Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer l'apport des données altimétriques satellitaires sur le contrôle des circulations océaniques dans l'océan Atlantique Tropical par assimilation de données.<br />Une méthode d'Expériences de Simulations de Systèmes d'Observations (OSSE) a été appliquée en expériences jumelles avec le modèle de circulation océanique NEMO dans une configuration emboîtée d'une résolution spatiale de 0.25°.<br />Ces expériences ont été réalisées, de manière distinctes, pour deux phénomènes marquants de l'Atlantique Tropical : les ondes tropicales d'instabilités (TIW) et les tourbillons associés au courant du Brésil (NBC).<br />Nous avons testé différents systèmes satellitaires, comprenant des satellites existants (JASON-1, JASON-2, ou ENVISAT ...), des satellites programmés (SARAL) ou encore en projet tels que SWOT.<br />Pour ces derniers, différentes options d'orbites ont été envisagées.<br />Les principaux résultats obtenus ont montré que si un seul satellite est suffisant pour contrôler la propagation des TIW et des tourbillons du NBC, un système multi-satellitaire est nécessaire pour corriger avec précision leur structure verticale.<br />Certaines orbites se sont révélées plus favorables que d'autres pour corriger l'un des deux phénomènes, et l'existence de critères d'échantillonnage spécifiques (cycle de répétitivité, sous-cycles) est apparue comme déterminante.<br />Enfin, les apports de l'atimétrie à large fauchée (qui devrait être opérationnelle dans quelques années) ont été mis clairement en évidence.

Devant le problème du réchauffement planétaire, il est indispensable d'approfondir notre compréhension des mécanismes et des rétroactions qui régulent le climat pour pouvoir prédire les conséquences de tels changements. L'étude des climats passés permet de mettre en évidence la façon dont les événements climatiques s'enchaînent. En particulier, étudier des périodes plus chaudes que l'actuelle permet de mieux comprendre ce vers quoi nous semblons nous diriger. C'est dans cette optique que de nombreuses recherches sont menées sur l'évolution du climat au cours de la présente période interglaciaire, l'Holocène. Notamment, bon nombre de ces études portent sur le milieu océanique, celui-ci étant responsable d'une grande partie des transferts de chaleur à la surface terrestre. De plus, parmi les régions de l'océan susceptibles de réagir fortement à des changements climatiques, l'Atlantique Nord occupe une place de choix. En effet, cette région est actuellement caractérisée par un équilibre entre les apports d'eaux chaudes vers le Pôle Nord via les courants dérivés du Gulf Stream, et les flux d'eaux polaires transportées vers le sud par le courant du Labrador et le courant de l'Est du Groenland. Une modification de l'une des composantes de la circulation actuelle aura donc des conséquences sur l'équilibre de l'ensemble de la région, qui est ainsi particulièrement sensible aux changements hydrographiques et/ou climatiques. En outre, l'Atlantique Nord joue un rôle essentiel dans la circulation thermohaline et la formation d'eau profonde. Des modifications des flux d'eaux atlantiques vers le nord pourraient également avoir des conséquences significatives sur la circulation océanique de surface et profonde à l'échelle du globe. Cette thèse a pour objectif général de mieux comprendre l'évolution de l'hydrographie de surface de l'Atlantique Nord au cours de l'Holocène, en particulier devant les incertitudes concernant la durée, la chronologie, la distribution spatiale et la cause des perturbations climatiques mises en lumière par les études précédentes. Devant ces incertitudes, deux approches, l'une thématique et l'autre méthodologique, ont été ciblées afin d'améliorer notre compréhension de l'Atlantique Nord à l'Holocène. Le premier volet de cette thèse porte sur la reconstitution quantitative des conditions de surface de l'Atlantique Nord au cours de l'Holocène à partir des assemblages de dinokystes. Cette méthode est privilégiée puisqu'elle permet la reconstitution non seulement de la température de surface de l'océan, mais également de la salinité et de la durée du couvert de glace, qui sont des paramètres jouant un rôle majeur dans le système océanique. De plus, des endroits clés de la circulation océanique de l'Atlantique Nord ont été choisis: le détroit du Danemark, dans l'ouest de l'Atlantique, lieu d'échange d'eaux arctiques et atlantiques, la ride de Reykjanes, plus au centre, sous influence d'eaux atlantiques, et le chenal des Féroé-Shetland, dans l'est de la région, par où s'écoule en surface une grande part des eaux atlantiques vers l'Arctique. Le deuxième volet concerne un aspect plus fondamental de la paléocéanographie, à savoir la comparaison entre différents traceurs. Il ressort de plusieurs études que des divergences sont apparentes lorsque les signaux fournis par plusieurs traceurs paléocéanographiques sont comparés. Il est essentiel de comprendre la cause de ces divergences pour affiner nos reconstitutions. Dans ce but, une comparaison des assemblages de dinokystes avec ceux d'un autre traceur micropaléontologique, les coccolithes, a été entreprise, et ce, aussi bien dans des enregistrements holocènes que dans des sédiments actuels. L'objectif ultime est de mettre en évidence d'éventuelles différences au niveau des affinités écologiques de chaque groupe afin de mieux comprendre les informations paléocéanographiques que l'on peut en tirer. Le premier chapitre présente les résultats de reconstitutions des conditions de surface à partir d'assemblages de dinokystes dans l'ouest de l'Atlantique Nord, dans le détroit du Danemark. Une tendance générale vers des températures d'hiver plus chaudes, des eaux de surface plus salées et un couvert de glace réduit est apparente. Les enregistrements suggèrent que les apports en eaux polaires ont diminué au cours de l'Holocène, au profit des eaux atlantiques transportées par le courant d'Irminger du Nord de l'Islande. La comparaison avec un enregistrement provenant du sud du Groenland, où un refroidissement est observé dans la deuxième moitié de l'Holocène, souligne la forte hétérogénéité des conditions hydrographiques de surface dans l'ouest de l'Atlantique Nord. Cela pourrait s'expliquer par un découplage des deux branches du courant d'Irminger: lorsque celle du Nord de l'Islande est renforcée comme cela semble être le cas dans la deuxième moitié de l'Holocène, la branche principale se dirigeant vers le sud du Groenland est affaiblie. De plus, des similarités entre l'enregistrement marin du sud du Groenland avec un enregistrement continental à proximité suggèrent un étroit couplage avec des processus atmosphériques. Le deuxième chapitre expose les résultats de reconstitutions des conditions de surface dans l'est de l'Atlantique Nord, à partir d'un site provenant de la ride de Reykjanes et d'un autre du chenal des Féroé-Shetland. Les assemblages de dinokystes aussi bien que de coccolithes mettent en évidence des changements significatifs des conditions de surface de l'océan et suggèrent une réorganisation majeure de la configuration des courants de surface entre 7 et 5.4 ka BP. Des tendances évolutives inverses de température de surface sont observées aux deux sites, avec un refroidissement à partir de 6 ka BP, et un réchauffement dans le chenal des Féroé-Shetland après 5.4 ka BP. Cela suggère que la diminution de l'insolation estivale n'était pas l'unique «forçage» direct à l'origine de ces changements. Il est proposé que ceux-ci résultent d'un découplage entre les deux courants transportant des eaux atlantiques vers le Nord et influençant le chenal des Féroé-Shetland, soit le Courant Nord Atlantique (CNA) et le courant de Pente. Un CNA plus fort dans la première moitié de l'Holocène se serait traduit par des températures plus élevées sur la ride de Reykjanes. Après 5-6 ka BP, un affaiblissement du CNA aurait entraîné un refroidissement sur la ride de Reykjanes, et une plus forte contribution relative du courant de Pente, plus chaud et plus salé, résultant en une hausse des températures et salinités dans cette région. En outre, la comparaison des enregistrements de dinokystes et de coccolithes met en évidence des fluctuations synchrones des assemblages des deux groupes. Cependant, quelques contradictions sont également observées, soulignant la nécessité de mieux comprendre le potentiel paléocéanographique de ces deux traceurs. Le troisième chapitre porte sur la comparaison de la distribution moderne des assemblages de dinokystes et de coccolithes dans les sédiments de l'Atlantique Nord à partir d'une base de données de 87 échantillons. La comparaison met en évidence une excellente correspondance entre les assemblages de dinokystes, les assemblages de coccolithes et les masses d'eau sus-jacentes, notamment dans les domaines subtropical et tempéré. Dans le domaine subpolaire, les assemblages de coccolithes sont nettement moins diversifiés en termes d'espèces que ceux de dinokystes, qui reflètent ainsi beaucoup plus clairement l'hydrographie de surface. Des analyses de correspondance canonique menées sur les assemblages de coccolithes et de dinokystes montrent que la température de surface de l'océan est le paramètre environnemental ayant la plus grande influence sur la distribution des deux groupes. Les assemblages de dinokystes semblent également être influencés par la distance à la côte, contrairement aux coccolithes. Les autres facteurs environnementaux significatifs incluent la salinité de surface et la productivité, mais leur importance relative change selon que des échantillons provenant de conditions environnementales «extrêmes» sont inclus ou non dans la base de données. Les résultats suggèrent qu'il est difficile de faire ressortir tous les différents environnements par des analyses multivariées en raison de la complexité des interrelations entre les divers paramètres environnementaux. De plus, la forte cohérence entre les assemblages de dinokystes et de coccolithes ne nous permet pas pour le moment de comprendre la cause de divergences telles que celles observées dans le chapitre deux, Des études supplémentaires sont donc nécessaires non seulement pour mieux détailler l'écologie des deux groupes, mais aussi pour avoir un plus grand éventail d'associations d'assemblages de dinokystes et de coccolithes avec lesquelles comparer nos enregistrements Holocène. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Atlantique Nord, Holocène, Circulation océanique, Masse d'eau, Dinokyste, Coccolithe, Distribution, Fonction de transfert.

Les cherts archéens permettent de contraindre les environnements primitifs qui ont vu l'apparition de la vie sur Terre. Ces roches siliceuses se forment selon trois processus : les C-cherts (cherts primaires) se forment par précipitation chimique de silice océanique sur le plancher, sous la forme d'une boue siliceuse ou en tant que ciment dans les sédiments de surface; les F-cherts (cherts de fracture) précipitent dans les fractures de la crôute depuis les fluides circulant; les S-cherts (cherts secondaires) sont issus de la silicification de roches préexistantes lors de la percolation de fluides enrichis en silice. Ces processus sont largement acceptés mais des questions majeures subsistent : comment reconnaître ces différents types de chert ? Quelle est l'origine de la silice et sous quelle forme a-t-elle précipité ? Quel signal chimique est porté par les cherts et comment s'en servir pour les reconstructions paléo-environnementales ? Ces questions sont abordées à travers trois sites de la ceinture de roches vertes de Barberton, en Afrique du Sud. L'approche adoptée combine l'analyse des structures sédimentaires et de déformation, de la pétrologie et de la composition chimique et isotopique de ces unités. Dans ces sites, la formation des cherts est étroitement liée à l'environnement de mise en place. La sédimentation clastique (turbidites) est à l'origine des C-cherts de Komati River, déposés sous la forme d'une boue siliceuse par adsorption de silice sur les particules argileuses en suspension. En absence de contribution continentale, les alternances de cherts noirs et blancs de Buck Reef sont interprétées comme issues de variations climatiques à l'échelle saisonnières (chert noir), voire glaciaires/inter-glaciaires (chert blanc). Les cherts de fracture de Barite Valley sont liés à la précipitation de silice depuis une suspension colloïdale thixotrope remontant à travers la croûte. La composition chimique des cherts est contrôlée par leur environnement de mise en place, et représente un mélange entre une phase siliceuse et une phase contaminante, indépendamment des processus qui ont précipité la silice. Les cherts de Komati River et de Barite Valley sont enrichis en Al, K, Ti, HFSE et en REE, ce qui est attribué à la contamination de la matrice siliceuse par la présence de phyllosilicate. Une telle contribution clastique peut expliquer les larges gammes de δ30Si dans les cherts de Komati River (-0.69‰à +3.89‰), et la majorité des valeurs positives est probablement liée à la contribution de l'eau de mer. Dans les dykes de Barite Valley, les δ30Si très négatifs (-4.5‰ à +0.22‰) sont cohérents avec l'origine hydrothermale basse température des fluides initiaux. A Buck Reef, l'absence de contribution continentale s'exprime dans les cherts blancs par une minéralogie exclusivement microquartzitique et par des concentrations extrêmement faibles en éléments traces (i.e. ΣHFSE et ΣREE<1ppm). 2% de carbonates et 3-4% de matériel continental (e.g. argiles) suffisent à masquer le signal siliceux dans ces cherts purs. Nous ne pouvons conclure sur la présence d'un signal océanique dans ces cherts par manque de fiabilité des proxys océaniques modernes (appauvrissement en LREE, enrichissement en La et Y). Reconnus à la fois dans des quartz océaniques, hydrothermaux, magmatiques et pegmatitiques, ils ne permettent pas d'identifier un signal d'eau de mer dans les cherts archéens. Les δ 18O de ces cherts indiquent la présence de circulations fluides secondaires à moins de 100°C, et leurs δ 30Si négatifs ou positifs (-2.23‰ et +1.13‰ en moyenne) montrent la contribution de fluides différents au moment de leur formation. Le couplage des observations pétrologiques et de terrain est la seule approche fiable pour reconnaître le mode de mise en place des cherts. Leur composition chimique dépend plus des conditions environnementales que des caractéristiques du fluide initial.

Résumé Les processus hydrothermaux affectent l'ensemble des domaines océaniques et contrôlent efficacement leur régime thermique. Cependant, les études de flux de chaleur à l'échelle globale conduisent à des interprétations parfois en contradiction avec les études locales. Il est donc essentiel de comparer les effets de l'hydrothermalisme dans différents contextes régionaux. Dans cette optique, nous avons étudié le rôle de l'hydrothermalisme sur le régime thermique d'un domaine océanique jeune (en Atlantique) et d'une marge continentale jeune (Sud Baléares). Pour cela, nous avons quantifié les transferts et pertes de chaleur et de matière en utilisant des traceurs thermiques (mesures du flux de chaleur) et des traceurs chimiques (analyse des fluides interstitiels). Le domaine océanique jeune se situe dans l'océan Atlantique sur le premier segment au sud de la faille transformante Oceanographer. Les faibles valeurs du flux de chaleur indiquent que les circulations hydrothermales, induites par les nombreux affleurements, extraient d'importantes quantités de chaleur de la croûte. La composition de l'eau interstitielle est similaire à l'eau de mer, indiquant un temps de résidence faible de l'eau dans le socle. Nous avons identifié que la rugosité du plancher océanique est un des paramètres majeurs qui contrôlent l'efficacité de ces circulations de fluides. Ce relief à petite échelle a été comparé à d'autres régions où l'efficacité des processus hydrothermaux avait préalablement été discutée. Nous en avons déduis une relation empirique qui relie la fraction du flux de chaleur à ce relief. Sur la marge Sud des Baléares, les processus hydrothermaux semblent plus restreints car leur impact thermique est plus local. Sur la pente continentale, des contrastes importants du flux de chaleur ont été mis en évidence. Ils suggèrent des circulations hydrothermales controlées par la présence de nombreux monts volcaniques. Cependant, la chimie des fluides reste proche de celle de l’eau de mer et ne permet pas de confirmer ces observations. En revanche, les processus hydrothermaux sont limités dans le bassin par les épais dépôts de sédiments. La chimie des fluides indique la présence de saumures résiduelles et leur simple diffusion vers la surface. Les valeurs du flux de chaleur sont perturbées par les contrastes de conductivité thermique induits par la présence de diapirs de sel ou du socle. Dans les deux zones d’étude, les circulations de fluides sont liées à la présence de structures basaltiques fracturées dont la perméabilité est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des sédiments alentours. La rugosité initiale du plancher océanique et le taux de sédimentation contrôlent la tranche d’âge durant laquelle la croûte reste connectée à l’océan. En revanche, les circulations sont rapidement inhibées sur les marges par les apports importants de sédiments venant du continent proche. Cette conclusion est contrebalancée par d’autres événements pouvant survenir sur les marges telles que le volcanisme ou la tectonique active. / Hydrothermal processes affect all oceanic domains therby controlling their thermal regime. At global scale, heat flow studies may lead to different interpretations than local studies. Comparing hydrothermal effects in different local contexts is essential to overcome this scale- issues. To do so, we studied the hydrothermal impact on the thermal regimes of a young oceanic domain (Atlantic Ocean) and a young margin (South Balearic). We quantified heat and matter transfers and heat losses with heat flow measurements and pore water chemical analyses. The young oceanic domain is situated on the first segment south of Oceanographer transform fault in the Atlantic Ocean. The low heat flow values indicate that hydrothermal circulations, conveyed by numerous outcrops, extract a lot of crustal heat. The composition of water in pores is similar to that of seawater. This points to a short residence time of water in the basement. We identified that the ruggedness of the seabed is one of the key parameters that control the fluid circulation efficiency. This small scale relief was compared to others regions where hydrothermal processes have already been debated. We deduced an empirical relation which links the fraction of the conductive heat flow to this relief. On the Southern Balearic margin, hydrothermal processes appear to be more limited because of their more local thermal impact. On the continental slope, great heat flow contrasts are highlighted. They suggest that hydrothermal circulation is controlled by numerous volcanic mounts. On one hand, pore fluid chemistry remains close to seawater composition and does not allow confirming these observations. On the other hand, hydrothermal processes in the basin are limited by thick sediment deposits and pore fluid chemistry indicates residual brines and their diffusion towards the surface. Heat flow values along the Southern Balearic margins are perturbed by thermal conductivity contrasts induced by salt diapirs or basement topography. In both study areas, fluid circulations are linked to fractured basaltic structures with a much larger permeability than the surrounding sediments. The seabed’s initial ruggedness and the sedimentation rate control the age range during which the crust is connected to ocean. Nevertheless, fluid circulations cease quickly due to important sediment flows from the nearby continent. This conclusion is partially offset by other events that may occur on the margins such as volcanism or active tectonic.

La frontière de plaque transpressive Nord Caraïbe s'exprime dans la région d'Haïti par un partitionnement de la déformation entre deux failles décrochantes et des chevauchements. L'étude de données de bathymétrie, de sismique réflexion, et de fonctions récepteur apporte des contraintes sur la structure et le fonctionnement de cette frontière de plaque en transpression en mer et à terre. Les données de bathymétrie des campagnes Haïti-SIS 1 et 2 nous ont permis de cartographier précisément le grand système de failles décrochantes senestres et leur segmentation. L'étude des profils de sismique réflexion a mis en évidence l'existence de structures pré-existantes à l'activité du décrochement EPGFZ en mer. Nous avons également identifié un domaine crustal distinct, que nous avons relié au plateau océanique Caribéen. L'étude des déformations actuelles en mer nous permet de montrer que la faille EPGFZ est principalement décrochante, avec une composante compressive qui augmente vers l'Est. Les estimations de raccourcissement restent cependant très faibles (2 à 3%) en comparaison des estimations faites par les modélisations GPS. A terre en Haïti, nous avons imagé l'épaisseur crustale grâce à une étude de fonctions récepteur. Les épaisseurs imagées délimitent trois domaines différents. Nous proposons que ces domaines correspondent à trois ensembles géologiques distincts, composés respectivement de l'arc Crétacé des Grandes Antilles au Nord, du plateau océanique Caraïbe au Sud, et d'une croûte continentale au centre. Cette croûte pourrait être sous-charriée par du matériel dense provenant de la subduction d'une portion du plateau océanique Caribéen sous Haïti. / The Northern Caribbean transpressive plate boundary is expressed in Haiti by the partitioning of the deformation between two strike-slip faults and compressive structures. Bathymetric, seismic reflection and receiver-functions studies are methods used here to constrain the structure and the dynamic of the Northern Caribbean transpressive plate boundary offshore and onshore. The bathymetric data acquired during the Haiti-SIS cruises provide a detailed mapping of the geometry and segmentation of the senestrial strike-slip fault systems. The seismic profiles in the Jamaica Passage show that basin structures exist prior to the initiation of the EPGFZ and are cross-cut and folded by the EPGFZ. We identify a distinct crustal domain that we relate to the Caribbean large igneous province. The present deformations offshore show that the EPGFZ is primary strike-slip, with an increasing compressive component of the deformation toward the east. The shortening estimates are very small (2 to 3%) compared to the short-term GPS modeling estimates. Onshore in Haiti, we image the crustal structure from a receiver-functions study. The crustal thickness is ~23 km in the northern part of Haiti, ~22 km in the southern part of Haiti and ~41 km in the middle part, delimiting 3 distinct domains. We propose that these domains correspond to 3 geological distinct terranes: the Cretaceous volcanic arc in the north, the oceanic igneous province in the south, and in between a continental crust underthrusted by dense material. The underthrusted material could be a subducted portion of the Caribbean large igneous province under the Trans-Haitian fold-and-thrust belt.

Les cherts archéens permettent de contraindre les environnements primitifs qui ont vu l’apparition de la vie sur Terre. Ces roches siliceuses se forment selon trois processus : les C-cherts (cherts primaires) se forment par précipitation chimique de silice océanique sur le plancher, sous la forme d’une boue siliceuse ou en tant que ciment dans les sédiments de surface; les F-cherts (cherts de fracture) précipitent dans les fractures de la crôute depuis les fluides circulant; les S-cherts (cherts secondaires) sont issus de la silicification de roches préexistantes lors de la percolation de fluides enrichis en silice. Ces processus sont largement acceptés mais des questions majeures subsistent : comment reconnaître ces différents types de chert ? Quelle est l’origine de la silice et sous quelle forme a-t-elle précipité ? Quel signal chimique est porté par les cherts et comment s’en servir pour les reconstructions paléo-environnementales ? Ces questions sont abordées à travers trois sites de la ceinture de roches vertes de Barberton, en Afrique du Sud. L’approche adoptée combine l’analyse des structures sédimentaires et de déformation, de la pétrologie et de la composition chimique et isotopique de ces unités. Dans ces sites, la formation des cherts est étroitement liée à l’environnement de mise en place. La sédimentation clastique (turbidites) est à l’origine des C-cherts de Komati River, déposés sous la forme d’une boue siliceuse par adsorption de silice sur les particules argileuses en suspension. En absence de contribution continentale, les alternances de cherts noirs et blancs de Buck Reef sont interprétées comme issues de variations climatiques à l’échelle saisonnières (chert noir), voire glaciaires/inter-glaciaires (chert blanc). Les cherts de fracture de Barite Valley sont liés à la précipitation de silice depuis une suspension colloïdale thixotrope remontant à travers la croûte. La composition chimique des cherts est contrôlée par leur environnement de mise en place, et représente un mélange entre une phase siliceuse et une phase contaminante, indépendamment des processus qui ont précipité la silice. Les cherts de Komati River et de Barite Valley sont enrichis en Al, K, Ti, HFSE et en REE, ce qui est attribué à la contamination de la matrice siliceuse par la présence de phyllosilicate. Une telle contribution clastique peut expliquer les larges gammes de δ30Si dans les cherts de Komati River (-0.69‰à +3.89‰), et la majorité des valeurs positives est probablement liée à la contribution de l’eau de mer. Dans les dykes de Barite Valley, les δ30Si très négatifs (-4.5‰ à +0.22‰) sont cohérents avec l’origine hydrothermale basse température des fluides initiaux. A Buck Reef, l’absence de contribution continentale s’exprime dans les cherts blancs par une minéralogie exclusivement microquartzitique et par des concentrations extrêmement faibles en éléments traces (i.e. ΣHFSE et ΣREE<1ppm). 2% de carbonates et 3-4% de matériel continental (e.g. argiles) suffisent à masquer le signal siliceux dans ces cherts purs. Nous ne pouvons conclure sur la présence d’un signal océanique dans ces cherts par manque de fiabilité des proxys océaniques modernes (appauvrissement en LREE, enrichissement en La et Y). Reconnus à la fois dans des quartz océaniques, hydrothermaux, magmatiques et pegmatitiques, ils ne permettent pas d’identifier un signal d’eau de mer dans les cherts archéens. Les δ 18O de ces cherts indiquent la présence de circulations fluides secondaires à moins de 100°C, et leurs δ 30Si négatifs ou positifs (-2.23‰ et +1.13‰ en moyenne) montrent la contribution de fluides différents au moment de leur formation. Le couplage des observations pétrologiques et de terrain est la seule approche fiable pour reconnaître le mode de mise en place des cherts. Leur composition chimique dépend plus des conditions environnementales que des caractéristiques du fluide initial. / Archean cherts potentially constrain the primitive environment in which life emerged and evolved. These siliceous rocks formed by three processes : C-cherts (primary cherts) formed by the chemical precipitation of oceanic silica, either as a siliceous ooze (or silica gel) on the seabed, or as cement within still soft sediments at the surface ; F-cherts (fracturefilling cherts) precipitated from circulating fluids in concordant or crosscutting veins in the shallow crust ; S-cherts (secondary cherts) are the result of the metasomatism (silicification) of preexisting rocks during the percolation of silica-rich fluids. These processes are generally accepted but major questions remain unsolved : how to recognize various chert types ? Where does the silica come from and how did it precipitate ? What chemical signal is hosted in cherts and how can it be used for paleo environmental reconstructions ? These questions are addressed here using three sites in the Barberton Greenstone Belt, South Africa, which contain a variety of cherts deposited in very different environments. The approach combines field description of sedimentary and deformation structures, the characterization of various chert petrologies, and the study of their chemical and isotopic composition. In these three sites, chert formation strongly depends on the environmental setting. Clastic sedimentation is directly linked to C-chert formation at Komati River, where the silica was deposited as a viscous, siliceous ooze by sorption process onto suspended clay particles. A continental contribution is absent at Buck Reef, and the black and white banded cherts (C-cherts) are interpreted to have formed by chemical precipitation of oceanic silica during seasonal (black chert) and maybe glacial/inter-glacial (white chert) climatic variations. The fracture-filling cherts from Barite Valley precipitated from a thixotropic colloidal suspension that migrated upward through the crust. The chemical compositions of cherts from these three sites are essentially controlled by the environment of deposition, and represent mixtures of a siliceous and contaminant phases, independent from the silica precipitation mode. Komati River C-cherts and Barite Valley F-cherts are both enriched in Al, K, Ti, HFSE and REE, which represents the contamination by phyllosilicates of the microquartzitic fabrics. Such a clastic contribution may account for the wide range of δ30Si in Komati River cherts (-0.69‰ to +3.89‰) although the majority of positive values is attributed to seawater involvement. In the dykes, δ30Si is strongly negative (-4.5‰to +0.22‰) and is consistent with the low-temperature hydrothermal nature of these fluids. At Buck Reef, the lack of continental contribution is expressed in the white cherts, by a mineralogy exclusively composed of microquartz, and by extremely low trace element contents, i.e. HFSE and REE below 1ppm. We calculate that 2% of carbonates and 3-4% of clastic particles (i.e. clay, feldspar) would be enough to mask the silica composition in these high purity cherts. A marine signature was not recognized in their geochemistry because of the unreliability of commonly used modern proxys (i.e. LREE depletion, La and Y enrichment). These features were identified in oceanic, hydrothermal, magmatic and pegmatitic quartz and thus do not reliably identify an oceanic signal in Archean cherts. Because the δ 18O values in these white cherts indicates secondary fluid circulations at <100°C, their negative or positive δ30Si values (-2.23‰ and +1.13‰ in average) most probably represent different fluid contributions at the time they formed. The combination of field and petrological observations appears to be the most reliable approach to classify cherts and to deduce their origin, and we show here that their chemical composition depends more on the environmental conditions than on the primary fluid characteristics.

Les échanges de chaleur entre les océans Indiens et Atlantiques sont étroitement liés à la circulation globale et au climat. Ceux-ci sont principalement réalisés par les Anneaux des Aiguilles (AR pour "Agulhas Rings'') qui sont étudiés dans cette thèse à l'aide de cartes quotidiennes d'altimétrie satellitaire et de profils hydrologiques de flotteurs Argo.En développant et appliquant l'algorithme d'identification et de suivi des tourbillons TOEddies à 24 années de cartes de la topographie dynamique absolue, nous estimons les origines, les trajectoires et la durée de vie des AR. La principale nouveauté réside dans la détection de nombreux événements de fractionnement et de fusion des tourbillons. Cette innovation conduit à la définition d'un réseau de trajectoires au lieu d'une identification biunivoque entre un tourbillon et une trajectoire. Les résultats ainsi obtenus diffèrent considérablement des évaluations précédentes en connectant des tourbillons formés dans l'océan Indien en amont du courant des Aiguilles à d'autres dans le courant du Brésil.La collocation des segments reconstruits des trajectoires des AR avec les profileurs Argo donne accès à leur structure thermohaline ce qui permet d'en estimer l'évolution au cours de leur propagation. En particulier, nous montrons la modification d'un AR passant d'une structure de surface à une de sub-surface dû à sa subduction lors de son entrée dans le gyre subtropical de l'Atlantique Sud. Cette transformation se traduit par la création de deux cœurs d'eau Modale qui concentrent la majeure partie du contenu de chaleur de cet AR.Enfin, une estimation de la répartition géographique de plusieurs AR est obtenue à partir des tourbillons détectés dans le bassin du Cap et dans l'océan Atlantique Sud. Cette répartition géographique montre que, en général, les AR subductent lorsqu'ils quittent le bassin du Cap. De plus, pour chaque tourbillon suffisamment échantillonné par les flotteurs Argo, nous estimons son anomalie de contenu thermique calculée en fonction de son environnement. Ces anomalies s'avèrent être importantes tout au long de leur trajectoire bien que les AR perdent de la chaleur en se propageant. En combinant des méthodes eulériennes et lagrangiennes, nous estimons le transport de chaleur en sub-surface effectué par les AR lors de leur propagation dans l'Atlantique Sud. / The Indo-Atlantic interocean heat exchanges are tightly linked to global ocean circulation and climate. They are principally achieved by the Agulhas Rings (AR) which are investigated in this thesis by means of 24 years of daily satellite-altimetry maps and Argo floats profiles.By applying the TOEddies eddy identification and tracking algorithm, developped in this study, to daily maps of Absolute Dynamical Topography (ADT), we estimate Agulhas Rings origins, paths and lifetime. The main novelty lies in the detection of numerous eddy splitting and merging events that leads to the definition of a network of trajectories instead of a biunivocal identification between an eddy with a single trajectory. The results obtained by the network differ considerably with previous estimates connecting eddies formed in the Indian Ocean upstream of the Agulhas Current to eddies in the Brazil Current.The collocation of the reconstructed segments of AR trajectories with Argo profiling floats gives access to their thermohaline structure which allows to estimate their in-route evolution. In particular, we show modification of an AR, transitioning from a surface to a subsurface intensified eddy while it subduct when entering the South Atlantic subtropical gyre. This transformation results in the creation of two Mode Water cores which concentrate most of the heat content of this AR.Finally, an estimate of AR geographical distribution was obtained from the numerous eddies detected in the Cape Basin and South Atlantic Ocean. It shows that AR generally subduct when they leave the Cape Basin. Moreover, for each eddy sufficiently sampled by Argo floats, we were able to estimate its heat content anomaly with respect of the environment. AR heat content anomalies result to be important all along their trajectories even if they release heat along their path. Combining both eulerian and lagrangian methods, we estimate the sub-surface heat transport achieved by their AR while they propagate in the South Atlantic.

Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe.

Cette thèse concerne l'étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l'évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu'aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d'altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d'hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l'ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l'océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d'altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l'altération des phases magnétiques et les températures d'altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d'une phase secondaire, l'hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l'acquisition de profils d'anomalies magnétiques marines de surface et d'un profil d'anomalies de fond " deep tow " à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d'anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d'onde ou " tiny-wiggles " à travers l'ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d'onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n'est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question.

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations.