Academic literature on the topic 'Carottes de glace – Antarctique'

En Antarctique, région de McMurdo, vallée de Victoria, des dépôts nivéo-éoliens, faits de lits alternants de neige et de sable entraînés par le vent, épais de 0 à 2 m, sont pérennes. Conjointement aux glaciers à sable inclus, ils sont peut-être apparentés aux dépôts stratifiés découverts par Mariner 9 dans la région polaire sud de la planète Mars. À Poste-de-la-Baleine, 55°17' Nord, 77°46' Ouest, les dépôts nivéo-éoliens sont annuels, toute la neige fondant chaque été. Ils contribuent à engraisser la première plage soulevée sableuse et certaines dunes. Sur le pied de glace, ils forment 1, 2 ou 3 remparts littoraux éphémères ; le plus haut est le plus proche du rivage. Sur la neige fraîche se forment des rides mixtes de sable et neige, dont le dessin ressemble à celui de champs de dunes vus d'avion (traverse, réticulé, lobé … etc.) et est beaucoup plus photogénique que celui des rides de neige sur neige ou de sable sur sable. Suivant la proportion relative de neige et de sable, l'albedo peut prendre toutes les valeurs entre celles de la neige pure et du sable pur : ainsi pourraient peut-être s'expliquer une partie des variations d'albedo, en fonction du temps, observées à la surface de Mars. Les formes de dénivation sont des cônes pointus, des mamelons doux dont la surface est craquelée typiquement, des boulettes de sable, des bourrelets de sable (micromoraines de dénivation) et des réseaux de sable. Sous les surplombs de la glace impure qui forme la base du nivéo-éolien sur l'estran, des gouttelettes tombent ; elles forment, si elles sont d'eau pure, des microcratères d'impact ; si elles sont de sable humide, des pastilles de sable ; dans les cas intermédiaires, des stalagmites de sable.

RÉSUMÉ L'analyse poliinique, l'analyse macrofossile, ainsi que la datation au radiocarbone de quatre carottes de sédiments lacustres postglaciaires, ont permis d'établir l'âge minimal de la déglaciation et l'histoire postglaciaire de la végétation dans la partie centrale du Nouveau-Québec, où ont persisté quelques-uns des derniers lambeaux de la calotte glaciaire wisconsinienne au Québec. La déglaciation s'est échelonnée entre 6200 ans BP, qui représente l'amorce de la stagnation finale au sud-ouest de la ligne de partage glaciaire terminale, et 5600 ans BP, qui représente l'âge minimal de la fusion finale de la glace, en terre haute, au nord-est de la ligne de partage. Le délai entre la disparition de la glace et l'accumulation des premiers sédiments organiques datables dans les petits lacs a été très court. La colonisation végétale fut immédiate, relativement massive, tant par les arbres et les arbustes que par les plantes herbacées. L'aulne crispé (Alnus crispa) et le mélèze (Larix laricina) dominèrent au début, mais toutes les autres espèces d'arbres étaient déjà présentes. Une taïga à épi-nette noire (Picea mariana) beaucoup plus dense qu'aujourd'hui a occupé le paysage entre 5500 et 4400 ans BP environ. Le principal trait de l'histoire postglaciaire de la végétation est l'ouverture généralisée de la couverture arbo-réenne et arbustive, qui s'amorce vers 4700 à 4300 ans BP reflétant sans doute l'avènement d'un climat plus froid. La seule indication d'une éventuelle fluctuation climatique est représentée par deux périodes de plus grande abondance du bouleau blanc, entre 5750 et 4750 ans et entre 3600 et 2500 ans enregistrées en un site de la région.

Les glaces en Antarctique et au Groenland sont une archive de premier plan pour reconstruire le climat du Quaternaire. Une datation précise est nécessaire pour exploiter cette archive. Les méthodes de datation peuvent être tirées de l'analyse de la glace, des bulles d'air piégées, de la comparaison à d'autres archives ou aux variations des paramètres orbitaux de la Terre, ou de la modélisation du processus de sédimentation glaciaire. Ces méthodes étant complémentaires, un modèle probabiliste a été développé pour les combiner de manière optimale. Ice samplings from Antarctica or Greenland form an exceptional archive to reconstruct the Quaternary climate. An accurate chronology is necessary to exploit this archive. Dating methods can be derived from the analysis of ice, or enclosed air bubbles, from the comparison to other archives or to variations of orbital parameters of the Earth, or from the modelling of the glacial sedimentation process. These methods being complementary, a probabilistic model has been developed to combine them in an optimal manner.

Antarctica is the largest potential contributor to sea-level rise and needs to be monitored. It is also one of the first victims of global warming. However, it is often difficult to obtain high-resolution data on this vast and distant continent. Thanks to the Copernicus space program providing free and open access to high-quality data, this paper aims to show the complementarity between Sentinel-1 images and Modèle Atmosphérique régional (MAR) data over Antarctica. This study is conducted over Roi Baudouin Ice Shelf. The complementarity between the two datasets is established by a quantitative, temporal, and spatial comparison of the amplitude information of the radar signal and several variables modelled by MAR. Comparisons show strong spatial correlations between MAR variables representing melt and the backscatter coefficient recorded by the satellite. While temporal and quantitative analyses also give impressive results, further investigations are required to explain contrasting behaviors in other different areas of the ice shelf.

Les carottes de glace sont de longs cylindres extraits des couches de glace contenant des informations sur les conditions environnementales et climatiques passées. La carotte de glace TALDICE est une carotte de 1620 m de profondeur forée à Talos Dome, en Antarctique de l'Est. Plusieurs études antérieures se sont concentrées sur la datation de cette carotte et une échelle d'âge n'a été définie que jusqu'à 1438 m de profondeur à un âge d'environ 150 000 ans, limitant les reconstructions du climat passé au dernier cycle climatique. Dans la première partie de la thèse, les nouvelles mesures isotopiques de TALDICE dans les matrices de glace et de gaz sous 1438 m sont utilisées pour construire la relation âge-profondeur finale de TALDICE deep1 ice/gas avec le modèle IceChrono1. La chronologie pour la partie profonde de la carotte est ici définie jusqu'à 1548 m de profondeur et étend l'enregistrement climatique jusqu'au 343,0000 ans. La deuxième partie de cette thèse est centrée sur l'interprétation du signal isotopique unique de TALDICE pendant les interglaciaires passés. L'interprétation proposée indique que les anomalies interglaciaires dans l'enregistrement isotopique ont été produites par l'abaissement de l'élévation du site du dôme de Talos en raison de la perte de glace et du retrait vers l'intérieur de la ligne d'ancrage du bassin sous-glaciaire de Wilkes. La troisième et dernière partie de ce travail se concentre sur le développement de la technique “copper method” de datation à partir des isotopes de l’argon , dans le but de réduire la quantité de glace utilisée. La nouvelle méthodologie a été testée sur 11 échantillons TALDICE, et des résultats préliminaires sont présentés. Les résultats sont validés en comparant les dates avec les chronologies publiées de TALDICE et avec 8 échantillons voisins datés avec la méthode établie de datation Ar "méthode getter"
Ice cores are long cylinders extracted from ice sheets containing information about past environmental and climatic conditions. The TALDICE ice core is a 1620 m depth core drilled at Talos Dome, in East Antarctica. Several previous studies focused on dating this core and an age scale has been defined only until 1438 m depth at an age of about 150,000 years ago, limiting the past climate reconstructions to the last climatic cycle. This thesis focuses on the poorly explored deep portion of the core below 1438 m depth. In the first part of the thesis, the new TALDICE isotopic measurements in both ice and gas matrixes below 1438 m are used to build the final TALDICE deep1 ice/gas age-depth relationship with the application of the IceChrono1 model. The chronology for the deeper part of the core is here defined until 1548 m depth and extends the climatic record back to 343,0000 years ago. The second part of this thesis is centred on the interpretation of the unique TALDICE isotopic signal during past interglacial periods. The proposed interpretation indicates that the interglacial anomalies in the isotopic record have been produced by the lowering of the Talos Dome site elevation due to ice loss and inland retreat of the Wilkes Subglacial Basin grounding line. The third and last part of this work focuses on the development of the argon dating technique called “copper method”, with the aim of reducing the amount of ice employed. The novel methodology has been tested on 11 TALDICE samples. The “copper method” results are validated by comparing them with the published TALDICE chronologies (AICC2012 and TALDICE deep1) and with 8 neighbouring samples dated with the well-established argon dating “getter method”

L’Antarctique joue un rôle majeur dans le climat de la Terre, car le gradient de température entre l’équateur et les pôles contrôlent la circulation atmosphérique. L’Antarctique est également utile pour comprendre la variabilité du climat, puisque les informations préservées dans la glace peuvent complémenter les observations récentes. Cependant, l’emplacement des forages de carotte de glace sont irrégulièrement répartis sur le continent, et les reconstructions de température sur le plateau Est-Antarctique sont entravées par la faible résolution temporelle résultant d’une trop faible accumulation de neige à haute altitude. Nous présentons ici de nouvelles reconstructions de température à partir de la carotte de glace d’Aurora Basion North (ABN, 77°S, 111°E, 2700 m d’altitude). D’abord, nous utilisons le Modèle Atmosphérique Régional (MAR) pour caractériser le climat récent à ABN, et montrons que les événements de précipitation sont intermittents, et sont marqués par une température 2°C supérieure à la moyenne. Les événements de fortes précipitations sont enregistrés dans les isotopes de l’eau, avec des valeurs de δ18O avoisinant les valeurs estivales, même en hiver, comme l’attestent des mesures dans la neige et le modèle atmosphérique ECHAM5-wiso, qui est équipé avec les isotopes de l’eau. Les précipitations sont systématiquement associées avec un blocage atmosphérique sur la côte de Wilkes Land, au nord-est d’ABN, et ces blocages sont favorisés par les phases négatives du Southern Annular Mode (SAM), le principal mode de variabilité dans le climat de l’hémisphère Sud. Par conséquent, les phases positives du SAM sont marquées par des température froides à ABN, mais pas nécessairement par un δ18O faible, car les précipitations peuvent être réduites. La température reconstruite à partir de la carotte forée à ABN, qui fait 300 m et couvre 2000 ans, reste relativement stable, à ± 1°C de la température moyenne. Nous détaillons une deuxième reconstruction de température faite sur la même carotte, basée sur l’inversion de la température de trou de forage et des anciens gradients de température dans le névé, estimés avec les isotopes stables des gaz Ar et N2 piégés dans les bulles. Cette seconde reconstruction de température révèle deux périodes environ 3°C plus froides à ABN au cours des 2000 dernières années : de 300 à 550 EC, et de 1000 à 1400 EC. Cette anomalie froide médiévale est synchrone avec une phase positive du SAM, et n’a pas pu être identifiée à partir du δ18O seul. Cette étude souligne l’importance d’utiliser plusieurs indicateurs pour déterminer les variations passées de température, car le δ18O pourrait surreprésenter les événements chauds à forte précipitation
Antarctica is a major component in Earth’s climate system, as the equator to pole temperature gradient controls the characteristics of the general circulation of the atmosphere. Antarctica is also very useful to understand climate variability, as past climate information preserved in the ice may help extend the short observational records. However, the ice core drilling locations are unevenly spread across the glaciated continent, and the temperature reconstructions from the high elevation East Antarctic plateau suffer from poor temporal resolution, because low snow accumulation hampers our interpretation of water isotopes. Here, we present new temperature reconstructions from the Aurora Basin North (ABN, 77°S, 111°E, 2700 masl) ice core. First, we use the regional atmospheric model MAR to characterize the recent climate at ABN, and show that precipitation events are intermittent, and occur under temperature 2°C warmer than average. The large precipitation events are marked in the snow isotopes with δ18O values on par with summer levels, even during the winter, as attested by snow measurements and the isotope-enabled atmospheric model ECHAM5-wiso. Precipitations are consistently associated with a blocking on the Wilkes Land coast, North-East of ABN, and the blockings are more likely to occur during negative phases of the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of variability in the southern hemisphere climate. Consequently, SAM positive phases are marked by cold temperatures at ABN, but not necessarily low δ18O, as precipitations may be weakened. The temperature reconstructed from the δ18O in the 300-m-deep, 2000-year ice core drilled at ABN supports stable conditions, with a temperature remaining within a ± 1°C range. We present a second temperature reconstruction from the same core, based on the inversion of borehole temperature and past firn temperature gradients, estimated with the stable isotope composition of Ar and N2 gases trapped in bubbles. This second temperature reconstruction, representative of changes in the snow, suggests that temperature at ABN was about 3°C colder during two periods of the last 2000 years: from 300 to 550 CE, and from 1000 to 1400 CE. This medieval cold anomaly is concurrent with a positive SAM phase, and could not be identified from the δ18O alone. This work highlights the importance of using multiple proxies to determine past temperature variability in Antarctica, as δ18O may be biased towards warm precipitation events

Les relations de phase entre augmentation de la concentration des gaz à effet de serre et augmentation de la température constitue un enjeu sociétal. Pour affiner notre compréhension des mécanismes climatiques sur la Terre, une datation précise des enregistrements climatiques du passé (carotte de glace, carotte de sédiments marins, spéléothèmes) est in- dispensable. En échelle relative, les datations permettent d’évaluer les relations de phase des variations climatiques en différents points du globe. En échelle absolue, les liens entre changements de l’orbite terrestre et réponse climatique peuvent être étudiés. Les carottes de glace d’Antarctique et du Groenland constituent des archives uniques à l’échelle des grands cycles glaciaire-interglaciaire. Elles offrent de nombreux marqueurs stratigraphiques pour la datation relative (méthane, couches de cendre. . . ). Les échelles d’âge de ces carottes peuvent en outre être calculées grâce à des modèles numériques simulant la déformation des calottes, l’évolution de la température et des précipitations, ainsi que les caractéristiques du névé polaire. Toutefois les incertitudes sur ces datations modélisées demeurent considérables, notamment sur la datation relative des signaux de température enregistrés dans la glace solide et des signaux de composition de l’atmosphère enregistrés dans les bulles d’air piégées dans la glace. Le gaz et la glace à une même profondeur n’ont en effet pas le même âge. Au cours de ce travail de thèse, un code d’assimilation de données a été développé afin de réduire les incertitudes sur les chronologies. Ce code permet de calculer simultanément les datations gaz et glace de plusieurs forages glaciaires en réalisant un compromis entre les informations chronologiques fournies par les modèles glaciologiques et celles apportées par les contraintes stratigraphiques issues des mesures dans la glace et le gaz. La méthode repose sur une inférence Bayésienne formulée à l’aide d’une fonction coût. Cette formulation met en jeu des matrices de covariance d’erreur qui rendent compte des incertitudes sur les données ainsi que sur les sorties des modèles fournissant la première ébauche de datation. Elle permet de proposer des échelles d’âge optimisées ainsi que des intervalles de confiance. Dans ce manuscrit, on présente les premières expériences de datation réalisées avec l’outil numérique. En particulier, la datation simultanée des forages de North GRIP (Groenland), Vostok, Epica Dôme C et Epica Dronning Maud Land (Antarctique) montre le potentiel de cet outil pour construire les futures échelles d’âge des forages profonds d’Antarctique et du Groenland
We are hereby presenting a new dating method based on inverse techniques, which aims at calculating consistent gas and ice chronologies for several ice cores. The proposed method yields new dating scenarios simultaneously for several cores by making a compromise between the chronological information brought by glaciological modeling (i. E. , ice flow model, firn densification model, accumulation rate model), and by gas and ice stratigraphic constraints. This method enables us to gather widespread chronological information and to use regional or global markers (i. E. , methane, volcanic sulfate, Beryllium- 10, tephra layers, etc. ) to link the core chronologies stratigraphically. Confidence intervals of the new dating scenarios can be calculated thanks to the probabilistic formulation of the new method, which takes into account both modeling and data uncertainties. We apply this method simultaneously to one Greenland (NGRIP) and three Antarctic (EPICA Dome C, EPICA Dronning Maud Land, and Vostok) ices cores, and refine existent chronologies. Our results show that consistent ice and gas chronologies can be derived for depth intervals that are well-constrained by relevant glaciological data. In particular, we propose new and consistent dating of the last deglaciation for Greenland and Antarctic ice and gas records

Les carottes de glace sont un fantastique outil d'étude du climat de notre planète. Récemment, le projet européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a permis d'extraire une carotte au Dôme Concordia en Antarctique (75◦06′ S; 123◦21′E). Les premières études montrent que les 740000 dernières années de notre histoire climatique y sont enregistrées. Dans ce manuscrit est présentée une étude de l'évolution de la microstructure (réseau de joints de grain) le long de la carotte de Dôme Concordia. Dans une premiére partie, nous nous concentrons sur l'évolution de la taille moyenne des grains qui présente de fortes variations synchrones avec les transitions climatiques. L'analyse des paramètres de la distribution de taille ainsi que les corrélations entre taille de grain moyenne et contenu en impuretès montrent que les particules de poussière ralentissent considérablement la croissance normale au cours des périodes Glaciaires, expliquant ainsi les variations observées. Le développement puis l'utilisation d'un modèle en champ moyen d'évolution de la taille de grain confirme quantitativement ce résultat et nous permet d'examiner le rôle des bulles, des clathrates et de la recristallisation par rotation sur la taille moyenne des grains. La géométrie de la microstructure est également le révélateur de la déformation subie par les couches de glace. Utilisant une technique d'analyse initialement développée pour l'étude du champ de déformation dans les mousses et adaptée au cas de la glace, il est apparu que nos mesures sont en contradiction avec deux des hypothèses généralement admises sur l'écoulement de la glace à un dôme : (i) le cisaillement n'est pas nul et sa valeur augmente avec la profondeur, (ii) la déformation verticale n'est pas homogène (certaines couches s'amincissent plus rapidement que leurs voisines). Les modèles de datation classiquement utilisés en glaciologie utilisent ces hypothèses, ce qui soulève quelques questions quant à leur validité. Nous nous sommes alors interrogès sur l'impact des hétérogénéités de déformation verticale sur la datation et tout particulièrement sur l'estimation de la durée d'évènements brefs.

Déposés en Antarctique de l'Est au cours des 4 derniers cycles climatiques, les aérosols volcaniques (5-50 )um) et continentaux (2-3 )um) de la carotte de Vostok constituent des traceurs de circulations atmosphériques passées. Pour reconstruire leurs trajectoires troposphériques, il est nécessaire d'identifier les sources (volcans ou régions désertiques) à l'origine des émissions des cendres et des poussières continentales. Pour cela, on compare les caractéristiques géochimiques des aérosols avec les caractéristiques des sources potentielles répertoriées. Ces analyses reposent sur les concentrations en éléments majeurs (obtenues par microsonde électronique), en éléments traces (ICPMS), et sur les compositions isotopiques en Strontium et Néodyme (TIMS). Nous avons dû adapter ces méthodes analytiques à la petite taille des aérosols et à leur très faible quantité. Les caractéristiques géochimiques des volcans sources potentiels (latitude>30oS, activité<-500 ka) sont basées sur une synthèse bibliographique. On montre que les cendres des horizons volcaniques analysés proviennent essentiellement de l'arc volcanique des îles Sandwichs (situé dans l'Atlantique Sud, à 5000 km), mais aussi d'Antarctique de l'Ouest et d'Amérique du Sud. De plus, certains horizons peuvent être utilisés comme marqueurs stratigraphiques pour dater (e.g. 141 ka) et corréler les carottes. Les caractéristiques isotopiques (Sr et Nd) des régions désertiques d'Afrique du Sud, d'Australie, du Sud de l'Amérique du Sud, d'Antarctique et de Nouvelle Zélande sont mesurées sur des échantillons prélevés in situ. On remarque qu'il est nécessaire d'utiliser, pour la comparaison avec les aérosols, la fraction granulométrique inférieure à 5 um. Il est ainsi montré que les poussières continentales déposées à Vostok au cours des 4 derniers cycles climatiques proviennent de la Patagonie en période interglaciaire (flux -1,5 mg/m2/an) comme en période glaciaire (flux -20 mg/m2/an). Une partie de cette augmentation de flux peut être expliquée par la présence de vastes épandages de particules détritiques fluvio-glaciaires qui recouvrent, en période glaciaire, la Patagonie et le plateau continental argentin émergé. L'ensemble des sources des aérosols volcaniques et continentaux est donc localisé, quelle que soit la période climatique, dans une région située du côté Atlantique de l'Antarctique, aux moyennes et hautes latitudes. Le transport des particules semble quant à lui être assuré par un courant d'ouest circumpolaire convergent versl'Antarctique. Ce travail montre donc que, à partir des aérosols volcaniques et continentaux, on peut obtenir des paléo-informations dynamiques qui, au travers des corrélations, des datations, ou des modèles de circulation atmosphérique globaux, seront utiles aux reconstitutions des climats du passé.

Deposes en antarctique de l'est au cours des 4 derniers cycles climatiques, les aerosols volcaniques (5-50 m) et continentaux (2-3 m) de la carotte de vostok constituent des traceurs de circulations atmospheriques pasees. Pour reconstruire leurs trajectoires tropospheriques, il est necessaire d'identifier leurs sources (volcans ou regions desertiques). Pour cela, on compare les caracteristiques geochimiques (elements majeurs microsonde electronique, traces icpms et compositions isotopiques tims) des aerosols avec les caracteristiques des sources potentielles repertoriees. Nous avons du adapter ces methodes analytiques a la taille des aerosols et a leur faible quantite. Les caracteristiques geochimiques des volcans sources s'appuient sur une synthese bibliographique. On montre que les cendres proviennent essentiellement de l'arc volcanique des iles sandwichs, mais aussi d'antarctique de l'ouest et d'amerique du sud. De plus, certains horizons sont des marqueurs stratigraphiques pour dater (141 ka) et correler les carottes. Les caracteristiques isotopiques (sr et nd) des regions desertiques d'afrique du sud, d'australie, d'amerique du sud, d'antarctique et de nouvelle zelande sont mesurees sur des echantillons preleves in situ. Il est necessaire d'utiliser, pour la comparaison avec les aerosols, la fraction granulometrique inferieure a 5 m. Il est montre que les poussieres continentales proviennent de la patagonie en periode interglaciaire (flux 1,5 mg/m#2/an) comme en glaciaire (20 mg/m#2/an). Une partie de cette augmentation de flux s'explique par la presence de vastes epandages de materiel detritique fluvio-glaciaire qui recouvrent en periode glaciaire la patagonie et le plateau continental argentin emerge. Les sources des aerosols sont donc localisees, quelle que soit la periode climatique, dans une region situee du cote atlantique de l'antarctique, aux moyennes et hautes latitudes. Le transport des particules est assure par un courant d'ouest circumpolaire convergent vers l'antarctique. Ce travail montre que, a partir des aerosols volcaniques et continentaux, on peut obtenir des paleo-informations dynamiques qui, au travers des correlations, des datations, ou des modeles de circulation atmospherique globaux, sont utiles aux reconstitutions des climats du passe.

Les carottes de glace provenant des calottes polaires constituent de précieuses archives climatiques qui nous ont permis de documenter le climat et l'environnement passé. La carotte d'EPICA Dôme C (EDC) en Antarctique a été forée jusque 3 189 m de profondeur, ce qui correspond à un âge de 800 000 ans. Cette carotte située sur le plateau Antarctique est actuellement la plus longue archive glaciaire continue permettant d'obtenir des enregistrements à haute résolution d'isotopes stables de l'eau et de gaz piégé dans la glace pour documenter le climat passé.Cette thèse se concentre sur l'étude de la variabilité à haute fréquence à partir de mesures d'échantillons à haute résolution sur la carottes EDC. Nous nous concentrons plus particulièrement sur la variabilité du cycle hydrologique atmosphérique et du climat pendant les déglaciations.Cette thèse a constitué en un important travail analytique. Dans un premier temps, à partir de mesures à haute résolution (11 cm) de la composition isotopique de l'eau sur la carotte EDC, nous avons conclu que la variabilité multi-centennale est plus faible pendant les périodes chaudes, dites interglaciaires, que pendant les périodes froides, dites glaciaires. De plus, cette série de données nous a permis de quantifier l'évolution de la longueur de diffusion tout au long de la carotte EDC et d'étudier comment la diffusion dans la glace atténue le signal climatique pour la partie la plus profonde de la carotte.Dans un second temps, j'ai effectué des mesures de δ15N de N2, δ18O de O2, δO2/N2 dans l'air piégé dans la glace à une résolution temporelle de 200 à 300 ans sur les différentes déglaciations. Ces données permettent de mieux dater la carotte de glace et d'étudier l'évolution du cycle hydrologique des basses latitudes (δ18O de O2). J'ai combiné ces données avec d'autres mesures de 17O − exess que j'ai effectuées tous les 55 cm (résolution de 50 à 300 ans) et des données de d-excess sur les mêmes périodes. Le d-excess et le 17O − exess sont des traceurs des conditions climatiques des sources d'évaporation. En synthétisant ces données sur les déglaciations, nous avons décrit les séquences d'évènements lors des réchauffements dus au forçage orbital. Nous avons en particulier mis en évidence une variabilité millénaire qui a lieu pendant les déglaciations aux latitudes tempérées mais qui n'affecte pas le climat Antarctique. Il y a donc un découplage entre l'évolution du climat Antarctique et le climat des plus basses latitudes pendant les déglaciations.Enfin, nos résultats analytiques sur les déglaciations ont été comparés à des sorties de modèles de circulation générale (projet PMIP)
Ice cores from the polar ice caps are valuable climate archives that have allowed us to document the past climate and environment. The EPICA Dome C (EDC) core in Antarctica was drilled to a depth of 3,189 m, which corresponds to an age of 800,000 years. This core located on the Antarctic Plateau is currently the longest continuous glacial archive providing high resolution stable isotope records of water and gas trapped in the ice to document past climate.This thesis focuses on the study of high frequency variability from high resolution sample measurements on the EDC core. In particular, we focus on the variability of the atmospheric hydrological cycle and climate during deglaciation.This thesis has consisted of extensive analytical work. First, from high resolution (11 cm) measurements of water isotopic composition on the EDC core, we concluded that the multi-centennial variability is lower during warm periods, called interglacials, than during cold periods, called glaciations. In addition, this data set allowed us to quantify the evolution of the diffusion length along the EDC core and to study how the diffusion in the ice attenuates the climate signal for the deepest part of the core.In a second step, I made measurements of δ15N of N2, δ18O of O2, δO2/N2 in the air trapped in the ice at a time resolution of 200-300 years over the different deglaciations. These data allow us to better date the ice core and study the evolution of the low-latitude hydrological cycle (δ18O of O2). I combined these data with other 17O - exess measurements that I made every 55 cm (50-300 year resolution) and d-excess data over the same time periods. The d-excess and the 17O - exess are tracers of the climatic conditions of the evaporation sources. By synthesizing these deglaciation data, we have described the sequences of events during orbital forcing-driven warming. In particular, we have highlighted a millennial variability that occurs during deglaciations at temperate latitudes but does not affect the Antarctic climate. There is thus a decoupling between the evolution of the Antarctic climate and the climate of the lowest latitudes during deglaciations.Finally, our analytical results on deglaciations have been compared to general circulation model outputs (PMIP project)

L'ion nitrate (NO3-) présent dans les neiges Antarctiques est issus de l'oxydation des oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) dans l'atmosphère. Aux sites de faible accumulation de neige tels que Vostok et Dôme C sur le plateau de l'Est de l'Antarctique, le nitrate n'est pas piégé de manière ultime dans la neige, ce qui limite fortement l'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace. Des mesures récentes de la composition isotopique en azote du nitrate (δ15N) montrent des valeurs extrêmement élevées (+339‰) dans les premiers décimètres de la neige de Dôme C. Ces valeurs ont été attribuées à la photolyse du nitrate et au recyclage important qui en résulte. Le nitrate possède, par ailleurs, une anomalie isotopique en oxygène (Δ17O) qui permet de tracer l'activité de l'ozone (O3) au cours de sa formation. Ce travail de thèse présente le premier enregistrement de la composition isotopique complète du nitrate (δ15N, Δ17O et δ18O) dans une carotte de glace : la carotte de glace de Vostok dont les 64 échantillons analysés couvrent une période de 150 000 ans. Ce jeu de données a été complété par 313 échantillons collectés entre 2007 et 2010 dans le continuum atmosphère/givre/neige au Dôme C ainsi que dans 21 puits de neige prélevés dans une zone couvrant l'essentiel de l'Est de l'Antarctique. L'analyse isotopique de ces échantillons modernes a permis de contraindre le modèle conceptuel TRANSITS développé au cours de cette thèse et dont le but est de représenter le recyclage du nitrate à l'interface entre l'atmosphère et la neige ainsi que son impact sur la composition isotopique du nitrate archivé. Les valeurs positives et élevées du δ15N du nitrate piégé dans la carotte de glace de Vostok montrent que le recyclage du nitrate a toujours eu lieu sur le plateau Antarctique au cours de la période étudiée. Les variations du flux primaire de nitrate reçu au site de Vostok estimées à l'aide du modèle TRANSITS montrent, en périodes glaciaires, un flux primaire plus important qui pourrait être lié à une dénitrification stratosphérique plus conséquente. Les valeurs de Δ17O du nitrate montrent que l'incursion d'ozone d'origine stratosphérique dans la troposphère était plus fréquente en périodes glaciaires. Nous proposons enfin que les résultats acquis dans le cadre de cette thèse pourraient permettre de mieux contraindre le cycle de l'azote sur la côte Antarctique et d'apporter des éléments d'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace de sites de plus forte accumulation de neige (au Groenland par exemple).

L'étude du climat implique nécessairement la collecte et le traitement d'une grande quantité de données obtenues par l'analyse d'archives climatiques telle que les carottes de glace. Dans ce contexte, ce travail présente le plus long enregistrement jamais obtenu d'éléments crustaux, métaux, métalloïdes, terres rares, mercure et isotopes du plomb. Cet enregistrement a été possible grâce à un forage récent réalisé en Antarctique de l'Est permettant d'obtenir une carotte de glace profonde (EPICA/Dome C, 3270 m). Ces éléments ont été étudiés dans de nombreuses sections de la carotte de glace EPICA/Dome C de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours.

L'analyse d'éléments crustaux, métaux, métalloïdes, terres rares, mercure ont été réalisées grâce à un spectromètre de masse à secteur magnétique couplé à un plasma induit. La caractérisation des isotopes du plomb et l'analyses de methylmercure et mercure inorganique ont quant à elles étaient rendues possible par l'utilisation d'un spectromètre de masse à ionisation thermique et d'un spectromètre de masse à temps de vol couplé à un plasma induit. Ces analyses ont toutes été effectuées en salle blanche.

L'étude des éléments crustaux (V, Cr, Mn, Fe, Co, Rb, Ba et U) a permis de quantifier les variations naturelles des flux de ces éléments dans les glaces de l'Antarctique de l'Est de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours. On a remarqué de fortes variations naturelles de concentration et de flux au cours de ces 6 cycles climatiques, avec des flux de retombées plus faibles pendant les périodes chaudes (interglaciaires) et des flux plus fort pendant les périodes froides (maxima glaciaires). De plus, ces apports augmentent brutalement en Antarctique de l'Est quand δD ≤ - 430‰.

Pour la première fois, les terres rares ont pu être analysées dans une carotte de glace profonde. Les variations temporelles et la provenance des terres rares, d'origine crustale, dans l'Antarctique de l'Est ont été étudiées de 263 000 à 671 000 ans avant nos jours. Ainsi, l'origine géographique des éléments crustaux pendant les périodes glaciaires et interglaciaires a été précisée grâce à la comparaison de données de terres rares obtenues dans la carotte EPICA/Dome C et celles provenant de régions potentielles d'origine des aérosols de l'hémisphère austral. L'Australie et la province de Córdoba apparaissent comme étant les sources dominantes à part égales sur le plateau de l'Antarctique de l'Est au cours des maxima glaciaires peu prononcés (MIS 12.2, 12.4 et 14.2). Différemment, les maxima glaciaires plus prononcés (MIS 8.2, MIS 10.2, 10.4 et16.2) montrent des ratios différents : ces éléments crustaux proviennent à 80-90% de la région de Cordoba et à 20-10% de l'Australie. Pendant les périodes interglaciaires, l'Amerique du Sud (Argentine du Sud, Argentine Centrale, et peut-être la Patagonie), les montagnes Transantarctiques (glacier Koettkitz) et l'Australie apparaissent comme étant les sources dominantes au Dome C.

Les concentrations des métaux et des métalloïdes ont été mesurées de 263 à 671 ka BP afin d'examiner la variabilité à long-terme de ces éléments, d'évaluer les contributions de sources naturelles et les modes de transport. De fortes variations naturelles de concentration et de flux au cours de ces 6 cycles climatiques ont été observées, avec des flux de retombées plus faibles pendant les périodes chaudes (interglaciaires) et des flux plus fort pendant les périodes froides (maxima glaciaires). Cependant, certains métaux varient plus que d'autres. En particulier, l'approche isotopique du plomb apporte une contribution importante dans l'interprétation des variations de compositions de poussières d'origine crustale en Antarctique.

Finalement, pour la première fois, le mercure total, le methylmercure et le mercure inorganique ont été mesurés dans une carotte de glace profonde. Cette analyse montre des concentrations qui varient considérablement au cours des derniers 671 000 ans, avec de faibles valeurs pendant les interglaciaires et de fortes valeurs pendant les périodes les plus froides. L'analyse de ces éléments a permis de déterminer les variations en paleoproductivité océanique et de mieux comprendre les procédés de dépôts de mercure au cours des derniers 671 000 ans.

Les glaces polaires, en plus d'améliorer notre compréhension du climat, donnent accès aux retombées de béryllium-10 (10Be), isotope d'origine cosmogénique formé par l'interaction du rayonnement cosmique et des hautes couches de l'atmosphère. Son taux de production dépend de l'intensité du rayonnement cosmique primaire, qui est modulé par l'activité solaire et le champ magnétique terrestre. Le 10Be contient donc des informations sur ces deux paramètres. Il a permis, entre autres, l'amélioration des chronologies des carottes de glace grâce à des marqueurs stratigraphiques absolus liés à des évènements remarquables du champ géomagnétique comme l'excursion de Laschamp ou l'inversion de Brunhes-Matuyama.EPICA Dome C (75° 06' S, 123° 21' E) est une carotte de glace de 3270 m de long forée en Antarctique Est. Elle offre un enregistrement climatique complet durant les 800 000 dernières années (kyr BP). Dans le cadre de cette thèse, 2200 échantillons de 10Be ont été mesurés entre 2384 m (269 kyr BP) et 2627 m (355 kyr BP) de profondeur. Cette séquence continue offre, d'une part, la possibilité d'étudier l'activité solaire durant la période interglaciaire du Stade Isotopique Marin (MIS) 9.3, où la résolution atteint ~20 ans. Nos résultats contrastent avec ceux durant l'Holocène, avec l'absence remarquée du cycle de de Vries (210 ans) dans notre profil de 10Be. D'autre part, cette séquence nous a permis de vérifier que l'estimation classique de l'accumulation de neige obtenue par les modèles de datation de carottes de glace est correcte à 20% près lors de la succession des cycles glaciaires - interglaciaires.Ces mesures ont été combinées avec celles précédemment effectuées sous la responsabilité de Grant Raisbeck (publication en préparation). Ceci permet de disposer d'un profil continu et détaillé (résolution de 20 à 250 ans) entre 200 et 800 kyr BP sur la carotte de glace EPICA Dome C. Les variations de flux de 10Be observées se comparent bien aux changements d'intensité du champ géomagnétique enregistrés dans les sédiments marins. À partir de cette observation, il est possible de proposer une synchronisation de ces profils afin de les placer sur une échelle d'âge commune. Les déphasages observés entre l'augmentation de température en Antarctique (augmentation du D à EDC) et la hausse du niveau marin global (baisse du 18O marin des archives sédimentaires) n'excèdent pas 3200 ans excepté à la Terminaison VII. La faible résolution des enregistrements de 18O dans les sédiments marins rend l'analyse des déphasages délicate. Les résultats obtenus encouragent à analyser des périodes plus récentes autour de la Terminaison II, incluant les excursions géomagnétiques de Blake et d'Iceland Basin. Ceci permettrait en effet de contraindre plus fortement la synchronisation entre le signal paléomagnétique dans les sédiments marins et le flux de 10Be à EDC.