L'installation de récifs artificiels est une solution classiquement proposée pour soutenir la petite pêche artisanale. C'est dans ce but qu'a été déployé dans la baie de Marseille le plus grand ensemble de récifs artificiels de Méditerranée. Ce système offre une opportunité de comprendre le fonctionnement trophique de ces structures par (1) la caractérisation des sources de matière organique (MO) (2) la détermination de leur utilisation par les consommateurs et (3) leur devenir au sein des réseaux trophiques. Ces questions ont été appréhendées à l'aide des isotopes stables du C et du N, de la caractérisation biochimique des sources de MO et de l'analyse des contenus stomacaux des poissons.Les sources de MO présentent des différences isotopiques et biochimiques, reflet de leurs fonctionnements différents. La MO particulaire en suspension est un pool variable influencé par les apports allochtones et soumis aux forçages climatiques. Elle est la source principale de MO sur les récifs artificiels. La production primaire benthique est très hétérogène et de qualité nutritionnelle faible. Elle contribue aux réseaux trophiques des récifs par le biais des détritus qu'elle produit. Enfin, la MOS est un pool détritique de faible qualité nutritionnelle. Les récifs artificiels ne modifient pas la structure et le fonctionnement des communautés naturelles de poissons et leur offrent des ressources alimentaires variées et importantes. L'ensemble des résultats acquis, via les isotopes stables et les contenus stomacaux, montrent que les récifs artificiels sont des producteurs de biomasse à partir des productions primaires locales. / Artificial reefs are a classical tool used to sustain small scale fisheries. In Marseille's Bay, the largest Mediterranean artificial reef system was deployed for this purpose. This system is a valuable opportunity to better understand the trophic functioning of artificial reefs, by (1) characterizing the organic matter (OM) sources, (2) determining how they are used by low trophic level consumers and (3) following their fate in the trophic networks. These issues were assessed by three approaches:C and N stable isotope ratios, biochemical composition of OM sources and fish stomach content.OM sources display isotopic and biochemical differences reflecting their functioning. Suspended POM is variable, under the influence of allochtonous inputs and controlled by climatic forcing. POM represents the main OM source of the artificial reef food webs. The benthic primary production has heterogeneous C and N stable isotope ratios and exhibits mainly high insoluble carbohydrates contents. Benthic primary production is integrated into trophic networks mainly in the form of detritus. Eventually the sediment organic matter is a detrital pool, characterized by a low variability and a poor nutritional quality.Artificial reefs do modify the organization and the functioning of natural fish communities, and provide diversified and important food resources. Stable isotope and stomach content analyses confirm the consumption of artificial reef invertebrates by small carnivorous fishes, preyed themselves by piscivorous predators. All these results confirm that artificial reefs can efficiently increase fish biomass by local production based on phytoplanktonic and local benthic OM sources.

Cette thèse puise sa motivation dans l'industrie pétrolière, et plus particulièrement dans la phase de cimentation primaire des puits pétroliers. Le travail consiste en une étude expérimentale des écoulements biphasiques, stables et instables, des fluides utilisés durant cette opération. Dans les cas instables, l'instabilité de Rayleigh-Taylor, qui est susceptible de se développer quand un fluide lourd repose sur un fluide léger sous le champs gravitaire par exemple, est l'une des instabilités responsables des phénomènes de mélange observés entre les fluides déplacés, notamment la boue et le ciment. Elle est étudiée dans ce travail dans le cas de fluides modèles, à seuil, reprenant le même comportement rhéologique que les fluides pétroliers, à la fois d'un point de vue qualitatif et quantitatif. Dans les cas stables où les fluides pétroliers laissent des dépôt sur les parois du puits, une étude expérimentale, se basant sur des fluides à seuil modèles, permet de relier l'épaisseur du dépôt aux paramètres importants du problème, à savoir les paramètres rhéologiques du fluide à seuil et les propriétés de l'écoulement / This thesis draws its motivation from the petroleum industry, and more particularly from the phase of primary cementation of the oil wells. The work consists of an experimental study of the biphasic, stable and unstable flows, fluids were used during this operation. In the unstable cases, the instability of Rayleigh-Taylor, which may develop when a heavy fluid rests on a light fluid under fields’ gravitaire for example, is one of the instabilities responsible for phenomena of mixture observed between the uncalled-for fluids, in particular the mud and the cement. It is studied in this work in the case of model fluids, in threshold, resuming the same rheologic behavior as the oil fluids, at the same time from a qualitative and quantitative point of view

O presente trabalho utilizou os marcadores orgânicos moleculares (n-alcanos e alquenonas) para avaliar as mudanças no regime pluvial do continente adjacente e na temperatura da superfície do mar nos últimos 3000 anos na Região da Ria do Mamanguá, localizada no litoral sul do Rio de Janeiro. Foram analisadas também amostras de sedimentos superficiais marinhos para verificar a extensão da influência continental na área de estudo. Os resultados das amostras de sedimento superficial mostraram haver uma maior influência terrestre nas áreas mais internas do Saco do Mamanguá e da Enseada de Parati-Mirim, que recebem do continente a matéria orgânica proveniente da Serra do Mar através dos deságues dos rios e da produção dos manguezais. Já os pontos mais externos encontram-se sob uma maior influência da produtividade marinha da plataforma continental adjacente. Os parâmetros avaliados nos testemunhos permitiram a identificação de períodos com maior ou menor contribuição de matéria orgânica terrestre para a Região da Ria do Mamanguá, indicando assim períodos relativamente mais úmidos ou mais secos, respectivamente. Além disso, foi possível identificar nos dados a presença do evento Little Ice Age, caracterizado como um período mais úmido e com TSM relativamente mais baixa na região da Ria do Mamanguá. / The present study used molecular organic markers (n-alkanes and alkenones) to assess changes in rainfall patterns and in the sea surface temperature over the past 3000 years in the Region of Ria do Mamanguá, located on the southern coast of Rio de Janeiro. Surface sediment samples were also analyzed to verify the extent of the continental influence over the study area. The results of the surface sediment samples revealed a greater terrestrial influence over the innermost areas of the Saco do Mamanguá and Enseada de Parati-Mirim. Both areas receive organic matter from the Serra do Mar through continental runoff and from the mangroves ecosystems. The outermost areas, on the other hand, are under a greater influence of the marine productivity from the continental shelf. The parameters evaluated in sediments cores allowed the identification of periods with greater or lesser contribution from terrestrial organic matter to the Region of Ria do Mamanguá, thus indicating wetter or drier periods, respectively. Furthermore, it was possible to identify the presence of the Little Ice Age event, that was characterized as a period of wetter conditions and with relatively low TSM in the Region of Ria do Mamanguá

L’Âge du Bronze est un moment de changement pour les groupes humains en Italie : les attestations archéologiques montrent comment les nouvelles pratiques agricoles, le système d’élevage et le développement de nouvelles activités économiques sont diffusés différemment selon les régions, conformément à l’environnement et aux facteurs sociaux. L’étude des stratégies de subsistance et des comportements socio-économiques à travers l’analyse des patrons alimentaires en Italie, pendant l’Âge du Bronze est donc proposée. L’enjeu est de comprendre comment les habitudes alimentaires reflètent ces transformations et d’analyser l’introduction et consommation de nouvelles ressources végétales et animales. Sur la base d’une approche diachronique et géographique, l’évolution des habitudes alimentaires à travers les analyses des isotopes stables dans le collagène des os humains et animaux est présentée. L’étude se concentre sur dix sites datant de 2300-930 av. J.-C. L’analyse au niveau géographique témoigne d’une diète plus variée dans le Nord et le Centre de l’Italie par rapport au Sud. Concernant l’analyse diachronique, une homogénéité des ressources consommées à l’Âge du Bronze Ancien est remarquée. Pour l’Âge du Bronze Moyen et Final l’émergence de régimes alimentaires basés sur de nouvelles plantes est mise en évidence. Cette période se présente donc comme un moment de rupture et de transition. L’introduction de nouvelles ressources et la diffusion de céréales contribuent à mettre en évidence les dynamiques des échanges culturels qui ont caractérisé les communautés à l’Âge du Bronze, même si l’environnement et les variations climatiques ne doivent pas être négligées. / The Bronze Age is characterised by significant changes in human groups organisation and activities. In Italy, archaeological evidences show that new agricultural practices, livestock farming and new economic activities were introduced. All these aspects evolved differently, depending on geographical areas, local environment and social factors. The study of subsistence strategies and socio-economic behaviours through the analysis of dietary patterns in Italy during the Bronze Age is presented. Main scopes are to delineate Italian society’s food choices and to analyse the introduction of new resources. Stable isotopes analyses contained in collagen of human and animal bone has been performed. A diachronic and geographic approach is presented. The analysis focuses on ten Italian sites dating from ca. 2300 to 930 BC, presenting both diachronic and geographic comparison. The geographic analysis shows a more varied diet in the North and Central Italy, compared to the Southern areas. Concerning the diachronic analysis, data highlight the homogeneity of the resources consumed during the Early Bronze Age. For both Middle and Late Bronze Ages, the introduction of new plants in the diet is evident. Thus, Middle Bronze Age represents a pivotal moment in protohistoric societies, as a phase of rupture and transition. The consumption of different food resources and new cereals diffusion processes contribute to highlight the importance of contacts and cultural exchanges. These relationships had a significant influence on Italian communities during the Bronze Age, including food habits, although the environment and the climatic oscillations of this period cannot be neglected. / L'età del Bronzo è una fase della Protostoria caratterizzata in Italia da importanti cambiamenti per i gruppi umani. Le evidenze archeologiche suggeriscono l'introduzione di nuove pratiche agricole e sistemi di allevamento, a cui si associa la sviluppo di attività di rilevanza a livello economico (e.g. metallugia), e una maggiore organizzazione della società che mostrano al loro interno una strutturazione e gerarchizzazione più marcata: questi aspetti presentano tendenze differenti secondo l'area geografica, in seguito alle caratteristiche ambientali locali e fattori di tipo sociale. Questo lavoro propone lo studio delle strategie di sussistenza e delle tendenze socio-economiche attraverso l'analisi dell'alimentazione. Gli obiettivi sono comprendere come le transformazioni che si manifestano a livello socio-economico si riflettono nella dieta, delineare le tendenze alimentari considerando anche gli aspetti biologici e analizzare il consump di nuove risorse. Lo studio è stato effetuato attraverso l'analisi degli isotopi stabili contenuti nel collagene delle ossa di resti umani e animali. Sono stati selezionati 10 siti della penisola italiana datati tra 2300-930 BC: prendendo in considerazione altri siti disponibili in letteratura, l'analisi è avvenuto applicando un approccio di tipo geografico e cronologico. L'analisi geografica ha messo in evidenza come il Nord e il Centro Italia presentino dei pattern alimentari variegati, contrariamente à quanto si rileva per il Sud Italia. L'analisi cronologica mostra come nel Bronzo Antico si noti una maggior omogeneità nel tipo di risorse consumate, differentemente all'età del Bronzo Medio e Rencete-Finale, dove l'introduzione di nuovi cereali nella dieta,come il miglio, risultaevidente. Questo studio, quindi, mostra come nel Bronzo Antico rappresenti un momento critico, di transizione, per i gruppi umani protostorici. Il consumo di risorse differenti e il processo di diffusione di nuovi cereali sottolinea l'importanza dei contatti e degli scambi culturali tra le diverse comunità. Queste relazioni cominciano ad avere un'influenza rilevante durante l'età del Bronzo, anche a livello di abitudini alimentari, sebbene non possano essere ignorate le caratteristiche ambientali locali e le oscillazioni climatiche di questo periodo.

La modélisation probabiliste des événements climatiques et environnementaux doit prendre en compte leur nature spatiale. Cette thèse porte sur l’étude de mesures de risque pour des processus spatiaux. Dans une première partie, nous introduisons des mesures de risque à même de prendre en compte la structure de dépendance des processus spatiaux sous-jacents pour traiter de données environnementales. Une deuxième partie est consacrée à l’estimation des paramètres de processus de type max-mélange. La première partie de la thèse est dédiée aux mesures de risque. Nous étendons les travaux réalisés dans [44] d’une part à des processus gaussiens, d’autre part à d’autres processus max-stables et à des processus max-mélange, d’autres structures de dépendance sont ainsi considérées. Les mesures de risque considérées sont basées sur la moyenne L(A,D) de pertes ou de dommages D sur une région d’intérêt A. Nous considérons alors l’espérance et la variance de ces dommages normalisés. Dans un premier temps, nous nous intéressons aux propriétés axiomatiques des mesures de risque, à leur calcul et à leur comportement asymptotique (lorsque la taille de la région A tend vers l’infini). Nous calculons les mesures de risque dans différents cas. Pour un processus gaussien, X, on considère la fonction d’excès : D+ X,u = (X−u)+ où u est un seuil fixé. Pour des processus max-stables et max-mélange X, on considère la fonction puissance : DνX = Xν. Dans certains cas, des formules semi-explicites pour les mesures de risque correspondantes sont données. Une étude sur simulations permet de tester le comportement des mesures de risque par rapport aux nombreux paramètres en jeu et aux différentes formes de noyau de corrélation. Nous évaluons aussi la performance calculatoire des différentes méthodes proposées. Celle-ci est satisfaisante. Enfin, nous avons utilisé une étude précédente sur des données de pollution dans le Piémont italien, celle-ci peuvent être considérées comme gaussiennes. Nous étudions la mesure de risque associée au seuil légal de pollution donnée par la directive européenne 2008/50/EC. Dans une deuxième partie, nous proposons une procédure d’estimation des paramètres d’un processus max-mélange, alternative à la méthode d’estimation par maximum de vraisemblance composite. Cette méthode plus classique d’estimation par maximum de vraisemblance composite est surtout performante pour estimer les paramètres de la partie max-stable du mélange (et moins performante pour estimer les paramètres de la partie asymptotiquement indépendante). Nous proposons une méthode de moindres carrés basée sur le F-madogramme : minimisation de l’écart quadratique entre le F-madogramme théorique et le F-madogramme empirique. Cette méthode est évaluée par simulation et comparée à la méthode par maximum de vraisemblance composite. Les simulations indiquent que la méthode par moindres carrés du F-madogramme est plus performante pour estimer les paramètres de la partie asymptotiquement indépendante / When dealing with environmental or climatic changes, a natural spatial dependence aspect appears. This thesis is dedicated to the study of risk measures in this spatial context. In the first part (Chapters 3 and 4), we study risk measures, which include the natural spatial dependence structure in order to assess the risks due to extreme environmental events and in the last part (Chapter 5), we propose estimation procedures for underlying processes, such as isotropic and stationary max-mixture processes. In the first part dedicated to risk measures, we extended the work in [44] in order to obtain spatial risk measures for various spatial processes and different dependence structures. We based these risk measures on the mean losses over a region A of interest. Risk measures are then defined as the expectation E[L(A,D)] and variance Var(L(A,D)) of the normalized loss. In the study of these measures, we focused on the axiomatic properties of asymptotic behavior (as the size of the region interest goes to infinity) and on computational aspects. We calculated two risk measures: risk measure for the gaussian process based on the damage function called access damage D+ X,u and risk measure for extreme processes based on the power damage function DνX . In simulation study and for each risk measure provided, we emphasized the theoretical results of asymptotic behavior by various parameters of a model and different Kernels for the correlation function. We also evaluated the performance of these risk measures. The results were encouraging. Finally, we implemented the risk measure corresponding to gaussian on the real data of pollution in Piemonte, Italy. We assessed the risks associated with this pollution when an excess of it was over the legal level determined by the European directive 2008/50/EC. With respect to estimation, we proposed a semi-parametric estimation procedure in order to estimate the parameters of a max-mixture model and also of a max-stable model ( inverse max-stable model) as an alternative to composite likelihood. A good estimation by the proposed estimator required the dependence measure to detect all dependence structures in the model, especially when dealing with the max-mixture model. We overcame this challenge by using the F-madogram. The semi-parametric estimation was then based on a quasi least square method, by minimizing the square difference between the theoretical F-madogram and an empirical one. We evaluated the performance of this estimator through a simulation study. It was shown that on a mean, the estimation is performed well, although in some cases, it encountered some difficulties

Les roches mantelliques exposées sur le plancher océanique et/ou en contact avec l’atmosphère au niveau d’une ophiolite, sont en déséquilibre et s’altèrent, via les réactions de serpentinisation (i.e. d’hydratation et oxydo-réduction) et les réactions de carbonatation. Ces réactions d’altération jouent un rôle important dans les échanges chimiques entre la Terre profonde et les enveloppes externes, en particulier dans le cycle des volatils (C, H et O) via la minéralisation du CO2 atmosphérique, la production d’hydrogène et la formation d’hydrocarbures et de molécules prébiotiques. L’ophiolite d’Oman est un « laboratoire naturel » idéal pour étudier ces réactions depuis l’hydrothermalisme océanique jusqu’à l’altération continentale actuelle.Cette thèse présente les résultats d’une étude multi-technique et multi-échelle réalisée sur une série de péridotites serpentinisées et carbonatées échantillonnées sur deux sites, Wadi Dima et Batin (Massif de Wadi Tayin), considérés comme représentatifs des processus d’altération affectant l’ophiolite d’Oman. Ces travaux combinent caractérisations (micro-)structurales (EBSD, µ-tomographie), pétrographiques et minéralogiques (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), et analyses géochimiques (EPMA, (LA)-ICPMS) et isotopiques (isotopes du O, C micro-bulk et in-situ).L’étude des harzburgites de Wadi Dima a permis d’identifier la succession des épisodes de serpentinisation et de carbonatation qui ont affecté les péridotites lors du refroidissement de la lithosphère jusqu’à la mise en place de l’Ophiolite d’Oman. La serpentinisation commence en domaine océanique (appauvrissement en REE, anomalie négative en Ce) durant le refroidissement initial de la lithosphère océanique et/ou au début du détachement intra-océanique à < 200-220°C, par la formation des veines de lizardite. Cette serpentinisation continue avec la formation de chrysotile au centre de la structure maillée, remplaçant l’olivine. Le dernier stade de serpentinisation a lieu simultanément au premier stade de carbonatation et engendre l’altération complète de la péridotite à < 100°C. Le système est contrôlé par des hétérogénéités locales (anomalies en Ce et variation de la composition isotopique en carbone). La carbonatation continue à < 50°C lors de la transition en domaine continental. Des veines de carbonates se forment par interaction avec des fluides issus des sédiments durant la convergence et avec des fluides de surface et de sub-surface durant l’altération actuelle de l’ophiolite. Ce processus marque le passage d’un régime hydrothermal océanique dont la chimie est dominée par la composition de la roche, à un régime hydrothermal continental dont la chimie est contrôlée par la composition du fluide dans des fractures. Paradoxalement, la structure initiale du manteau contrôle l’orientation et la distribution des veines de carbonate.Le site de Batin se distingue par sa structure complexe avec la présence de nombreux filons de gabbros et de pyroxénites et des évidences d’imprégnation magmatique. La serpentinisation y est marquée par la formation de textures atypiques en anneau ("fingerprint") caractérisées par des variations des teneurs en Fe-Mg et du redox à micro-échelle et par des compositions isotopiques en oxygène en déséquilibre. Ces caractéristiques sont interprétées comme résultant de déséquilibres locaux dans les processus de transport-nucléation-réaction pouvant être liés à plusieurs paramètres : forts gradients de température, redox, composition du fluide, et de perméabilité.Cette thèse apporte de nouvelles données vis-à-vis des relations temporelles et spatiales entre les réactions de serpentinisation et de carbonatation, les hétérogénéités chimiques à micro-échelle et l’impact de ces réactions d’altération sur les bilans globaux des volatils (C, H et O) en Oman. Elle met particulièrement en évidence la possibilité de stocker du CO2 et de produire de l’H2 simultanément lors de l’altération du plancher océanique. / Mantle rocks exposed in seafloor and/or directly in contact with atmosphere in ophiolite system are thermodynamically and chemically in disequilibrium. Mantle alteration is driven by serpentinization (ie, hydration and oxidation-reduction reactions) and carbonatization reactions. These reactions play an major role in the chemical exchanges between the deep mantle and the outer envelops, especially in the global mass budget of volatiles (C, H and O) via CO2 mineralization, hydrogen production and formation of hydrocarbons and prebiotic molecules. Oman ophiolite is an ideal "natural laboratory" for studying alteration reactions in mantle rocks from ocean hydrothermalism to modern continental weathering.This thesis presents the results of a multi-technical and multi-scale study on carbonate-hosted serpentinized peridotites in two sites, Wadi Dima and Batin (Wadi Tayin massif), considered representative of the alteration processes affecting the Oman ophiolite. This work combines (micro-) structural (EBSD, µ-tomography), petrographical (EPMA), mineralogical (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), geochemical ((LA)-ICPMS) and isotopic studies (O, C in situ and micro-bulk).Studies in Wadi Dima harzburgites have highlighted successive episodes of serpentinization and carbonatization in Oman peridotites from oceanic lithosphere cooling to Oman Ophiolite emplacement. Serpentinization occurs in oceanic setting (REE depletion, negative Ce anomalies), probably during the onset of the oceanic lithosphere cooling and / or of the intra-oceanic detachment, at < 200-220°C, driven by the formation of lizardite veins constituting the mesh structure. Serpentinization continues at lower temperature with the formation of chrysotile in the center of the mesh structure, replacing olivine. The last stage of serpentinization is concurrent with early carbonatization and generates the complete peridotite alteration at < 100°C. In this rock-dominated system, fluid flow paths are controlled by nano-porosity (etch pits), by pore scale weakness and by local heterogeneity in permeability, generating local chemical heterogeneities (Ce anomalies variability and carbon isotope heterogeneity). Carbonatization continues at < 50°C during the transition in continental setting. Carbonate veins are formed during interaction with sediment-derived fluids during intra-oceanic detachment at the onset of obduction and with surface and sub-surface fluids during modern continental Ophiolite weathering. This process records the transition from oceanic diffuse-flow rock-dominated to cooler continental fluid-focused-flow fluid-dominated hydrothermal systems. Paradoxically, initial mantle structure controls orientation and distribution of carbonate veins.Batin site is distinguished by its complex structure with the presence of abundant gabbros and pyroxenites dikes, evidence of magmatic impregnation peridotites. Serpentinization is charcheterized by the formation of an uncommon texture in rings ("fingerprint") at the expense of olivine, marked by chemically variation in Fe-Mg and redox at microscale and by disequilibrium oxygen isotopic composition. These features are interpreted as resulting from local disequilibrium in the transport-nucleation-reaction processes that may be related to several parameters: high temperature gradient, redox, fluid composition, and permeability.This thesis brings new constraints on temporal and spatial relations between serpentinization and carbonatization reactions, on local chemical heterogeneities at micro-scale and on the global chemical budget of volatiles (C, H and O) in Oman peridotites. It has highlighted the possibility to store CO2 and producing H2 simultaneously during subseafloor alteration.

Documenter la variabilité climatique récente est nécessaire à la compréhension des mécanismes en jeu, associés au rôle du bilan de masse de l’Antarctique pour l’élévation du niveau des mers globale. Les enregistrements issus des carottes peu profondes d’Antarctique sont des données précieuses, complémentaires aux observations instrumentales et satellitaires, pour couvrir en continu l’ensemble du continent. Mesurés le long de ces carottes de glace, les isotopes stables de l’eau sont traditionnellement utilisés pour quantifier les changements passés de la température locale.Cette thèse doctorale a été initiée dans le cadre du programme de l’Agence Nationale de la Recherche ASUMA (“Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica”), ayant pour objectif de reconstruire et identifier les processus contrôlant la variabilité spatio-temporelle du bilan de masse de surface (BMS) de la Terre Adélie. J’ai utilisé des données d’isotopes stables de l’eau enregistrées dans des carottes de névé, des simulations atmosphériques produites par le modèle atmosphérique de circulation générale de haute résolution ECHAM5-wiso équipé des isotopes stables de l’eau, des réanalyses atmosphériques, des rétro-trajectoires, ainsi que des observations instrumentales satellitaires et de surface.Dans une première partie, j’ai évalué les capacités du modèle ECHAM5-wiso à simuler les températures de l’Antarctique, le BMS, le δ18O et le d-excess (ci-après, d-excess), comme prérequis à l’exploitation du modèle pour interpréter les compositions isotopiques. J’ai développé des diagnostics pour les relations δ18O-température et d-excess- δ18O sur l’ensemble du continent de l’Antarctique, en montrant que les différences issues des pentes des relations δ18O-température spatiales, inter-annuelles et saisonnières. Au sein du groupe de travail international de PAGES (Past Global Changes) Antarctica2k, j’ai utilisé des calibrations établies issues du modèle ECHAM5-wiso pour reconstruire la température de 7 régions d’Antarctique à partir d’une synthèse d’enregistrements de δ18O issus de carottes de glace couvrant les 2 000 dernières années.Dans une seconde partie, de nouveaux enregistrements issus de deux carottes de névé extraites en Terre Adélie, la S1C1 et la TA192A, ont été exploités, couvrant respectivement les périodes 1947-2007 et 1998-2014. Les BMS reconstruits décrivent une grande variabilité spatiale (74,11 ± 14,1 cm w.e. y-1 et 21,8 ± 6,9 cm w.e. y-1 pour la TA192A et la S1C1 respectivement), cohérente avec les données de balise disponibles. En utilisant une base de données mise à jour des isotopes stables de l’eau de l’Antarctique, j’ai montré que les valeurs moyennes isotopiques de Terre Adélie appartiennent à l’intervalle des valeurs côtières de l’Antarctique. Des analyses statistiques montrent une absence de relation entre nos enregistrements avec la température de surface locale à l’échelle inter-annuelle, mais des relations significatives avec des rétro-trajectoires atmosphériques et des simulations isotopiques suggérant que les isotopes de l’eau de la Terre Adélie fournissent des indications de la variabilité de la dynamique atmosphérique et du transport d’humidité, aux échelles saisonnière et inter-annuelle.Les analyses de cette thèse ont été limitées par la quantité d’enregistrements isotopiques disponibles pour la Terre Adélie, ainsi que par le manque de compréhension des effets de dépôt et de post-dépôt. Il est donc nécessaire d’exploiter les nouvelles carottes de névé extraites au cours du programme ASUMA, et d’effectuer en continu des mesures de la composition isotopique des précipitations, de la vapeur d’eau et de la neige de surface de Terre Adélie, en combinaison avec des outils de simulations atmosphériques, tels que des rétro-trajectoires associées à un diagnostic des sources d’humidité, et des modèles atmosphériques de circulation générale et régionaux équipés des isotopes stables de l’eau. / Documenting recent Antarctic climate variability is needed in order to understand the mechanisms at play, associated with the role of Antarctic mass balance for global sea level rise. Proxy records from Antarctic shallow firn cores are precious data, which complement instrumental and remote sensing observations to continuously cover the whole continent. Within these ice cores, water stable isotopes are commonly used to quantify past changes in local temperature.This PhD thesis was initiated within the French Agence Nationale de la Recherche “Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica” (ASUMA) project, which aims to reconstruct and to identify the processes controlling the spatio-temporal variability of the surface mass balance (SMB) in Adélie Land. I used water stable isotopes records from recently drilled shallow firn cores, as well as atmospheric simulations performed with the high resolution atmospheric general circulation model ECHAM5-wiso model, equipped with water stable isotopes, atmospheric reanalyses and back-trajectories, instrumental and remote sensing climate observations.In a first part, I assessed the skills of the ECHAM5-wiso with respect to Antarctic temperature, SMB, δ18O and deuterium excess (hereafter d-excess), as a prerequisite for the exploitation of the model to interpret isotope compositions. I developed Antarctic-wide diagnostics of the δ18O-temperature and d-excess- δ18O relationships, showing differences in the spatial, seasonal and interannual δ18O-temperature slopes. Within the international working group of PAGES (Past Global Changes) Antarctica 2k, I used the calibrations inferred from ECHAM5-wiso to reconstruct temperatures over 7 Antarctic regions from a synthesis of ice core δ18O records spanning the past 2,000 years.In a second part, new water stable isotope records from two firn core drilled in Adélie Land, the S1C1 and the TA192A, were investigated, covering the periods 1947-2007 and 1998-2014 respectively. The reconstructed SMB display a high spatial variability (74.1 ± 14.1 cm w.e. y-1 and 21.8 ± 6.9 cm w.e. y-1 for the TA192A and S1C1 respectively), consistent with Adélie Land stake data. Using an updated database of Antarctic water stable isotope datasets, I showed that the mean isotopic values (δ18O and d-excess) in Adélie Land are in line with the range of Antarctic coastal values. Statistical analyses show no relationship between our records and local surface air temperature, at the inter-annual scale, but significant relationships with atmospheric back-trajectories and isotopic simulations, suggesting that water stable isotopes in Adélie Land provide fingerprints of the variability of atmospheric dynamics and moisture transport, at the seasonal and inter-annual scales.The analyses performed during this PhD thesis have been limited by the few available Adélie Land water stable isotope records, and by the lack of understanding of deposition and post-deposition processes. Further work is thus needed to exploit the new firn cores drilled within the ASUMA project, and to monitor continuously Adélie Land water stable isotopes in precipitation, surface water vapour and surface snow, in combination with tools of atmospheric simulations such as back-trajectory simulations provided with moisture sources diagnostics, as well as water stable isotopes-enabled atmospheric general and regional circulation models.

Malgré leur distance de la pression industrielle, les milieux marins austraux et antarctiques sont contaminés par des polluants globaux, tels que le mercure (Hg), par le transport atmosphérique et les courants océaniques. Jusqu'à présent, les voies de contamination du Hg dans l'Océan Austral restent peu connues, en particulier dans le secteur Indien, et de nouvelles études sont nécessaires pour élucider son devenir et son impact dans ces régions. Les oiseaux marins, en tant que prédateurs supérieurs des chaînes alimentaires marines, sont exposés à des concentrations élevées de méthylmercure (MeHg) via leur régime alimentaire. De plus, ils présentent des habitats de prédation contrastés dans les différents compartiments marins (en termes spatiaux et de profondeur). Par conséquent, ils sont considérés comme des bioindicateurs efficaces de la contamination par Hg et la bonne connaissance de leurs caractéristiques écologiques permet leur application comme traceurs du Hg dans des environnements éloignés, qui sont autrement difficiles à échantillonner. L'objectif principal de ce travail de doctorat est la caractérisation des voies d'exposition de MeHg accumulé par les oiseaux marins et l'identification des processus impliqués dans le cycle biogéochimique du Hg dans l'Océan Austral (des eaux antarctiques aux eaux subtropicales). L'approche méthodologique proposée consiste à combiner la composition isotopique du Hg et la spéciation du Hg dans les tissus d’espèces d’oiseaux marins de l'Océan Austral choisis précisément. Dans une première étape, une évaluation des signatures isotopiques de Hg spécifique de chaque tissu a été réalisée, notamment dans le sang et les plumes, car ceux-ci peuvent être échantillonnés de manière non létale. Chez les poussins, les deux tissus peuvent être utilisés efficacement et indifféremment comme bioindicateurs de la contamination locale en utilisant des isotopes du Hg, alors que chez les adultes, chaque tissu donne accès à une exposition temporelle différente : le sang à l'échelle récente (c'est-à-dire l'exposition pendant la période de reproduction) et les plumes à l'échelle annuelle, fournissant ainsi des informations isotopiques complémentaires aux différentes étapes du cycle annuel des oiseaux. Une deuxième partie a été axée sur l'exploration des sources de MeHg dans quatre espèces de manchots d’une même zone subantarctique, les îles de Crozet. Les populations ont été discriminées par leurs signatures isotopiques du Hg en fonction de leurs habitats de prédation et leurs mouvements latitudinaux, qui se trouvent être les facteurs principaux déterminant leur exposition à différentes sources de MeHg. Dans une troisième partie, les isotopes du Hg ont été étudiés dans deux modèles d'oiseaux (poussins de labbes et manchots adultes) sur une grande échelle latitudinale de l'Antarctique à la zone subtropicale. Les variations latitudinales des valeurs isotopiques du Hg (δ202Hg, Δ199Hg) semblent être influencées par une différente amplitude des processus photochimiques et d'autres voies biogéochimiques telles que la réduction du Hg, et les processus de méthylation / déméthylation, ainsi que les processus trophiques ou métaboliques. / Despite their distance from industrial pressure, marine southern and Antarctic environments are contaminated by worldwide distributed pollutants, such as mercury (Hg), through atmospheric transport and oceanic currents. So far, Hg contamination pathways in the Southern Ocean remains poorly understood, particularly in the Indian sector, and new studies are required to elucidate its fate and impact in these regions. Seabirds, as top predators of marine food webs, are exposed to elevated concentrations of biomagnified methylmercury (MeHg) via dietary intake and moreover, they forage in the different marine compartments both in spatial and depth terms. Therefore, they are considered as effective bioindicators of Hg environmental contamination and the good knowledge of their ecological characteristics permits their application for tracing Hg in such remote environments otherwise of difficult access. The main objective of this doctoral work is the characterization of the exposure pathways of the MeHg accumulated in model seabirds and the identification of the processes involved in the Hg biogeochemical cycle in the Southern Ocean (from Antarctic to subtropical waters). The proposed methodological approach consisted on the combination of Hg isotopic composition and Hg speciation in tissues of a precise selection of seabirds of the Southern Ocean. In a first step, the evaluation of tissue-specific Hg isotopic signatures was accomplished notably in blood and feathers, as they can be non-lethally sampled. In chicks, both tissues can be effectively and indifferently used for biomonitoring of local contamination using Hg isotopes, whereas in adults each tissue provides access to different temporal exposure : blood at recent scale (i.e. exposure during the breeding period) and feathers at annual scale, thus providing complementary isotopic information at the different stages of seabird annual cycle. A second part was focused on the exploration of MeHg sources in four penguin species within a same subantarctic location, the Crozet Islands. Hg isotopes effectively discriminated the four populations and species-specific foraging habitats and latitudinal movements were found the main factors determining their exposure to distinct environmental MeHg sources. In a third part, Hg isotopes were investigated in two ubiquitous seabird models (skua chicks and penguins) over a large a latitudinal scale from Antarctica to the subtropics. Latitudinal variations of Hg isotopic values (δ202Hg, Δ199Hg) appeared to be influenced by different extent of photochemical processes and other biogeochemical pathways such as Hg reduction, and methylation/demethylation processes, as well as trophic or metabolic processes.

Les écosystèmes marins côtiers subissent de nombreuses perturbations naturelles et anthropiques. Dans le contexte socio-économique actuel, mieux comprendre le fonctionnement et transfert des contaminants dans ces écosystèmes est primordial. L’étude du transfert de la matière organique et des contaminants aux interfaces, constitue un enjeu crucial. Les principaux objectifs sont de caractériser l’ichtyofaune des herbiers de posidonie et comprendre les relations trophiques ; d’établir les niveaux et variabilité spatiale de la contamination en éléments traces ETs et polluants organiques persistants POPs dans les compartiments de l’écosystème ; et d’identifier les sources et les processus influençant les niveaux de contamination le long du réseau trophique à Marseille et Hyères. La caractérisation du peuplement de poissons et des relations trophiques au sein de l’écosystème est nécessaire pour comprendre les niveaux de contamination. Chez les poissons, le phénomène de bioaccumulation des ETs est difficile à mettre en évidence, excepté pour le mercure. L’influence du régime alimentaire, taille et besoins physiologiques et métaboliques est manifeste. La grande stabilité et la rémanence des POPs leur confèrent des propriétés de bioconcentration et de bioamplification importantes. Les concentrations en contaminants mesurées, ainsi que la détection de pesticides toxiques interdits, attestent de la nécessité de considérer cette pollution avec attention, plus forte à Marseille. / The marine ecosystems undergo frequent disturbances. In the current socio-economic context characterized by intensive urban development and industrialization, it is of primordial importance for the management of the environment to achieve a better understanding of the functioning and the transfer of contaminants within these ecosystems. The study of the transfer of organic matter and contaminants to the interfaces is thus a crucial issue. The main objectives are to characterize the fish fauna and to determine the food webs; to establish the levels and patterns of spatial variability of contamination by trace elements TEs and persistent organic pollutants POPs; and to identify the sources and the processes having an influence on the levels of contamination throughout the food webs. The characterization of the fish populations and the trophic relations between the compartments of the ecosystem is necessary in order to understand the levels of contamination in TEs and POPs. For the fishes, it is difficult to provide evidence of the phenomenon of bioaccumulation of TEs, except for mercury, but the influence of diet, size and physiological and metabolic requirements is obvious. The great stability, liposolubility and persistence of the POPs confer on them significant bioconcentration and bioamplification capabilities. The concentrations in TEs and POPs recorded, and the detection of banned toxic pesticides, attest to the necessity of paying close attention to this pollution.

Les explorations scientifiques menées depuis une quarantaine d’années ont permis d'identifier la diversité et la complexité des processus géologiques et géochimiques conduisant à la concentration des métaux dans les grands fonds océaniques. Les dépôts métallifères riches en hydroxydes de Fer et de Manganèse, tels que les encroûtements hydrogénétiques et hydrothermaux et les nodules polymétalliques, présentent des enrichissements variés en éléments d'intérêts économiques tels que le Ni, Cu, Co, Te, Pt et les Terres Rares. Bien que la minéralogie et la géochimie de ces dépôts aient été largement étudiées dans la littérature, les sources de métaux restent encore mal déterminées. Par conséquent, comprendre la géochimie de ces dépôts implique d’une part, de connaître les processus participant à leur genèse, et d’autre part d’avoir de meilleures connaissances sur les sources impliquées (par ex. flux continental et hydrothermal) et leur importance dans les grands cycles biogéochimiques des métaux dans les océans. Afin d’apporter de nouveaux éléments de réponse, notre approche a consisté à utiliser les compositions isotopiques des métaux comme traceurs biogéochimiques. Ce projet est structuré autour de deux hypothèses, (1) le développement et l’utilisation d’un nouveau outil géochimique que sont les isotopes du Ni pour tracer les sources et les processus d’enrichissements en métaux dans les dépôts métallifères océaniques ; (2) la combinaison de plusieurs systèmes isotopiques tels que Fe, Pb, Cu et Zn (et Ni) dans les encroûtements de fer-manganèse comme proxy de la composition isotopique de l’eau de mer profonde. Après avoir développé une méthode d’analyse des isotopes du Ni par MC-ICP-MS et estimé la variabilité isotopique du Ni dans les systèmes naturels par la caractérisation des grands réservoirs terrestres, nous avons évalué expérimentalement le fractionnementisotopique du Ni lors de son adsorption sur les oxyhydroxydes de Fe et Mn comme analogue à ce qui pourrait se produire dans les dépôts de Fe-Mn naturels. Les résultats indiquent que lors de l’adsorption du Ni, la phase solide est enrichie en isotopes légers par rapport à la solution avec des facteurs de fractionnement (Δ60/58Nimin/sol) variant de -1 ‰ pour la birnessite, -0.9 ‰ pour la goethite et -0.4 ‰ pour la ferrihydrite. A partir de ces résultats et d’autres études récentes, nous avons pu appuyer l’hypothèse selon laquelle d’un point de vue global la variabilité isotopique du Ni dans les dépôts métallifères océaniques riches en Fe et Mn s’explique par des processus d’enrichissement et de formation lors de l’incorporation des métaux dans les phases minérales de Fe et Mn plutôt que par des variations des compositions isotopiques des sources. Ainsi les encroûtements hydrogénétiques formés lentement à partir de l’eau de mer ne montrent pas de fractionnement isotopique du Ni, tandis que les dépôts hydrothermaux formés par des processus rapides liés aux apports hydrothermaux montrent des fractionnements du Ni plus importants. Puis, afin d’évaluer la possibilité d’utiliser les signatures isotopiques du Ni comme nouveaux traceurs paléocéanographiques, nous avons mené une étude comparative sur des encroûtements collectés dans le Pacifique Nord (proche de Hawaii) et le Pacifique Sud (proche de Tahiti). Dans ce contexte, les ncroûtements de fer-manganèse formés par précipitation très lente de l’ordre de quelques mm/Ma entre 1500 et 3000 m de profondeur, fournissent un enregistrement de plusieurs millions d’années des métaux dissous dans l’eau de mer. Après avoir réalisé une étude minéralogique et géochimique (éléments majeurs et traces) et calibré les taux de croissance des encroûtements, nous avons mesuré pour la première fois les compositions isotopiques du Ni, Fe, Zn, Cu et Pb sur la même série temporelle. / Scientific explorations implemented for around forty years allow to identifying the diversity and the complexity of geological and geochemical processes conducting to metals concentration on the deep seafloor. Fe- and Mn-rich metalliferous deposits such as hydrogenetic and hydrothermal ferromanganese (Fe-Mn) crusts and polymetallic nodules, present various enrichment in elements of economic interests like Ni, Cu, Co, Te, Pt and Rare Earth Elements. Although the mineralogy and geochemistry of these deposits have been largely studied in the literature, metal sources remain poorly determined. Accordingly, understanding the geochemistry of these deposits implies to know which processes are involved in their formation but also to have a better knowledge of the sources (e.g. the continental and hydrothermal fluxes) and their importance in the global oceanic metal biogeochemical cycles. In order to fill this gap, our approach consisted in using metal stable isotope compositions as biogeochemical tracers. This project is organized around two hypotheses, (1) development and utilization of a new geochemical tool, namely Ni isotopes, for tracing metal enrichment sources and processes in oceanic metalliferous deposits; (2) combination of several isotope systematics such as Fe, Pb, Cu, Zn (and Ni) in Fe-Mn crusts as proxies of the deep seawater isotope composition. Upon developing an analytical method for measuring Ni isotopes by MC-ICP-MS and estimating the Ni isotopes variability in natural systems through the characterization of terrestrial reservoirs, we experimentally evaluated Ni isotope fractionation during adsorption on Fe- and Mn-oxyhydroxides since similar processes may potentially occur in natural Fe-Mn deposits. Results indicate that after Ni adsorption, the solid phase is enriched in light Ni isotopes relatively to the solution with fractionation factors (Δ60/58Nimin/sol) varying from -1 ‰ for birnessite, -0.9 ‰ for goethite and -0.4 ‰ for ferrihydrite. These results, and other recent studies, strengthen our hypothesis according to which Ni isotopes variability in Fe- and Mn-rich metalliferous deposits can be explained by enrichment and formation processes during metal incorporation in Fe and Mn mineral phases rather than variations in the isotopic composition of the sources. Thus, hydrogenetic Fe-Mn crusts formed slowly from seawater dissolved metals do not show significant Ni isotope fractionation, whereas hydrothermal deposits formed by relatively rapid processes as a result of hydrothermal inputs exhibit important Ni isotope fractionation.