Les sédiments déposés dans les fjords norvégiens contiennent des informations précieuses sur la dynamiquepassée de la circulation de surface en mer de Norvège (Courant Nord Atlantique –NAC- et Courant Côtier deNorvège –NCC-), ainsi que sur le climat régional du continent bordier et du domaine océanique adjacent. Letransport méridien par le NAC d’eaux chaudes et salées participe efficacement au fonctionnement de la bouclethermohaline globale. Le NCC, alimenté par les apports continentaux depuis la mer Baltique, contrôlel’hydrologie des fjords norvégiens. L’objectif de la présente étude est de tester l’utilisation, dans le fjord deTrondheim, des isotopes stables benthiques et des assemblages de dinokystes en tant que traceur de lavariabilité hydrologique et climatique locale et régionale. Ce travail repose sur une série exceptionnelle desédiments de surface et de carottes d’interface, recouvrant de façon équilibrée l’ensemble des sous-systèmesdu fjord. Les changements climatiques et océanographiques modernes et récents (derniers 35 à 50 ans) décritspar nos traceurs sont comparés à plusieurs séries temporelles instrumentées de paramètres hydrologiques etclimatiques clés, afin de déterminer les différents mécanismes à l’origine de la signature spatiale et temporelledes proxies. Nos résultats montrent que les isotopes stables benthiques et les assemblages de dinokystestraduisent efficacement les variations hydrologiques et climatiques locales et régionales, le gradient spatial desalinité, l’efficacité du mélange vertical, la température des eaux atlantiques entrantes, et le budget de lasédimentation de matière organique (quantité et origine) expliquant de façon importante les variabilitésspatiales et temporelles de nos traceurs. La dynamique atmosphérique liée à l’Oscillation Nord Atlantiqueexplique l’essentiel des changements récents de la circulation interne du fjord et de la nature de lasédimentation (marine vs. continentale). / Sedimentary archives in Norwegian fjords contain valuable highly resolved information on the past dynamics ofmajor surface circulation features of the Norwegian Sea (North Atlantic Current and Norwegian CoastalCurrent), as well as on the regional climate of the Norwegian continental and surrounding oceanic realms. TheNAC transports significant amounts of warm and saline water poleward and constitutes an essentialcomponent of the global thermohaline circulation. The NCC is supplied by Norwegian rivers and fjords and itslateral and vertical distribution fundamentally controls the hydrology of Norwegian fjords. In the present studywe examine the use of benthic stable isotopes and dinocyst assemblages in the Trondheimsfjord, centralNorway, as proxies of the local and regional hydrological and climate changes. This study is essentially based onan exceptional set of surface sediment samples and multi-cores which are evenly distributed within the variousfjord subsystems. Modern and recent (last 35 to 50 years) oceanographic and climatic changes inferred fromour proxies are discussed in view of time-series of key hydrological and climatic parameters in order todetermine the various mechanisms driving the spatial and temporal variabilities of the proxies. Our resultsshow that benthic stable isotopes and dinocyst assemblages reliably record the local and regional hydrologicalvariations in the Trondheimsfjord and associated climate changes linked to key characteristics and processessuch as salinity gradients, water column mixing, temperatures of the incoming Atlantic water. Changes inatmospheric processes alike the North Atlantic Oscillation explain most of the recorded recent changes in thefjord internal circulation and nature of sedimentation (marine vs. continental).

Cinq carottes de la Méditerranée occidentale ont fait l’objet des approches multidisciplinaires basées essentiellement sur l'analyse des dinokystes, des foraminifères planctoniques et des isotopes afin d'identifier et préciser l'évolution climatique de ce bassin. L'ensemble de l'Holocène correspond au maximum de développement des dinokystes S. mirabilis et I. aculeatum et des foraminifères planctoniques G. inflata et G. ruber tandis que les épisodes froids sont caractérisés par la présence de Nematosphaeropsis labyrinthus et a un degré moindre de Spiniferites elongatus. Si dans la proximité du détroit de Gibraltar il est possible de distinguer les évènements de Heinrich du Maximum Glaciaire (LGM) cette distinction est moins évidente en se dirigeant vers l’Est. Au contraire le Younger Dryas s’exprime de façon identique sur l'ensemble du bassin occidental et se caractérise par le développement optimal de N. labyrinthus s’accompagnant d’après les fonctions de transfert dinos d’une baisse importante de la salinité. Cet épisode est marqué aussi par des concentrations maximales de dinokystes remarquablement corrélées à une augmentation du ?13C de G. bulloides. Cette augmentation de la productivité primaire au Dryas Récent est à relier à l’intensification des échanges Méditerranée-Atlantique. Par opposition, l'Holocène inférieur montre une baisse de la productivité primaire en Méditerranée occidentale contemporaine de la mise en place du sapropéle S1 dans le bassin oriental. Comme dans l'océan Atlantique, le refroidissement du "8.2 event" est clairement observée en Méditerranée occidentale ainsi que trois autres épisodes correspondant à ~9,3 ka; ~7 ka et ~2,7 ka cal. BP. / A multidisciplinary approach is occurred on five western Mediterranean cores based on dinocysts, planktonic foraminifera and isotopes to identify the climatic evolution of this region. The Holocene correspond to the maximal development of dinocysts S. mirabis and I. aculeatum and planktonic foraminifera G. inflata and G. ruber but the cold periods are characterised by the presence of N. labyrinthus and Spiniferites elongatus. The microfaunistic assemblages show that it's less easier to distinguish the LGM to Heinrich events (HE) when the study sites are far to strait of Gibraltar. The Younger Dryas is marked by the optimal development of N. labyrinthus on the entire basin in association to an important decrease of Sea Surface Salinity reconstructed on the basis of dinocyst transfer function. During this period, an intensification of Mediterranean-Atlantic water masses exchange is recorded by the increase of the ?13C of G. bulloides associated to the maximal dinocysts concentration. By contrast, the lower Holocene shows a decrease of primary productivity in western Mediterranean contemporaneous to the deposition of S1 sapropel in eastern basin. As in Atlantic Ocean, the 8.2 event is clearly observed in western Med with three other cold events at 9.3 ka, 7 ka and 2.7 ka cal. BP.

Les sédiments déposés dans les fjords norvégiens contiennent des informations précieuses sur la dynamiquepassée de la circulation de surface en mer de Norvège (Courant Nord Atlantique -NAC- et Courant Côtier deNorvège -NCC-), ainsi que sur le climat régional du continent bordier et du domaine océanique adjacent. Letransport méridien par le NAC d'eaux chaudes et salées participe efficacement au fonctionnement de la bouclethermohaline globale. Le NCC, alimenté par les apports continentaux depuis la mer Baltique, contrôlel'hydrologie des fjords norvégiens. L'objectif de la présente étude est de tester l'utilisation, dans le fjord deTrondheim, des isotopes stables benthiques et des assemblages de dinokystes en tant que traceur de lavariabilité hydrologique et climatique locale et régionale. Ce travail repose sur une série exceptionnelle desédiments de surface et de carottes d'interface, recouvrant de façon équilibrée l'ensemble des sous-systèmesdu fjord. Les changements climatiques et océanographiques modernes et récents (derniers 35 à 50 ans) décritspar nos traceurs sont comparés à plusieurs séries temporelles instrumentées de paramètres hydrologiques etclimatiques clés, afin de déterminer les différents mécanismes à l'origine de la signature spatiale et temporelledes proxies. Nos résultats montrent que les isotopes stables benthiques et les assemblages de dinokystestraduisent efficacement les variations hydrologiques et climatiques locales et régionales, le gradient spatial desalinité, l'efficacité du mélange vertical, la température des eaux atlantiques entrantes, et le budget de lasédimentation de matière organique (quantité et origine) expliquant de façon importante les variabilitésspatiales et temporelles de nos traceurs. La dynamique atmosphérique liée à l'Oscillation Nord Atlantiqueexplique l'essentiel des changements récents de la circulation interne du fjord et de la nature de lasédimentation (marine vs. continentale).

Ce travail de doctorat a pour objectif de comprendre les mécanismes et les réponses régionales de la variabilité climatique Holocène en ciblant plus spécifiquement la Rade de Brest et la Baie de Douarnenez. Dans les environnements côtiers, la vulnérabilité des sociétés humaines face aux aléas climatiques est particulièrement élevée et les pressions anthropiques s’exerçant sur les écosystèmes sont de plus en plus fortes. Ainsi, il s’agit de discuter la part respective des forçages naturels de ceux liés aux activités humaines dans les différents signaux paléoenvironnementaux holocènes reconstruits. Pour cela, plusieurs séquences sédimentaires nous ont permis de renseigner différentes périodes au cours des 10 000 dernières années. Des études multiproxies principalement basées sur des analyses palynologiques (pollen et kystes de dinoflagellés) ont été conduites permettant de discuter en parallèle des signaux continentaux et marins. Les études polliniques permettent de caractériser l’évolution des paysages terrestres tandis que les dinokystes, dénombrés à partir des mêmes lames palynologiques que les grains de pollen et spores, permettent de discuter les conditions paléohydrologiques de surface. De plus, dans le but d’affiner la compréhension de l’enregistrement des palynomorphes dans les sédiments marins de la Rade de Brest, des échantillons de surface délivrant un message palynologique actuel ont été analysés en préambule de l’étude paléoenvironnementale Holocène. Cette thèse a mis en évidence la robustesse des études palynologiques pour l’étude des variations paléoenvironnementales à l’échelle régionale en milieu côtier, et a démontré la pertinence de l’outil pour mettre en évidence l’imbrication des influences humaines et naturelles. Ce travail apporte ainsi une contribution régionale à l’étude de la variabilité environnementale Holocène en Bretagne, fournissant des enregistrements palynologiques haute résolution sur les derniers 150 ans (résolution de 1 à 4 ans) ainsi que sur les derniers milliers d’années caractérisés par l’influence grandissante des sociétés humaines en lien avec l’accroissement de la déforestation et des pratiques agro-pastorales sur les bassins versants (résolution moyenne de 30 ans). / This PhD study aims at understanding mechanisms and regional responses of the Holocene climatic variability, targeting the Bay of Brest and the Bay of Douarnenez. In coastal environments, the vulnerability of human societies to climate hazards is particularly high and anthropogenic pressures on ecosystems are increasing. In this context, the respective part of natural forcings from those related to human activities can be discussed thanks to paleoenvironmental Holocene reconstructions carried out on sediment archives.Several sedimentary sequences allowed us to focus on different key periods across the last 10,000 years BP.Multiproxy studies mainly based on palynological analyzes (pollen and dinoflagellate cysts) allowed discussing continental and marine signals in parallel, and thus to better understand forcing mechanisms.Pollen studies are used to characterize terrestrial landscape evolutions while dinocysts, counted from the same palynological slides as pollen grains and spores, make it possible to discuss surface palaeohydrological conditions. In addition, in order to complete the understanding of our Holocene palynomorph records conducted on Bay of Brest marine sediments, Bay of Brest surface sediments were investigated so as to deliver a current palynological message.This work has demonstrated the robustness of palynological studies conducted at a regional scale and in a macro-estuarian environment, and also the relevance of our tools to highlight the intertwining of human and natural influences. This work therefore represents a regional contribution to the study of Holocene environmental variability in Brittany, providing high resolution palynological records over the last 150 years (resolution of 1 to 4 years) as well as over the last 9,500 years BP (averaged resolution of 30 years) characterized by the growing influence of human societies in relation to increased deforestation and agropastoral practices on watersheds.

La zone intertropicale est une zone clé du climat mondial, dans la mesure où ce secteur joue un rôle essentiel dans le cycle du carbone à l’échelle globale, via la pompe du carbone par la productivité primaire, elle-même accrue dans les grandes cellules d'upwelling côtières. L’objectif principal de ce travail était de discuter la variabilité climatique haute fréquence ayant affecté l'Océan Atlantique Est tropical au cours des derniers 45 000 ans à l’échelle orbitale et sub-orbitale. Notre étude a ainsi mis en évidence les connexions liant le domaine océanique et le domaine continental (panaches fluviatiles) à travers la comparaison entre les conditions hydrologiques de surface reconstruites par les assemblages phytoplanctoniques microfossiles (kystes de dinoflagellés : principaux outils de cette étude) et la variabilité de la mousson africaine déduite de données géochimiques sédimentaires disponibles sur les 3 carottes d’étude, situées au large du Congo ainsi que dans le Golfe de Guinée. Ce travail de thèse a également permis de réaliser un travail approfondi de mise à jour de la base de données dinokystes modernes et des données environnementales qui leurs sont associées (température et salinité de surface, productivité primaire, mais aussi nouveaux ajouts : densité de l’eau, saisonnalité, ou encore anomalies de températures par rapport à la moyenne des températures calculée selon un axe latitudinal), afin de pouvoir quantifier les paramètres hydrologiques sur les carottes d’étude via la fonction de transfert dinokyste développée pour l’Océan Atlantique tropical. Les assemblages dinokystes ont révélé une grande sensibilité aux effets de la précession, avec des environnements chauds et soumis à de fortes décharges fluviatiles observés en contexte de minima de l'indice de précession, en particulier durant la dernière déglaciation, configuration amplifiée par le maximum d’obliquité. Les résultats issus de la fonction de transfert démontrent le rôle primordial du fleuve Congo dans l'évolution de la productivité primaire au cours du temps, via l'apport massif de nutriments, ainsi que via des mécanismes d'upwelling générés par l'activité du fleuve en elle-même. / The intertropical area is a key domain for the knowledge of past global climate, with indeed a prevalent role regarding of carbon cycle; high productive conditions in this area being induced by the large eastern boundary upwelling cells. The main purpose of this work consisted in discussing the high frequency climate variability that occurred in the eastern tropical Atlantic Ocean over the last 45,000 years. This area then permitted to highlight land-sea linkages through the relationships existing between marine environments as deduced from microfossil assemblages (dinoflagellate cysts: main proxies of this study) and the African monsoon as reconstructed through river-plume activity, thanks to three cores located off the Congo river mouth and in Gulf of Guinea. Furthermore, this work permitted to deeply update the tropical dinocyst modern database used by the dinocyst-based transfer function method developed for the Tropical Atlantic Ocean (new modern sites and new environmental datasets : SST, SSS, net primary productivity, upwelling activity, seasonality). Dinocyst assemblages revealed a strong influence of precession effects, with warmer and wetter periods reconstructed during minima of precession, especially during the last deglaciation, strongly enhanced by the obliquity maximum. Dinocyst-based transfer function results also highlighted the prevalent role of the Congo River on past primary productivity evolution through strengthened terrigenous inputs to the ocean but also through river-induced upwelling mechanism.

La variabilité de l’intensité du flux d’eaux atlantiques et de la nature des masses d’eau de surface le long des marges occidentales de la Norvège, de la mer de Barents et du Svalbard a été reconstituée sur la base des assemblages de coccolithes et dinokystes présents dans cinq carottes sédimentaires marines représentatives de l’Holocène terminal. Les résultats sont présentés sous la forme de reconstructions qualitatives et quantitatives (fonctions de transfert MAT) à haute résolution temporelle (échelle décennale à sub-séculaire). Un travail visantà valider les traceurs micropaléontologiques utilisés a été réalisé en parallèle à l’objectif principal, et s’est en particulier nourri de la collecte et de l’examen de populations vivantes distribuées le long de plusieurs transectszonaux en mer de Norvège, mer d’Islande et à travers le détroit de Fram.Nos résultats indiquent que la partie orientale des mers Nordiques (66 à 77°N) a été sujette à une tendance globale à l’augmentation du flux d’eaux atlantiques (AW) au cours des derniers 3000 ans. La dynamique récente de ce flux méridien est supposée répondre à la modulation long-terme de la force et de la localisation de la ceinture des vents d’ouest qui est essentiellement pilotée par l’Oscillation Nord Atlantique. Ce même mécanisme atmosphérique réconcilie le déplacement zonal et contradictoire du front arctique entre le domaine ouest-norvégien, et les façades occidentales de la mer de Barents et du détroit de Fram. La variabilité rapide du flux d’AW reproduit la succession des phases climatiques historiques classiques chaudes (Période Chaude Romaine, Période Chaude Médiévale, Période Moderne : flux accentué d’AW) et froides (Période Sombre, Petit Age Glaciaire : flux réduit d’AW) des derniers 2500 ans. Un événènement rapide de renforcement du flux d’AW en mers Nordiques a été identifié pendant le Petit Age Glaciaire entre 330 et 410 ans BP (cal.). Nos résultats indiquent que les variations d’intensité du flux d’AW vers l’Océan Arctique ont eu un impact majeur sur la distribution de la glace de mer arctique au cours du dernier millier d’années, les variations reconstruites de l’extension du couvert de glace à l’echelle de l’océan arctique étant parfaitement corrélées (échelle subséculaire) avec nos reconstructions qualitatives de la dynamique de l’AW au large du Svalbard et de la mer de Barents. La diminution importante de l’extension de la banquise durant le 20ème siècle est synchrone d’un flux record d’AW à travers le détroit de Fram, flux qui, d’après nos données, est sans précédent pour les derniers 3000 ans. / Five marine sediment cores distributed along the Norwegian, western Barents Sea, and Svalbard continental margins have been investigated in order to reconstruct late Holocene changes in the poleward flow of the Norwegian Atlantic Current (NwAC) and West Spitsbergen Current (WSC) and the nature of the upper surface water masses within the eastern Nordic Seas. This research project is based on the use of dinocyst and coccolith assemblages for qualitative and quantitative reconstructions of surface water conditions from high resolution sediment cores, and involve upstream investigations on proxy reliabilities. The investigated area (66 to 77°N) was affected by an overall increase in the strength of the AW flow from 3000 cal. yrs BP to the Present. The long-term modulation of westerlies strength and location which are essentially driven by the dominant mode of the North Atlantic Oscillation (NAO), is thought to explain the observed dynamics of the AW flow. The same mechanism also reconciles the recorded opposite zonal shifts in the location of the Arctic Front between the area off western Norway and the western Barents Sea-eastern Fram Strait region. Submillenial changes in AW flow are organised according to known pre-Anthropocene warm (RWP, MCA and the Modern period: strong poleward flow) and cold (LIA, DA: weak poleward flow) climatic spells. A sudden short pulse of resumed high WSC flow interrupted the LIA in the eastern Nordic Seas from 330 to 410 cal. yrs BP. Our results are indicative of a major impact of AW flow dynamics on the Arctic sea ice distribution during the last millenium, when changes in reconstructed sea-ice extent are negatively correlated with the strength of the WSC flow off western Barents Sea and western Svalbard. The extensive decrease in sea ice extent during the last century is synchronous with an exceptional increase in AW flow. The previously reconstructed high amplitude warming of surface waters in eastern Fram Strait at the turn of the 19th century was therefore primarily induced by an excess flow of AW which stands as unprecedented over the last 3000 years.

La variabilité de l'intensité du flux d'eaux atlantiques et de la nature des masses d'eau de surface le long des marges occidentales de la Norvège, de la mer de Barents et du Svalbard a été reconstituée sur la base des assemblages de coccolithes et dinokystes présents dans cinq carottes sédimentaires marines représentatives de l'Holocène terminal. Les résultats sont présentés sous la forme de reconstructions qualitatives et quantitatives (fonctions de transfert MAT) à haute résolution temporelle (échelle décennale à sub-séculaire). Un travail visantà valider les traceurs micropaléontologiques utilisés a été réalisé en parallèle à l'objectif principal, et s'est en particulier nourri de la collecte et de l'examen de populations vivantes distribuées le long de plusieurs transectszonaux en mer de Norvège, mer d'Islande et à travers le détroit de Fram.Nos résultats indiquent que la partie orientale des mers Nordiques (66 à 77°N) a été sujette à une tendance globale à l'augmentation du flux d'eaux atlantiques (AW) au cours des derniers 3000 ans. La dynamique récente de ce flux méridien est supposée répondre à la modulation long-terme de la force et de la localisation de la ceinture des vents d'ouest qui est essentiellement pilotée par l'Oscillation Nord Atlantique. Ce même mécanisme atmosphérique réconcilie le déplacement zonal et contradictoire du front arctique entre le domaine ouest-norvégien, et les façades occidentales de la mer de Barents et du détroit de Fram. La variabilité rapide du flux d'AW reproduit la succession des phases climatiques historiques classiques chaudes (Période Chaude Romaine, Période Chaude Médiévale, Période Moderne : flux accentué d'AW) et froides (Période Sombre, Petit Age Glaciaire : flux réduit d'AW) des derniers 2500 ans. Un événènement rapide de renforcement du flux d'AW en mers Nordiques a été identifié pendant le Petit Age Glaciaire entre 330 et 410 ans BP (cal.). Nos résultats indiquent que les variations d'intensité du flux d'AW vers l'Océan Arctique ont eu un impact majeur sur la distribution de la glace de mer arctique au cours du dernier millier d'années, les variations reconstruites de l'extension du couvert de glace à l'echelle de l'océan arctique étant parfaitement corrélées (échelle subséculaire) avec nos reconstructions qualitatives de la dynamique de l'AW au large du Svalbard et de la mer de Barents. La diminution importante de l'extension de la banquise durant le 20ème siècle est synchrone d'un flux record d'AW à travers le détroit de Fram, flux qui, d'après nos données, est sans précédent pour les derniers 3000 ans.

Tandis que la variabilité climatique à long terme du Quaternaire terminal (oscillations glaciaire/interglaciaire) est relativement bien appréhendée aujourd’hui, l'origine et la modalité des variations climatiques haute-fréquence séculaires à millénaires, depuis la très haute fréquence des cycles de Dansgaard-Oeschger (D/O) jusqu'à la plus grande périodicité des événements d'Heinrich, restent toujours matière à débat. Parmi les éléments encore équivoques se trouvent notamment les modalités de transferts de chaleur méridiens et latitudinaux. A ce titre, la connexion hydrologique entre l’Atlantique et la Méditerranée apparaît comme un exemple d’étude particulièrement approprié vu qu’elle illustre le couplage de phénomènes jouant selon un double gradient Est-Ouest et Nord-Sud, reliant ainsi processus subtropicaux et nord atlantiques. Nous avons ainsi ciblé nos analyses sur des séquences prélevées autour du détroit de Gibraltar, avec pour objectif d’étendre les connaissances spatiales et temporelles de la variabilité climatique haute fréquence des derniers 50 000 ans dans le secteur de l’Atlantique Est subtropical et de la Méditerranée occidentale. La méthodologie de cette thèse est ainsi basée sur une comparaison multi-proxies qui inclut des analyses micropaléontologiques (dinokystes et foraminifères planctoniques) et géochimiques (isotopes stables et alkénones). Nous avons ainsi pu tester la cohérence des changements hydrologiques de surface inter- et intra-bassins et tenter de caractériser la migration des fronts hydrologiques associés. Grâce aux sites des marges marocaine et portugaise, notamment, nous avons pu vérifier l’impact des cycles de D/O sur la variabilité de l’intensité des cellules d’upwelling côtières dans ce secteur et sur la dynamique de la veine d’eau méditerranéenne profonde (MOW), couplant signaux des masses d’eau superficielles (température, salinité et productivité) aux paléo-intensités de la MOW. / While the long-term climatic variability of the Quaternary is relatively well understood today, the causes and processes at the origin of the rapid and brutal climatic variability that characterized the last glacial period (Dansgaard-Oeschger cycles), including meridional and latitudinal heat transfer mechanisms, are still subject to debate. As such, studying the hydrological connection between the Atlantic and the Mediterranean Sea appears particularly appropriate since it illustrates the coupling acting on a double East-West and North-South gradient. It furthermore links subtropical processes and North Atlantic ones. We focused our analysis on sedimentary sequences retrieved around the Strait of Gibraltar, in order to extend the spatial and temporal knowledges about the impact of the high frequency climatic variability of the last 50 000 years in the sector of the eastern subtropical Atlantic and of the western Mediterranean Sea. The methodology of this thesis is based on a multi-proxy compilation coupling micropaleontological (dinocysts and planktonic foraminifera) and geochemical (stable isotopes and alkenones) approaches. We have tested the consistency of the sea-surface paleohydrological changes at inter-and intra-basins scales and tried to characterize the associated migration of the hydrological fronts. Sites of the Portuguese and Moroccan margins, in particular, allowed us to document the impact of the D/O cycles on the intensity of coastal upwelling cells as well as on the dynamics of the MOW, by coupling sea surface signals (temperature, salinity and productivity) to paleointensity of the MOW.