Tesis sobre el tema "Éléphants de mer austraux"

Il est entendu par quête alimentaire d'un organisme l'ensemble des comportements et des capacités à acquérir et assimiler des ressources dont l'utilisation ultérieure déterminera la valeur selective, ou aptitude biologique, de cet organisme. Les patrons d'utilisation de ces ressources se traduisent en patrons d'histoire de vie via le processus d'allocation (Boggs, 1992; Stearns, 1989). Alors que l'allocation des ressources à différentes fonctions biologiques est un processus intra-individuel, la quête alimentaire est quant-à-elle un processus inter-individuel (Graphique 1.1). Lorsque les ressources sont limitées, les organismes devront faire face à des compromis d'allocation : par exemple allouer temps et énergie à la repro- duction peut entraîner une réduction des ressources dévouées à la croissance somatique ou la survie (Pianka, 1976; Stearns, 1989). La quête alimentaire est donc cruciale puisqu'elle détermine dans quelle mesure les organismes feront face à de tels compromis, soit parce que certaines ressources clés sont limitées dans l'environnement, soit parce que les individus diffèrent de par leur capacité à acquérir et extraire les ressources (van Noordwijk and de Jong, 1986). Alors que la compétition inter-individuelle découle d'une limitation globale des ressources, une capacité différentielle à extraire les ressources du milieu ne présuppose pas que ces ressources soient limitées. De telles différences pourraient dés lors refléter la qualité des individus, qualité signifiant ici un trait phénotypique, donc observable, cor- rélé de manière positive à la valeur selective (Cam et al., 2002; Bergeron et al., 2011).

Comment peut-on étudier des organismes aux moeurs cryptiques ? Quand l'observation directe d'animaux sauvages est compromise, des approches indirectes, comme celle des isotopes stables, qui visent à tracer le flux de molécules dans les chaînes alimentaires deviennent attractives. Ce travail de thèse s'est donc intéressé à l'utilisation des isotopes stables pour dévoiler l'écologie alimentaire d'un prédateur de l'océan austral : l'éléphant de mer (Mirounga leonina). Ce phoque passe moins d'un cinquième de sa vie à terre et dépend entièrement du milieu marin pour son alimentation. Prenant avantage de l'existence d'un gradient latitudinal naturel en isotopes stable du carbone, nous nous sommes efforcés de relier au moyen d'outils statistiques adaptés, localité d'alimentation et valeur sélective chez cette espèce à reproduction sur capital. Nous avons privilégié une approche bayésienne. Les données isotopiques concordent avec les résultats d'études télémétriques, les éléphants de mer utilisent deux zones principales pour s'alimenter : la zone polaire frontale et une zone aux abords du continent antarctique. Les valeurs en carbone issues d'échantillons sanguins et analysées au moyen de modèles statistiques dit de mélange suggèrent que les femelles s'alimentant en zone antarctique parviennent à sevrer un jeune de meilleure qualité. Chez les mâles, l'analyse des isotopes du carbone issus de stries dentaires au moyen d'un modèle statistique couplant données longitudinales et survie, révèle quant-à elle une corrélation entre fidelité à une stratégie d'alimentation et longévité, un paramètre clé de l'histoire de vie chez cette espèce
How can we study the foraging of organisms with a cryptic lifestyle? For marine species, direct observations may not be logistically feasible. To circumvent these problems, indirects approaches, which aim at tracking the flux of molecules within ecosystems, have been on the rise in ecology since the 1970s. One indirect approach relies on measuring stable isotopes in various organic tissues, including those from museum specimen, to study the trophic ecology of wild animals. Using the indirect evidence stable isotopes can provide, this Ph. D. Thesis endeavoured to study the at-sea ecology of a large predator : the southern elephant seal (Mirounga leonina) breeding on îles Kerguelen in the Southern Ocean. This seal spends less than one fifth of its lifetime on land where it may be directly observed, and only forages at sea. By taking advantage of the existence of a latitudinal gradient in carbon isotopes within the Southern Ocean, I investigated the relationship between foraging strategy and fitness in this capital breeder, through the use of bayesian models. Inferences on foraging locations from stable isotopic data were in broad agreement with “biologging” results : seals were mainly foraging at the Polar Front or in Antarctic waters. Using mixture models, I studied how breeding females foraging in Antarctic waters were more likely to wean a large pup compared to females foraging in Subantarctic waters. I used a joint modelling approach to study longevity in males, a fitness-related trait that is hard to study in wild populations, and its relationship with foraging as inferred from repeated isotopic sampling of teeth. This approach revealed males that had a very stable and constant foraging from an early age to be the most long-lived ones

Le cycle de vie pélagique annuel des Phocidés est interrompu à deux reprises pour la reproduction et la mue, à terre ou sur la banquise. La mue est une étape essentielle pour le renouvellement du poil et de l’épiderme chez certains Monachinae. Les éléphants de mer austraux (Mirounga leonina) forment des agrégations dans des flaques de boue, ou « souilles », lorsqu’ils muent. La mue, chez cette espèce, entraîne des pertes thermiques importantes par vasodilatation périphérique. La thermorégulation sociale (i.e. agrégation d’animaux) a permis à de nombreuses espèces d’oiseaux et de mammifères d’économiser de l’énergie. Néanmoins, l’étude du comportement et de l’énergétique de la mue chez l’éléphant de mer austral a été jusqu’ici peu développée. Notre travail de recherche repose sur l’hypothèse que le comportement d’agrégation des éléphants de mer austraux répondrait aux mêmes déterminants que le mécanisme de thermorégulation sociale et entraînerait des bénéfices thermiques et énergétiques. Nous avons étudié le comportement de mue des éléphants de mer austraux femelles en lien avec les paramètres environnementaux locaux et physiologiques individuels. Nous avons mis en évidence que la sélection de l’habitat, les déplacements à terre et le comportement d’agrégation dépendent de l’avancement de la mue, du type d’habitat et des conditions météorologiques. Au pic de la mue, les pertes thermiques sont augmentées, les femelles se déplacent moins et s’agrègent davantage. De plus, les éléphants de mer s’agrègent en plus grand nombre lorsque les conditions météorologiques se dégradent, ceci principalement dans les « souilles ». Cependant, ils augmentent aussi leurs déplacements lorsque la température de l’air ressentie (i.e. combinaison température-vitesse du vent) est basse ou lorsque l’insolation augmente. De plus, les individus agrégés ont une température corporelle (stomacale et de surface) en moyenne plus basse que les individus isolés. Le taux métabolique augmenté pendant la mue serait lié aux contraintes thermiques et à une activité hormonale augmentée. Bien que le comportement d’agrégation n’ait pu être mis en relation avec la perte de masse, celui-ci est corrélé à une diminution du taux métabolique. Ainsi, les éléphants de mer femelles sont sensibles aux variations environnementales et adapteraient leur comportement en diminuant leurs dépenses énergétiques. Le comportement d’agrégation permettrait de diminuer le coût de thermorégulation par diminution des pertes thermiques. Les « souilles » sont thermiquement avantageuses et permettraient d’optimiser la diminution des pertes thermiques par agrégation et de favoriser la mue. La diminution des pertes thermiques permettrait la modulation de la température interne des individus agrégés (baisse du coût de la thermorégulation), et l’énergie économisée pourrait être ainsi réallouée à la mue. Il semblerait que des stratégies individuelles de compromis entre déplacements et agrégation soient mises en place en fonction des réserves énergétiques des individus et en vue de diminuer leurs dépenses énergétiques. De nouvelles méthodes prometteuses de mesures physiologiques chez cette espèce et appliquées sur le terrain (mesure de la fréquence cardiaque par implant sous-cutané et de la composition corporelle par bio-impédancemétrie) permettraient, une fois standardisées, d’évaluer le métabolisme des éléphants de mer austraux au cours de leur mue ainsi que leur dépense énergétique, en lien avec les variations individuelles
Annual life cycle of Phocids at sea is interrupted twice for reproduction and moult on land. The moult, an energetically costly phase, is essential for the renewal of hair, as well as epidermis in some monachine seals (Mirounga and Monachus). Southern elephant seals (Mirounga leonina) huddle in mud pools, or “wallows”, while moulting on land. Peripheral vasodilatation through the isolating layer of the blubber to renew skin cells during the moult creates major heat loss, that’s why this species moult on land, fasting, rather than staying in water. Many bird and mammal species developed an energy saving strategy based on social thermoregulation in order to decrease heat loss, especially in extreme environments or particular physiological stages. However, few studies have investigated behavioural and physiological adaptations of southern elephant seals during the moult. Our study rests on the hypothesis that huddling behaviour of moulting elephant seals follows the same determinants and allows equivalent thermal and energetic benefices than social thermoregulation. We studied behavioural adaptations on land of female southern elephant seals during five moult seasons, linked to local environmental and individual physiological variations. Our results show that habitat selection, distances moved on land and aggregation behaviour are influenced by the stage of the moult, the habitat type and meteorological conditions. At the peak of moult, heat loss and aggregation behaviour are both increased, as movements on land are decreased. Moreover, aggregation rate and aggregations size increase when local weather is deteriorated, mainly in “wallows”. However, distances moved increase when windchill is low or solar radiation is high. Furthermore, aggregated seals have a lower body temperature (skin and stomach) than isolated seals. The elevated metabolic rate observed would be linked to thermal constraints and an elevated hormonal metabolism. Although we found no correlation between aggregation and body mass loss, individual aggregation rate was negatively correlated to metabolic rate. Therefore, elephant seals are sensible to environmental conditions and would adapt their behaviour to decrease energy expenditure. Aggregation behaviour allows to decrease heat loss and thus thermoregulation cost. “Wallows” offer thermal advantages and induce an increased moult rate, supposedly by maximising the decrease in heat loss when aggregated. Decreased heat loss would allow an adjustment in body temperature in aggregated seals and energy save from thermoregulation could be reallocated to the moult process. Elephant seals seem to balance movements on land and aggregation, in relation to individual body reserves, in order to decrease energy expenditure. New promising methods to record physiological parameters in the field (heart rate method and the use of bio-impedancemetry) need to be calibrate in this species to allow more precised moult metabolism and energy expenditure records, linked to individual variations

Dans la zone interfrontale de l'Océan Austral, de grandes structures agencent la distribution spatio-temporelle des blooms phytoplanctoniques. Ces structures, à grande (fronts) et moyenne (tourbillons) échelles, amènent à une agrégation des ressources des échelons trophiques supérieurs dans les zones favorables. L'approvisionnement des prédateurs parmi ces champs repose sur une maximisation du gain énergétique net. Ainsi la concentration de la recherche d'un prédateur dans une zone donnée est un comportement adaptatif souvent observé s'expliquant par la fréquente agrégation locale des ressources. A partir de données de déplacements d'éléphants de mer, un prédateur supérieur de l'Océan Austral, nous cherchons à identifier l'intensification du comportement de recherche, dans les dimensions horizontale et verticale, et à déterminer l'importance des structures mesoéchelles dans ces zones. Différents procédés statistiques ont été employés pour estimer l'effort et le succès de recherche le long des trajets et des plongées des animaux. Les résultats d'analyses des trajets ont ensuite été confrontés à des données environnementales in situ et satellitaires. De fortes corrélations entre les zones de recherche intensive des animaux, le comportement de plongée adopté par les animaux dans ces zones et certaines structures tourbillonnaires ont ainsi été mises en évidence. La répartition spatio-temporelle de l'effort de recherche des éléphants de mer a ainsi permis une meilleure compréhension de la dynamique de ces prédateurs soumis aux fortes contraintes de leur environnement

La dynamique océanique, notamment dans les régions Australes, se caractérise par d'importantes fluctuations induites par les processus à mésoéchelle (tourbillons, 100-200km) et à sous-mésoéchelle (filaments, <50km). Ces processus sont connus pour stimuler fortement le développement du phytoplancton et avec lui l'ensemble de la chaine trophique. Toutefois les relations entre la distribution des proies et celle des prédateurs sont encore loin d'être bien connues pour la plupart des espèces marines. C'est en particulier le cas pour l'éléphant de mer austral (EDM) dont les proies souvent localisées à grandes profondeurs. Cette thèse s’est intéressée à étudier comment le comportement de plongée et de chasse des EDM est influencé par les variations à fine échelle de l'environnement. Une des originalités de cette thèse a été d’utiliser les mesures à très haute résolution récoltées par les éléphants de mer qui constituent un jeu de données 3-D in-situ unique à sous-mésoéchelle, puis de les combiner aux mesures satellites plus classiques de température et d'altimétrie. Ce travail a montré, pour la première fois à l’aide de données in-situ très haute résolution, l’importance des zones frontales à sous-mésoéchelle dans le comportement alimentaire d’un prédateur supérieur. De plus, elle a permis le développement d’une méthode originale d’identification des zones frontales à fine échelle et confirmé la pertinence de la méthode Quasi-Géostrophique de Surface (SQG) dans l’étude de la dynamique fine échelle, notamment dans les perspectives des futures missions spatiales à hautes résolutions (de type SWOT)
Ocean dynamics, especially in the southern ocean, are caracterized by strong fluctuation due to mesoscale (eddies, 100-200km) and submesoscale (filaments, <50km) processes. Theses processes are known to strongly stimulate primary production and with him the rest of the trophic chain. However, in marine ecosystems, relationship between prey and predator distribution remain challenging to understand. Such complexe link exist within the Southern Elephant Seal (SES) and their deep diving prey.This PhD worked to understand how the SES diving and foraging behaviour is impacted by submesoscale variation of the environment. Two original aspects of this work was first to use the very high resolution measurement from SES as an unique 3-D in-situ submesoscale dataset and then to combine it to, more classic, satellite temperature and altimetry measurement. This work showed, for the first time the in-situ impact of submesoscale frontal regions on one top predator foraging behaviour. Furthermore, during this study, an original method to identify fine scale frontal regions was developped. Finally, this PhD confirm the relevant use of the Surface Quasi-Geostrophic method in the study of fine scale dynamics, especially in the possibility of high resolution spatial missions (such as SWOT)

En raison du manque de séries temporelles associant écologie en mer, paramètres océanographiques, et trajectoires démographiques, peu d’études se sont intéressées aux mécanismes reliant conditions océanographiques, succès alimentaire à l’échelle des trajets en mer, et succès reproducteur associé chez des prédateurs marins. Le présent travail de thèse propose de déterminer l’effet de la variabilité interannuelle des paramètres environnementaux, ainsi que des stratégies alimentaires individuelles, sur l’écologie alimentaire et le succès reproducteur d’une espèce emblématique de l’océan Austral : l’éléphant de mer du sud (Mirounga leonina). Grâce à l’étude de séries temporelles d’isotopes stables du carbone et de l’azote, ainsi que de données de télémétrie, cette thèse a mis en évidence que les zones d’alimentation, ainsi que le comportement de plongée et de recherche alimentaire de femelles éléphants de mer, ont très peu évolué au cours des quatorze dernières années. Cette thèse a également révélé une relative stabilité des stratégies alimentaires antarctique et subantarctique, et que la condition corporelle des femelles se nourrissant en zone subantarctique tend à diminuer au cours du temps, tout comme la masse au sevrage de leurs jeunes, considérée comme un proxy du succès reproducteur. Une différence de qualité entre les habitats situés de part et d’autre de l’archipel de Kerguelen a également été mise en évidence, révélant que l’habitat situé à l’ouest de l’archipel semble plus profitable aux femelles éléphants de mer en termes de succès alimentaire. En outre, une structuration des stratégies d’approvisionnement a été mise en évidence entre deux sites d’étude localisés sur l’archipel de Kerguelen. Malgré une constance du comportement des éléphants de mer, une augmentation globale de leur condition corporelle a été mise en évidence au cours de la période d’étude, qui, cumulée à une diminution continue de la signature isotopique en δ13C, suggère que des changements non négligeables sont en train d’opérer au sein des réseaux trophiques de l’océan Austral
Because time-series relative to foraging ecology, environmental parameters and population trends are scarce, few studies focused on the mechanisms linking oceanographic variables with the foraging behaviour and breeding success in marine top predators. This PhD thesis aims to assess the effects of inter-annual environmental conditions and individual strategies on the foraging ecology and breeding success of the southern elephant seal (Mirounga leonina), a key species of the Southern Ocean. The simultaneous analysis of stable isotopes and tracking-diving time-series highlighted that the foraging habitats, as well as the diving- and foraging behaviour of female seals, remained stable over the last fourteen years. This thesis also revealed a consistency in the Antarctic and sub-Antarctic foraging strategies, and a decrease in the body condition of females exploiting the latter habitat. The weaning mass of their pups, considered as a proxy of the breeding success, decreased too. A difference in habitat quality was detected between the area located east and west of the Kerguelen archipelago, with the area located west providing a higher foraging success. Moreover, a spatial structuration of foraging strategies was highlighted between two breeding sites located at Kerguelen Island. Despite consistency in the behaviour of seals, an overall increase in body condition was assessed over the study period. Combined with a global decrease in δ13C values, this result suggests that some modifications are occurring in the food web of the Southern Ocean

Comprendre comment les organismes exploitent les ressources de leur environnement est une voie de recherche centrale en écologie. Ce travail de thèse décrit tout d’abord les stratégies d’acquisition des ressources des éléphants de mer (Mirounga leonina) de Kerguelen et tente, ensuite, de mettre en relation le comportement alimentaire de cette espèce avec les variables environnementales et les structures physiques de l’Océan Austral. Les éléphants de mer de Kerguelen se distribuent sur une très large superficie mais concentrent l’essentiel de leur activité alimentaire dans des secteurs particuliers de l’océan. En bordure du continent antarctique ou au sein de la zone du front polaire, leur comportement est respectivement influencé par la glace de mer péri-antarctique et les zones tourbillonnaires. La répartition et la prévisibilité des ressources n’expliquent pas la totalité des ajustements dans leurs déplacements et leurs comportements de plongée. Cette étude s’intègre à part entière dans un projet inter-disciplinaire international visant d’une part à comparer le comportement alimentaires des trois principales populations de l’Océan Austral et ainsi contribuer à la compréhension de leurs démographies respectives et d’autre part à accroître la quantité de données océanographiques pour cette partie du globe
Understanding how organisms exploit the resources of their environment is a central topic in ecology. At first, this work describes the foraging strategies of the Southern elephant seals (Mirounga leonina) from Kerguelen Islands. Then, it investigates the relationships between foraging behaviour of this species and the environmental parameters and the physical structures of the Southern Ocean. The elephant seals from Kerguelen have exhibited a large distribution in the Southern Ocean but they have concentred their foraging activity within specific areas. Close to the Antarctic continent or within the polar frontal zone, their behaviour was influenced by sea ice. And eddies, respectively. Resources distribution and predictability were not necessary the unique parameter to explain behavioural adjustments of seals. This study takes place in a global project, which compare, on the one hand, the foraging behaviour of the three principal populations of elephant seals of the Southern Ocean, to contribute for understanding their demography and, on the other hand, to acquire oceanographic data in this part of the world

L’Océan Austral (OA) joue un rôle essentiel dans l’absorption et le stockage du carbone d’origine anthropique du fait de l’action combinée des pompes physique et biologique (Boyd et al. 2019 DOI :10.1038/s41586-019-1098-2). Par ailleurs l’océan austral assure la moitié de la production primaire de la biosphère. Des analyses récentes suggèrent néanmoins une modification des concentrations en chlorophylle-a (Chl-a) de surface dans l’Océan Austral avec une tendance à l’augmentation, en particulier sur la période hivernale (Del Castillo et al. 2019 DOI :10.1029/2019GL083163). Compte tenu de la phénologie des différentes espèces de phytoplancton, cette tendance et le décalage temporel associé pourraient impliquer une modification de la composition des communautés phytoplanctoniques se succédant au cours de l’année. Cette hypothèse est confortée, sans être pour autant vérifiée, par les travaux réalisés au CEBC révélant une décroissance continue de la signature isotopique en δ13C des éléphants de mer de Kerguelen sur la période 2006-2018 alors que la signature du carbone inorganique dissous dans l’eau (DIC, Dissolved Inorganic Carbon) n’a pas varié sur cette même période (Données SNO-OISO, N. Metzl comm. personnelle). Cette modification dans la composition des éléphants de mer traduit un potentiel changement dans la qualité du phytoplancton présent à la base des chaînes trophiques dont ils dépendent (Schell et al., 1989 DOI :10.1007/BF00399575; Cherel et Hobson, 2007 DOI:10.3354/meps329281). L’objectif du projet est premièrement d’estimer les variations quantitatives en termes de biomasse phytoplanctonique dans le secteur indien de l’Océan Austral, et deuxièmement, d’apprécier les changements associés d’un point de vue qualitatif sur la composition des communautés phytoplanctoniques, ainsi que leurs impacts sur l’écologie de grands prédateurs tels que l’éléphant de mer
The Southern Ocean (SO) plays a critical role in the uptake and storage of anthropogenic carbon due to the combined action of physical and biological pumps (Boyd et al. 2019 DOI:10.1038/s41586-019-1098-2). Furthermore, the Southern Ocean provides half of the primary production of the biosphere. Recent analyses nevertheless suggest a change in surface chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in the Southern Ocean with an increasing trend, especially over the winter period (Del Castillo et al. 2019 DOI:10.1029/2019GL083163). Given the phenology of the different phytoplankton species, this trend and the associated temporal shift could imply a change in the composition of phytoplankton communities succeeding each other during the year. This hypothesis is supported, but not verified, by work done at the CEBC revealing a continuous decrease in the δ13C isotopic signature of Kerguelen elephant seals over the period 2006-2018 while the signature of dissolved inorganic carbon (DIC) did not vary over the same period (SNO-OISO data, N. Metzl personal comm.). This change in elephant seal composition reflects a potential change in the quality of phytoplankton at the base of the food chains on which they depend (Schell et al., 1989 DOI:10.1007/BF00399575; Cherel and Hobson, 2007 DOI:10.3354/meps329281). The objective of the project is firstly to estimate quantitative variations in phytoplankton biomass in the Indian sector of the Southern Ocean, and secondly, to assess the associated qualitative changes in phytoplankton community composition, as well as their impacts on the ecology of large predators such as the elephant seal

De nombreuses questions restent en suspens quant aux relations existantes entre les processus biologiques et physiques dans l'océan Austral. Pour répondre à ces questions, des enregistreurs électroniques sont déployés sur des prédateurs marins, et notamment sur des éléphants de mer austraux. Ces enregistreurs échantillonnent une grande variété de données physiques, biologies ou comportementales à haute fréquence générant ainsi une quantité considérable d’information. L’ensemble de ces données sont dites fonctionnelles car elles présentent un caractère commun : elles évoluent selon un continuum, qu’il soit spatial ou temporel. L’objectif de cette thèse est donc double, il s’agit d’étudier l’activité alimentaire de femelles éléphant de mer en relation avec les processus physiques de l’océan austral, tout en intégrant le caractère fonctionnel des données échantillonnées. Les résultats obtenus montrent que (1) par rapport aux méthodes classiquement employées, les méthodes d’analyse de données fonctionnelles permettent d’identifier une plus grande variété de comportements de plongées au sens biologique défini. (2) Ces approches fonctionnelles sont plus adaptées pour des données aux fréquences d’échantillonnage variable. (3) L’analyse de données fonctionnelles nous permet également d’accéder à la densité de nos individus, reflet de leur condition corporelle, et les comportements de plongées qu’ils adoptent ont une influence réelle sur cette condition corporelle, à différentes échelles de temps. (4) Il existe une relation entre les caractéristiques des masses d’eau rencontrées par les femelles éléphants de mer et les plongées qu’elles effectuent
The consequences induced by climate change on a vulnerable ecosystem such as the Southern Ocean are difficult to estimate. Indeed, many questions remain unanswered about relationships between biological and physical processes in this ocean. To answer these questions, electronic devices are deployed on marine predators, such as southern elephant seals. These recorders sample a wide variety of physical, biological or behavioral high frequency data, producing a considerable amount of information. All these data are called functional because they have a common character: they evolve along a continuum, whether spatial or temporal. The aim of this thesis is therefore twofold, to study the foraging activity of female elephant seals in relation to the physical processes of the Southern Ocean, while integrating the functional nature of the sampled data. The results obtained show that (1) compared to the classically employed methods, functional data analysis methods allow the identification of a greater variety of diving behaviors with defined biological meaning. (2) These functional approaches are more adapted for data with variable sampling frequencies. (3) Functional data analysis also allows us to access the density of our individuals, reflecting their body condition. Their diving behaviors have a real influence on this body condition, at different time scales. (4) There is a relationship between the characteristics of the water masses encountered by female elephant seals and the dives they perform

La grande extension méridienne et la faible profondeur du plateau de Kerguelen en font un obstacle majeur à l'écoulement zonal du Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) dans le secteur indien de l'océan austral. Tandis que la majorité du transport du CCA est dévié au nord des îles Kerguelen, le reste (50 x 10 m3 s-1) doit passer plus au sud, probablement par les passages profonds du Fawn Trough (56°S, 77°E, 2650 m) et du Princess Elizabeth Trough (64°S, 82°E, 3650 m). Pourtant, le détail de la circulation autour du plateau est longtemps resté méconnu, en raison des difficultés à récolter des données dans cette région éloignée de toute route commerciale, d'un climat particulièrement rude et de la présence de la banquise recouvrant la moitié du plateau en hiver. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance de la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen. Pour cela, un large éventail d'outils allant de l'analyse d'observations récentes à l'utilisation de modèles numériques de circulation a été utilisé. Les données obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés sont présentées en détail. Une procédure de calibration et de validation de ces profils hydrologiques est proposée. Ce jeu de données, constitué d'un grand nombre de sections à haute résolution spatiale, est ensuite combiné avec d'autres observations plus conventionnelles (in situ et satellites) pour construire un nouveau schéma de circulation dans la région. L'existence d'un courant intense traversant le passage du Fawn Trough est alors mise en évidence. Les observations directes du courant du Fawn Trough pendant la campagne récente TRACK (resp.: Y.-H. Park) confirment l'importance de ce courant, qui concentre plus de 40 x 10 m3 s-1, soit 30 % du transport total du CCA. La connaissance de la circulation développée à partir des observations est ensuite utilisée pour valider une simulation au 1/4° de résolution. A l'aide de tests de sensibilité sur une configuration régionale de l'Océan Indien Sud, l'importance de la bonne représentation des caractéristiques des masses d'eau profonde et de la bathymétrie pour obtenir une simulation réaliste est mise en évidence. Finalement, une analyse dynamique de la simulation est menée, montrant comment la circulation résulte d'une combinaison des effets de la bathymétrie et du vent au travers de la balance de Sverdrup topographique. L'extension méridienne du CCA est maximale dans la région du plateau de Kerguelen, augmentant régionalement le forçage du vent. En permettant le passage de la partie sud du CCA près de la divergence antarctique (entre 60°S et 65°S), où le pompage d'Ekman est très intense, le plateau de Kerguelen pourrait favoriser indirectement l'accélération du CCA.

Les mammifères marins grands plongeurs évoluent dans un environnement tridimensionnel dans lequel les conditions physiques et biologiques varient. Les variations de ces conditions peuvent influencer leur utilisation de la dimension verticale. Les travaux de cette thèse s’appuient dans un premier temps sur le traitement du signal acoustique échantillonné par un échosondeur miniaturisé déployé sur des éléphants de mer austraux, pour apporter une caractérisation biologique inédite de la colonne d’eau. A travers ce signal acoustique ont pu être observés des organismes des niveaux trophiques intermédiaires, mais aussi des évènements d’export particulaire importants. Pour déterminer l’influence des variables environnementales dynamiques, telles que la température ou la salinité, sur la position verticale des éléphants de mer et des baleines à bec de Blainville, nous avons proposé une approche méthodologique adaptée à l’utilisation des profils environnementaux en tant que prédicteurs, et ce en utilisant des approches d’analyses fonctionnelles. En utilisant les variables collectées in situ par les éléphants de mer, il en ressort que leur profondeur de plongée est effectivement influencée par les profils environnementaux. En revanche, la prédiction de la position verticale à partir du modèle construit tend à sous-estimer la profondeur à laquelle se trouvent les animaux, notamment dans les zones marquées par une forte dynamique océanique. À l’inverse, la même approche appliquée au jeu de donnée restreint des baleines à bec et avec variables environnementales issues de modèles océanographiques, suggère l’absence d’effet des conditions environnementales sur leur utilisation de la colonne d’eau. Sous réserve de données de résolution spatio-temporelle suffisante, la méthodologie proposée pourrait permettre l’intégration de la dimension verticale dans la conception de modèles d’habitats tridimensionnels
Deep-diving mammals evolve within a tri-dimensional environment where the physical and biological conditions vary. These variations can influence their utilization of the vertical dimension. This Ph.D. thesis focuses, first, on acoustic signal analysis, the signal being sampled by a miniaturized echo-sounder deployed on southern elephant seals, and aims at biologically describing the water column. Through that acoustic signal, mid-trophic level organisms have been observed, as well as important particle export. Second, to determine the influence of dynamic environmental variables, such as temperature or salinity, on the vertical position of elephant seals and Blainville’s beaked whales, we proposed a new methodology suitable for using environmental predictors described in the form of profiles by using functional analysis approaches. When using the variables obtained in situ by elephant seals, we show that the environmental profiles influence the depth of the dives. However, the model tends to underestimate the predicted depth of animals, mainly in areas where high oceanic dynamics are observed. When using the same approach on the restricted beaked whales’ dataset, and by using environmental variables obtained from oceanographic models, we did not observe any impact of the environmental conditions on the whales’ water column use. This methodological approach could allow the integration of the vertical dimension toward the development of tri-dimensional habitat modelling under the conditions that the spatial and temporal resolutions of the dataset are adequate

De nombreux travaux se sont intéressés à étudier l'activité d'alimentation des prédateurs marins en relation avec les conditions océanographiques. Cependant, l'activité alimentaire des ces prédateurs était souvent indirectement estimée à partir de l'analyse de leur trajectoire en mer, ainsi c'est plus le comportement de recherche alimentaire des prédateurs qui était étudié que leur prise alimentaire. Récemment, de nouvelles balises équipées d'accéléromètres ont été mise en œuvre afin d'évaluer les événements de prise alimentaire à fine échelle spatiale et temporelle. En combinant ces nouvelles technologies avec des enregistreurs permettant de collecter à haute fréquence des données sur l'environnement, cette thèse s'est donné pour objectif d'évaluer si le changement spatio-temporel de l'activité d'alimentation d'un prédateur marin, l'éléphant de mer du sud (SES) était relié à l'hétérogénéité des conditions physiques et biologiques rencontrées. Deux résultats principaux ont été mis en évidence. Dans un premier temps, en mettant en relation l'activité d'alimentation des SES avec trois paramètres physiques : la température, la lumière et la profondeur, cinq environnements d'alimentation distincts ont été caractérisé pour ce prédateur. Dans un deuxième temps, une relation qualitative a été montré entre la bioluminescence et l'activité d'alimentation des SES. Tout en apportant des résultats novateurs sur l'écologie des SES, cette thèse a développé des méthodes qui ont le potentiel d'être appliquées à un grand nombre de prédateurs plongeurs et qui ouvrent des perspectives de recherches importantes sur leur l'écologie et sur l'étude des relations prédateurs/proies
Numerous studies focused on the study of the foraging activity of marine predators in relation to oceanographic conditions. However, the foraging activity of marine predators was often indirectly estimated from the analysis of their trajectory at sea and consequently, it is more the searching behavior of predators which was studied than their food intake. Recently, new devices equipped with of accelerometers have been implemented to evaluate the events of food intake. By combining these technologies with devices recording high frequency data on the environment, this phD aims to assess whether the spatio-temporal variation of the foraging activity of a marine predator, the southern elephant seal (SES), is related to the heterogeneity of the physical and biological conditions encountered. Two main results were highlighted. Firstly, by linking the foraging activity of SES with three physical parameters, the temperature, the light and the depth, five distinct foraging environments were characterized for this predator. Secondly, a qualitative relationship was found between the bioluminescence and the foraging activity of SES. While providing innovative results on the ecology of SES, this phD developed methods that have the potential to be applied to a large number of marine predators and that provide research opportunities on the study of predator / prey interactions

Dans la zone interfrontale de l'Océan Austral, de grandes structures agencent la distribution spatio-temporelle des blooms phytoplanctoniques. Ces structures, à grande (fronts) et moyenne (tourbillons) échelles, amènent à une agrégation des ressources des échelons trophiques supérieurs dans les zones favorables. L'approvisionnement des prédateurs parmi ces champs repose sur une maximisation du gain énergétique net. Ainsi la concentration de la recherche d'un prédateur dans une zone donnée est un comportement adaptatif souvent observé s'expliquant par la fréquente agrégation locale des ressources. A partir de données de déplacements d'éléphants de mer, un prédateur supérieur de l'Océan Austral, nous cherchons à identifier l'intensification du comportement de recherche, dans les dimensions horizontale et verticale, et à déterminer l'importance des structures meso-échelles dans ces zones. Différents procédés statistiques ont été employés pour estimer l'effort et le succès de recherche le long des trajets et des plongées des animaux. Les résultats d'analyses des trajets ont ensuite été confrontés à des données environnementales in situ et satellitaires. De fortes corrélations entre les zones de recherche intensive des animaux, le comportement de plongée adopté par les animaux dans ces zones et certaines structures tourbillonnaires ont ainsi été mises en évidence. La répartition spatio-temporelle de l'effort de recherche des éléphants de mer a ainsi permis une meilleure compréhension de la dynamique de ces prédateurs soumis aux fortes contraintes de leur environnement.

Dans la zone interfrontale de l'Océan Austral, de grandes structures agencent la distribution spatiotemporelle des blooms phytoplanctoniques. Ces structures, à grande (fronts) et moyenne (tourbillons) échelles, amènent à une agrégation des ressources des échelons trophiques supérieurs dans les zones favorables. L'approvisionnement des prédateurs parmi ces champs repose sur une maximisation du gain énergétique net. Ainsi la concentration de la recherche d'un prédateur dans une zone donnée est un comportement adaptatif souvent observé s'expliquant par la fréquente agrégation locale des ressources. À partir de données télémétriques d'éléphants de mer, un prédateur supérieur de l'Océan Austral, les objectifs de cette thèse étaient ainsi de : (1) déterminer la meilleure méthodologie pour estimer l'effort et le succès de recherche alimentaire le long des trajets et des plongées de ces prédateurs et (2) mettre en relation le comportement de recherche alimentaire des éléphants de mer avec les conditions océanographiques qu'ils rencontrent le long de leurs trajets et de leurs plongées. Les études réalisées ont abouti à un faisceau de conclusions qui convergent pour indiquer que les éléphants de mer austraux sont des prédateurs marins utilisant la recherche en zone restreinte pour exploiter au mieux leur environnement. La périphérie des tourbillons anticyclonique et le coeur des tourbillons cycloniques sont apparus comme des zones préférentielles pour l'approvisionnement des femelles éléphant de mer. L'étude du comportement d'alimentation au sein des plongées a ensuite permis de mettre en évidence les caractéristiques thermiques de certaines masses d'eau exploitées par les éléphants de mer. Ces interactions, à moyenne et fine échelles, constituent des indications sur les caractéristiques de la distribution des champs de proies dont dépendent ces prédateurs. La répartition spatio-temporelle de l'effort de recherche des éléphants de mer a ainsi permis une meilleure compréhension de la dynamique de ces prédateurs soumis aux fortes contraintes de leur environnement. Cette étude a également démontré l'importance de la prise en compte des échelles spatiales et temporelles via des lags temporels ou un choix de résolution de données adapté aux questions biologiques.

Du fait de l’isolement géographique de l’océan austral et des conditions météorologiques qui y règnent, la collecte de données océanographiques par les moyens conventionnels est particulièrement couteuse dans cette région du globe. Pour pallier à ces difficultés, l’utilisation d’enregistreurs électroniques embarqués sur des prédateurs marins, et notamment sur les éléphants de mer austraux, s’est révélée être une approche intéressante. Les femelles éléphants de mer s’alimentent en grande partie de petits poissons méso-pélagiques bioluminescents, les myctophidés. Leur forte abondance et leur comportement de migration nycthémérale confèrent à ces organismes un rôle écologique de première importance dans l’océan austral. Cependant, la distribution spatiale des proies de l’éléphant de mer, et les processus physiques et biologiques qui influent sur la dynamique de cette distribution sont encore mal connus. Cette thèse se propose d’enquêter sur ces sujets à partir des données à haute fréquence d’échantillonnage collectées par des femelles éléphants de mer. L’analyse du comportement de plongée des femelles éléphants de mer, en relation avec les variations du taux de rencontre de proie dont les données d’accélération permettent d'avoir une estimation, est au cœur des différents travaux développés dans cette thèse. Les résultats obtenus suggèrent notamment, (1) une diminution de l’abondance des proies avec la profondeur ainsi qu’une homogénéisation de leur distribution, (2) une distribution en couches de cette ressource, (3) l’intervention de contraintes verticales délimitant l’étendue verticale de ces couches et ainsi capable de moduler leur densité, (4) au sein des couches, une dispersion relativement importante des proies en comparaison de la portée des capacités de perception du prédateur, et enfin (5) un rôle significatif des tourbillons méso-échelle et de leur bordure sur la structuration de la distribution des ressources alimentaires de l’éléphant de mer durant l’été austral
Because of the remoteness and harsh meteorological conditions of the southern ocean, data sampling is more costly in this area. Use of electronic devices attached to marine predators (Bio-logging), such as southern elephant seals, has emerged as an interesting approach to cope with this problem. Female southern elephant seals primarily feed on small bioluminescent meso-pelagic fishes called myctophids. Because of their large abundance and of their diel vertical migration behaviour, these organisms have a major ecological importance in the southern ocean. However, the spatial distribution of the elephant seals prey, as well as the bio-physical processes affecting the dynamics of this distribution, are still poorly known. This thesis intends to investigate this issue using high sampling frequency bio-logging data collected by female southern elephant seals. This work is based on the analysis of elephant seals diving behaviour in relation to changes in the occurrence of prey encounter events detected from acceleration data. Our results suggest that (1) prey abundance decreases with depth and that their distribution tend to standardize, (2) prey are distributed into layers, (3) vertical constraints could modulate the prey density by acting on the vertical spread of these layers, (4) prey items are well dispersed in comparison to the perception range of elephant seals, and finally (5) that meso-scale eddies, notably their edges, play a structuring role in the prey distribution during the austral summer

L’océan austral est un écosystème fragile dont la dynamique est influencée par des variations climatiques qui vont structurer la distribution spatio-temporelle des ressources. L’objectif de cette thèse était d’étudier les stratégies d’acquisition des ressources en proies mises en place par l’éléphant de mer austral face aux contraintes énergétiques (coûts du transport et coûts d’accès à la ressource) et temporelles (temps passé au fond d’une plongée et limite de plongée aérobie) auxquelles il est soumis. L’utilisation d’un ensemble d’enregistreurs de données déployés sur ces animaux a permis de reconstruire en trois dimensions leur plongée, mais également de calculer leur effort de nage, le nombre de proies rencontrées ainsi que leur dépense énergétique. Notre étude montre qu’à l’échelle d’une plongée, les éléphants de mer adaptent leur trajectoire, mais également le temps qu’ils passent au fond, en fonction du nombre de proies rencontrées. Pour des densités locales de proie importantes, ils passent plus de temps au fond, et concentrent leur recherche en zone restreinte, caractérisée par une diminution de la vitesse et une augmentation de la sinuosité horizontale. Au-delà de 550 m, le coût d’accès aux ressources devient supérieur aux coûts d’acquisition ; ils doivent alors faire face à un compromis entre l’accessibilité et la disponibilité en proies. À mesure qu’ils s’alimentent, ces phoques augmentent leur flottabilité, diminuant de surcroît leur dépense énergétique. Cette étude démontre également une structuration spatio-temporelle de cette dépense énergétique qui semble être liée au succès d’alimentation et donc à la distribution des ressources en proies
The Southern Ocean is a fragile ecosystem whose dynamics are influenced by climate change that will structure the spatio-temporal distribution of resources. The objective of this PhD was to investigate the foraging strategies used by the southern elephant seal, under energetic (cost of transport and costs of access to the resource) and temporal (time at the bottom of a dive and aerobic dive limit) constraints. Using a set of animal-borne data loggers allowed us to reconstruct their three-dimensional path underwater, but also to calculate their swimming effort, the number of prey encountered and their energy expenditure. At the dive level, our study shows that elephant seals adapt their path, but also the time spent at the bottom, depending on the number of prey encountered. For high local prey density, they spent more time at the bottom, and concentrated their foraging effort in areas restricted search, characterized by a decrease in speed and an increase in horizontal sinuosity. Beyond 550 m, the cost of access to resources becomes greater than the cost of acquisition ; they must therefore deal with a trade-off between prey accessibility and availability. While feeding, these seals increase their buoyancy, reducing furthermore their energy expenditure. This study also shows a spatio-temporal structure of the energy expenditure that appears to be related to feeding success and therefore to prey resources distribution

Les mammifères marins de l'Océan Austral sont des éléments essentiels des écosystèmes marins antarctiques et des sentinelles de l’état des océans polaires. Comprendre comment les conditions océanographiques déterminent leurs habitats préférentiels est essentiel pour identifier de quelle façon et dans quelle région ces mammifères acquièrent les ressources nécessaires à leur déplacement, leur croissance, leur reproduction et donc leur survie. Les éléphants de mer du Sud (Mirounga leonina) se déplacent dans l’océan austral à l’échelle des bassins océaniques pour s’alimenter en plongeant en moyenne à 500 m et jusqu’à 2000 m de profondeur. En fonction de leur colonie d’origine, de leur sexe, et de leur âge, ils exploitent des régions radicalement différentes de l’océan austral, mettant ainsi en œuvre des stratégies alimentaires diversifiées. Les éléphants de mer de Kerguelen utilisent deux zones préférentiellement: la zone du Front Polaire ou la zone Antarctique couverte par la banquise. Dans cette thèse, les stratégies alimentaires des voyages post-mue Antarctiques de 46 mâles et femelles éléphants de mer de Kerguelen ont été étudiées. Une série temporelle de 11 années (2004-2014) de données de déplacement, de plongées et de données hydrologiques a été analysée pour déterminer le rôle des paramètres océanographiques et de glaces de mer impliqués dans l’acquisition des ressources alimentaires des éléphants de mer en Antarctique. L’influence de la variabilité spatio-temporelle et interannuelle de la glace de mer associée à la position des mâles et des femelles ainsi que le rôle des polynies côtières sur les stratégies alimentaires des mâles en hiver ont été examinés
Understanding how physical properties of the environment underpin habitat selection of large marine vertebrates is crucial in identifying how and where animals acquire resources necessary for locomotion, growth and reproduction and ultimately their fitness. The Southern Ocean harbors one of the largest and most dynamic marine ecosystems on our planet which arises from the presence of two majors physical features, (i) the Antarctic Circumpolar Current and (ii) the seasonal sea ice cover region. In the Antarctic, marine predators are exposed to climate-induced shifts in atmospheric circulation and sea ice. However, because these shifts vary regionally, and because much remains to be understood about how individual animals use their environment, it has been difficult to make predictions on how animals may respond to climate variability. Southern elephant seals (Mirounga leonina) are a major consumer of Southern Ocean resources and use two main large scale foraging strategies, (i) feeding in the frontal zone of the Southern Ocean, or (ii) feeding in the seasonal sea ice region. In the present thesis I examined the winter post-moulting foraging strategies of 46 male and female Kerguelen southern elephant seals which utilized the second strategy. Using an eleven year time-series of tracking, diving, and seal-collected hydrographic data (from 2004-2014) I assessed their movements and foraging performance in relation to in situ hydrographic and sea ice conditions. The influence of both the spatio-temporal and inter-annual variability of sea ice around seal locations was investigated, and an investigation on the role of polynya for male elephant seal during winter conducted

Les mammifères marins de l'Océan Austral sont des éléments essentiels des écosystèmes marins antarctiques et des sentinelles de l’état des océans polaires. Comprendre comment les conditions océanographiques déterminent leurs habitats préférentiels est essentiel pour identifier de quelle façon et dans quelle région ces mammifères acquièrent les ressources nécessaires à leur déplacement, leur croissance, leur reproduction et donc leur survie. Les éléphants de mer du Sud (Mirounga leonina) se déplacent dans l’océan austral à l’échelle des bassins océaniques pour s’alimenter en plongeant en moyenne à 500 m et jusqu’à 2000 m de profondeur. En fonction de leur colonie d’origine, de leur sexe, et de leur âge, ils exploitent des régions radicalement différentes de l’océan austral, mettant ainsi en œuvre des stratégies alimentaires diversifiées. Les éléphants de mer de Kerguelen utilisent deux zones préférentiellement: la zone du Front Polaire ou la zone Antarctique couverte par la banquise. Dans cette thèse, les stratégies alimentaires des voyages post-mue Antarctiques de 46 mâles et femelles éléphants de mer de Kerguelen ont été étudiées. Une série temporelle de 11 années (2004-2014) de données de déplacement, de plongées et de données hydrologiques a été analysée pour déterminer le rôle des paramètres océanographiques et de glaces de mer impliqués dans l’acquisition des ressources alimentaires des éléphants de mer en Antarctique. L’influence de la variabilité spatio-temporelle et interannuelle de la glace de mer associée à la position des mâles et des femelles ainsi que le rôle des polynies côtières sur les stratégies alimentaires des mâles en hiver ont été examinés
Understanding how physical properties of the environment underpin habitat selection of large marine vertebrates is crucial in identifying how and where animals acquire resources necessary for locomotion, growth and reproduction and ultimately their fitness. The Southern Ocean harbors one of the largest and most dynamic marine ecosystems on our planet which arises from the presence of two majors physical features, (i) the Antarctic Circumpolar Current and (ii) the seasonal sea ice cover region. In the Antarctic, marine predators are exposed to climate-induced shifts in atmospheric circulation and sea ice. However, because these shifts vary regionally, and because much remains to be understood about how individual animals use their environment, it has been difficult to make predictions on how animals may respond to climate variability. Southern elephant seals (Mirounga leonina) are a major consumer of Southern Ocean resources and use two main large scale foraging strategies, (i) feeding in the frontal zone of the Southern Ocean, or (ii) feeding in the seasonal sea ice region. In the present thesis I examined the winter post-moulting foraging strategies of 46 male and female Kerguelen southern elephant seals which utilized the second strategy. Using an eleven year time-series of tracking, diving, and seal-collected hydrographic data (from 2004-2014) I assessed their movements and foraging performance in relation to in situ hydrographic and sea ice conditions. The influence of both the spatio-temporal and inter-annual variability of sea ice around seal locations was investigated, and an investigation on the role of polynya for male elephant seal during winter conducted

L'océan est le plus grand réservoir d'énergie solaire de notre planète. La quantité de chaleur qu'il est capable de stocker est modulée par sa circulation complexe, opérant sur une vaste gamme d’échelles allant du centimètre à la dizaine de milliers de kilomètres. Cette thèse s'intéresse à deux types de processus océaniques: les tourbillons de mésoéchelle, d'une taille de 100 à 300 km, et les fronts de sous-mésoéchelle, d'une taille inférieure à 50 km. L'idée communément admise est que les mouvements agéostrophiques de sous-mésoéchelle sont principalement confinés à la couche de mélange océanique de surface et sont faibles dans l'océan intérieur. Cette vision classique de la dynamique océanique repose sur l'hypothèse que l'océan intérieur est en équilibre quasi-géostrophique, empêchant la formation de forts gradients de densité en profondeur. Cette thèse remet en question ce paradigme en se basant sur des observations CTD in situ à haute résolution collectées par des éléphants de mer instrumentés, des images satellite d’élévation de la surface de l’océan, et des sorties de modèle à haute résolution dans le Courant Circumpolaire Antarctique.Les résultats indiquent que les mouvements agéostrophiques sont (i) générés par le champ tourbillonnaire de mésoéchelle via des processus defrontogenèse, et (ii) ne sont pas limités à la couche de mélange de surface ; bien au contraire, ils pénètrent dans l'océan intérieur jusqu'à 1000 m deprofondeur. Ces fronts agéostrophiques de sous-mésoéchelle sont associés à d'importants flux de chaleur dirigés de l'intérieur de l'océan vers la surface, d'une amplitude comparable aux flux air-mer.Cet effet peut potentiellement altérer la capacité de stockage de chaleur de l'océan et devrait être le plus fort dans les zones tourbillonnaires telles que le Courant Circumpolaire Antarctique, le Kuroshio et le Gulf Stream, les trois courants clefs du système climatique. Il apparaît ainsi que les fronts agéostrophiques de sous-mésoéchelle représentent une voie importante, mais encore largement méconnue, pour le transport de chaleur, de nutriments et de gaz entre l'intérieur et la surface de l'océan, avec des répercussions potentiellement majeures pour les systèmes biogéochimique et climatique
The ocean is the largest solar energy collector on Earth. The amount of heat it can store is modulated by its complex circulation, which spans a broad range of spatial scales, from centimeters to thousands of kilometers. This dissertation investigates two types of physical processes: mesoscale eddies (100-300 km size) and submesoscale fronts (£ 50 km size). To date, ageostrophic submesoscale motions are thought to be mainly trapped within the ocean surface mixed layer, and to be weak in the ocean interior. This is because, in the classical paradigm, motions below the mixed layer are broadly assumed to be in quasigeostrophic balance, preventing the formation of strong buoyancy gradients at depth. This dissertation introduces a paradigm shift; based on a combination of high-resolution in situ CTD data collected by instrumented elephant seals, satellite observations of sea surface height, and high-resolution model outputs in the Antarctic Circumpolar Current, we show that ageostrophic motions (i) are generated by the backgound mesoscale eddy field via frontogenesis processes, and (ii) are not solely confined to the ocean surface mixed layer but, rather, can extend in the ocean interior down to depths of 1 000 m. Deepreaching ageostrophic fronts are shown to drive an anomalous upward heat transport from the ocean interior back to the surface that is larger than other contributions to vertical heat transport and of comparable magnitude to air-sea fluxes. This effect can potentially alter oceanic heat uptake and will be strongest in eddy-rich regions such as the Antarctic Circumpolar Current, the Kuroshio Extension, and the Gulf Stream, all of which are key players in the climate system. As such, ageostrophic fronts at submesoscale provide an important, yet unexplored, pathway for the transport of heat, chemical and biological tracers, between the ocean interior and the surface, with potential major implications for the biogeochemical and climate systems