Cette these presente l'evolution temporelle des concentrations en metaux lourds (pb, cd, zn et cu) mesurees dans les neiges de Summit (Groenland central) deposées entre 1773 et 1992. Les resultats obtenus mettent en evidence que les activites industrielles ont largement pollue la troposphere de l'hemisphere nord a l'echelle globale. Pour le plomb, nous confirmons et completons pour la premiere fois l'augmentation d'un facteur 200 depuis les niveaux naturels (il y a 8000 ans) observé pour les neiges du milieu des années 1960, mise en evidence par c. Patterson et ses collègues en 1969. L'augmentation observee pour les autres metaux (8 fois pour cd, 5 et 4 fois pour zn et cu) montre pour la première fois l'émergence de la source anthropique sur la période 1773-1970. Malgrè la décroissance très nette des concentrations en plomb (6.3 fois), en cadmium (2,3 fois) et en zinc (1.7 fois) observée sur la periode 1970-1992, les teneurs actuelles en métaux lourds des neiges du Groenland central sont encore supérieures aux concentrations observées pour les glaces de l'Holocène, ce qui prouve que les cycles atmosphériques biogéochimiques sont toujours largement dominés par les émissions d'origine humaine.

Dans un contexte de changement climatique, le fonctionnement de la biosphère continentale peut être durablement affecté par l’augmentation d’extrêmes climatiques, diminuant l’assimilation photosynthétique du carbone ou augmentant la respiration de l’écosystème. Quantifier le stockage de carbone par les écosystèmes et prédire leur sensibilité aux changements climatiques repose donc fortement sur notre capacité à diagnostiquer séparément les flux de photosynthèse et de respiration à différentes échelles. La productivité primaire brute (GPP) n’est cependant pas directement mesurable. Des approches indirectes ont été proposées pour estimer les flux bruts biosphériques (GPP et respiration), combinant différents traceurs et notamment les isotopologues stables du CO2 (13C et 18O), et, plus récemment, la mesure de l’oxysulfure de carbone dans l’atmosphère (COS). Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont exploré deux approches. La première visant à utiliser les mesures isotopiques des cernes d’arbres et leur largeur, toutes liées aux variations de l’activité photosynthétique. Les variations interannuelles du flux de photosynthèse modélisées par un modèle de biosphère continentale ont ainsi pu être évaluées et comparées aux mesures in situ. La seconde visant utiliser les mesures atmosphériques de COS pour contraindre les estimations de GPP des modèles actuels de biosphère, en (1) établissant un nouveau bilan global des sources et puits de ce gaz, (2) optimisant les différents termes de sources et puits de COS et (3) estimant le potentiel de ce nouveau traceur pour valider/invalider les flux bruts de photosynthèse (GPP) simulés par les modèles actuels de biosphère continentale. / In the context of global climate change, the behavior of the terrestrial biosphere can be durably affected by the increased frequency and intensity of extreme climatic events, which can decrease the photosynthetic assimilation of carbon and/or increase the respiration rate of the ecosystems. Therefore, quantifying the carbon storage capacity of the ecosystems and predicting their sensitivity to climate changes strongly rely on our capacity to separately estimate the photosynthesis and respiration rates at different scales. The gross primary productivity (GPP) is however not directly measurable. Indirect approaches have been proposed to estimate the biospheric gross fluxes (GPP and respiration), combining for instance stable isotopologues of CO2 (13C and 18O), and, more recently, the measure of carbonyl sulfide (COS) concentrations in the atmosphere. In this context, my PhD work followed two complementary approaches. In the first approach, isotopic measurements and tree-ring widths were used, because both of them are linked to the photosynthetic activity. The inter-annual variations of the photosynthetic fluxes simulated with the ORCHIDEE continental biosphere model were evaluated and compared with in situ measurements. The second approach consisted in using atmospheric measurements of OCS concentrations and in exploring their potential to constrain the current estimates of the GPP in dynamic global vegetation models (DGVM), by (1) establishing a new global budget of sources and sinks of this gas, (2) optimizing the source and sink terms of this cycle and (3) estimating the potential of this new tracer to validate/invalidate the simulated GPP when using current DGVMs.