L'objectif de la thèse consiste à mettre en place un système couplé océan-glace de mer pour simuler le climat dans les hautes latitudes

Les mammifères marins de l'Océan Austral sont des éléments essentiels des écosystèmes marins antarctiques et des sentinelles de l’état des océans polaires. Comprendre comment les conditions océanographiques déterminent leurs habitats préférentiels est essentiel pour identifier de quelle façon et dans quelle région ces mammifères acquièrent les ressources nécessaires à leur déplacement, leur croissance, leur reproduction et donc leur survie. Les éléphants de mer du Sud (Mirounga leonina) se déplacent dans l’océan austral à l’échelle des bassins océaniques pour s’alimenter en plongeant en moyenne à 500 m et jusqu’à 2000 m de profondeur. En fonction de leur colonie d’origine, de leur sexe, et de leur âge, ils exploitent des régions radicalement différentes de l’océan austral, mettant ainsi en œuvre des stratégies alimentaires diversifiées. Les éléphants de mer de Kerguelen utilisent deux zones préférentiellement: la zone du Front Polaire ou la zone Antarctique couverte par la banquise. Dans cette thèse, les stratégies alimentaires des voyages post-mue Antarctiques de 46 mâles et femelles éléphants de mer de Kerguelen ont été étudiées. Une série temporelle de 11 années (2004-2014) de données de déplacement, de plongées et de données hydrologiques a été analysée pour déterminer le rôle des paramètres océanographiques et de glaces de mer impliqués dans l’acquisition des ressources alimentaires des éléphants de mer en Antarctique. L’influence de la variabilité spatio-temporelle et interannuelle de la glace de mer associée à la position des mâles et des femelles ainsi que le rôle des polynies côtières sur les stratégies alimentaires des mâles en hiver ont été examinés. / Understanding how physical properties of the environment underpin habitat selection of large marine vertebrates is crucial in identifying how and where animals acquire resources necessary for locomotion, growth and reproduction and ultimately their fitness. The Southern Ocean harbors one of the largest and most dynamic marine ecosystems on our planet which arises from the presence of two majors physical features, (i) the Antarctic Circumpolar Current and (ii) the seasonal sea ice cover region. In the Antarctic, marine predators are exposed to climate-induced shifts in atmospheric circulation and sea ice. However, because these shifts vary regionally, and because much remains to be understood about how individual animals use their environment, it has been difficult to make predictions on how animals may respond to climate variability. Southern elephant seals (Mirounga leonina) are a major consumer of Southern Ocean resources and use two main large scale foraging strategies, (i) feeding in the frontal zone of the Southern Ocean, or (ii) feeding in the seasonal sea ice region. In the present thesis I examined the winter post-moulting foraging strategies of 46 male and female Kerguelen southern elephant seals which utilized the second strategy. Using an eleven year time-series of tracking, diving, and seal-collected hydrographic data (from 2004-2014) I assessed their movements and foraging performance in relation to in situ hydrographic and sea ice conditions. The influence of both the spatio-temporal and inter-annual variability of sea ice around seal locations was investigated, and an investigation on the role of polynya for male elephant seal during winter conducted.

L'étude de la variabilité climatique dans les moyennes et hautes latitudes est très complexe, principalement en raison des nombreux mécanismes physiques mis en jeu. Cette variabilité climatique résulte de deux contributions majeures : la variabilité interne associée à des processus internes au système climatique et la variabilité forcée qui est liée aux forçages externes, qui peuvent être d'origine naturelle (comme le volcanisme, les aérosols naturels) ou anthropique (GES, aérosols anthropiques). Ces forçages externes jouent un rôle important sur le climat et sa variabilité. Le défi de la recherche climatique est de comprendre leurs effets sur le climat et leurs rôles face à la variabilité interne. Cette thèse a comme objectif une meilleure compréhension des rôles respectifs de la variabilité interne et des différents forçages externes sur la variabilité passée de la circulation atmosphérique dans les deux hémisphères et de l'activité synoptique associée, ainsi que de leur évolution pour le climat futur en utilisant des ré-analyses atmosphériques et des simulations issues du modèle de climat CNRM-CM5. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude des changements des modes annulaires dans les hémisphères nord et sud, appelés respectivement NAM (Northern Annular Mode) et SAM (Southern Annular Mode). Nous montrons que la tendance positive observée du SAM sur la période 1960-1990 en été austral est bien reproduite par le modèle. Cependant, celle-ci est reproduite lorsque la diminution d'ozone stratosphérique et l'augmentation des gaz à effet de serre sont toutes deux prescrites au modèle, alors que certaines études suggéraient qu'elle était principalement expliquée par la seule présence de l'ozone. Nous nous sommes ensuite focalisés sur les changements de circulation \linebreak atmosphérique dans l'hémisphère nord. Ceux-ci sont plus complexes que dans l'hémisphère sud. En effet, l'augmentation des GES provoque un réchauffement global différent suivant l'altitude : maximum dans la haute troposphère tropicale ainsi qu'aux hautes latitudes en surface. Ce dernier est en réalité expliqué par la fonte de la banquise Arctique. De nombreux processus physiques et de nombreuses rétroactions sont mis en jeu et rendent la compréhension des changements compliquée. Pour cela, nous avons mis en place un protocole expérimental avec le modèle couplé CNRM-CM5 pour séparer l'effet direct des GES (réchauffement de l'atmosphère) de l'effet indirect (fonte de la banquise Arctique et rétroaction sur l'atmosphère). Cette fonte est responsable de l'augmentation des flux de chaleur entre l'océan et l'atmosphère qui perturbe ensuite la circulation atmosphérique. Nous montrons que la diminution de glace de mer Arctique pourrait être à l'origine de la réponse barocline dans l'hémisphère nord. Enfin, la dernière partie de cette thèse a fait l'objet d'une étude plus spécifique, puisque l'on s'est intéressé aux évolutions passée et future des dépressions atmosphériques nord Atlantique. De nombreuses incertitudes persistent en raison de processus complexes mettant en jeu la vapeur d'eau, le gradient méridien de température et la stabilité statique. Nous retrouvons la réponse tripolaire dans le RCP8.5, mentionnée dans le 5\up{ème} rapport du GIEC, qui correspond à une diminution dans la partie sud du domaine Atlantique nord et la mer Méditerranée, une augmentation sur les îles Britanniques et la Scandinavie et une diminution à l'est du Groenland. Nous montrons que ce signal est peu robuste sur la période dite historique en raison de la forte variabilité interne associée aux systèmes dépressionnaires. / Climate variability in mid and high latitudes is very complex due to numerous physical mecanims implied. This climate variability can be decomposed into 2 components : the internal variability associated with internal processes and the forced variability linked to the external forcings which can be natutal (volcanism, natural aerosols) or anthropogenic (greenhouse gases, anthropogenic aerosols). These external forcings play a crucial role on the climate and its variability. The challenge in the climate research is to understand their effects on the climate and their roles relatively with the internal variability. The objective of this thesis is a better understanding of the respective roles of internal variability and forced variability on the past and future atmospheric circulation in both hemispheres characterized by the annular mode and the synoptic activity associated using atmospheric reanalysis and experiments performed with the coupled climate model CNRM-CM5. First, we focus on the annular mode changes in both hemispheres, named the NAM (Northern Annular Mode) and the SAM (Southern Annular Mode). We show that the observed positive trend of the SAM in the 1960s in austral summer is well reproduced by the climate model. However, contrarily to other studies which suggest that this positive trend can be explained by only stratospheric ozone depletion, it is reproduced in the CNRM-CM5 model when the ozone depletion and greenhouse gases (GHG) increase are both prescribed. Then, we investigate the changes in the Northern Hemisphere atmospheric circulation. These are more complex than in the Southern Hemisphere. Indeed, the increase of GHG in the atmosphere causes a general global warming maximum in the tropical high troposphere and over the pole at the surface which is mainly explained by Arctic sea ice loss. So the understanding of the changes is very complex due to several physical processes and retroactions. Thus, we have conducted a protocol with the coupled climate model CNRM-CM5 in order to assess the respective role of Arctic sea ice loss and GHG increase. Arctic sea ice loss is reponsible for an increase in the heat flux between the atmosphere and the ocean which modify the atmospheric circulation. We show that Arctic sea ice loss can cause the baroclinic response in the Northern Hemisphere. Finally, the last part of the thesis is the study of past and future changes in the North Altantic storm-tracks. There are still sereval uncertainties because of the complex processes involving the water vapour, the meridional temperature gradient and the static stability. We find the tripolar response, already found by other studies, consisting of a significant decrease in the south of the basin and over the Mediterranean sea, a small increase over the British Isles, and a decrease east of the Greenland. We show that the signal in the historical period is not robust, due to large chaotic variability associated with storms.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / L'objectif principal de cette étude était de quantifier, à la base de la glace de mer de première année dans l’archipel Arctique canadien, la variabilité spatiale des principales réactions biologiques du cycle de l'azote, soit l'assimilation du nitrate et de l'ammonium, la nitrification, l'ammonification et la fixation de N₂ afin d’en comparer les taux et de les relier à la variabilité des conditions environnementales du milieu. Les flux d'azote quantifiés ont démontré une grande variabilité selon les conditions biologiques, physiques et chimiques de la glace. La productivité du milieu, estimée par la concentration en biomasse, modulait un grand nombre de ces flux, dont l’intensité relative était généralement semblable pour l'ensemble des sites échantillonnés malgré la variabilité des conditions environnementales. L’ammonification s’est avérée particulièrement importante, favorisant une assimilation conséquente de l’ammonium et une production essentiellement régénérée. Les résultats de cette étude approfondissent la compréhension des mécanismes régulant les flux biologiques d’azote dans la glace de mer et pourront servir à l’élaboration de scénarios futurs en resserrant la paramétrisation des modèles biogéochimiques.

L'objectif de mon étude était de décrire la dynamique des isotopes stables du carbone et de l'azote de la matière organique particulaire sympagique pendant la transition printanière en mer de Beaufort. La biomasse de protistes et la disponibilité en carbone inorganique dissous ont été identifiées comme principaux facteurs de contrôle du signal isotopique du carbone à la base de la glace annuelle. Les signatures isotopiques de l'azote n'ont pu être expliquées à l'aide des variables mesurés. Un apport substantiel de protistes provenant de la glace a été détecté jusqu'à 30 mètres de profondeur à l'aide des isotopes stables du carbone. Cette analyse a également permis de souligner le plus grand potentiel des diatomées sympagiques à être exportées vers le fond marin et celui des cellules flagellés à participer à la biomasse pélagique. Ces derniers ont le potentiel d'ensemencer la colonne d'eau en cellules pouvant participer à la production primaire et d'alimenter le réseau alimentaire pélagique lors d'épisodes de libération de protistes sympagiques.

C'est sans doute en Arctique que le changement climatique est le plus visible, et semble affecter toutes les composantes du système Arctique, et notamment ses bilans d'eau douce et de chaleur. Alors que l'on s'attend à ce que le signal d'un changement local en Arctique ait son impact climatique le plus important lorsqu'il est exporté au sud d'un coté ou de l'autre du Groenland vers les mers subarctiques, où il peut moduler l'intensité de la circulation thermohaline, l'objectif de cette thèse est donc d'étudier les échanges de volume, de chaleur, d'eau douce et de glace de l'Océan Arctique vers l'Atlantique Nord. Tout d'abord, une simulation réaliste des années 1958 à 2002 basée sur un modèle global couplé glace/océan est utilisée pour étudier la variabilité du bilan d'eau douce en Arctique, afin de comprendre quelle composante de ce bilan contrôle les variations du contenu halin du bassin. On s'intéresse également à la variabilité des exports d'eau douce vers l'Atlantique Nord, et on montre que les exports d'eau douce vers l'Atlantique sont contrôlés par des mécanismes différents de part et d'autre du Groenland: dans les détroits canadiens, le transport de volume domine la variabilité, alors que salinité et courants contribuent à la variabilité dans le détroit de Fram. Par la suite, une réanalyse océanique des années récentes nous permet d'explorer les conséquences pour le contenu halin de l'Arctique du minimum record de l'extension de glace de l'été 2007. Une méthode numérique originale est ensuite utilisée pour comprendre l'origine des masses d'eau qui sont exportées de l'Arctique vers l'Atlantique Nord. On effectue ainsi une analyse lagrangienne qualitative à partir des sorties 3D mensuelles climatologiques d'un modèle global couplé glace/océan à haute résolution, qui permet de quantifier les contributions relatives des différentes branches de circulation à ces exports, ainsi que les échelles de temps et les transformations de masses d'eau associées. Un schéma complet de la circulation dans le bassin Arctique est ainsi proposé, et nous soulignons le rôle clé de la mer de Barents pour les transformations des eaux d'origine Atlantique. Enfin, nous examinons l'influence relative des différents forçages atmosphériques (vent, flux de chaleur et halins) sur les variations du volume de glace en Arctique. Des expériences de sensibilité sont réalisées à l'aide d'un modèle régional de l'Arctique et l'Atlantique Nord, permettant de mieux comprendre les distributions spatiales et temporelles des contributions des différents forçages atmosphériques.

L'océan Austral est un endroit où des changements climatiques importants se sont produits au cours du siècle dernier, accompagnés d'un important niveau d'exploitation des ressources naturelles vivantes par l'homme. Ces changements globaux peuvent potentiellement conduire à des perturbations majeures des écosystèmes de l'océan Austral jusqu'aux prédateurs marins supérieurs. La pêche peut aussi directement affecter les oiseaux de mer par la mortalité accidentelle dans les engins de pêche (prises accessoires) et les ressources alimentaires supplémentaires fournies par les rejets. Lors des 20 dernières années un nombre croissant de recherches ont été effectuées sur les effets du changement climatique et des activités de pêche sur les oiseaux marins de l'océan Austral. L'utilisation de données à long terme d'observations en mer et de populations avec des animaux connus individuellement était essentielle pour détecter ces effets. Ici, nous passons en revue ces études afin d'identifier les tendances dans les changements de distribution, de phénologie, de démographie et de dynamique des populations en réponse aux changements climatiques et aux activités de pêche. Des changements dans la répartition et la phénologie de la reproduction ont été documentés en parallèle à l'augmentation des températures de surface de la mer et des changements dans la couverture de glace de mer dans l'océan Indien du Sud. Des températures de surface de la mer anormalement chaudes semblent principalement avoir un effet négatif sur les paramètres démographiques, bien qu'il existe des exceptions. Les variations de l'étendue de la glace de mer affectent également plusieurs paramètres démographiques et la dynamique des populations. Les relations suggèrent des effets non linéaires, avec des conditions optimales de couverture de glace de mer qui semblent être la règle. L'effort de pêche est principalement négativement relié aux taux de survie des populations et pour quelques espèces positivement relié au succès de la reproduction. Quelques études montrent que les facteurs climatiques et les prises accessoires de la pêche peuvent affecter les paramètres démographiques simultanément d'une manière complexe, qui peut être intégrée dans les modèles de dynamique des populations pour prévoir l'impact sur les populations. Bien que chez les oiseaux marins le taux de croissance démographique soit moins sensible aux variations de la survie des juvéniles qu'à des variations de la survie des adultes, la mortalité chronique des immatures en raison de la pêche peut nuire aux populations. Les modèles de population permettent aussi de projeter des trajectoires de populations dans des conditions climatiques futures. Les études à venir devront intégrer d'autres facteurs environnementaux, d'autres niveaux trophiques, le comportement de recherche de nourriture, les interactions entre climat et pêcheries et les mécanismes sous-jacents à la plasticité phénotypique, comme certaines études pionnières réalisées dans l'hémisphère Nord.

La fonte rapide des glaces de l'Arctique dans le contexte actuel du réchauffement climatique est un sujet scientifique majeur de ces 30 dernières années. L'Arctique joue un rôle fondamental dans l'équilibre du climat et requiert une attention particulière. Les régions arctiques sont alors surveillées par des observations satellitaires et des mesures in-situ. L'impact climatique de la fonte totale de la glace arctique est encore spéculatif. Des recherches sont donc nécessaires pour le suivi à long terme de l'Océan Arctique, en particulier la dynamique spatio-temporelle de la couverture de glace et ses conséquences sur les écosystèmes. Notre travail s'inscrit dans ce contexte, et est porté sur le paysage sonore des régions polaires avant leur possible industrialisation qui accompagnera la fonte de la glace. Ainsi, nous avons d'abord examiné les conséquences de la disparition du couvert de glace sur les paysages sonores de ces régions. Nous avons alors étudié les variations saisonnières du bruit de fond et ses pilotes environnementaux. De ce fait, nous avons développé un algorithme d'estimation du bruit ambiant afin de pouvoir constituer des séries temporelles à partir des données acoustiques longue durée. Deuxièmement, nous avons étudié les transitoires générés par le comportement mécanique de la banquise en Arctique. Cette étude vise d'une part à comprendre le mécanisme de production de ces transitoires sous la glace, et d'autre part à évaluer leur potentiel comme moyen d'observation de la dynamique de la glace de mer. / The Arctic sea ice melting, in the global warming context, has become a major scientific topic during the last 30 years. The Arctic Ocean plays a fundamental role in the global climate balance and requires a particular attention. The Arctic Regions are then monitored by satellite observations and in-situ measurements. The climatic impact of the total melting of the Arctic sea ice is not yet understood and researches are still needed for long term monitoring of Arctic Ocean, particularly the dynamics of the ice cover and its consequences on the ecosystems. Our work focused on the natural soundscapes of these Polar Regions prior to their possible industrialization. So, we first examined the impact of climate warming alone on polar soundscapes by studying the seasonal variability of ambient noise and its environmental drivers. We then developed an ambient noise estimation algorithm for automatic extraction of this noise component from long term measurements. In second, we examined the acoustic transients generated by the mechanical behavior of the ice cover at its maximum extent. This aims to better understanding of the physical processes involved in under-ice noise production and their potential use for sea ice monitoring.

Le réchauffement régional de l'ouest de la Péninsule Antarctique (WAP) combiné à la diminution attendue de glace de mer et à l'apparition printanière du trou d'ozone pourrait modifier la composition et la structure de la communauté microbienne. De plus, ces variations environnementales pourraient modifier le potentiel de la WAP en tant que puits de CO2. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer les effets combinés du changement climatique sur la production primaire et sur la composition et la structure de la communauté microbienne de la WAP. Cette thèse visait également à évaluer le rôle de la structure, de la composition, de la production primaire et de la respiration de la communauté microbienne sur les échanges de CO2 entre l'atmosphère et l'océan. Cette étude a premièrement permis de décrire les variations de l'étendue de glace de mer, de l'épaisseur de la couche d'ozone et de la température de surface de l'eau dans la WAP au cours des 30 dernières années (1972-2007) et notamment d'observer le retrait de plus en plus précoce de la glace de mer en relation avec le réchauffement des eaux de la WAP. L'évolution de ces paramètres environnementaux offre une nouvelle fenêtre temporelle de production primaire. Ainsi, cette étude a permis de montrer que la production primaire annuelle a augmenté de 1997 à 2007, et ceci, en relation avec l'anomalie de glace de l'hiver précédent. En effet, la production primaire journalière était négativement et positivement corrélée avec, respectivement, l'étendue de glace de mer et la température de l'eau de septembre à novembre et de février à mars, suggérant que le réchauffement régional de la WAP favorise plus de production primaire durant le printemps et l'automne. En revanche, le retrait précoce de la glace de mer en coïncidence avec l'apparition printanière du trou d'ozone a provoqué l'augmentation de la photoinhibition au printemps (avec 11,6 ± 2,8 % de la production primaire journalière en moyenne). En conséquence, le changement climatique régional de la WAP a, à la fois, un effet positif et un effet négatif sur la production primaire. Cette étude a également permis de décrire la dynamique de la communauté microbienne marine dans l'archipel de Melchior (dans la WAP) de l'automne au printemps 2006. En raison des conditions environnementales extrêmes, l'abondance et la biomasse de la communauté microbienne étaient faibles durant l'automne et l'hiver et dominées par les petites cellules (< 2 µm) et donc par un réseau trophique microbien. En effet, la biomasse phytoplanctonique était faible durant l'automne et l'hiver (avec une concentration moyenne en chlorophylle a, Chl-a, de 0,3 et 0,13 µg l-1, respectivement). La biomasse phytoplanctonique a augmenté au printemps (avec un maximum de Chl-a de 1,13 µg l-1), mais, en dépit des conditions de croissance favorables, est restée faible et le phytoplancton était toujours dominé par de petites cellules (2-20 µm) et donc par le réseau trophique microbien ou multivore. De plus, la disparition précoce de glace de mer durant le printemps 2006 a exposé les eaux de la WAP à de fortes radiations ultraviolettes B (RUVB, 280-320 nm), qui ont eu un effet négatif sur la communauté microbienne des eaux de surface. Cette étude a également mis en évidence la relation existante entre les échanges CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP et la biomasse, la composition, la production primaire et la respiration de la communauté microbienne. Il existait tout d'abord une relation positive entre la concentration en Chl-a et la proportion de diatomées dans la communauté phytoplanctonique. De plus, il existait une corrélation négative significative entre la Chl-a et le ΔpCO2. La production primaire nette de la communauté (NCP) était principalement contrôlée par la production primaire et était négativement et positivement reliée avec le ΔpCO2 et le pourcentage de saturation de l'O2, respectivement, suggérant que la production primaire joue un rôle majeur dans les échanges de CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP. Par ailleurs, le ΔpCO2 moyen au cours des trois années étudiées était de -20,04 ± 44,3 µatm, menant à un puits de CO2 potentiel durant l'été et l'automne dans la région. Le sud de la WAP était un puits potentiel de CO2 (-43,60 ± 39,06 µatm) durant l'automne alors que le nord de la WAP était principalement une source potentielle de CO2 durant l'été ou l'automne (-4,96 ± 37,6 et 21,71 ± 22,39 µatm, respectivement). Les plus fortes concentrations en Chl-a mesurées dans le sud de la WAP pourraient expliquer cette distribution spatiale. / Regional warming in the western Antarctic Peninsula (WAP), along with the expected decrease in sea-ice cover and the seasonal ozone layer breakdown could modify the composition and the structure of the microbial community. In addition, these environmental changes could modify the potential of the WAP as a CO2 sink. In this context, this thesis aimed at evaluating the combined effects of regional climatic changes on the primary production and the composition and structure of the microbial community in the WAP. In a second time, this thesis aimed at evaluating the role of the microbial community structure, composition, primary production and respiration on air-sea CO2 gas exchanges.First, the variations in sea-ice cover, stratospheric ozone layer thickness and sea surface temperature over the last 30 years (1972-2007) were described. Related to the warming of WAP waters, the retreat of sea-ice was happening earlier each decade in the WAP. The observed changes in these environmental parameters offer a new temporal window for primary production. Indeed, the annual primary production increased from 1997 to 2007, in relation with the sea-ice cover anomaly for the previous winter. In addition, daily primary production was negatively and positively correlated to, respectively, sea-ice cover and sea-water temperature from September to November and from February to March, suggesting that regional warming favoured more primary production during spring and fall. On the contrary, the early retreat of sea-ice in spring, in coincidence with the spring ozone layer breakdown, led to an increase in photoinhibition (with an average of 11.6 ± 2.8 % of the daily primary production being photoinhibited). Therefore, regional climatic changes in the WAP had both a positive and a negative impact on primary production.The microbial community variability was also described in the Melchior Archipelago (in the WAP) from fall to spring 2006. Because of the extreme environmental conditions, the microbial community abundance and biomass were low in fall and winter and the community was dominated by small cells (< 2 µm), hence by a microbial food-web. Indeed, phytoplanktonic biomass was low during fall and winter (with respective chlorophyll a concentration, Chl-a, of 0.3 and 0.13 µg l-1). Phytoplankton biomass increased in spring (with a maximum Chl-a of 1.13 µg l-1) but, despite favourable growth conditions, phytoplankton was still dominated by small cells (2-20 µm), hence by a microbial or multivorous food-web. In addition, the early retreat of sea-ice in the spring 2006 exposed the WAP waters to strong ultraviolet B radiations (UVBR, 280-320 nm) that had a negative impact on the microbial community in surface waters.Finally, the relationship between air-sea CO2 and O2 exchanges in the WAP with the phytoplankton community biomass and composition and with the microbial community primary production and respiration was described. A positive relationship existed between Chl-a and the proportion of diatoms in the phytoplankton community. In addition, a negative relationship existed between Chl-a and ΔpCO2. The net community production (NCP) was mainly controlled by primary production and was negatively and positively related to ΔpCO2 and the %O2 saturation, respectively, suggesting that primary production was the main driver of air-sea CO2 and O2 gas exchanges in the WAP. In addition, the average ΔpCO2 for the summers and falls 2002 to 2004 was -20.04 ± 44.3 µatm, leading to a potential CO2 sink during this period in the WAP. The southern WAP was a potential CO2 sink (-43.60 ± 39.06 µatm) during fall while the northern part of the Peninsula was mainly a potential CO2 source during summer and fall (-4.96 ± 37.6 and 21.71 ± 22.39 µatm, respectively). The higher Chl-a concentrations measured in the southern WAP may explain this spatial distribution.

Antarctic ice shelves control the ice flux from the continent to the ocean. As such, they play a major role in the stability of the ice sheet and its potential contribution to sea level rise, especially in the context of global change. Below some of these ice shelves, marine ice can be found which is a product of the Deep Thermohaline Circulation. Due to its specific genetic process, marine ice has intrinsic physical (grain size, ice fabric, bubble content, ) and chemical (impurities, water stable isotopes) properties, that differ from those of 'meteoric ice' formed on the continent through snow metamorphism or 'sea ice' resulting from sea water freezing at the ocean-atmosphere surface. Until now however, the effect of these specific properties on marine ice rheology is still very poorly understood.<p><p>The principal objective being to include realistic mechanical parameters for marine ice in ice shelf flow models, uniaxial compression experiments have been performed on various types of marine ice samples. Technical developments are an important component of this thesis has they were necessary to equip the laboratory with the appropriate tools (pneumatic rig, automatic ice fabric data handling).<p><p>Results from experimental compression on isotropic marine ice show that it represents the higher boundary for meteoric ice viscosity throughout the whole temperature range, thereby validating Cuffey and Paterson's relationship with an enhancement factor equals to 1.<p><p>Marine ice is however often quite anisotropic, showing elongated crystals and wide single maximum fabric, that should impact its mechanical properties. Experiments on pre-oriented marine ice samples have therefore been carried out combining the study of epsilon_{oct} vs. tau_{oct} with a thorough analysis of microstructural data 'before' and 'after' the experiment. <p><p>Depending on the orientation of the sample in the applied stress field and on the intensity of the latter, anisotropic marine ice can be harder or softer than its isotropic counterpart, with n=4 often observed in Glen's flow law. Associating the experimental geometrical settings to potential natural equivalent, results suggest that anisotropic marine ice would strengthen ice shelf flow in most areas (for a same given temperature), apart from suturing areas between individual ice streams as they merge to form the ice shelf, where it could become weaker than meteoric ice in certain circumstances.<p><p>Finally, preliminary sensitivity studies, using a simple ice shelf model with our experimental parameters of Glen's flow law have allowed us to discuss the potential impact of rift location, rift size and thermal regime in the ice shelf behavior. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished