Abstract: L'étude du fonctionnement et de la structure des grandes zones de cisaillement, ainsi que de leur évolution dans l'espace et dans le temps est primordiale car elles accommodent la majeure partie de la déformation dans la croûte intermédiaire, la croûte inférieure et également dans le manteau supérieur. La zone de cisaillement du Mertz (MSZ ; longitude 145°Est, Antarctique) s’est révélée être un objet clé pour étudier la localisation de la déformation. La MSZ se situe sur la bordure Est du craton néoarchéen-paléoprotérozoïque de Terre Adélie (TAC) et le sépare d'un domaine granitique Paléozoïque à l'Est. Les études précédentes suggèrent que cette structure décrochante représente la continuité de la zone de cisaillement de Kalinjala (KSZ, Sud de l'Australie) avant l'ouverture de l'océan Austral. Les roches à l'affleurement indiquent que cette structure a été formée dans la croûte intermédiaire en contexte transpressif dextre à 1.7 Ga. La structure de la MSZ a été étudiée depuis l'échelle du terrain jusqu'à l'échelle du micromètre. L'analyse des structures de terrain indique que la déformation paléoprotérozoïque est principalement accommodée par des zones de cisaillement localisées qui sont extrêmement anastomosées au niveau de la MSZ et qui deviennent plus éparses au sein du TAC. Les microstructures et les orientations préférentielles de réseau (OPR) des minéraux (quartz, feldspaths, biotite, amphibole et orthopyroxène) de la MSZ montrent des caractéristiques communes interprétables en terme de conditions, de cinématique et de régime de la déformation qui se distinguent de celles observées dans les boudins tectonique du TAC. Ces derniers montrent, quant à eux, des microstructures et OPR qui révèlent une variété de mécanismes de déformation développés lors de leur formation à 2.5 Ga.L'étude sismologique (fonctions récepteurs et anisotropie des ondes SKS) permet d'apporter de nouvelles données pour la cartographie des structures profondes de la MSZ, du TAC et du domine paléozoïque. Les résultats des fonctions récepteurs indiquent que la croûte est épaisse d'environ 40 à 44 km sous le TAC, 36 km à l'aplomb de la MSZ et 28 km dans le domaine paléozoïque à l'Est. L'analyse de l'anisotropie des ondes SKS suggère que la structuration du manteau sous le craton (ϕ≈N90°E, δt=0,8-1,6s) est différente de celle sous le domaine paléozoïque (ϕ≈N60°E, δt=0,6s). Ainsi, la MSZ constitue la frontière entre ces deux lithosphères ayant des épaisseurs crustales et une structuration du manteau différentes. Enfin, l'étude géochronologique (U-Pb sur zircons et monazites) révèle que le socle du domaine à l'Est de la MSZ présente des âges et une histoire géodynamique différents du TAC. Les âges hérités archéens et paléoprotérozoïques sont similaires à ceux des terrains situés à l'Est de la KSZ au Sud de l'Australie, confirmant ainsi la connexion entre les zones de cisaillement du Mertz et de Kalinjala. De plus, les âges paléozoïques des zircons hérités et métamorphiques et la position géographique des affleurements à l'ouest de la chaîne Transantarctique suggèrent que les échantillons étudiés sont issus d'une marge passive anté-Gondwana formée au sein d'un bassin arrière arc ouvert dans la croûte continentale juste avant la collision de Ross à ≈514-505 Ma.Ainsi, cette étude permet de préciser l'évolution géodynamique à l'Est de la MSZ, et d'apporter de nouveaux éléments pour la connexion avec les terrains du Sud de l'Australie. Par ailleurs, cette thèse souligne l'importance de l'héritage tectonique dans le développement des zones de cisaillement avec, dans le cas de la MSZ, la présence de structures héritées archéennes, ainsi que des processus de localisation de la déformation au sein des lithosphères cratoniques au moins depuis le Paléoprotérozoïque

Abstract: Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l'une des principales sources d'incertitude pour l'élévation du niveau de la mer est la contribution de la calotte Antarctique. L'étendue et les conditions météorologiques extrêmes de ce continent font de la télédétection spatiale un moyen utile pour son suivi sur le long terme. Les observations satellites altimétriques et radiométriques dans la gamme des micro-ondes rendent compte de l'évolution des propriétés du manteau neigeux de la calotte. L'altimétrie radar, par des mesures répétées de l'élévation de la topographie de surface, permet de quantifier les variations de volume sur l'ensemble du continent. Cependant, la pénétration de l'onde radar dans la neige affecte négativement cette quantification. Les méthodes proposées pour minimiser les erreurs de pénétration sont toutes basées sur des relations avec le coefficient de rétrodiffusion radar. La compréhension des variations annuelles et inter-annuelles du coefficient de rétrodiffusion est nécessaire pour améliorer la précision de l'estimation de l'élévation de la surface donc du bilan de volume de la calotte. Cette thèse a pour objectif d'étudier le coefficient de rétrodiffusion mesuré par les altimètres sur l'ensemble du continent, sujet qui jusqu'à aujourd'hui a reçu peu d'attention. Les altimètres radars embarqués à bord d'ENVISAT (bandes S et Ku) et de SARAL/AltiKa (bande Ka) ont des sensibilités différentes aux propriétés de la neige. Nous nous sommes intéressés aux caractéristiques annuelles et inter-annuelles des coefficients de rétrodiffusion dans ces trois bandes. Une étude de sensibilité a été réalisée avec un modèle électromagnétique afin de déterminer les propriétés du manteau neigeux qui dominent le signal saisonnier. On montre que le signal saisonnier est sensible à la densité et la rugosité de surface dans la bande S, à la température de la neige dans la bande Ka et à l'une ou à l'autre de ces variables selon la région dans la bande Ku. Les caractéristiques saisonnières du coefficient de rétrodiffusion sont ensuite comparées à celles des températures de brillance acquises par les radiomètres à bord de SARAL et de SSM/I. Les résultats indiquent une influence significative de la rugosité de surface sur les températures de brillance de la bande Ka, influence souvent considérée négligeable dans la modélisation de la température de brillance. Cette étude apporte une meilleure connaissance de la dynamique saisonnière des propriétés de proche surface de la calotte Antarctique. Elle fournit de nouveaux indices pour développer dans le futur des algorithmes robustes de correction de l'erreur de pénétration. Elle met également en lumière l'importance des missions altimétriques multi-fréquences et les possibilités qu'offrent le signal de la bande S pour l'étude des variabilités saisonnières de la rugosité de surface. En définitive, la rugosité de surface est un paramètre important à prendre en compte pour obtenir de meilleures estimations et modélisations des coefficients de rétrodiffusion et des températures de brillance.

Abstract: The main objective of this thesis is to understand the millennial variability of atmospheric CO2 during the Marine Isotope Stage 6 (MIS 6), the penultimate glacial, period (185-135 kyr BP). During the early MIS 6 period (185-160 kyr BP), 6 millennial-scale climate oscillations can be observed in proxy records of Antarctic temperature, the bipolar see-saw phenomenon in the North Atlantic region, and Monsoon intensity in low latitudes. An intensified hydrological cycle and iceberg calving in the North Atlantic may have impacted on the Atlantic Meridional Overturning Circulation during MIS 6 (Margari et al., 2010). Atmospheric CO2 reconstructions from Antarctic ice cores can provide key information on how atmospheric CO2 concentrations are linked to millennial-scale climate changes. However, existing CO2 records from the Vostok ice core do not show the millennial variability due to the lack of suitable temporal resolution and precision. To understand atmospheric CO2 variability during MIS 6, a precision of less than 2 ppm is mandatory, because there is a possibility that we could observe small CO2 variability of less than 5 ppm during the smaller Antarctic isotope maxima events as observed during the last glacial period (Ahn and Brook, 2014; Bereiter et al., 2012).To investigate how atmospheric CO2 is related with climate change on millennial time scales during MIS 6, we reconstructed 150 samples of atmospheric CO2 data from the EPICA Dome C (EDC) ice core during the MIS 6 period (189.4-135.4 kyr BP). One minor and five major variabilities of atmospheric CO2 during the early MIS 6 period (189-160 kyr BP) were found. These variabilities are highly matched with Antarctic temperature. During the short stadials in the North Atlantic, atmospheric CO2 variations are negligible and decoupled with temperature variations in Dome C. During this period, the strength of upwelling in the southern ocean might not be sufficient to impact on atmospheric CO2. In addition, 2 modes of CO2 variations are present in the MIS 6 period. Carbon dioxide maxima (CDM) 6 lags abrupt warming in the Northern Hemisphere by only 100±360 yrs, while the lags for CDM 3 and 4 are much longer, 1,100±280 yrs on average. Theses 2 modes of CO2 variations might be related with a mode change of AMOC from the earliest MIS 6 to MIS 6.5. These two phenomena also are observed during the last glacial period. However, the limited available proxy data permit only an exploratory discussion of the mechanisms responsible for CO2 variability during MIS6. Because the boundary conditions of the last glacial period cannot be applied to MIS 6, additional proxy data and multiple modelling studies conducted during MIS 6 period are needed.

Abstract: La couche limite planétaire est la couche atmosphérique la plus basse qui est en interaction directe et constante avec les surfaces terrestres et marines sur lesquelles se concentrent les activités humaines, les cultures et divers écosystèmes. Comprendre l’origine de sa composition à la fois chimique et microbiologique est fondamental dans notre étude approfondie de la biosphère. Alors que les microorganismes de la couche limite planétaire – retrouvés jusqu’à 106 cellules par mètre cube d’air – semblent varier significativement à l’échelle spatiale et temporelle en termes de concentration et de diversité, ils restent largement méconnus. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment se structurent les communautés microbiennes dans la troposphère, et en particulier dans la couche limite planétaire, ainsi que d’identifier les facteurs de contrôle majeurs. En travaillant sur des échantillons collectés pendant plusieurs semaines sur neuf sites répartis sur la planète, et en utilisant les technologies de séquençage ADN haut-débit, nous avons étudié la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes de la phase gazeuse et solide de l’atmosphère (c’est-à-dire non associés aux nuages).Nos premiers résultats sur la taxonomie des communautés microbiennes révèlent que les surfaces proches des sites sont les contributeurs principaux de distribution des communautés microbiennes atmosphériques, malgré l’occurrence potentielle du transport longue-distance des microorganismes atmosphériques. Egalement, les conditions météorologiques combinées à la diversité des surfaces locales terrestres ou océaniques jouent un rôle important dans la variation temporelle de la structure des communautés microbiennes de la couche limite planétaire. Une deuxième étude nous a permis d’étudier davantage la variation temporelle des communautés microbiennes atmosphériques sur un site continental montagneux en France (1465 m d’altitude) sur une année complète. Cette étude révèle l’importance des conditions de surface des paysages aux alentours dans la composition taxonomique des communautés atmosphériques. L’évolution au cours de l’année des terres agricoles et de la végétation, qui composaient en majeure partie le paysage du site, était responsable du changement temporel observé dans la composition taxonomique des communautés microbiennes atmosphériques. Finalement, nous avons étudié la composition fonctionnelle des communautés microbiennes de la couche limite planétaire afin d’identifier si les conditions physiques et chimiques de l’atmosphère jouaient un rôle dans la sélection ou adaptation microbienne des microorganismes atmosphériques. L’analyse comparative de données métagénomiques ne révèle pas de signature atmosphérique spécifique du potentiel fonctionnel des communautés microbiennes atmosphériques. La composition fonctionnelle semble avant tout liée aux écosystèmes locaux. Toutefois, nous avons observé que les champignons étaient plus dominants relativement aux bactéries dans l’air comparativement aux autres écosystèmes. Ce résultat suggère un processus de sélection des champignons durant l’aérosolisation et/ou le transport aérien. Les champignons pourraient survivre davantage l’aérosolisation et le transport aérien comparativement aux bactéries du fait de leur résistance naturelle aux conditions physiques stressantes de l’atmosphère. Nos résultats ont apporté une meilleure compréhension des facteurs déterminants (c’est-à-dire les surfaces locales, les sources distantes, les conditions météorologiques locales, les conditions physiques stressantes de l’atmosphère) et de leur contribution dans la structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique. Nos investigations constituent une base importante pour de nouvelles études sur la prévision et le contrôle des communautés microbiennes atmosphériques, afin de répondre à des questions majeures dans les domaines de la santé publique et de l’agronomie.

Abstract: La surexploitation des ressources halieutiques entraîne une compétition croissante entre les pêcheries et la biodiversité marine. Cette compétition donne lieu à des interactions de type déprédation (consommation des poissons directement sur le matériel de pêche par les prédateurs marins). La déprédation engendre des conséquences i) socio-économiques pour les pêcheries (diminution des rendements) ; ii) écologiques pour les prédateurs marins (risques accrus de capture accidentelle ou d’exposition à une réponse létale) et iii) écosystémiques (impacts sur les ressources cibles et auxiliaires). Cette thèse propose d’étudier, sur une des pêcheries des plus lucratives, des plus sélectives mais également des plus exposées à la déprédation, les mécanismes décisionnels (capitaines) et comportementaux (prédateurs marins) impliqués dans la déprédation exercée par les orques (Orcinus orca) et les cachalots (Physeter macrocephalus) sur la pêcherie à la palangre démersale ciblant la légine australe (Dissostichus eleginoides) dans les Zones Économiques Exclusives françaises des îles Crozet et Kerguelen, océan Indien. Par une approche originale combinant éthologie humaine et animale sur fond de théorie de l’approvisionnement optimal à deux échelles spatio-temporelles, nous montrons que i) cette déprédation est marquée avec une compétition d’autant plus importante que les capitaines sont expérimentés ; ii) les odontocètes ajustent leur comportement naturel pour bénéficier de l’apport de nourriture issue des pêcheries ; iii) aucune prise de décision ne permet simultanément un haut rendement de pêche et une déprédation réduite. Ces résultats soulignent l’importance de la pression exercée par les pêcheries sur les ressources naturelles et la pertinence de futures évaluations bioéconomiques et socio-écosystémiques pour assurer la viabilité économique des pêcheries et la durabilité des ressources naturelles exploitées et auxiliaires.