Ce travail de thèse explore la dynamique à sousmésoéchelle sur le plateau continental du golfe de Gascogne. Dans la première partie, les caractéristiques des processus à sousmésoéchelle sur le plateau sont identifiées à l’aide de données satellites à haute résolution de température de surface de la mer issues du capteur MODIS. Une détection des fronts est réalisées à l’aide d’exposants de singularité, une approche récente pour identifier les irrégularités dans les champs de SST. Les résultats sont complétés par des simulations numériques à 2.5 km de résolution spatiale. Trois types principaux de fronts sont présentés : i) les fronts de marée le long de la côte et plus marqués dans la région d’Ouessant; ii) les fronts au niveau du talus continental liés à l’activité des ondes internes; iii) les fronts d’eaux dessalées aux limites des panaches de rivières en hiver. Dans la seconde partie, un modèle hydrodynamique réaliste du golfe de Gascogne a été mis en place. Cette configuration a une résolution spatiale de 1 km et 40 niveaux verticaux sigma. Un diagnostic est basé sur l’hypothèse que les processus à sousmésoéchelles résultent d’instabilités baroclines. L’énergie potentielle disponible est ainsi convertie en énergie cinétique tourbillonnaire avec des échelles temporelles O(1) jour ou moins grâce à ces processus. L’activité est plus intense dans la région d’Ouessant et les régions côtières en été. En hiver, ces processus ont une échelle temporelle O(1) jour (∼ 30 heures). Ces échelles temporelles sont un indicateur de la présence d’instabilités baroclines à sousmésoéchelle à proximité du panache. / This thesis explores the submesoscale dynamics in the Bay of Biscay continental shelf. In the first part, submesoscale features over the shelf are identified using remotely sensed high resolution sea surface temperature (SST) images by MODIS. Front detection is achieved through singularity exponents, a novel method of calculating irregularities on the SST fields, and an index for the frontal activity is generated. Results are complemented with 2.5 km horizontal resolution numerical simulations. Three main types of fronts are presented: i) tidal mixing fronts along the coast and most significantly in the Ushant region; ii) shelf break front related to internal tidal wave activity; iii) fresh water fronts along the edge of the river plumes in winter. In the second part, a realistic hydrodynamical model of Bay of Biscay is set up. The model has a 1 km horizontal resolution and 40 σ vertical layers. Diagnostics is based on the assumption that the submesoscale features in the upper ocean are the result of baroclinic instabilities. Available potential energy (APE) is then converted to eddy kinetic energy (EKE) in time scales in O(1) day or less through this process. Activity increases in the Ushant region and the coastal regions in summer, whereas, in winter, activity in the vicinity of the fresh water plumes dominates. In summer, EKE conversion time scale in this region is ∼ 5 days, which can be considered shorter than mesoscale. In winter, they have a time scale of O(1) (∼ 30 hours). This is an indicator that the submesoscale baroclinic instability is happening at the plume.

Les Pertuis Charentais sont un site d’écosystèmes interconnectés où les courants marins jouent un rôle déterminant. Un modèle de marée à haute résolution a été développé au cours de cette thèse pour comprendre et cartographier les traits principaux de la circulation hydrodynamique dans les Pertuis. Deux axes sont ainsi mis en avant dans cette étude. D’abord, un nouveau modèle de marées dans les Pertuis Charentais a été construit et validé à partir de différentes sources : données marégraphiques, données de courantomètres ADCP et images satellitaires. Une nouvelle approche de calibration de modèle de marée a été développée, basée sur la comparaison de la position de la ligne d’eau, frontière entre l’eau et la terre, avec celle prédite par le modèle. Puis dans un second temps, le transport et les agrégations en « bloom » de populations de méduses Rhizostoma, dont les proliférations et les échouages sont à l’origine de problèmes socio-économiques, ont été simulés numériquement. Des observations in situ ont permis de paramétrer le comportement de nage des méduses dans le modèle. Deux types de comportements des méduses, actif et passif ont été simulés. Les courants de marées en présence des forçages-type météorologiques ont été pris en compte. Les résultats indiquent que le comportement individuel de nage des méduses pourrait être une réponse adaptative aux facteurs abiotiques qui menacent la continuité de leur espèce mais que les courants marins restent la cause première de la formation des blooms. / The Pertuis Charentais are an interconnected ecosystems site where ocean currents play a key role. A high resolution tidal model was developed in this thesis in order to understand the main features of the hydrodynamic flows inside the Pertuis. Two topics were put forward in this study. First, a new tide model for the Pertuis Charentais was build up and validated by using different datasets: tide gauge records, measurements of currents by ADCP and satellite images. A new approach to model calibration was developed by comparing the observed position of the waterline, the boundary between land and water, with that predicted by the model. Secondly, the transport and bloom-like aggregation of the Rhizostoma jellyfish populations were simulated numerically. The jellyfish proliferation and stranding are a source of socio-economic problems. Two types of jellyfish behavior, active and passive were simulated. The tidal currents and typical meteorological forcing were taken into account. The results show that the individual behavior of swimming jellyfish is an adaptive response to abiotic factors for jellyfish survival.

Pour comprendre le fonctionnement d'un écosystème, il est essentiel de comprendre l'organisation du réseau trophique associé. Dans les eaux océaniques du sud-ouest de l'océan Indien (10-60°S, 35-90°E), si la répartition de la production primaire et la distribution des prédateurs supérieurs sont bien connues, un manque de connaissance demeure en ce qui concerne la distribution des différents organismes composant l'échelon trophique intermédiaire et ce, malgré leur importance écologique (pompe biologique et rôle trophique clé) et potentiellement économique (ambitions de pêche dans un futur proche). Pour combler ce manque, ce travail de thèse s'est concentré sur les distributions horizontale et verticale et la composition des organismes micronectoniques de cette région. La distribution du micronecton a donc été étudiée à méso- et large-échelle à partir d'enregistrements acoustiques (38 kHz). En termes de distribution verticale, une structuration en trois couches principales a été mise en évidence ; l'intensité et l'épaisseur de ces couches variant selon la période du jour (migrations nycthémérales) et les conditions océaniques (tourbillons océaniques à méso-échelle et fronts océaniques à large-échelle). En ce qui concerne la distribution horizontale, le sud-ouest de l'océan Indien a été caractérisé par des eaux (10 – 800 m) plus riches aux latitudes subtropicales, en été comme en hiver. Mais chaque type d'organisme ayant ses propres caractéristiques écologiques, il était important de pouvoir décrire les distributions propres à chaque groupe biologique composant ce micronecton. Une approche acoustique bifréquence (38 et 120 kHz) a permis de distinguer les crustacés micronectoniques des petits poissons mésopélagiques contenant une vessie natatoire gazeuse dans les eaux est de Kerguelen. En termes de distribution horizontale et de densité globale estimée, les crustacés micronectoniques dominaient les eaux océaniques à l'est de Kerguelen. Sur la verticale, deux types de structuration ont été mis en évidence : une structure agrégative et une structure en couches. Les crustacés micronectoniques ont été caractérisés par une structuration en couches, de jour comme de nuit, alors que les autres organismes sondés (les poissons ayant une vessie natatoire gazeuse notamment) présentaient une structuration mixte composée d'agrégats et de couches le jour et composée uniquement de couches la nuit. En résumé, l'approche acoustique utilisée dans ce travail a permis de décrire la distribution et la composition des organismes micronectoniques et fournit une base descriptive essentielle sur le micronecton du sud-ouest de l'océan Indien. / To understand the functioning of an ecosystem, it is essential to understand the organization of its associated food web. While the distribution of primary production and top predators in the Southwest Indian Ocean's oceanic waters (10-60 ° S, 35-90 ° E) are well known, a lack of knowledge remains regarding the distribution of mid-trophic level organisms, despite their ecological (biological pump and key trophic role) and potentially economic (commercial fisheries in the near future) importance. To fill this gap, this work focused on the horizontal and vertical distribution and composition of micronektonic communities in this region. Micronekton comprises relatively small organisms (1 to 20 cm long) able to swim freely without being unduly affected by currents. Micronekton distributions have been studied at meso- and large-scale using acoustic recordings (38 kHz). A vertical structure in three layers has been identified ; the intensity and thickness of these layers vary depending on the considered time period (diel migration) and ocean conditions (meso-scale oceanic eddies and large-scale oceanic fronts). Horizontaly, the Southwestern Indian Ocean harbours the richest waters (10-800 m) in subtropical latitudes in summer and winter times. Since every organism has its own ecological characteristics, it was important to separatly describe the distribution of biological groups composing micronekton. A bi-frequency acoustic approach (38 and 120 kHz) allowed the distinction of micronektonic crustaceans from small mesopelagic gas-filled swimbladder fish in waters east of Kerguelen where micronektonic crustaceans where dominant in terms of overall acoustic density. Two distinct types of vertical structure were highlighted : an aggregative and a layer structure. Micronektonic crustaceans were characterized by layering, day and night, while other organisms (gas-filled swimbladder fish in particular) exhibited structure mixing aggregates and layers during the day, but only composed of layers during the night. In summary, the acoustic approach used in this work helped to describe the distribution and composition of micronektonic organisms and provides an essential knowledge base on the micronekton of the southwest Indian Ocean.

Chaque automne, des événements de précipitations intenses (HPEs) ont lieu en Méditerranée nord-occidentale. Cette thèse adopte une approche par la modélisation climatique régionale couplée atmosphère-océan pour traiter de la sensibilité de ces événements à des changements de température de surface de la mer (SST) résultant soit de biais dans le modèle couplé, soit de la réponse de la couche de mélange océanique à des forçages atmosphériques. Deux cas d’études mettent en évidence la sensibilité particulière des zones de convergence d’humidité aux changements de SST. L’élaboration d’indices synthétiques de changements dans les précipitations et de changements de SST en amont des zones précipitantes met en lumière dans plusieurs régions (Cévennes, région de Valence, Calabre) une relation linéaire entre ces deux quantités dans deux plateformes de modélisation différentes : MORCE et CNRM-RCSM4. Dans la région de Valence, en Espagne, nous montrons en outre que les événements de précipitations intenses sont souvent précédés d’un épisode de Mistral qui refroidit la zone amont des précipitations dans les jours précédant celles-ci, refroidissement qui tend ensuite à réduire l’intensité de l’événement précipitant. / Every year in autumn, heavy precipitation events (HPEs) occur in the northwestern Mediterrranean. This thesis uses coupled atmosphere-ocean regional climate modeling to tackle the sensitivity of these events to sea surface temperature (SST) changes coming either from model biases or from the oceanic mixed layer response to atmospheric forcing. Two case studies show the particular sensitivity of moisture convergence zones to SST changes. The use of synthetic indexes of precipitation changes and SST changes in the upstream zones shows a linear relationship between the two indexes in several regions (Cévennes, the region of Valencia, Calabria) in the modeling platforms MORCE and CNRM-RCSM4. Furthermore, we show that the HPEs in the region of Valencia are often preceded by a Mistral event which cools the upstream zone whithin 5 days before the HPEs. In turn, this cooling tends to reduce the intensity of the HPE.

La langue d'eau froide Atlantique est un refroidissement saisonnier qui affecte les eaux superficielles au sud de l'équateur entre les côtes africaines et 30°W environ, pendant la " saison froide " (entre mai et octobre). Ce phénomène se produit tous les ans, mais son intensité, sa durée, ainsi que son extension spatiale sont très variables d'une année sur l'autre. En dépit du couplage très marqué qui lie la langue d'eau froide et les premiers stades de la mousson africaine, les causes de cette variabilité interannuelle sont peu connues. Cette thèse a pour objectif de combler cette lacune en améliorant notre compréhension des processus océaniques contrôlant la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. Cette étude se focalise sur les événements " intenses" de la langue d'eau froide, correspondant à des refroidissements anormalement forts (faibles), précédés par des anomalies négatives (positives) de vent zonal. On se focalise ainsi sur les événements dits " canoniques ", les plus nombreux, et potentiellement similaires en terme de mécanisme. Cette classification, appliquée à une dizaine de réanalyses, permet de retenir, avec une robustesse certaine, cinq années dans chacune des classes. Ces événements sont étudiés grâce à des simulations numériques réalistes. L'utilisation de bilans de chaleur nous a permis d'accéder aux processus physiques qui contrôlent la formation des événements froids et chauds. Le mélange vertical à la base de la couche de mélange apparaît comme le processus fondamental de la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. Lors des événements froids, il accroît le refroidissement entre mars et juillet, alors que son rôle reste discret lors des événements chauds. Au milieu de l'été boréal, les anomalies de mélange vertical sont contrebalancées par des anomalies d'advection horizontale de signes opposés. Ainsi les événements froids comme chauds sont atténués en fin de saison. Cette thèse montre qu'il est plus pertinent de s'intéresser au flux d'énergie cinétique qui est plus directement lié à l'activation du mélange vertical, qu'à la tension de vent en surface. Le flux d'énergie cinétique semble d'autant plus pertinent qu'il joue aussi un rôle majeur lors des événements intenses " non-canoniques ", i.e. événements froids (chauds), précédés par des anomalies positives (négatives) de vent zonal. Enfin, la modulation de la vitesse verticale induite par le vent tend à ajuster i) la profondeur de la couche de mélange, ii) la pente de la thermocline, et iii) le cisaillement vertical de courant zonal. Ce sont des paramètres clés du mélange vertical et donc du taux de refroidissement. La vitesse verticale joue donc un rôle indirect dans l'établissement et la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. / The Atlantic cold tongue is a seasonal cooling of the sea surface temperature south of the Equator between the African coasts and around 30°W during the " cold season " (from May to October). The cooling occurs every year but its intensity, duration and spatial extent vary strongly from one year to another. In spite of the very strong coupling between the Atlantic cold tongue and the West African monsoon, the origin of the Atlantic cold tongue variability is not well described. This thesis aims at filling this gap by improving our understanding of the oceanic processes controlling the variability of the Atlantic cold tongue. This study focuses on " intense " Atlantic cold tongue events, defined by abnormally strong (weak) cooling, preceded by negative (positive) zonal wind anomalies. Thus " canonical " being studied, that are the most frequent and probably similar in terms of mechanisms. This classification is applied to ten reanalyses and allows to select with good confidence, five events in each group. These events are studied through realistic simulations. The use of on-line heat budget allows to identify the physical processes that control the formation of cold and warm events. Vertical mixing at the base of the mixed-layer is the fundamental process controlling the interannual variability of the cold tongue. During cold events, it increases the cooling between March and July, while it remains weak during warm events. During boreal summer, vertical mixing anomalies are balanced by horizontal advection anomalies of opposite sign. So cold and warm events are weakened at the end of the season. This thesis highlights that it is more appropriate to focus on the wind energy flux because it is more directly related to the activation of vertical mixing, rather than on the surface wind stress. The wind energy flux is relevant since it is also shown to play a major role during intense " non-canonical " events, i.e. cold (warm) events preceded by positive (negative) zonal wind anomalies. Finally, the modulation of the vertical velocity induced by the wind tends to adjust i) the mixed-layer depth, ii) the intensity of the thermocline, and iii) the vertical shear of the zonal current. These are key parameters of vertical mixing and therefore the cooling rate. Thus, vertical velocity plays an indirect role in the establishment and interannual variability of the Atlantic cold tongue.

L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les différents facteurs contrôlant la pompe biologique de carbone en Atlantique Nord et dans l’Océan Austral, à proximité des îles Kerguelen, en utilisant notamment deux approches: le Thorium-234 (234Th) et le baryum biogénique (Baxs).En Atlantique Nord, les flux d’export de carbone organique particulaire (POC) augmentent lorsqu’ils sont associés à des minéraux biogéniques (silice biogénique et carbonate de calcium) et lithogènes, capable de lester les particules. L’efficacité d’export, généralement plus faible que précédemment supposé (< 10%), est inversement corrélée à la production, soulignant un décalage temporel entre production et export. La plus forte efficacité de transfert, i.e. la fraction de POC atteignant 400m, est reliée à des particules lestées par du carbonate de calcium ou des minéraux lithogènes.Les flux de reminéralisation mésopélagique sont similaires ou parfois supérieurs aux flux d’exports et dépendent de l’intensité du développement phytoplanctonique, de la structure en taille, des communautés phytoplanctoniques et des processus physiques (advection verticale).Comme observé pour le POC, l’export des éléments traces est influencé par les particules lithogènes provenant des marges océaniques, mais aussi des différentes espèces phytoplanctoniques.Dans l’Océan Austral, la zone à proximité de l’île de Kerguelen est naturellement fertilisée en fer, augmentant les flux d’export de fer, d’azote et de silice biogénique. Il a été démontré que la variabilité des flux dépendait des communautés phytoplanctoniques dans la zone fertilisée. / The main objective of this thesis is to improve our understanding of the different controls that affect the oceanic biological carbon pump. Particulate export and remineralization fluxes were investigated using the thorium-234 (234Th) and biogenic barium (Baxs) proxies.In the North Atlantic, the highest particulate organic carbon (POC) export fluxes were associated to biogenic (biogenic silica or calcium carbonate) and lithogenic minerals, ballasting the particles.Export efficiency was generally low (< 10%) and inversely related to primary production, highlighting a phase lag between production and export. The highest transfer efficiencies, i.e. the fraction of POC that reached 400m, were driven by sinking particles ballasted by calcite or lithogenic minerals.The regional variation of mesopelagic remineralization was attributed to changes in bloom intensity, phytoplankton cell size, community structure and physical forcing (downwelling). Carbon remineralization balanced, or even exceeded, POC export, highlighting the impact of mesopelagic remineralization on the biological pump with a near-zero, deep carbon sequestration for spring 2014.Export of trace metals appeared strongly influenced by lithogenic material advected from the margins. However, at open ocean stations not influenced by lithogenic matter, trace metal export rather depended on phytoplankton activity and biomass.A last part of this work focused on export of biogenic silica, particulate nitrogen and iron near the Kerguelen Island. This area is characterized by a natural iron-fertilization that increases export fluxes. Inside the fertilized area, flux variability is related to phytoplankton community composition.

L'objectif de cette thèse est d'analyser l'influence des petites échelles spatiales de la température de surface de la mer (SST) au niveau d'un front océanique sur la variabilité du climat aux moyennes latitudes. Nous nous intéressons à l'effet du front de SST associé au Gulf Stream sur la couche limite atmosphérique marine et la troposphère libre, et sur la variabilité atmosphérique de grande échelle sur le bassin Atlantique Nord et l'Europe. L'approche utilisée repose sur la réalisation d'expériences numériques avec un modèle d'atmosphère global à haute résolution (environ 50 km aux moyennes latitudes), d'abord en configuration forcée par des SST journalières observées puis en configuration couplée avec un modèle d'océan dynamique. La première partie de cette thèse s'intéresse aux effets du forçage océanique de petite échelle spatiale et aux échelles de temps saisonnières à inter-annuelle sur l'atmosphère localement, et sur la variabilité de grande échelle sur le bassin Atlantique Nord. Deux ensembles (quatre membres) d'expériences forcées sont réalisées, l'une avec des SST globales à haute résolution (0.25°) et la deuxième où les SST sont lissées à 4° dans la région du Gulf Stream, de façon à filtrer la variabilité spatiale de petite échelle dans la zone de front. Localement, le modèle capture la réponse au forçage de petite échelle de la SST sur les variations de vent de petite échelle en hiver, mais la sous-estime d'un facteur 1/3 par rapport aux observations. L'évaluation du modèle par rapport aux réanalyses montrent que la variabilité spatiale de grande échelle (courant jet, régimes de temps) est bien reproduite par le modèle aux moyennes latitudes sur l'Atlantique Nord et l'Europe. La comparaison entre les deux expériences montre que les variations spatiales de petite échelle de la SST dans la région du Gulf Stream influencent en profondeur la colonne atmosphérique jusqu'à la troposphère libre (convergence des vents par ajustement hydrostatique en pression dans la couche limite, augmentation des flux de chaleur turbulents à la surface par la déstabilisation de la couche limite, augmentation des précipitations convectives sur la face chaude et diminution sur la face froide du front). Localement, les tempêtes extra-tropicales montrent un renforcement de la route dépressionnaire sur la partie sud (chaude) du front, et une diminution sur la partie nord (froide). Sur le reste du bassin Euro-Atlantique Nord, la réponse des tempêtes extra-tropicales aux petites échelles de SST dépend de la circulation de grande échelle. En particulier, nous montrons qu'une augmentation des tempêtes fortes sur le bassin Méditerranéen est associée à un renforcement du jet subtropical dans cette région. Nos analyses suggèrent que le déplacement et l'intensification de ce jet provient du changement d'occurrence des déferlements d'ondes de Rossby sur l'Atlantique Nord. La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à l'effet des rétroactions atmosphériques sur les petites échelles spatiales de SST, et la sensibilité de l'interaction air-mer de petite échelle au couplage océan-atmosphère. Pour cela, on réalise des expériences de sensibilité à la résolution du front de SST dans la région du Gulf Stream avec le modèle couplé à haute résolution. Dans le modèle, le front est décalé vers le nord du fait d'un décollement tardif de la côte. L'intensité de l'interaction air-mer de petite échelle n'est pas significativement modifiée par rapport à la configuration forcée. Cependant l'effet des rétroactions atmosphérique, notamment via les flux turbulents à la surface, sur l'état moyen du front océanique tend à lisser le gradient de SST. La route dépressionnaire est également impactée et montre une augmentation du nombre de tempêtes et de leur intensité moyenne par rapport aux expériences forcées. La réponse des tempêtes au front de SST montre une augmentation locale du nombre de trajectoires de tempêtes, et une diminution significative sur l'Europe. / This thesis aims at analyzing the influence of small-scale spatial variability of the sea surface temperature (SST) over an oceanic front on the climate variability at mid-latitudes. We focus on the effect of the Gulf Stream SST front on the marine atmospheric boundary layer and the free troposphere, and on the large-scale atmospheric variability over the Euro-North Atlantic basin. We follow an approach based on numerical experiments with a high resolution (approximately 50 km at mid-latitudes) global atmospheric model, first forced with daily observed SST then coupled with a dynamical oceanic model. The first part of this thesis deal with the effects of small-scale oceanic forcing on the atmosphere locally and on the large-scale variability over the North Atlantic, at seasonal to inter-annual timescales. Two ensembles (with 4 members) of forced simulations are performed, the first one with global SST at high resolution (0.25°) and the other one with smoothed SST at 4° in the Gulf Stream region, in order to filter the small-scale spatial variability on the frontal area. Locally, the model captures the response of the SST small-scale forcing on the small-scale spatial variability of wind-speed at surface during winter, but with an underestimation of about 1/3 compared to the observations. The evaluation of the model compared to reanalysis shows that the large-scale spatial variability (jet stream, weather regimes) is well reproduce at mid-latitudes over North Atlantic and Europe. Comparison between the two experiments shows that the influence of small-scale spatial variations of the SST in the Gulf Stream region deeply affect the atmospheric column and reach the free troposphere (wind convergence at surface due to pressure adjustment in the boundary layer, turbulent heat fluxes at surface increase due to boundary layer destabilization, convective precipitations increase on the southern (warmer) part of the front and decrease on the northern (cooler) part). Locally, extra-tropical storms show an increase of the storm track on the warmer part of the front and a weakening on the cooler part. Over the Euro-North Atlantic domain, the storm track response to small-scale SST gradients show a strong dependency to the large-scale flow. In particular, we show that the strengthening of intense storm-tracks over the Mediterranean Sea is associated with a reinforcement of the sub-tropical jet in this region. Our analysis suggest that the displacement and reinforcement of the jet come from changes of Rossby wave breaking occurrences over the North Atlantic. The second part of this thesis deal with the influence of atmospheric feedbacks onto the small-scale SST spatial variability, and with the sensitivity of the small-scale air-sea interaction to the ocean-atmosphere coupling. We perform sensitivity experiments to the SST resolution in the Gulf Stream region with a coupled model at high resolution. Compared to the observations, the model show a northward shift of the front. Small-scale air-sea interaction strength is not significantly changed compared to the forced configuration. However the atmospheric feedbacks effects on the mean state of the front act to smooth the gradient, especially via turbulent heat fluxes at surface. The storm track is also impacted and show an increase in storm tracks density and intensity compared to forced experiments. The influence of the small-scale spatial variability of SST in the Gulf Stream region on the extra-tropical storms show a local increase of tracks, with a decrease over Europe.

Le Crétacé est décrit comme la période la plus chaude des derniers 300 millions d’années. La circulation océanique et l’origine des eaux profondes alimentant les bassins restent mal connues pour le Crétacé, alors qu’elles sont capitales dans la compréhension du rôle de l’océan dans l’évolution du climat à cette époque. Les isotopes du néodyme (Nd) permettent de tracer la circulation océanique et les échanges entre les masses d’eau, et ont été utilisés pour explorer la circulation océanique globale des océans actuels et dans le passé. La composition isotopique en Nd (εNd) des océans dérive de celle des continents qui les entourent. Les courants océaniques exportent cette signature, et les eaux profondes de chaque bassin océanique ont une composition en Nd qui leur est propre. L’interprétation du signal du Nd des eaux océaniques au Crétacé est rendue difficiles du fait de l'insuffisance de la couverture spatiale et temporelle des données existantes. L’objectif de cette thèse est l’acquisition la signature en Nd sur les marges continentales et dans les régions dépourvues de données pour le Crétacé, en se focalisant prioritairement sur les zones potentielles de production d’eau profonde. L’εNd est analysé à partir d’échantillons de dents de poissons, d’oxydes encroûtant les tests de foraminifères et de fraction détritique extraits des sédiments. Les résultats sont comparés aux données de la littérature afin d’identifier les sources des eaux profondes et leur évolution au cours du Crétacé. Les liens entre les changements océanographiques, paléogéographiques et climatiques sont explorés avec un modèle climatique couplé océan-atmosphère. / The Cretaceous is depicted as the warmest period of the last 300 Ma. The oceanic circulation and location of the source zones of deep-waters are essential to understand the role of oceans in the evolution of the climate during the Cretaceous, yet they remain unclear for this period. The neodymium (Nd) isotopes are used to track oceanic circulation and exchanges between water masses, in both past and modern oceans. The Nd isotope composition (εNd) in the ocean is related to the nature of the surrounding continental landmasses. The oceanic currents transport this isotopic signature, thus every oceanic basin acquires a singular εNd. Unequivocal interpretations of the Cretaceous seawater εNd values stem from the insufficient spatial and temporal cover of available data. This PhD thesis intents to collect the Nd signature of continental margins and in regions without data for the Cretaceous, with special attention given to the potential source zones of deep-water production. Fossil fish teeth, coatings on foraminifera tests and detrital fraction from Cretaceous sediments are analyzed for their εNd. The results are compared to published data sets, in order to identify deep-waters source zones and their evolution throughout the Cretaceous. The links connecting oceanographic, palaeogeographic and climatic changes are investigated with a coupled ocean-atmosphere circulation model.

Les mécanismes à l'origine de la mise en place de l'isolement reproducteur sont relativement peu étudiés dans les radiations adaptatives insulaires. Selon la théorie de la spéciation écologique, l'isolement reproducteur résulte de la sélection divergente agissant sur des populations écologiquement différentes. Par leurs caractéristiques uniques, les îles océaniques constituent des systèmes idéals pour étudier le rôle des facteurs écologiques dans la diversification des lignées endémiques. Le rôle de l'habitat et des pollinisateurs dans la restriction des flux géniques inter et intraspécifique est examiné chez le faham (Jumellea rossii et J. fragrans), une orchidée endémique des Mascareignes. Pour ce faire, les patrons de différenciation phénotypique (traits floraux morphologiques et chimiques), environnementale (habitat, altitude, climat) et génétique (microsatellites nucléaires) ont été confrontés. À l'échelle intraspécifique, les résultats montrent que les flux de gènes sont principalement limités par les différences environnementales entre habitats sans rôle évident des pollinisateurs. A l'échelle interspécifique, outre les variations d'habitat, le changement de pollinisateur semble expliquer l'absence de flux de gènes. Dans le cadre du continuum de spéciation chez le faham, l'isolement reproducteur évoluerait en premier lieu en réponse à l'adaptation aux différents habitats, puis serait renforcé par l'adaptation à différents pollinisateurs. La révision de la taxinomie du clade et les priorités en terme de conservation sont également discutées. / Mechanisms responsible for the establishment of reproductive isolation are little studied in island adaptive radiations. According to the theory of ecological speciation, reproductive isolation results from the ecologically-based divergent selection. By their unique characteristics, oceanic islands are ideal systems to study the role of ecological factors in the diversification of endemic lineages. This study focuses on the role of habitat and pollinators in restricting inter and intraspecific gene flow between populations of faham (Jumellea spp.), an orchid endemic to Mascarene Islands. To do this, patterns of phenotypic differentiation (floral traits), environmental differentiation (habitat, altitude, climate) and genetic differentiation (nuclear microsatellites) were compared. At the intraspecific level, the results show that gene flow restriction is mainly due to the colonization of different habitat types with no obvious role of pollinators. At the interspecific level, in addition to the role of habitat, pollinator shift seems to explain effective complete reproductive isolation. By placing these results into the continuum of speciation, it appears that reproductive isolation evolve initially in response to adaptation to different habitats and, in a second phase, would be enhanced by pollinator-driven divergent selection. Operationally, this study reviews the taxonomy of faham and proposes to define management units and priorities in terms of conservation.

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase. / This thesis compiles two distinct studies that both document the control of microstructures on rock seismic properties. The first part deals with the development of crystallographic preferred orientations (CPO) in the uppermost mantle associated with melt/fluid-rock interactions, recorded in peridotites xenoliths from the Japan sea back-arc basin. The microstructural and geochemical characteristics of the studied samples reveal that active spreading is associated to uppermost mantle deformation similar to that observed in the Oman ophiolite. At the onset of back-arc spreading, there are no strong interactions between melt percolation and deformation in comparison to continental rift zones, probably due to the relatively small size and short duration of the spreading event. The second part presents a unique database of plagioclase CPO from variously deformed mafic rocks. CPO are grouped in three main types; their characteristics as a function of deformation regime (magmatic or crystal-plastic) are outlined and discussed. Calculated seismic properties of gabbroic rocks show that anisotropy tends to increase as a function of fabric strength, although it is generally weak, due to the competing effect of olivine/clinopyroxene and plagioclase.