Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0.38 molN.m-2.yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique, ...) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0.01 à 0.24 molN.m-2.yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2.2 108 molN.yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5.5 108 molN.yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1.2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

Cette thèse a pour objectif l'étude des modes de connexions climatiques entre les basses et les hautes latitudes associés à la variabilité climatique rapide de la dernière période glaciaire. Elle est basée sur l'analyse géochimique de deux carottes de sédiments marins prélevées dans le Pacifique Est tropical. Les salinités des eaux de surface du Pacifique Est-équatorial sont estimées par des mesures du δ18O des foraminifères planctoniques couplées à des paléothermomètres. Les variations de salinités régionales répondent à la migration latitudinale des zones de convection atmosphérique, permettant de tracer les transferts interocéaniques de vapeur d'eau via l'atmosphère depuis l'Atlantique vers le Pacifique. Les isotopes stables mesurés sur les foraminifères benthiques couplés à des mesures de géochimie organique ont permis d'interpréter ces enregistrements en termes de circulation océanique des eaux intermédiaires, et d'en déduire des modes de ventilation océanique dans le Pacifique.

Le développement de nouveaux capteurs pour améliorer notre compréhension des cycles biogéochimiques dans l'océan représente un immense défi. L'électrochimie offre des méthodes de détection sans ajout de réactifs, avec un temps de réponse court, une faible consommation énergie, la possibilité de miniaturisation et donc d'augmenter significativement nos capacités d'observation de l'océan. Cette étude se concentre sur le phosphate et l'oxygène dissous, deux composés principaux au sein des écosystèmes marins. Une amélioration du capteur STOX pour la mesure des faibles concentrations d'oxygène a été obtenue. Celle-ci repose sur un changement dans la construction du capteur et les résultats préliminaires ont montré une sensibilité plus élevée et un temps de réponse plus rapide. Une nouvelle méthode électrochimique pour la détection des phosphates a été développée. Le procédé est basé sur l'oxydation du molybdène dans l'eau de mer pour former le complexe phosphomolybdique, électrochimiquement détectable sur l'or par ampérométrie ou voltammétrie. Grâce au développement d'une cellule électrochimique adaptée, utilisant la technologie membranaire, la méthode ne nécessite pas d'ajout de réactif liquide et s'affranchit de l'interférence des silicates. La méthode a été testée pendant la campagne en mer Pelagico 1011 à 1012-BIC OLAYA au large du Pérou en 2010. Une analyse des masses d'eaux au large du Pérou a été réalisée grâce aux données recueillies au cours de cette campagne