The Late Cretaceous–early Paleogene is the most recent period of Earth history with a dynamic carbon cycle that experienced sustained global greenhouse warmth and can offer a valuable insight into our anthropogenically-warmer future world. Yet, knowledge of ambient climate conditions and evolution of the carbon cycle at this time, along with their relation to forcing mechanisms, are still poorly constrained. In this thesis, I examine marine sediments recovered from the South Atlantic Walvis Ridge (ODP Site 1262) and Indian Ocean Ninetyeast Ridge (IODP Site U1443 and ODP Site 758), to shed new light on the evolution of the climate and carbon cycle from the Late Maastrichtian through to the Early Eocene (~67.10–52.35 Ma). The overarching aims of this thesis are: 1) to identify the long-term trends and principle forcing mechanisms driving the climate and carbon cycle during this time period, through construction of 14.75 million-year-long, orbital-resolution (~1.5–4 kyr), stratigraphically complete, benthic stable carbon (δ13Cbenthic) and oxygen (δ18Obenthic) isotope records; 2) to investigate in more detail the climatic and carbon-cycle perturbations of the Early–Middle Paleocene (e.g., the Dan-C2 event, Latest Danian Event and the Danian/Selandian Transition Event) and place these in their proper (orbital) temporal context; 3) to investigate the Late Maastrichtian warming event and its relationship to the eruption of the Deccan Traps Large Igneous Province, as well as its role (if any) in the subsequent Cretaceous/Paleogene (K/Pg) mass extinction; 4) to provide the first orbital-resolution estimates of temperature and carbonate chemistry variability from the low latitude Indian Ocean spanning the Late Paleocene–Early Eocene, through analysis of trace element and stable isotope data from multiple foraminiferal species. Taken together, the results presented in this thesis provide a critical new insight into the dynamic evolution of the climate and carbon cycle during the greenhouse world of the early Paleogene, and shed light on the potential forcing mechanisms driving the climate and carbon cycle during this time.

Dans ce travail nous avons abordé l'évolution spatiale et temporelle du système d'interaction entre le point chaud de Tristan da Cunha et la dorsale de l'Atlantique Sud. Le point chaud de Tristan da Cunha et les structures associées du fond océanique (à savoir la chaîne volcanique de Walvis dans la plaque africaine et l'élévation du Rio Grande dans la plaque sud-américaine) sont parmi les plus importantes de l'océan l'Atlantique Sud. Cependant, ce système est moins étudié que les systèmes présents dans l'Atlantique Nord (par exemple Açores et Islande), et leur origine et évolution restent sujets à débat. La compilation des données de sondage bathymétrique hébergées auprès du Centre National de Données Géophysique (National Geophysical Data Center - NGDC), et les données de bathymétrie dérivées de l'altimétrie de satellites furent utilisées pour l'élaboration d'un modèle numérique de terrain (MNT) de l'ensemble de l'Atlantique Sud. Les données d'anomalie à l'air libre dérivées de l'altimétrie de satellites et les données d'épaisseurs sédimentaires furent utilisées pour le calcul de l'anomalie de Bouguer réduite au manteau (Mantle Bouguer Anomaly - MBA) et avec les données des isochrones du fond océanique furent calculées l'anomalie résiduelle de Bouguer réduite au manteau (Residual Mantle Bouguer Anomaly - RMBA), la bathymétrie résiduelle et des nouveaux pôles du mouvement relatif entre les plaques de l'Amérique du Sud et Afrique. Les données de géoïde dérivées de l'altimétrie de satellites et le Modèle Gravitationnel de la Terre (Earth Gravitational Model - EGM2008) furent utilisés pour la séparation des différentes composantes dans le signal du géoïde, grâce à des filtres retenant différents ordres et degrés d'harmoniques sphériques. À partir des reconstructions cinématiques basées sur les nouveaux pôles calculés dans ce travail, et en se basant surl'hypothèse communément admise que l'île volcanique de Tristan da Cunha se situe à l'aplomb dela position actuelle du point chaud, la chronologie des phases de mise en place des structures volcaniques a pu être précisée. Ceci a mis en évidence l'existence de plusieurs sauts d'axes et des variations périodiques de l'apport magmatique à l'axe entrainant une alternance entre périodes de construction et de rupture du plateau axial. La comparaison détaillée de la position estimée pour le point chaud de Tristan da Cunha et de la localisation des structures volcaniques de la chaine Walvis dont les âges sont connus a souligné que la formation de la chaîne Walvis ne peut pas être expliquée dans sa totalité par un modèle d'évolution faisant appel à une interaction entre la dorsale de l'Atlantique Sud et un point chaud dont la position actuelle serait l'île de Tristan da Cunha. Ensuite, nous avons évalué l'évolution temporelle de l'influence du point chaud à l'axe de la dorsale, sur aux variations de la bathymétrie résiduelle (BR) et de l'anomalie résiduelle de Bouguer réduite au manteau (RMBA), et avec l'analyse des variations du taux d'ouverture et de la distance point chaud-dorsale. Les valeurs des anomalies de RMBA et BR, lors des premières étapes d'ouverture de l'Atlantique Sud, sont plus fortes sur la plaque africaine que sur la plaque sud-américaine. Cela suggère que la position du point chaud a été sous la plaque africaine depuis le début de l'ouverture. En synthèse, on observe trois différentes périodes dans le système d'interaction entre le point chaud de Tristan da Cunha et la dorsale de l'Atlantique Sud. Une période de rapprochement de la dorsale vers le point chaud entre 115 Ma et 100 Ma, lors de laquelle on remarque l'influence du point chaud sur la dorsale sur une distance d'au moins 150 km. Ensuite, entre 95 Ma et 60 Ma, on observe que la dorsale est à l'aplomb ou très proche (< 50 km) du point chaud. Et depuis 60 Ma, un éloignement graduel et progressif de la dorsale par rapport à la position du point chaud est observé. On a pu montrer que lors des périodes de rapprochement et de proximité de la dorsale au point chaud, les variations périodiques d'apport magmatique observées sont liées aux variations du flux de panache. A partir de l'analyse de l'évolution des structures volcaniques, en association avec les données d'anomalie à l'air libre et de géochimie, les structures volcaniques ont pu être divisées en deux groupes. Un groupe formé par la bordure nord-ouest de la chaîne Walvis et appelé première phase, cohérent avec l'évolution des structures dans un contexte de transition d'une mise en place à l'axe vers une situation intraplaque, en accord avec les trois étapes (rapprochement, fixation à l'aplomb et éloignement) décrites ci-dessus. L'autre groupe, formé par la bordure sud-est de la chaîne Walvis et appelé deuxième phase, montre une signature gravimétrique caractéristique d'une mise en place intraplaque, y compris pour les structures à l'âge desquelles la dorsale est à l'aplomb du point chaud. Les deux groupes possèdent signatures géochimiques différentes en termes de rapports Zr/Nb et d'abondance en Ti. Ensuite, à partir de l'analyse comparative des différents degrés d'harmoniques sphériques du géoïde et des nouveaux résultats de tomographie sismique disponibles dans la littérature, nous avons pu montrer l'existence d'une association en profondeur entre les panaches responsables des structures volcaniques de l'élévation du Rio Grande et de la chaîne Walvis et le superpanache africain. L'identification de trois anomalies mantéliques proches des îles de Gough et RSA semblent en faire une meilleure alternative d'emplacement que l'île de Tristan da Cunha, qui est l'hypothèse communément acceptée aujourd'hui.