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.

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Quantifier les variations de température océanique du passé est nécessaire pour comprendre les mécanismes qui régissent l’évolution climatique. Les méthodes de paléo-thermométrie classiques peuvent souffrir de limitation inhérente à l’écologie des organismes et/ou à cause de l’influence d'effets physico-chimiques (salinité, acidité de l’eau de mer…). Ce travail se focalise sur la technique de paléothermométrie Δ47, qui repose sur la mesure du « clumping isotopique » dans les carbonates. Il vise d’abord à établir une calibration appliquée aux foraminifères et ensuite à mettre en œuvre cette calibration pour l’étude des variations climatiques au cours de la transition du Pléistocène moyen (MPT). Notre calibration Δ47-température des foraminifères planctoniques et benthiques, prélevés dans des sédiments modernes, couvre une gamme de température de -2 à 25°C. Les valeurs de Δ47 sur 9 espèces de foraminifères présentent une excellente corrélation avec la température de calcification des organismes, estimée à partir des mesures isotopiques de l’oxygène. Les résultats obtenus confirment l’absence d’effets liés à l’écologie des foraminifères (effets vitaux et de taille des organismes) et démontrent que la salinité n’affecte pas les mesures de Δ47. Cette étude constitue une avancée méthodologique importante pour les futures études paléocéanographiques sur les foraminifères. La MPT correspond à une transition climatique marquée par un changement de fréquence des cycles glaciaires-interglaciaires (de 41 000 à 100 000 ans). La compréhension de cette période est un enjeu scientifique majeur pour appréhender la mise en place du climat actuel. Notre calibration Δ47-température a permis de quantifier les variations de températures au cours de la MPT en mer méditerranée (Section de Montalbano Jonico, sud de l’Italie) et particulièrement des stades isotopiques marins 31 et 19, considérés comme des analogues à l’Holocène. Les résultats indiquent que (i) les températures (Δ47) obtenues sont en adéquation avec les températures obtenues par d’autres paléothermomètres, (2) les températures permettent de retracer les changements de régime océanographique et hydrologique, et (3) la mesure du Δ47 est complément prometteur pour les études multi-méthodes en paléocéanographie. / The quantification of past oceanic temperature changes is a critical requirement for understanding the mechanisms which regulate climate variations. Classical methods of paleothermometry could suffer from well-known limitations related to ecology and/or to physico-chemical biases (sea water salinity, acidity…). This work focuses on clumped-isotope carbonate thermometry (Δ47). It aims to establish a calibration of Δ47 foraminifera and use it to study past climatic variations through the Mid-Pleistocene Transition (MPT). Our Δ47 calibration in planktonic and benthic foraminifera collected from modern marine sediment covers a temperature range of -2 to 25 °C. The clumped-isotope compositions of 9 species of foraminifera show a robust correlation with the calcification temperature, estimated from the measurements of oxygen-18. These results confirm the absence of bias linked to foraminifer ecology (species-specific and foraminifer size effects) and provide evidence that salinity does not affect the Δ47 thermometer. This study constitutes significant methodological progress for future paleoceanographic applications in foraminifera.The MPT is a climatic transition characterized by a shift in the frequencies of glacial-interglacial cycles (from 41 000 to 100 000 years). Understanding the MPT is a major scientific objective, which underlies our effort to study the establishment of our present climate. Our Δ47 calibration was used to quantify temperature changes through the MPT in the Mediterranea Sea (Montalbano Jonico section, south of Italy), and in particular the marine isotopic stages 31 and 19, which may be described as Holocene analogues. We find that (1) Δ47 temperatures are in good agreement with temperatures reconstructed from other paleothermometers, (2) these results allow reconstructing changes in past oceanographic and hydrologic regime, and (3) Δ47 measurement are a promising component of multi-proxy paleoceanographic studies.

La réduction du volume des glaciers et la fusion printanière plus précoce de la neige causée par le réchauffement climatique provoquent des variations du cycle hydrologique à la fois pour les têtes de bassin versant, mais aussi pour les zones situées plus à l’aval. Afin de prédire correctement l’amplitude des changements possibles futurs et d’envisager une gestion adaptée, une bonne connaissance de l’interaction entre les glaciers, le climat et les écoulements hydriques est nécessaire. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’effet de la variabilité climatique sur le fonctionnement hydro-glaciologique et ses conséquences sur la disponibilité de l’eau du bassin versant de l’Arve (Alpes françaises) depuis 1960. Ce bassin s’étend sur une surface de 1958 km2 et est composé de cinq bassins versants emboités (Arveyron d’Argentière, Arveyron de la Mer de Glace, Arve au Pont des Favrands, à Sallanches and au Bout du Monde), tous influencés par la fusion glaciaire et nivale mais dans différentes proportions étant donnée la large gamme d’extension de couverture glaciaire s’étalant de 5 á 53%. Ce travail est basé sur des longs jeux de données glaciologiques, météorologiques, hydrologiques et de couverture de neige qui sont issues soit de mesures ponctuelles dans l’espace soit de données obtenues par télédétection.L’analyse des tendances a été réalisée sur des données hydrologiques et météorologiques des cinq bassins versants emboités. Pour cela, le cycle saisonnier du débit est ajusté en utilisant une fonction mathématique de type “modèle à pic asymétrique”. Les changements observés des débits ont été reliés aux variables météorologiques ainsi que à l’évolution de la couverture glaciaire. Les résultats indiquent un comportement contrasté entre les bassins versants selon les taux d’englacements, avec une tendance croissante des valeurs de débit dans les bassins versants fortement englacés (couverture de glacier >30%) et une décroissante pour les moins englacés. La sensibilité du cycle hydrologique au changement climatique futur a été évaluée. Pour le milieu du 21e siècle, on prévoit que le volume annuel écoulé serait réduit de 16% pour l’Arveyron d’Argentière et de 31% pour l’Arveyron de la Mer de Glace. Pour la période estivale, la quantification détaillée de chaque terme de l’équation du bilan hydrologique, ainsi que leurs incertitudes, sur les bassins versants de l’Arveyron d’Argentière et de l’Arveyron de la Mer de Glace-Leschaux a permis de souligner l’importance des transferts d’eau souterraine pour représenter et prédire le comportement hydro-glaciologique d’un bassin versant donné. Deux model d’écoulement distribués de type degré-jour couples à un modèle de routage hydrologique à réservoir linéaire ont était utilisé sur le bassin versant de l’Arveyron d’Argentière sur la période 1960–2009. La calibration est effectuée autant sur la base des données de débit qu’avec une approche multicritère avec les données de débit, de couverture neigeuse et du bilan de masse annuel, à pas de temps journalier. Les résultats montrent l’aptitude d’utiliser un modèle classique degré-jour pour simuler le comportement hydro-glaciologique et la production d’eau sous-glaciaire d’un bassin versant fortement glaciaire. Pour la période 1960–2004, une valeur de Kling Gupta Efficiency de 0.85 entre le débit simulé et observe à était obtenu. La calibration multicritère semble réduire les incertitudes des simulations. / Glacier recession and the anticipation of spring snow melt driven by a warming climate could lead to changes in the hydrological cycle affecting not only the headwater catchments but also the areas downstream. In order to correctly predict the magnitude of future possible changes and to consider appropriate strategies of water management, a good understanding of the interaction between glaciers, climate and hydrology is needed. The aim of this study is to assess the effect of climate variability on the hydro-glaciological behaviour and its consequence on water availability in the Arve River catchment (French Alps) since 1960. It covers 1958 km2 and is composed by five nested catchments (Arveyron d’Argentière, Arveyron de la Mer de Glace, Arve at Pont des Favrands, Arve at Sallanches and Arve at Bout du Monde), all influenced by glacier and snow melt but characterized by various percentages of glacier cover ranging from 5 to 53%. This research is based on a long dataset of in situ or remote sensing glaciological, meteorological, hydrological and snow cover area data.Trend analyses are performed on the hydrological and meteorological data at all the considered sites. The seasonal cycle of each catchment is fitted using a mathematical function, namely the asymmetric peak model, and changes in the discharge are related to observed changes in the meteorological variables and the glaciers’ evolution. Results point out a contrasting behaviour among the catchments characterized by different glacier covers, showing an increasing trend on the discharge values in highly glacierized catchments (with a glacier cover >30%) and a decrease in the low glacierized ones. The sensitivity of the seasonal cycle to the future climate is evaluated. In the mid-21st century the annual runoff would be reduced by 16% for Arveyron d’Argentière and 31% for Arveyron de la Mer de Glace. Over the summer season, a detailed quantification of each term of the hydrological balance equation, as well as their uncertainties, on the Argentière and Mer de Glace-Leschaux drainage basins allows to underline the importance of considering the groundwater transfers to represent and predict the hydro-glaciological behaviour of a considered catchment. Two different distributed temperature index melt models coupled with a linear reservoir discharge model are used on the Arveron d’Argentière catchment over the 1960–2009 period. The calibration is carried out against discharge only and with a multi- criteria approach considering the discharge, the snow cover area and the glacier-wide annual mass balance values at daily time step. Results demonstrate the suitability of the use of a classical degree day model in simulating the hydro-glaciological behaviour and the subglacial water production of a highly glacierized catchment. A KGE of 0.85 is obtained between the observed and simulate discharge values over the 1960–2004 period. The use of a multi-criteria approach seems to reduce the simulation uncertainties.

Il est habituellement supposé que les dépôts d'argile marine postglaciaires du Québec sont généralement intacts sous une croûte fracturée (3 à 5 m de profondeur). Cependant, les données de 210 piézomètres ont démontré des variations grandes et rapides des charges hydrauliques à de grandes profondeurs, et un synchronisme entre les piézomètres dans le même nid. Ces comportements ne sont pas compatibles avec les propriétés hydrauliques des argiles intactes, mais sont plutôt les indicateurs de la présence de fractures profondes hydrauliquement actives. Afin de tester l'hypothèse de la présence de fractures, trois indicateurs ont été analysés dans tous les piézomètres du réseau de surveillance du MTQ : 1) une grande variation de la charge hydraulique, 2) une forte corrélation et 3) de faibles décalages temporels. En outre, l'impact potentiel de ces fractures sur l'écoulement des eaux souterraines et la stabilité des pentes est exploré. Pour ce faire, les données de terrain sont comparées à des modèles transitoires et permanents qui présentent et non des fractures. Deux géométries de pente et différents scénarios de fractures ont été considérés. Par la suite, les résultats de la modélisation hydrogéologique ont été importés dans un modèle de stabilité des pentes pour définir l'impact des changements de charge hydraulique causés par les fractures sur la stabilité des pentes. L'analyse des données mettent en évidence des fractures hydrauliquement actives jusqu'à 17 m de profondeur. Les résultats de la simulation démontrent quant à eux que les scénarios avec des fractures représentent mieux les données de terrain. Les fractures augmentent la charge hydraulique quand l'eau pénètre dans les sols à travers les fractures et se diffuse ensuite dans la matrice du sol. De plus, la charge hydraulique est réduite quand l'eau s'écoule à travers les fractures dans la face de la pente. D'un point de vue hydrogéologique, les fractures peuvent par conséquent améliorer ou réduire la stabilité des pentes dépendant du système d'écoulement. Notons que l'impact mécanique des fractures n'a pas été pris en compte. / To date it is usually assumed that post-glacial marine clay deposits of Quebec are generally intact below a fractured crust (3 to 5 m depth). However, data from 210 piezometers have shown large and rapid variations in hydraulic heads at great depths, and synchronism between the piezometers at different depths in the same nest. This behavior is not compatible with the hydraulic properties of intact clays, but rather are signs of the presence of deep hydraulically active fractures. To test the hypothesis of presence of fractures, three signs of hydraulically active fractures were analysed in all piezometers nest of the MTQ monitoring network: 1) large variation in the hydraulic head, 2) high correlation and 3) small time lags. In addition, the potential impact of these fractures on groundwater flow dynamics and slope stability are explored by comparing field data with transient and steady-state groundwater models with and without fractures. Two slope geometries that exhibit contrasting groundwater flows and different fracture scenarios were considered. Then, results of the hydrogeological modelling were imported into a slope stability model to delineate the impact of the hydraulic head changes due to the fractures on slope stability. Analysis of the MTQ monitoring network data shows evidence of hydraulically active fractures below the crust up to 17 m depth. The simulation results show that the scenarios with fractures better represent the field data. Fractures increase the hydraulic head when water enters the soils through the fractures which then dissipates by hydraulic diffusion into the soil matrix, and is reduced when water flows out through the fractures at the slope face. Therefore, depending on the groundwater flow system, from a hydrogeological perspective, fractures could improve or reduce the slope stability. It should be noted that the mechanical impact of the fractures are not considered.

Il est habituellement supposé que les dépôts d'argile marine postglaciaires du Québec sont généralement intacts sous une croûte fracturée (3 à 5 m de profondeur). Cependant, les données de 210 piézomètres ont démontré des variations grandes et rapides des charges hydrauliques à de grandes profondeurs, et un synchronisme entre les piézomètres dans le même nid. Ces comportements ne sont pas compatibles avec les propriétés hydrauliques des argiles intactes, mais sont plutôt les indicateurs de la présence de fractures profondes hydrauliquement actives. Afin de tester l'hypothèse de la présence de fractures, trois indicateurs ont été analysés dans tous les piézomètres du réseau de surveillance du MTQ : 1) une grande variation de la charge hydraulique, 2) une forte corrélation et 3) de faibles décalages temporels. En outre, l'impact potentiel de ces fractures sur l'écoulement des eaux souterraines et la stabilité des pentes est exploré. Pour ce faire, les données de terrain sont comparées à des modèles transitoires et permanents qui présentent et non des fractures. Deux géométries de pente et différents scénarios de fractures ont été considérés. Par la suite, les résultats de la modélisation hydrogéologique ont été importés dans un modèle de stabilité des pentes pour définir l'impact des changements de charge hydraulique causés par les fractures sur la stabilité des pentes. L'analyse des données mettent en évidence des fractures hydrauliquement actives jusqu'à 17 m de profondeur. Les résultats de la simulation démontrent quant à eux que les scénarios avec des fractures représentent mieux les données de terrain. Les fractures augmentent la charge hydraulique quand l'eau pénètre dans les sols à travers les fractures et se diffuse ensuite dans la matrice du sol. De plus, la charge hydraulique est réduite quand l'eau s'écoule à travers les fractures dans la face de la pente. D'un point de vue hydrogéologique, les fractures peuvent par conséquent améliorer ou réduire la stabilité des pentes dépendant du système d'écoulement. Notons que l'impact mécanique des fractures n'a pas été pris en compte. / To date it is usually assumed that post-glacial marine clay deposits of Quebec are generally intact below a fractured crust (3 to 5 m depth). However, data from 210 piezometers have shown large and rapid variations in hydraulic heads at great depths, and synchronism between the piezometers at different depths in the same nest. This behavior is not compatible with the hydraulic properties of intact clays, but rather are signs of the presence of deep hydraulically active fractures. To test the hypothesis of presence of fractures, three signs of hydraulically active fractures were analysed in all piezometers nest of the MTQ monitoring network: 1) large variation in the hydraulic head, 2) high correlation and 3) small time lags. In addition, the potential impact of these fractures on groundwater flow dynamics and slope stability are explored by comparing field data with transient and steady-state groundwater models with and without fractures. Two slope geometries that exhibit contrasting groundwater flows and different fracture scenarios were considered. Then, results of the hydrogeological modelling were imported into a slope stability model to delineate the impact of the hydraulic head changes due to the fractures on slope stability. Analysis of the MTQ monitoring network data shows evidence of hydraulically active fractures below the crust up to 17 m depth. The simulation results show that the scenarios with fractures better represent the field data. Fractures increase the hydraulic head when water enters the soils through the fractures which then dissipates by hydraulic diffusion into the soil matrix, and is reduced when water flows out through the fractures at the slope face. Therefore, depending on the groundwater flow system, from a hydrogeological perspective, fractures could improve or reduce the slope stability. It should be noted that the mechanical impact of the fractures are not considered.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La présente thèse porte sur la reconstitution de la déglaciation de la partie sud du haut bassin de la rivière Saint-François et, de façon générale, sur les problèmes de reconstitution du dernier retrait glaciaire dans les Appalaches du Sud du Québec et du Nord de la Nouvelle-Angleterre. Malgré les études déjà effectuées dans cette région depuis plus d'un siècle, le déroulement da dernier retrait glaciaire y demeure encore problématique. En effet, la revue de la littérature montre qu'au moins trois principaux modèles y furent déjà proposés pour expliquer la déglaciation de cette région : (1) le modèle de retrait de l'Inlandsis laurentidien, (2) le modèle de retrait d'une glace laurentidienne ainsi que d'un ou de plusieurs glaciers appalachiens autonomes et (3) le modèle de retrait d'une ou de plusieurs calottes résiduelles détachées de l'Inlandsis laurentidien. Ces différents modèles divergent principalement quant à la provenance, à la taille ainsi qu'à la dynamique du ou des glaciers en cause. Ils furent élaborés à partir d'un faible nombre d'indices relevés dans la région, essentiellement des indices d'écoulement glaciaire, tels que l'orientation de nervures et de striures glaciaires ainsi que la répartition d'indicateurs lithologiques. Or, ces indices ont également enregistré des événements glaciaires plus anciens, puisqu'ils ont déjà permis de retracer une séquence contenant jusqu'à sept phases d'écoulement glaciaire pour la fin du Quaternaire, dans les Appalaches du Sud du Québec. Au contraire, dans cette thèse, nous utilisons une approche basée sur une interprétation du mode de mise en place de modelés tardiglaciaires relevés dans une région stratégique, plutôt que sur le seul sens des derniers écoulements glaciaires. Bien qu'ils aient été moins utilisés dans l'élaboration des différents modèles de déglaciation déjà proposés, les formes et les dépôts tardiglaciaires sont aussi des indices du dernier retrait glaciaire. Une reconstitution de leur environnement de mise en place devrait donc nous permettre de reconstituer des éléments principaux servant à élaborer un modèle de déglaciation, à savoir : (1) les lacs tardiglaciaircs et le drainage des eaux de fonte, (2) les principales positions bordières et (3) le sens des derniers mouvements glaciaires. Or, les modèles de retrait antérieurs ne rendent pas compte de l'existence possible de lacs proglaciaires dont la reconstitution n'a pas encore été faite, sauf seulement pour les niveaux les plus marqués dans le paysage, et ce malgré l'important modelé glaciolacustre qui est relevé dans la région. Un des éléments majeurs de cette thèse est justement la reconstitution des nombreux lacs proglaciaires et résiduels, y compris ceux ayant une faible dimension. L'évolution des niveaux glaciolacustres qui leur sont associés sert ensuite de repère chronologique pour délimiter les principales positions bordières qui sont établies à partir non seulement des moraines de retrait, mais aussi de toutes les formes juxtaglaciaires où la position de la glace peut être définie. Finalement, les derniers mouvements glaciaires ont été déterminés à partir de plusieurs indices d'écoulement glaciaire, mais ils ont ensuite été validés avec des indicés donnant le sens du retrait glaciaire. Une fois reconstitués les lacs tardiglaciaires, délimitées les principales positions bordières et déterminés les derniers mouvements glaciaires, il est ensuite possible d'établir une séquence chronologique des principales étapes de la déglaciation de la région étudiée, avant d'élaborer un modèle de déglaciation pour la région étudiée. Celui-ci repose sur le retrait d'un inlandsis laurentidien dont la glace aurait continué d'être active, même lorsque la bordure glaciaire reculait. Toutefois, en se retirant, cet inlandsis aurait également abandonné de petits culots glaciaires résiduels au cours de l'émergence de limites d'interfluve, comme les montagnes Frontalières. Nous avons aussi pu établir que la bordure de l'Inlandsis avait un tracé assez rectiligne, sauf dans les zones où le relief possède un fort dénivelé, et qu'elle s'est retirée principalement vers le nord-ouest. Ce retrait effectué dans le sens de la pente régionale serait aussi responsable de l'endiguement des eaux de fonte dans les vallées et de leur évacuation vers le sud puis le sud-ouest, en direction du Nord de la Nouvelle-Angleterre. Le modèle de déglaciation élaboré dans cette thèse est enfin comparé avec les autres modèles les plus récents issus de la littérature. C'est le modèle de retrait d'un inlandsis laurentidien qui s'accorde le plus avec nos conclusions, malgré qu'il ne tient toutefois pas compte des traces de stagnation glaciaire observées sur l'adret des interfluves. Par contre, les autres modèles évalués, dont le plus récent basé sur le retrait de vastes calottes résiduelles séparées d'un inlandsis laurentidien, n'expliquent pas le déroulement du dernier retrait glaciaire dans la région étudiée, en particulier le recul d'une grande masse glaciaire unique vers le nord-ouest, l'écoulement tardiglaciaire vers le sud-est, le tracé plutôt rectiligne des positions bordières, l'existence et révolution des paléolacs proglaciaires ainsi que le drainage des eaux de fonte vers la Nouvelle-Angleterre. D'ailleurs, ce sens du drainage proglaciaire implique également l'absence d'une importante masse glaciaire, qu'elle soit résiduelle ou bien autonome, qui serait centrée dans le Nord de la Nouvelle-Angleterre, juste au sud de la région étudiée.

Le but de cette étude est de retracer l’évolution de l’hydrologie dans la partie occidentale de l’Océan Pacifique subtropical en utilisant le proxy εNd analysé sur les foraminifères et sur les oxydes de ferromanganèse authigéniques dans les sédiments. Ceux-ci proviennent de carottes sédimentaires prélevées au nord de la Mer de Chine du Sud (MCS). Avant d’utiliser l’εNd dans les sédiments profonds de la MCS, 16 profils d’eau de mer, collectés au nord de la MCS et dans le Mer des Philippines, ont été analysés afin d’établir la distribution d’εNd des masses d’eau dans l’ouest du Pacifique tropical et dans la MCS, qui jusqu’à aujourd’hui n’était pas documentée. Les valeurs d’εNd des masses d’eau profondes et intermédiaires varient de -2,7 à -4,4 et augmentent légèrement avec la profondeur. Dans la mer des Philippines, les valeurs d’εNd de l’eau intermédiaire du Pacifique Nord (North Pacific Intermediate Water, NPIW) atteint -2.7±0.4 à moyenne profondeur (500 à 1400m). En-dessous de de 1800m, l’eau profonde Pacifique (Pacific Deep Water, PDW) est caractérisée par du Nd moins radiogénique (-4.1±0.5), indiquant l’intrusion de masses d’eau australes. Pour la plupart des stations du nord de la MCS, les masses d’eau en-dessous de 1500m (PDW) affichent des valeurs d’εNd homogènes (~ -4.1), similaires à celles de la PDW dans la Mer des Philippines. Les valeurs d'εNd pour l'eau intermédiaire de la mer de Chine du Sud (South China Sea Intermediate Water, SCSIW, 500-1500m) varient entre -3.0 et -3.9 dû au mélange vertical de la NPIW avec la PDW. Les valeurs d'εNd de l'eau de mer dans la MCS (-5.3 à -7.0) affichent des modifications locales dans des zones où l'eau s'écoule au-dessus de systèmes de dépôt sédimentaire. Ceci implique que "l'échange à la marge" avec des sédiments non radiogéniques (autour de -11) peut se produire dans le temps et dans l'espace sans modifier la composition isotopique du Nd de la PDW dans le Nord de la MCS. Dans un second temps, l’εNd extrait des foraminifères planctoniques G. ruber a été étudié sur la carotte MD05-2904, collectée à 2000m de profondeur sur la marge nord-ouest de la MCS. Cette étude a été conduite dans le but de retracer les variations hydrologiques depuis le Dernier Maximum Glaciaire (DMG) dans la partie occidentale du Pacifique Nord subtropical. Les enregistrements d'εNd ainsi obtenus couvrent les derniers 25 000 ans. Ils affichent une large gamme de valeurs de -4±0.2 à -6.7±0.3, suggérant d'importants changements dans la contribution de la NPDW (εNd=-4) et de la UCDW (Upper circumpolar Deep Water, εNd -6 to -8) dans la zone étudiée. Durant la déglaciation, les enregistrements d'εNd indiquent une diminution des excursions négatives de l'εNd impliquant une plus forte proportion de SSW (Southern-sourced Water) entre 17 et 15 ka BP ainsi qu'entre 10 et 8 ka BP. Ces intervalles de temps sont contemporains de l’évènement Heinrich 1 (HS1) et de l’Holocène inférieur. Les shifts négatifs centrés sur le HS1 coïncident avec un phénomène d'upwelling renforcé dans l'océan austral, associé à un déplacement vers le pôle des vents d'ouest. Ceci implique une augmentation de la formation de la SSW qui se propage dans l'Ouest du Pacifique subtropical. L'excursion négative de l'εNd durant l’Holocène inferieur (~10-8 cal ka BP) indique une plus grande proportion de SSW qui pourrait être associée avec une plus forte production de SSW, comme observé récemment dans l'atlantique Sud, et/ou avec une possible réduction de la NPIW. Nos données suggèrent que le schéma de circulation actuel dans la partie occidental du Pacifique subtropical s'est mis en place il y a 4600 ans. / The aim of this study is to reconstruct the evolution of the hydrology of the western subtropical North Pacific Ocean by using εNd proxy analysed on foraminifera and dispersed authigenic ferromanganese oxide precipitates in sediments from deep-sea cores collected in the northern SCS. Before using the εNd proxy on deep sea sediments of the SCS, Nd of 16 seawater profiles collected in the northern South China Sea (SCS) and the Philippine Sea were investigated to establish the εNd distribution of water masses along the tropical western Pacific and the SCS that, until now have not been documented. εNd values for mid- and deep-water masses of the Philippine Sea and the SCS range from -2.7 to -4.4 and generally increase slightly with water depth. In the Philippine Sea, εNd values for the North Pacific Intermediate Water (NPIW) reach- 2.7±0.4 at mid-depths (500 to 1400 m). Below ~1800 m, the Pacific Deep Water (PDW) is characterized by less radiogenic Nd (-4.1±0.5) indicating the instrusion of southern sourced water masses. For most of the stations in the Northern SCS, water masses below 1500m (PDW) display homogenous εNd values (~ -4.1) similar to those of the PDW in the Philippine Sea. εNd values for the South China Sea Intermediate Water (SCSIW, 500-1500m) vary from -3.0 to -3.9 as a result of the vertical mixing of the NPIW with the PDW in the SCS. Seawater εNd values for the SCS (~5.3 to -7.0) display local modification in areas where the water lies above sediment drift deposit systems. This implies that “boundary exchange” with unradiogenic sediments (around~11) may occur temporally and spatially and does not modify he Nd isotopic composition of the PDW in the Northern SCS. In a second step, seawater εNd extracted from cleaned planktonic foraminifera G. ruber has been investigated on core MD05-2904, collected at a deph of 2000m on the north-western margin of the SCS. This study was undertaken in order to reconstruct hydrological variations since the LGM in the western subtropical North Pacific. The εNd records obtained from foraminifera spanning the past 25kyr. Display a wide range of values, ranging from -4±0.2 to -6.7±0.3, suggesting important changes in the contribution of the NPDW (εNd=-4) and the UCDW (εNd -6 to -8) in the subtropical western Pacific. During the period of deglaciation, εNd records indicate a relative decrease in the negative excursions of the εNd implying a higher proportion of SSW during the time intervals 17-15 cal kyr BP and 10-8 cal kyr BP; these intervals are coeval with the HS1 and early Holocene. The negative shifts centered on the HS1coincide with an enhanced upwelling in the Southern Ocean, associated with a polewards shift of the southern westerlies, inducing an enhanced formation of the SSW that propagates to the subtropical western Pacific. The negative excursion of the εNd during the Early Holocene (~10-8 cal kyr BP) indicates a higher relative proportion of SSW that could be associate with higher production of the SSW, as has been recently observed in the South Atlantic, and/or with a possible reduction of the NPIW. Our data suggest that the present modern circulation pattern in the western subtropical Pacific Ocean was fully established after 4.6 cal kyr BP.

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire.

Les séismes sont à l'origine d'évènements sédimentaires gravitaires (turbidites) dont l'étude permet de reconstituer l'histoire mal connue de la paléosismicité des marges continentales. L'analyse d'une série de carottes de sédiments, collectées stratégiquement dans trois systèmes turbiditiques de la marge en subduction Hikurangi de Nouvelle-Zélande, permet d'établir les caractéristiques, les facteurs de contrôle et les mécanismes déclencheurs de la sédimentation gravitaire des derniers 18,000 ans. La succession sédimentaire comprend quatre lithofaciès et modes de dépôt : hémipélagite (sédimentation marine), turbidites (courants de turbidité), débrites (débris flows) et tephra (retombée de cendres volcaniques), dont l'organisation générale dépend de la morphologie de la marge et des fluctuations glacio-eustatiques. Les crues, les éruptions volcaniques et les " slope failures " sont les trois mécanismes déclencheurs des turbidites. Plus de 90% sont déclenchées par des " slope failures " en haut de pente (150 - 1,200 m) à la suite de séismes. L'adaptation d'un modèle empirique de stabilité de pente suggère que ces turbidites représentent l'enregistrement sédimentaire des ruptures répétées de trois failles actives, dont l'interplaque, et correspondent à des séismes de Mw≥7.3 avec un temps de retour de 150±50 ans. Parmi ces turbidites co-sismiques, 20 montrent une synchronicité de déclenchement sur l'ensemble de la marge et un volume important. Elles correspondent à des ruptures de la zone interplaque de Mw 7.5 - 8.4, dont les temps de retour montrent une phénomène de clustering où alternent les périodes actives à faible temps de retour (305 - 610 ans), et les périodes de quiescence à temps de retour élevé (1480 - 2650 ans). Ce calendrier paléosismique intégré aux modélisations en cours devrait permettre de mieux appréhender l'aléa sismique et les risques pour la population.