Le lac Saint-Point, situé dans la Haute Chaîne du Jura (à proximité de Pontarlier) constitue l'un des systèmes lacustres naturels les plus importants de France. Une campagne de forage (2005) a permis l'extraction d'une séquence continue de 12,5 m dans sa partie profonde. La chronologie de cette séquence, basée sur diverses méthodes de datation (datations radiocarbone, téphrochronologie...), couvre une période s'étendant du Tardiglaciaire à l'actuel. L'approche multi-paramètres de cette séquence consiste en une caractérisation des fractions inorganiques (minéralogie, géochimie des éléments majeurs, granulométrie, assemblages d'ostracodes) et organiques (teneurs en carbone organique, pollen). La comparaison de l'évolution des différents marqueurs dans les différents compartiments du système (sols, végétation, colonne d'eau) souligne différentes périodes d'évolution sous l'influence des forçages climatiques et anthropiques. Ainsi, la séquence se compose de deux ensembles sédimentaires distincts, associés au Tardiglaciaire d'une part (environ 18 500 à 11 300 cal BP), et à l'Holocène d'autre part (environ 11 300 cal BP à l'actuel). Cette bipartition est la conséquence d'une explosion de la production authigène, au début de l'Holocène, et de l'évolution de la pédogénèse, associée à la mise en place d'une forêt (de type chênaie-mixte) sur le bassin versant. Cette évolution du système correspond à l'Optimum holocène. Une nouvelle transition apparaît à 6 300 cal BP. Cette transition marque le passage depuis l'Optimum holocène vers le Néoglaciaire, sous l'influence du forçage orbital. Le couvert végétal évolue alors vers une hêtraie-sapinière, entraînant une modification des sols et de leur érodabilité. Malgré l'observation d'indices polliniques d'anthropisation ténus à partir de 7 200 cal BP, l'impact anthropique sur la réponse sédimentaire ne semble discernable qu'à partir de 2 600 cal BP. Il revêt deux formes distinctes. De 2 600 cal BP à 1 200 cal BP, les activités agricoles (céréales) génèrent une accentuation du détritisme global. A partir de 1 200 cal BP, une décroissance des flux silicatés, contemporaine d'une accentuation des indices polliniques d'anthropisation, serait la conséquence d'une évolution des pratiques agricoles vers un pastoralisme dominant.

Le réchauffement climatique enregistré depuis le début du siècle, et imputé en grande partie à la production massive de gaz à effets de serre par les activités anthropiques, se traduit par différentes réponses du système climatique terrestre. Les projections pour l'évolution climatique future requièrent l'utilisation de modèles, dont la fiabilité dépend en partie des tests conduisibles sous des conditions aux limites variables. Afin de contraindre les paramètres mal connus de ces modèles, l'étude des climats du passé constitue un moyen adapté. Le projet TALDICE de forage dans la glace prend place dans ce contexte général. Son objectif principal vise à enrichir notre connaissance de la variabilité climatique passée enregistrée sur le continent antarctique, en focalisant plus particulièrement sur les disparités régionales et le comportement des régions situées en bordure du plateau est-antarctique, notamment lors de variations rapides du climat. Le forage glaciaire profond TALDICE a été conduit à Talos Dome, en Terre de Victoria, près de la Mer de Ross. Dans ce travail de thèse nous nous sommes attelés à la construction d'une échelle d‘âge précise pour la carotte TALDICE, en nous appuyant, dans un premier temps, sur l'analyse du méthane et des isotopes de l'air contenu dans les bulles incluses au sein de la matrice glaciaire, et dans un second temps, sur l'utilisation de divers modèles de datation, dont une nouvelle méthode inverse optimisant la cohérence entre les marqueurs stratigraphiques et les contraintes glaciologiques. L'échelle d'âge TALDICE-1 ainsi édifiée a permis 1) de montrer que l'enregistrement climatique de la carotte était exploitable sans hiatus jusqu'à un âge de 250.000 ans avant notre ère, 2) de discuter les relations de phase des évènements climatiques rapides observés durant la dernière déglaciation et la fin de la période glaciaire (stade isotopique marin n°3) entre TALDICE et d'autres carottes de glace issues des deux hémisphères. Une analyse multi-proxies, accompagnéee par l'exploitation de simulations d'un modèle de climat global couplé océan-atmosphère (le modèle IPSL-CM4), nous a permis de conclure 1) à la synchronicité du signal climatique de TALDICE avec ceux des autres régions antarctiques lors des variations rapides de température, étendant ainsi à cette région l'empreinte du mécanisme de bascule bipolaire lors des variations climatiques rapides, 2) à l'observation de disparités régionales dans les taux de changement de la température entre les différents secteurs de l'Océan Austral, probablement gouvernées par des variations locales du couvert de glace de mer, ainsi que de l'intensité et de la localisation des vents zonaux. Nous concluons à une sensibilité accrue du secteur atlantique de l'Océan Austral lors des variations globales de température par rapport au secteur indien.

Les latérites couvrent plus de 30% des surfaces émergées. Comprendre leur évolution future est essentiel pour prédire les changements qui affecteront le fonctionnement de la Zone Critique dans les siècles à venir. La littérature a pu montrer que les horizons indurés de ces sols comportaient plusieurs générations de minéraux secondaires qui pouvaient être reliées à différents événements paléoclimatiques. Des études isotopiques ont montré que les horizons non indurés de ces sols pouvaient aussi posséder des générations distinctes de minéraux secondaires. La datation par Résonance Paramagnétique Électronique, a été appliquée sur des kaolinites de latérites dans le but d’identifier si ce minéral possède bien plusieurs générations au sein d’un même profil et si ces dernières étaient corrélables avec des événements paléoclimatiques globaux ou régionaux. Au cours de cette thèse, deux régolithes du Plateau du Karnataka (Inde), quatre du bassin du Rio Négro (Brésil) et un de la région de Syerstone (Australie) ont été étudiés. Les résultats de ces datations ont permis de distinguer différentes générations de kaolinites au sein de chacun des profils étudiés. Ces dernières sont par ailleurs toutes corrélables avec des périodes de fortes précipitations liées aux évolutions climatiques régionales et/ou globales. Ces résultats confirment aussi l’existence du phénomène de rajeunissement profils latéritiques au cours des temps géologiques. Le travail de cette thèse corrobore l’hypothèse de l’évolution épisodique de ces sols tropicaux et souligne leur importante stabilité dans les temps géologiques. / Laterites are covering a third of the continental surfaces. Understanding their evolution through the ongoing climate change is critical to predict the future Critical Zone transformation. Laterite duricrusts can contain several generations of secondary minerals that can be correlated with distinct paleoclimatic events. Isotopic studies showed that loose laterites may also be formed by several generations of secondary minerals. The objective of this PhD was to confirm that loose laterites contain several generations of kaolinites and that they formed during regional and/or global paleoclimatic events. With this aim in view, a recent dating methodology, the Electron Paramagnetic Resonance dating of kaolinites, was used on tropical regolith profiles from three continents with distinct geodynamic histories: India (Karnataka plateau), South America (Rio Negro basin, Brazil) and Australia (Syerstone region, New South Wale). The data set of this PhD confirms that a regolith contains several generations of kaolinites. All the identified generations of the present study can be correlated with regional paleoclimatic events or with tropical weathering favourable periods initiated by global paleoclimatic trends. Kaolinite generations formed preferentially during high precipitations periods and result from the rejuvenation of laterite profiles. The results of this PhD confirm that laterites have an episodic evolution.

La chaîne du Tianshan s'étend sur ~2800 km en longitude et sépare deux bassins désertiques d'Asie Centrale, le Tarim au sud et le Junggar au nord. Ses reliefs élevés (>7000 m) sont issus d'une réactivation cénozoïque due à la collision<br />Inde-Asie. Cette chaîne forme ainsi une barrière naturelle aux courants atmosphériques d'Asie Centrale et sa surrection a dû avoir un impact sur l'évolution climatique durant le Néogène. Son évolution morphologique est contrôlée par la tectonique et le climat, à plusieurs échelles de temps et d'espace. Le Tianshan est donc un objet naturel pour l'étude des interactions Orogenèse-Climat-Erosion. Le piedmont nord du Tianshan est formé de plis d'avant-pays incisés par des rivières, mettant à l'affleurement des séries fluvio-lacustres cénozoïques des bassins de piedmont, issues de l'érosion de<br />la chaîne. Une étude sédimentologique (faciès, matière organique-MO et minéraux lourds-ML) a été menée trois sites Jingou He, Kuitun He et Ebi Nor, afin de reconstituer les paléoenvironnements depuis 25 Ma. Il a été montré que la composition organique des sédiments n'est pas liée aux environnements sédimentaires. De plus, les palynofaciès exposent des variations climatiques globales, comme les périodes d'aridification connues en Asie Centrale à ~15, 8 et 3 Ma, ainsi que des variations régionales sur le piedmont nord. La confrontation des résultats avec ceux de l'étude du magnétisme des roches permet d'apporter des informations supplémentaires : les variations climatiques sur le piedmont nord seraient dues soit à la tectonique (~20,5; 15,5; 11,5 et 4,5 Ma), soit au climat (~20,5; ~17,5; ~13,8; ~9-8,8; ~4,5 et ~1,2 Ma).<br />L'étude sédimentaire des séries néogènes du bassin du Junggar révèle que 1) les palynofaciès permettent de décrire l'évolution des environnements, en terme de degré d'humidité/aridité, cela malgré les faibles contenus organiques, 2) la confrontation avec d'autres paramètres permet de proposer une origine tectonique ou climatique aux changements environnementaux, 3) la corrélation entre les 3 sites d'étude montre que ces variations sont au moins d'échelle régionale.

Les variations climatiques et géomorphologiques, principaux moteurs de l'évolution récente du système aquifère du Bassin parisien, se traduisent par une modification des conditions aux limites dont la caractérisation et l'évaluation de l'impact hydrodynamique sont l'objectif de cette thèse. Une simulation transitoire des écoulements souterrains a ainsi été conduite sur les cinq derniers millions d'années à l'aide d'un modèle hydrogéologique 3D, sous l'action de forçages paléoclimatiques et géodynamiques. L'évolution du climat est issue de la mise en œuvre d'un modèle de circulation générale atmosphérique zoomé et la quantification des processus morphologiques, d'une méthode d'analyse des modèles numériques de terrain. La modélisation met en évidence des charges transitoires dans les aquitards et les aquifères profonds et des inversions de direction de drainance au sein du système à l'actuel, fonction du jeu de paramètres hydrodynamiques et du scénario climatique et géomorphologique.

L'évolution d'une quinzaine de glaciers de la Cordillère Orientale de Bolivie (16-17°S ; 68°W), depuis leur phase d'extension maximale du Petit Age Glaciaire (PAG) jusqu'à la fin du 20ème siècle, a pu être reconstruite sur la base des dix principales moraines observées sur les marges proglaciaires et de six couples de photographies aériennes. L'ensemble des moraines, dont la correspondance géomorphologique a pu être établie d'un glacier à l'autre, a été daté par lichenométrie (Rhizocarpon geographicum s.l.) en utilisant une nouvelle méthode de traitement statistique des données basée sur la théorie des valeurs extrêmes. Le maximum d'extension des glaciers est daté de la deuxième moitié du 17ème siècle. Les glaciers ont gardé, jusque durant la première moitié du 18ème siècle, une position quasiment équivalente à ce maximum. A partir des années 1730-40 s'amorce une phase de retrait continue des glaciers. Les moraines les plus importantes attestent de périodes de stagnation des fronts ou de réavancées n'ayant cependant jamais été d'ampleur suffisante pour remanier les dépôts morainiques précédemment mis en place. La fin du 19ème et le début du 20ème siècle sont marqués par une accélération du recul des glaciers. Durant le 20ème siècle, la décrue reste rapide. Sur l'ensemble de la période d'étude, les glaciers enregistrent une perte moyenne de près de 60% de leur surface maximale, ce qui correspond à une remontée d'environ 135 m de l'altitude de leur ligne d'équilibre. Les datations du maximum du PAG et des stades morainiques ultérieurs, aussi bien que l'évolution des glaciers boliviens depuis la fin du 19ème siècle sont concordants avec les données disponibles dans d'autres massifs des Andes intertropicales, notamment au Pérou et en Equateur. On émet l'hypothèse d'un synchronisme de l'évolution des glaciers à l'échelle régionale en réponse à un forçage climatique commun. L'interprétation paléoclimatique des données obtenues permet de supposer que l'extension maximale des glaciers boliviens correspond à une période pendant laquelle les précipitations étaient supérieures de 20 à 30% à leur niveau actuel et les températures inférieures de 0,4 à 0,6°C. En outre, on note la concomitance entre les périodes de moindre activité solaire et celles d'avancée des glaciers. Le retrait, à partir de la première moitié du 18ème siècle, serait en grande partie dû à une baisse des précipitations. Ces hypothèses sont en accord avec les indications issues d'autres « proxies » du climat, encore peu nombreux dans cette région des Andes, que sont par exemple les carottes de glace extraites de la calotte glaciaire de Quelccaya au sud du Pérou. L'occurrence de nombreux et intenses phénomènes El Niño à la fin du 19ème et au début du 20ème siècle, mise en évidence par plusieurs indicateurs, pourrait être responsable de l'accélération du retrait des glaciers à cette période et aurait sans doute précipité la fin du PAG à l'échelle des tropiques andins. Contrairement aux périodes précédentes pendant lesquelles l'évolution des glaciers semble avoir été principalement contrôlée par les précipitations, leur retrait durant le 20ème siècle apparaît comme résultant d'une hausse combinée des températures et de l'humidité.

L'interaction entre la température des océans et la teneur isotopique des précipitations antarctiques est étudiée à l'aide d'un modèle de circulation générale atmosphérique, en distinguant différentes sources des précipitations. La contribution de ces sources est estimée pour des conditions climatiques modernes et glaciaires, il y a 21000 ans. Les variations entre ces climats résultent du refroidissement de l'océan et du renforcement du gradient méridien de température. Différentes reconstructions des températures tropicales glaciaires, mal connues, montrent leur forte influence sur la contribution des sources. Pour les latitudes polaires, la teneur isotopique des précipitations issues de chaque source est reliée à la température de la source et à sa distance au lieu de précipitation. Contrairement à l'idée développée par Boyle (1997), un refroidissement glaciaire généralisé des sources n'est pas susceptible de biaiser l'interprétation classique des isotopes en paléotempérature, car il est compensé dans nos simulations par une plus forte contribution des sources chaudes. La distribution de l'oxygène 18 dans l'océan est simulée à l'aide d'un modèle de circulation générale océanique, en prescrivant des flux isotopiques issus du modèle atmosphérique. Ces mêmes flux servent à simuler une 'salinité' passive, cohérente avec l'oxygène 18. Les différentes caractéristiques ainsi que la corrélation spatiale entre ces 2 traceurs, salinité et isotope, sont correctement reproduites. La modélisation permet d'étudier la sensibilité de leur relation aux flux de surface, et notamment à l'écoulement continental. L'effet du mélange océanique horizontal est apprécié par comparaison avec un modèle en boite. L'impact des conditions (température et humidité) et de la teneur isotopique de la surface océanique sur l'excès en deutérium des précipitations antarctiques est aussi évalué.

Les variations de l'intensité de la circulation thermohaline globale en Atlantique (l'Atlantic Meridional Overturning Circulation), qui constitue la composante nord-atlantique de la circulation thermohaline globale, sont fortement liées aux variations climatiques. Ces variations peuvent être retracées par les propriétés géochimiques des sédiments déposés par le sous-courant côtier de l'ouest (WBUC-Western Boundary UnderCurrent) qui entraîne les masses d'eau profonde de l'Atlantique Nord dans une gyre au fond des bassins d'Irminger et du Labrador. Les isotopes radiogéniques (Nd et Pb notamment) de la fraction argileuse des sédiments détritiques présentent un intérêt particulier car ils ont la propriété de préserver la signature isotopique d'origine des différentes sources rocheuses qui contribuent à la charge sédimentaire du bassin. Ici, nous examinons les variations de la composition isotopique du Nd et du Pb commun sur la fraction argileuse (< 2µm) des sédiments couvrant les stades isotopiques marins 27 à 31 (~ intervalle de Jaramillo) dans la carotte IODP-1305, pour les comparer avec celles reportées par (Fagel et al., 1999 ; 2002 et 2006) à partir d'un forage voisin couvrant les derniers 400 ka (stades isotopiques 1 à 11; site ODP-646) et d'une carotte de la station 90-013-013 (PC-13) couvrant les derniers 170 ka. Les carottes des forages IODP-1305, ODP-646 et la carotte par piston PC-13 ont été prélevées au large du Cap Farewell (sud Groenland), sous l'axe d'intensité maximale du WBUC et à une profondeur d'environ 3400 m. Fagel et al., (1999,2002 et 2006) ont montré que les alternances glaciaires-interglaciaires des stades isotopiques 1 à 11 se marquaient par des fluctuations relatives-des sources des sédiments: i) le bouclier groenlandais nord Américain, ii) du matériel récent provenant du volcanisme islandais et de la ride de Reykjanes, iii) une composante paléozoïque. Les résultats des analyses isotopiques des stades isotopiques 27 à 31, obtenus dans le cadre de ce travail, s'inscrivent hors du champ défini par les sédiments précédents. Ils indiquent une composition isotopique plus radiogénique que celle des carottes du forage ODP-646 et de la station (90-013-01). Les valeurs des rapports ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd varient entre 0,511703 et 0,512356, εNd varie entre -18,2 et -5,5, les rappolts ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd s'étendent de 0,1061 à 0,1228, les rapports ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb varient entre 18,992 et 18,0195 et les rapports ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb varient entre 15,445 et 15,594. Ces compositions laissent croire à l'implication d'une source sédimentaire distincte de celles identifiées par Fagel et al., (1999, 2002, 2006) et qui pourrait être associée aux roches volcaniques tertiaires du Groenland. La différence des signatures isotopiques et l'évolution des sources sédimentaires entre les carottes IODP-1305, ODP-646 et la 90-013-013 indiquent que la circulation thermohaline a probablement évolué d'une manière significative entre les stades 27-31 et 1-11, et que l'étendue des glaces, sur le Groenland, était probablement moindre au cours du premier intervalle que du second, rendant ainsi compte de l'altération chimique des roches tertiaires est-groenlandaises indiquée par les compositions isotopiques du Nd et du Pb. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Atlantique Nord-Ouest, Circulation thermohaline, Géochimie, lODP, Isotope, Néodyme, Océanographie, Paléoclimat, Pléistocène, Plomb, Traceurs géochimiques.

Les études antérieures des assemblages minéralogiques argileux en Atlantique Nord ont montré que leur abondance relative fournit des informations sur les courants marins profonds ainsi que sur les taux d'érosion glaciaire des continents avoisinants. Ils peuvent donc être utilisés pour la reconstitution des variations de la circulation de renversement méridional de l'Atlantique (AMOC-Atlantic Meridional Overturning Circulation), principal moteur de la circulation thermohaline globale. Cette étude fait état de l'analyse des assemblages minéralogiques argileux de plus de 200 échantillons de sédiments provenant du forage IODP-1305. Ce site est localisé sur l'extrémité sud-ouest de la ride d'Eirik (sud du Groenland) sous l'axe du courant de contour côtier profond de l'Ouest (WBUC-Western Boundary UnderCurrent) qui entraine la masse d'eau profonde de j'Atlantique Nord (NADW-North Atlantic Deep Water) en sa gyre dans la Mer du Labrador. Le but est de caractériser la composition minéralogique, donc les sources, des particules fines transportées par le WBUC en Mer du Labrador durant le début du Pléistocène (~1.1 Ma; stades isotopiques de l'oxygène OIS 27 à 31), tandis que le climat était fortement rythmé par le cycle astronomique d'environ 40 ka, en comparaison avec les derniers 365 Ka (OIS 1-10), sous le forçage d'environ 100 ka, illustrés par les travaux de Fagel et Hillaire-Marcel (2006) sur le forage ODP-646, sensiblement localisé au même endroit. Trois sources principales de particules fines contribuent à l'assemblage minéralogique du site d'étude: 1) source précambrienne du Canada, du Groenland et/ou de la Scandinavie; 2) matériel paléozoïque récent de l'est du Groenland, du N-O de l’Europe et/ou de la Scandinavie; 3) source volcanique provenant de l'Islande et de la ride médio-océanique. La minéralogie argileuse est déterminée par diffraction des rayons X sur la fraction argileuse inférieure à 2µm. Une attention spéciale est portée aux propriétés radiocristallographiques des smectites comme traceurs des circulations océaniques. Les assemblages argileux des échantillons étudiés montrent une composition moyenne typique de la région (-60% smectites, -20% illite, -10% chlorite+kaolinite). Cependant, la comparaison de l'évolution des apports particulaires avec ceux du forage ODP-646 (Fagel et al.; 2006) indique pour l'intervalle étudié ici: 1) une tendance opposée du modèle d'apport entre les périodes glaciaires/interglaciaires; 2) une intensification des apports proximaux laissant apparaître un autre type d'érosion (chimique) en plus de l'érosion mécanique glaciaire. L'utilisation des saturations cationiques (Li, K, Mg) indique que les smectites sont issues de l'altération de roches volcaniques acides du Groenland associées à l'ouverture de l'Atlantique pendant le Tertiaire. Ces résultats suggèrent une AMOC plus méridionale et un WBUC moins prononcé sous forçage de 40 ka, avec des apports islandais et médio-océanique réduits. L'importance des apports proximaux indique une calotte glaciaire groenlandaise assez réduite vers 1.1 Ma sous un climat régional probablement plus doux que celui des derniers cycles climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Circulation thermohaline, Paléoclimat, Pléistocène, IODP, Assemblages minéralogiques argileux, Diffraction des Rayons X, Smectites, Paléotraceur, Saturation cationique.

Cette étude visait à développer un modèle dynamique du pergélisol-carbone à intégrer dans le modèle CLIMBER-2 et d'effectuer des simulations en vue de contribuer à la connaissance du cycle du carbone. Ce travail pourrait, pour la première fois, permettre une étude de modélisation avec un modèle de système terrestre qui comprendrait l'atmosphère dynamique, l'océan dynamique, la végétation dynamique et les composantes de la cryosphere, y compris les terres gelées, afin d'étudier le paléoclimat. La disponibilité des données récentes du CO2 et de δ13C de CO2 dans l'atmosphère fourni un moyen de valider les résultats du modèle pour déterminer si une dynamique pergélisol-carbone pourrait avoir joué un rôle important au cours des climats changeants.Un mécanisme pergélisol-carbone simplifié a été développé et validé et à été réglé en utilisant les données de la terminaison 1 (T1). Il a été constaté que, pour reproduire des données de CO2 et δ13C atmosphériques (pour l'atmosphère et l'océan) au cours de T1, une combinaison des mécanismes océaniques-glaciaires et pergélisol-carbone ont été nécessaires. Suite à cette constatation, plusieurs cycles glaciaires ont été modélisés pour étudier la sensibilité du mécanisme pergélisol-carbone aux forçages de CO2, les calottes glaciaires et l'insolation. l'étendue des calottes glaciaires a été jugée particulièrement importante pour le contrôle de la superficie des terres disponibles pour le pergélisol, et donc aussi pour la dynamique du carbone du pergélisol-carbone. La libération du carbone dans les sols de dégel en réponse à l'augmentation de l'insolation d'été dans les hautes latitudes, a été jugée très probable comme la source des hausses initiales de CO2 dans l'atmosphère au cours des terminaisons glaciaires.Les données CO2 de terminaison 1 peuvent être bien reproduits, y compris le plateau de CO2 BA / YD, quand le forçage de l'eau douce est appliqué à l'Atlantique nord. Expériences avec forçage de l'eau douce ont souligné l'importance du mécanisme du pergélisol-carbone dans l'évolution rapide des climats. Les augmentations très rapides des niveaux de CO2 dans l'atmosphère peuvent être expliqués par la libération rapide des sols en carbone en réponse à l'augmentation du transport de chaleur vers l'hémisphère nord. C'est en réponse à la reprise de l'AMOC suite d'un événement AMOC arrêt/réduction, tels que des événements D/O vu dans les données du δ18O Groenland. Les projections de changement climatique représentent des événements de réchauffement rapide. La conduite du modèle par des projections d'émissions (base de données RCP) a prédit l'augmentation du CO2 de pic et une plus longue période a des niveaux élevées de CO2 par rapport aux sorties du modèle qui ne comprennent pas les évaluations du pergélisol-carbone.L'analyse de δ13C de l'océan doit tenir compte de la dynamique du pergélisol et du carbone de la terre en général et de son effet sur les niveaux de δ13C atmosphériques. Si ce n'est pas pris en compte alors la circulation océanique peut être trop invoquée pour tenter d'expliquer les changements de δ13C de l'océan et du CO2 atmosphérique.Le mécanisme pergélisol-carbone réagit aux changements de température et amplifie la réponse du cycle du carbone. Il est fortement dépendant non seulement de l'apport d'énergie (qui détermine la température du sol et de l'emplacement du pergélisol), mais également de la surface de terres disponible à l'échelle mondiale sur laquelle le pergélisol peut exister. Afin de modéliser et de comprendre correctement la réponse du système terrestre dans les climats futurs et passés, le mécanisme de rétroaction pergélisol-carbone est un élément important du système. Ce travail a été une première étape pour aborder le rôle que la cryosphere terrestre joue dans le cycle du carbone et du système climatique sur de longues échelles de temps, et que d'autres études sont essentielles. / This study aimed to develop a permafrost-carbon dynamic model to incorporate into the CLIMBER-2 Earth system model and to carry out simulations with a view to contributing to the knowledge of the carbon cycle. The work would, for the first time, allow a fully coupled modelling study with an earth system model which included dynamic atmosphere, ocean, vegetation and cryosphere components including frozen land to study paleoclimates. The availability of recent ice core data for CO2 and δ13C of atmospheric CO2 was to provide a means of validating model findings to identify whether a permafrost-carbon dynamic could have played a significant role in past changing climates.The deep Southern Ocean is an area of particular interest for glacial-interglacial CO2 variability, and current modelling efforts aim to recreate the observed CO2 changes using ocean mechanisms. These are often related to deep southern ocean carbon storage and release. So far the terrestrial biosphere has not been well-considered in transient simulations of the carbon cycle in Earth system models.A simplified permafrost-carbon mechanism was developed and validated and tuned using data from termination 1. It was found that in order to reproduce atmospheric CO2 and δ13C data (for atmosphere and ocean) during the termination, a combination of glacial ocean mechanisms and the permafrost-carbon mechanism was required. Following this finding, several glacial cycles were modelled to study the sensitivity of the permafrost-carbon mechanisms to CO2, ice sheets and insolation. Ice sheet extent was found to be particularly important in controlling the land area available for permafrost and therefore the carbon dynamics of permafrost-carbon. The permafrost-carbon mechanism, via carbon release from thawing soils responding to increasing summer insolation in higher northern latitudes, was found to very likely be the source of initial rises in CO2 on glacial terminations.Termination 1 CO2 data could be well reproduced, including the B-A/YD CO2 plateau, when fresh water forcing was applied to the north Atlantic. Fresh water forcing experiments pointed to the importance of the permafrost-carbon mechanism in fast changing climates. Very fast increases in atmospheric CO2 levels may be explained by fast soil-carbon release responding to increased heat transport to the northern hemisphere on AMOC resumption following an AMOC switch-off/reduction event, such as D/O events seen in the Greenland δ18O record. Future climate change projections represent fast warming events. Driving the model by emissions projections (RCP database) predicted increased peak CO2 and much longer term elevated CO2 levels relative to model outputs which did not include the permafrost carbon feedback.Analysis of ocean δ13C must take into account the dynamics of permafrost and land carbon in general and its effect on atmospheric δ13C levels. If this is not taken into account then ocean circulation may be over-invoked in attempting to explain changes in ocean δ13C and atmospheric CO2. The Earth system is not simply atmosphere and ocean. The findings in this work highlight that it is essential to consider land carbon dynamics when interpreting paleo-indicators for the carbon cycle.The permafrost-carbon mechanism reacts to temperature changes and amplifies the carbon cycle's response. It is stongly dependent not only on energy input (that determines soil temperature and permafrost location), but also on the area of land available globally on which it can exist. In order to properly model and understand the Earth system response to forcing in both future and past climates, the permafrost-carbon feedback mechanism is an important system component. This work has been a first step to address the role that the land cryosphere plays in the carbon cycle and climate system on long timescales, and further studies are essential.