation. L'origine et l'évolution de l'anisotropie sont discutées en fonction du contexte géodynamique régional.

Afin d’étudier les variations climatiques enregistrées par les carottes de glace, il est nécessaire d’avoir des datations précises à la fois pour les phases gaz et glace. Le but de ce travail de thèse a été d’améliorer les chronologies des carottes de glace, couvrant les derniers 800 000 ans, au travers de nouvelles mesures de la composition isotopique de l’air (δ15N, δ18Oatm et δO2/N2) piégé dans la glace d’EPICA Dôme C (EDC) et de l’utilisation de l’outil de datation "Datice". Le premier résultat important de cette thèse a été la production de la chronologie cohérente pour les carottes de glace ("Antarctic Ice Core Chronology", AICC2012) pour EDC, Vostok, EPICA Droning Maud Land (EDML), TALos Dôme ICE core (TALDICE) et NorthGRIP. Sur cette nouvelle chronologie la théorie du see-saw bipolaire reste valable. AICC2012 donne un âge pour la Terminaison II en accord avec les autres archives climatiques. De plus, les durées des périodes interglaciaires restent inchangées par rapport à la chronologie EDC3. Lors de la construction d’AICC2012 nous avons mis en évidence plusieurs points nécessitant des améliorations. Nous avons donc procédé à l’amélioration de Datice dans le but d’intégrer correctement les contraintes issues du comptage des couches annuelles et leurs erreurs. Ces améliorations conduisent à des chronologies cohérentes tout en respectant les hypothèses sous-jacentes à Datice. Nous proposons aussi une nouvelle formulation de l’erreur associée à la fonction d’amincissement à partir de l’analyse des propriétés mécaniques de la glace dans le cas d’EDC. Pour finir, les nouvelles mesures du δO2/N2 et du δ18Oatm effectuées sur de la glace bien conservée d’EDC nous ont permis de définir de nouvelles contraintes d’âge. La comparaison de ces traceurs mesurés à Vostok, EDC et Dôme F sur le MIS 5 a permis de mettre en évidence une possible influence de paramètres climatiques locaux sur le δO2/N2. L’analyse du retard entre le δ18Oatm et la précession sur les derniers 800 ka montre des variations de ce dernier. Nous suggérons que ce retard est augmenté par l’occurence d’évènements de Heinrich à certaines périodes. Les résultats de cette thèse sont à prendre en compte pour le prochain exercice de datation cohérente pour les carottes de glace. / In order to study the climate variations recorded by ice cores, it is necessary to have precise chronologies for the ice and gas phases. The aim of this work has been to improve ice cores chronologies, covering the last 800 000 years, through new measurements of the isotopic composition of the air δ15N, δ18Oatm et δO2/N2) trapped in EPICA Dome C (EDC) ice core and the use of the Datice dating tool.The first important result of this PhD has been the production of the Antarctic Ice Core Chronology (AICC2012), common for EDC, Vostok, EPICA Droning Maud Land (EDML), TALos Dome ICE core (TALDICE) and NorthGRIP ice cores. The bipolar see-saw theory is still valid on the new chronology. The AICC2012 chronology gives an age for Termination II in good agreement with other climate archives. Moreover, the duration of interglacial periods is unchanged compared to EDC3. While building the AICC2012 chronology, we have pointed out several limitations. Since then, we have improved Datice in order to correctly integrate constraints deduced from layer counting and their associated uncertainties. These improvements permit to build coherent chronologies respecting the underlying hypotheses of Datice. Moreover, we propose a new parameterization of the uncertainty associated with the background thinning function based on ice mechanical properties of EDC ice core. Finally, we were able to deduce new age constraints thanks to the new measurements of δO2/N2 and δ18Oatm performed on well-conserved ice from EDC. A multi-proxy comparison of Vostok, EDC and Dome F ice cores over MIS 5 has highlighted a possible influence of local climatic parameters on δO2/N2. The analysis of the delay between δ18Oatm and precession shows some variability over the last 800 ka. We propose that the delay between δ18Oatm and precession is increased during periods associated with Heinrich events. The results obtained during this PhD should be used for the next ice core coherent chronology.

Documenter la variabilité climatique récente est nécessaire à la compréhension des mécanismes en jeu, associés au rôle du bilan de masse de l’Antarctique pour l’élévation du niveau des mers globale. Les enregistrements issus des carottes peu profondes d’Antarctique sont des données précieuses, complémentaires aux observations instrumentales et satellitaires, pour couvrir en continu l’ensemble du continent. Mesurés le long de ces carottes de glace, les isotopes stables de l’eau sont traditionnellement utilisés pour quantifier les changements passés de la température locale.Cette thèse doctorale a été initiée dans le cadre du programme de l’Agence Nationale de la Recherche ASUMA (“Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica”), ayant pour objectif de reconstruire et identifier les processus contrôlant la variabilité spatio-temporelle du bilan de masse de surface (BMS) de la Terre Adélie. J’ai utilisé des données d’isotopes stables de l’eau enregistrées dans des carottes de névé, des simulations atmosphériques produites par le modèle atmosphérique de circulation générale de haute résolution ECHAM5-wiso équipé des isotopes stables de l’eau, des réanalyses atmosphériques, des rétro-trajectoires, ainsi que des observations instrumentales satellitaires et de surface.Dans une première partie, j’ai évalué les capacités du modèle ECHAM5-wiso à simuler les températures de l’Antarctique, le BMS, le δ18O et le d-excess (ci-après, d-excess), comme prérequis à l’exploitation du modèle pour interpréter les compositions isotopiques. J’ai développé des diagnostics pour les relations δ18O-température et d-excess- δ18O sur l’ensemble du continent de l’Antarctique, en montrant que les différences issues des pentes des relations δ18O-température spatiales, inter-annuelles et saisonnières. Au sein du groupe de travail international de PAGES (Past Global Changes) Antarctica2k, j’ai utilisé des calibrations établies issues du modèle ECHAM5-wiso pour reconstruire la température de 7 régions d’Antarctique à partir d’une synthèse d’enregistrements de δ18O issus de carottes de glace couvrant les 2 000 dernières années.Dans une seconde partie, de nouveaux enregistrements issus de deux carottes de névé extraites en Terre Adélie, la S1C1 et la TA192A, ont été exploités, couvrant respectivement les périodes 1947-2007 et 1998-2014. Les BMS reconstruits décrivent une grande variabilité spatiale (74,11 ± 14,1 cm w.e. y-1 et 21,8 ± 6,9 cm w.e. y-1 pour la TA192A et la S1C1 respectivement), cohérente avec les données de balise disponibles. En utilisant une base de données mise à jour des isotopes stables de l’eau de l’Antarctique, j’ai montré que les valeurs moyennes isotopiques de Terre Adélie appartiennent à l’intervalle des valeurs côtières de l’Antarctique. Des analyses statistiques montrent une absence de relation entre nos enregistrements avec la température de surface locale à l’échelle inter-annuelle, mais des relations significatives avec des rétro-trajectoires atmosphériques et des simulations isotopiques suggérant que les isotopes de l’eau de la Terre Adélie fournissent des indications de la variabilité de la dynamique atmosphérique et du transport d’humidité, aux échelles saisonnière et inter-annuelle.Les analyses de cette thèse ont été limitées par la quantité d’enregistrements isotopiques disponibles pour la Terre Adélie, ainsi que par le manque de compréhension des effets de dépôt et de post-dépôt. Il est donc nécessaire d’exploiter les nouvelles carottes de névé extraites au cours du programme ASUMA, et d’effectuer en continu des mesures de la composition isotopique des précipitations, de la vapeur d’eau et de la neige de surface de Terre Adélie, en combinaison avec des outils de simulations atmosphériques, tels que des rétro-trajectoires associées à un diagnostic des sources d’humidité, et des modèles atmosphériques de circulation générale et régionaux équipés des isotopes stables de l’eau. / Documenting recent Antarctic climate variability is needed in order to understand the mechanisms at play, associated with the role of Antarctic mass balance for global sea level rise. Proxy records from Antarctic shallow firn cores are precious data, which complement instrumental and remote sensing observations to continuously cover the whole continent. Within these ice cores, water stable isotopes are commonly used to quantify past changes in local temperature.This PhD thesis was initiated within the French Agence Nationale de la Recherche “Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica” (ASUMA) project, which aims to reconstruct and to identify the processes controlling the spatio-temporal variability of the surface mass balance (SMB) in Adélie Land. I used water stable isotopes records from recently drilled shallow firn cores, as well as atmospheric simulations performed with the high resolution atmospheric general circulation model ECHAM5-wiso model, equipped with water stable isotopes, atmospheric reanalyses and back-trajectories, instrumental and remote sensing climate observations.In a first part, I assessed the skills of the ECHAM5-wiso with respect to Antarctic temperature, SMB, δ18O and deuterium excess (hereafter d-excess), as a prerequisite for the exploitation of the model to interpret isotope compositions. I developed Antarctic-wide diagnostics of the δ18O-temperature and d-excess- δ18O relationships, showing differences in the spatial, seasonal and interannual δ18O-temperature slopes. Within the international working group of PAGES (Past Global Changes) Antarctica 2k, I used the calibrations inferred from ECHAM5-wiso to reconstruct temperatures over 7 Antarctic regions from a synthesis of ice core δ18O records spanning the past 2,000 years.In a second part, new water stable isotope records from two firn core drilled in Adélie Land, the S1C1 and the TA192A, were investigated, covering the periods 1947-2007 and 1998-2014 respectively. The reconstructed SMB display a high spatial variability (74.1 ± 14.1 cm w.e. y-1 and 21.8 ± 6.9 cm w.e. y-1 for the TA192A and S1C1 respectively), consistent with Adélie Land stake data. Using an updated database of Antarctic water stable isotope datasets, I showed that the mean isotopic values (δ18O and d-excess) in Adélie Land are in line with the range of Antarctic coastal values. Statistical analyses show no relationship between our records and local surface air temperature, at the inter-annual scale, but significant relationships with atmospheric back-trajectories and isotopic simulations, suggesting that water stable isotopes in Adélie Land provide fingerprints of the variability of atmospheric dynamics and moisture transport, at the seasonal and inter-annual scales.The analyses performed during this PhD thesis have been limited by the few available Adélie Land water stable isotope records, and by the lack of understanding of deposition and post-deposition processes. Further work is thus needed to exploit the new firn cores drilled within the ASUMA project, and to monitor continuously Adélie Land water stable isotopes in precipitation, surface water vapour and surface snow, in combination with tools of atmospheric simulations such as back-trajectory simulations provided with moisture sources diagnostics, as well as water stable isotopes-enabled atmospheric general and regional circulation models.