Literatura académica sobre el tema "Glaciers – Antarctique – Effets du climat"

L'Antarctique et les mers l'entourant sont des zones centrales pour la régulation du climat terrestre ainsi qu'une des zones sujettes à de nombreuses modifications sous l'action du changement climatique. Malgré l'importance de cette région, celle-ci reste largement sous-échantillonnée par rapport au reste des grands bassins océaniques. La circulation océanique sur le pourtour antarctique conditionne la fonte des plateformes glaciaires flottantes et leur effet arc-boutant pour la calotte glaciaire dans son ensemble, ainsi que le stockage de chaleur profond lié à la circulation verticale des masses d’eaux. Ainsi, comprendre la circulation des masses d'eaux sur le pourtour antarctique est fondamental pour notre compréhension de la circulation océanique globale, et celle de la contribution de la calotte polaire antarctique à l'élévation du niveau des mers. Dans cette thèse j'étudie une mer se situant sur le pourtour antarctique : la mer de Weddell. Cette mer, en plus d’accueillir la plus volumineuse des plateformes glaciaires du pourtour antarctique, est également une des régions produisant un volume important d’eaux profondes. Cependant les processus d'interactions océan-cryosphère dans cette région sont encore mal compris. Certaines études ont montré que cet équilibre est subtil et que la mer de Weddell, en réponse au changement climatique, pourrait être drastiquement modifiée et connaître une importante fonte de la plateforme glaciaire et une réduction drastique de la formation d'eaux de fond. Cependant, tant que nos observations ne nous permettront pas de mieux comprendre les processus à l'œuvre, nous ne pourrons pas affiner notre compréhension de la mer de Weddell
Antarctica and its surrounding seas are an important area regarding the climate regulation as well as an region highly impacted by climate change. Despite the paramount importance of this region, it is still largely under sampled in comparison with the other oceanic basins. Oceanic circulation around the antarctic margins regulates ice shelves melts and their buttressing effect on the antarctic Ice sheet, as well as the deep heat storage induced by vertical water masses movements. Thus understading the water mass circulation around Antarctica is fundamental for our comprehension of the global oceanic circulation, as well as the contribution of the Antarctic ice sheet to the sea level rise. In this manuscript I propose a study of a region on the antarctic margins : the Weddell Sea. This sea is the home region of the largest of the antarctic ice shelf, it is also the region producing the most important volume of deep waters. However the ocean-cryosphere processes in this region as still poorly understood. Some studies showed a subtle equilibrium and that the Weddell Sea, in response to the climate change, could be deeply modified and lead to a important melt of the ice shelf and a drastic reduction of the deep water formation. However, as long as our observations don’t allow us the better understand the processes at work, we can not refine our understanding of the Weddell Sea

Le déphasage entre augmentation de température et augmentation de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère lors des grandes transitions climatiques passées est estimé grâce aux mesures effectuées dans les carottes de glace polaires dans la phase glace pour la température et dans la phase gaz (bulles d’air piégées) pour la concentration en GES. Ce déphasage est encore mal contraint et, pour résoudre ce problème, il est nécessaire de mieux comprendre le processus mécanique de transformation de neige en glace près de la surface de la calotte (centaine de mètres supérieurs, le névé). En l'absence de fusion, la transformation de la neige (matériau à porosité ouverte en contact avec l'atmosphère) en glace (matériau contenant des bulles d'air isolées) s'effectue progressivement sous l'action des gradients de température près de la surface, puis sous l'action du poids des couches de neige situées au-dessus. Selon les conditions de température et précipitation, ce processus peut prendre quelques décennies à plusieurs millénaires et s'étend sur une centaine de mètres de profondeur. Il contrôle la différence d'âge entre la glace et les gaz qu'elle renferme. La prédiction de la profondeur de piégeage des gaz représente un enjeu majeur pour la paléoclimatologie en particulier sur la séquence des changements relatifs de température et de concentration en gaz à effet de serre.Un modèle thermo-mécanique de densification de la neige a été conçu et développé au LGGE en intégrant la formulation des processus mécaniques, des propriétés thermiques, et des critères de piégeage des gaz. Les performances de ce modèle peuvent être testées et améliorées grâce à des études de structure de névés actuels (densité, rapport porosité ouverte/fermée, …). Pour les périodes plus anciennes, des mesures d’isotopes des gaz inertes d15N et d40Ar) dans l’air piégé dans les carottes de glace polaire permettent d’obtenir des informations directes sur les variations passées de la structure du névé (e.g. épaisseur de la zone diffusive). Les larges divergences observées en Antarctique entre les sorties de modèle de densification et les mesures isotopiques de gaz piégé dans la glace génèrent une grande incertitude sur les reconstructions climatiques passées et comprendre ce désaccord est un défi majeur de la paleoclimatologie actuelle.Dans le cadre de cette thèse, nous avons pris en compte les influences de la dépendance à la température des énergies d'activation et des impuretés (poussières) sur la vitesse de densification. Cela a permis de concilier les données et le modèle. Les résultats du modèle modifié sont globalement cohérents avec les profils de densité mesurés pour des névés actuels et les données d'isotopes de gaz inertes pour les déglaciations (aussi appelées terminaisons). Nous avons également présenté de nouvelles mesures à haute résolution de d15N et d40Ar pour les terminaisons 2 (129-138ka) et 3 (243-251ka) des carottes antarctiques de Dôme C et Vostok. Nous avons montré que les différentes évolutions de d15N entre les différents sites et différentes déglaciations s’expliquaient largement par les différences de taux d’accumulation qui contrôlent la profondeur de transition neige-glace. Nous avons aussi montré que l’utilisation des isotopes de l’air était un complément important à l’utilisation des isotopes de l’eau pour contraindre la dynamique climatique locale en Antarctique de l’Est lors des déglaciations
The phasing between increases in temperature and greenhouse gas concentrations during large climatic variations in the past is classically estimated using analyses in polar ice cores, in the ice phase for the temperature and in the gas phase (trapped air bubbles) for the concentration of greenhouse gases. This phasing is still insufficiently constrained and solving this problem requires a better understanding of the mechanical process of snow to ice metamorphism near to the top of the ice sheet (i.e. the firn, about 100 m deep). In the absence of melting, the transformation of snow (a material with open porosity in contact with the atmosphere) into ice (a material containing isolated bubbles) occurs progressively as a response to temperature gradients near the surface, and the weight of overlying snow in deeper layers. Depending on temperature and precipitation conditions, this process occurs in a few decades to several millennia and a ~100 meters depth range. It controls the age difference between the ice and the entrapped gases. Predicting the gas trapping depth is a major issue in paleoclimatology, especially in order to understand the phasing between temperature changes and changes in greenhouse gas concentrations.A thermo-mechanical model of snow densification has been developed at LGGE, it includes the main mechanical processes, the thermal properties of ice, and gas trapping criteria. The model performances can be tested and improved using experimental studies of modern firns (density, open/closed porosity ratio, etc). For firnification under ancient climates, measurements of isotopes of inert gases (d15N et d40Ar) in the air trapped in ice cores provide direct informations about past variations of firn structure (e.g. diffusive zone thickness). Large differences between firn densification model outputs and gas isotopic data are obtained in Antarctica, and imply a large uncertainty on past climatic reconstructions. Understanding this discrepancy is a major issue in paleoclimatology.As part of this thesis work, we took into account the effects of the temperature dependence of activation energies and impurities (dust) on the firn densification speed. It allowed to reconcile the model results with available data. The modified model results show an overall consistency with measured density profiles of present-day polar firns and isotopes of inert gases over deglaciations (also called terminations). We also analyze new high resolution measurements of d15N and d40Ar over Terminations 2 (129-138ka) and 3 (243-251ka) on the Dome C and Vostok ice cores. We have shown that the different evolutions of d15N between different sites and different deglaciations are largely explained by differences in accumulation rates that control the snow/ice transition depth. We also showed that the use of air isotopes was an important complement to the use of water isotopes to constrain local climatic dynamics in eastern Antarctica during deglaciations

Le bilan de masse des glaciers est fortement lié au climat. Aux hautes latitudes, l'accumulation de neige pendant l'hiver et la fonte de glace pendant l'été sont les principales composantes du bilan de masse. En Islande, le bilan de masse des trois plus larges calottes glaciaires (~600-~8000 km²) a été suivi régulièrement depuis 25 ans notamment grâce à des mesures in situ. Mais les bilans de masse des autres glaciers et calottes glaciaires islandaises ont été très peu étudiés. Aujourd'hui, les données de télédétection, notamment via la comparaison des modèles numériques du terrain (MNT), permettent de mesurer le bilan de masse par la méthode géodésique. Pour ces glaciers et calottes de plus petites tailles (de 1 km² et à quelques centaines de km²), les photographies aériennes, l'imagerie satellitaire stéréoscopique sub-métriques, et le lidar aérien sont parfaitement adaptées. Cette thèse se focalise donc sur l'estimation des bilans de masse des " petits " glaciers et calottes islandaises depuis le pas de temps saisonnier jusqu'à pluri-décennal et leur relation avec les variations spatiales et temporelles du climat. Le bilan de masse hivernal de la calotte du Drangajökull (NO-Islande) a été mesuré par des images satellitaires stéréoscopiques sub-métriques (données Pléiades et WorldView-2) acquises au début, milieu et à la fin de l'hiver 2014-2015. Les changements de volume ont été convertis en bilan de masse grâce à des mesures in situ de densité de neige, et validés avec des mesures in situ de profondeur de neige. Ce travail permet d'envisager désormais un suivi du bilan de masse saisonnier sans un laborieux travail de terrain. Une importante archive de photographies aériennes est disponible en Islande depuis 1945. Ces données offrent une revisite de 5 à 20 ans pour la majorité des glaciers. De plus, depuis 2000, cette archive est complétée par les données des capteurs satellitaires stéréoscopiques et de lidar aérien acquis entre 2008 et 2013. Cet ensemble de données est exploité pour créer une série temporelle de 70 ans de bilan de masse en Islande. La calotte d'Eyjafjallajökull (~70 km²) sert de zone test pour la création et l'automatisation d'une chaîne de traitement, basée sur des logiciels libres. [....]
The mass balance of a glacier is strongly connected to climate. At high latitudes, mass balance is typically controlled by snow accumulation during the winter and the glacier ablation during the summer. In Iceland, direct mass balance observations have been mostly focused on the three largest ice caps (~600 to ~8000 km2), measured in situ for the last 25 years. There are, however, glaciers and ice caps distributed over all quarters of the country that lack mass balance observations. Remote sensing data with the capability to retrieve the glacier surface geometry through Digital Elevation Models (DEMs) are valuable tools to measure mass balance using the geodetic method. For a typical Icelandic glacier (with an area between 1 km2 and hundreds of km2), this can be optimally achieved from optical stereoscopic imagery, emplaced in airborne or spaceborne sensors, and from airborne lidar. This thesis focuses on remote sensing techniques to accurately measure geodetic mass balance from seasonal to decadal time spans and the relationship of mass balance to climate. As an example of seasonal mass balance, the winter mass balance of Drangajökull was measured from satellite sub-meter stereo images at the beginning, middle and end of the 2014-2015 winter using data from the Pléiades and WorldView-2 satellites. The results were complemented with in situ snow density measurements and validated with snow thickness measurements. The study concludes that images from the sensors mentioned above may often be used to monitor seasonal mass balance without tedious field logistics. A vast archive of aerial photographs exists for Iceland extending back to 1945. Since then, most glaciers were surveyed every 5 to 20 years. In addition, a wealth of modern satellite stereo images is available since the early 2000s as well as airborne lidar data in 2008-2013. This creates a unique dataset to construct a 70-year time series of geodetic mass balances.[...]

L’impact du changement climatique sur la glace de mer et les écosystèmes polaires qui en dépendent est reconnu depuis plusieurs décennies. Cependant, ces milieux sont généralement difficiles à étudier en raison de leur climat extrême, de leur isolement et des difficultés logistiques associées. Le manque de connaissances concernant les mécanismes reliant les traits d’histoire de vie des organismes polaires et la variation de la glace de mer est particulièrement préjudiciable à notre compréhension des conséquences du changement climatique sur les espèces longévives comme les oiseaux marins polaires. Ces derniers, généralement situés au sommet des réseaux trophiques, pourraient cependant constituer des espèces sentinelles des écosystèmes liés à la glace de mer. L’objectif de cette thèse est d’améliorer les connaissances sur les processus impliqués dans les réponses des populations de prédateurs marins polaires aux variations environnementales, et principalement les mécanismes liés à la glace de mer. Pour répondre à cet objectif nous nous sommes basés sur le suivi individuel à long terme de deux espèces d’oiseaux marins polaires, le pétrel des neiges (Pagodroma nivea) et le damier du Cap (Daption capense). Les deux espèces se reproduisent en milieu polaire. L’une est particulièrement dépendante de la glace de mer pour s’alimenter (le pétrel des neiges) tandis que l’autre préfère un habitat libre de glace (le damier du Cap). Au cours de ce travail, nous avons estimé l’influence de facteurs extrinsèques (forçages ascendants, descendants, météorologie locale) et intrinsèques (âge, expérience de reproduction, sexe, colonie) sur les réponses démographiques des espèces à l’aide de modèles multi-états de capture-marquage-recapture. Nous avons également testé l’influence des facteurs environnementaux sur les traits phénotypiques (condition corporelle et phénologie de reproduction) du pétrel des neiges. Chez les damiers du Cap nous montrons une diminution du succès reproducteur ainsi que l’influence de plusieurs paramètres extrinsèques (température de surface de l’eau de mer, prédation, météorologie locale) sur celui-ci. En parallèle nous montrons une augmentation de la survie des adultes et une corrélation de celle-ci avec l’oscillation Antarctique. Chez le pétrel des neiges, nous avons mis en évidence l’influence de la glace de mer et d’autres facteurs extrinsèques (prédation, oscillation Antarctique, météorologie locale) et intrinsèques (sexe, colonie, expérience de reproduction) sur de multiples traits démographiques. Nous avons également montré un décalage (retard) dans la phénologie de reproduction des pétrels des neiges en réponse à des changements environnementaux (concentration de glace de mer, vents) et nous avons constaté que la reproduction retardée avait un impact négatif sur la probabilité d'envol des poussins. Enfin nous avons aussi montré que la concentration de glace de mer et l’oscillation Antarctique ont une influence négative sur la survie et la condition corporelle des juvéniles de pétrel des neiges. Cette thèse permet d’apporter de nouvelles connaissances sur les liens entre glace de mer et les traits d’histoire de vie d’une espèce pagophilique, le pétrel des neiges et d’une espèce moins associée à la glace, le damier du Cap. Ces connaissances permettent de mieux appréhender les conséquences du changement climatique sur les oiseaux marins polaires et les écosystèmes polaires en général, et apporte une contribution à la compréhension de la dynamique des populations concernant les variations démographiques intra spécifiques à fine échelle spatiale
The impact of climate change on sea ice and polar ecosystems has been well recognized. However, these environments are generally difficult to study because of their extreme climate, isolation and the associated logistical difficulties. The lack of knowledge regarding the mechanisms linking the life history traits of polar organisms and sea ice variation limit our understanding of the consequences of climate change on long-lived species such as polar seabirds and sea ice ecosystems. Seabirds, generally located at the top of food webs, could however constitute sentinel species of ecosystems linked to sea ice. The objective of this thesis is to improve knowledge on the processes involved in the responses of polar marine predators to environmental variations, and mainly the mechanisms linked to sea ice. For this purpose we have based our analyses on the long-term monitoring of two polar seabirds, the snow petrel (Pagodroma nivea) and the Cape petrel (Daption capense). Both species breed in polar environments of the Southern Ocean. One is particularly dependent on sea ice for foraging (snow petrel) while the other prefers ice-free habitats (Cape petrel). During this PhD, we estimated the influence of extrinsic factors (top-down, bottom-up, local weather) and intrinsic factors (age, breeding experience, sex and colony) on the demographic responses of these two species using multi-states capture-recapture models. We also tested the influence of environmental factors on phenotypic traits (body condition and breeding phenology) of snow petrels. For the Cape petrel, we show a decrease in breeding success as well as an influence of several extrinsic parameters (sea surface temperature, predation, local weather) on this demographic parameter. We also show an increase in adult survival linked to variations of a large scale climate index, the southern annular mode. Modelling of the population dynamics using a matrix population model indicated a positive population growth rate and suggest that this species probably beneficiates from current climate changes. In snow petrels, we demonstrate the influence of sea ice and other extrinsic factors (predation, southern annular mode, local weather) as well as intrinsic factors (sex, colony, breeding experience) on multiple demographic traits (probabilities of survival, breeding, hatching, and fledging). We also show a shift (delay) in the breeding phenology of snow petrels in response to environmental changes (sea ice concentration, winds), and found that delayed reproduction negatively impacted the probability of fledging. Finally, we show that the sea ice concentration and the southern annular mode have a negative influence on the survival and body condition of juvenile snow petrels. This thesis provides new knowledge on the links between sea ice and the life history traits of two Antarctic polar seabirds characterized by specific dependence to sea ice. This knowledge helps to better understand the consequences of climate change on polar seabirds and polar ecosystems in general, and contributes to the understanding of population dynamics concerning intra-specific demographic variations at a fine spatial scale

Le déphasage entre augmentation de température et augmentation de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère lors des grandes transitions climatiques passées est estimé grâce aux mesures effectuées dans les carottes de glace polaires dans la phase glace pour la température et dans la phase gaz (bulles d’air piégées) pour la concentration en GES. Ce déphasage est encore mal contraint et, pour résoudre ce problème, il est nécessaire de mieux comprendre le processus mécanique de transformation de neige en glace près de la surface de la calotte (centaine de mètres supérieurs, le névé). En l'absence de fusion, la transformation de la neige (matériau à porosité ouverte en contact avec l'atmosphère) en glace (matériau contenant des bulles d'air isolées) s'effectue progressivement sous l'action des gradients de température près de la surface, puis sous l'action du poids des couches de neige situées au-dessus. Selon les conditions de température et précipitation, ce processus peut prendre quelques décennies à plusieurs millénaires et s'étend sur une centaine de mètres de profondeur. Il contrôle la différence d'âge entre la glace et les gaz qu'elle renferme. La prédiction de la profondeur de piégeage des gaz représente un enjeu majeur pour la paléoclimatologie en particulier sur la séquence des changements relatifs de température et de concentration en gaz à effet de serre.Un modèle thermo-mécanique de densification de la neige a été conçu et développé au LGGE en intégrant la formulation des processus mécaniques, des propriétés thermiques, et des critères de piégeage des gaz. Les performances de ce modèle peuvent être testées et améliorées grâce à des études de structure de névés actuels (densité, rapport porosité ouverte/fermée, …). Pour les périodes plus anciennes, des mesures d’isotopes des gaz inertes d15N et d40Ar) dans l’air piégé dans les carottes de glace polaire permettent d’obtenir des informations directes sur les variations passées de la structure du névé (e.g. épaisseur de la zone diffusive). Les larges divergences observées en Antarctique entre les sorties de modèle de densification et les mesures isotopiques de gaz piégé dans la glace génèrent une grande incertitude sur les reconstructions climatiques passées et comprendre ce désaccord est un défi majeur de la paleoclimatologie actuelle.Dans le cadre de cette thèse, nous avons pris en compte les influences de la dépendance à la température des énergies d'activation et des impuretés (poussières) sur la vitesse de densification. Cela a permis de concilier les données et le modèle. Les résultats du modèle modifié sont globalement cohérents avec les profils de densité mesurés pour des névés actuels et les données d'isotopes de gaz inertes pour les déglaciations (aussi appelées terminaisons). Nous avons également présenté de nouvelles mesures à haute résolution de d15N et d40Ar pour les terminaisons 2 (129-138ka) et 3 (243-251ka) des carottes antarctiques de Dôme C et Vostok. Nous avons montré que les différentes évolutions de d15N entre les différents sites et différentes déglaciations s’expliquaient largement par les différences de taux d’accumulation qui contrôlent la profondeur de transition neige-glace. Nous avons aussi montré que l’utilisation des isotopes de l’air était un complément important à l’utilisation des isotopes de l’eau pour contraindre la dynamique climatique locale en Antarctique de l’Est lors des déglaciations
The phasing between increases in temperature and greenhouse gas concentrations during large climatic variations in the past is classically estimated using analyses in polar ice cores, in the ice phase for the temperature and in the gas phase (trapped air bubbles) for the concentration of greenhouse gases. This phasing is still insufficiently constrained and solving this problem requires a better understanding of the mechanical process of snow to ice metamorphism near to the top of the ice sheet (i.e. the firn, about 100 m deep). In the absence of melting, the transformation of snow (a material with open porosity in contact with the atmosphere) into ice (a material containing isolated bubbles) occurs progressively as a response to temperature gradients near the surface, and the weight of overlying snow in deeper layers. Depending on temperature and precipitation conditions, this process occurs in a few decades to several millennia and a ~100 meters depth range. It controls the age difference between the ice and the entrapped gases. Predicting the gas trapping depth is a major issue in paleoclimatology, especially in order to understand the phasing between temperature changes and changes in greenhouse gas concentrations.A thermo-mechanical model of snow densification has been developed at LGGE, it includes the main mechanical processes, the thermal properties of ice, and gas trapping criteria. The model performances can be tested and improved using experimental studies of modern firns (density, open/closed porosity ratio, etc). For firnification under ancient climates, measurements of isotopes of inert gases (d15N et d40Ar) in the air trapped in ice cores provide direct informations about past variations of firn structure (e.g. diffusive zone thickness). Large differences between firn densification model outputs and gas isotopic data are obtained in Antarctica, and imply a large uncertainty on past climatic reconstructions. Understanding this discrepancy is a major issue in paleoclimatology.As part of this thesis work, we took into account the effects of the temperature dependence of activation energies and impurities (dust) on the firn densification speed. It allowed to reconcile the model results with available data. The modified model results show an overall consistency with measured density profiles of present-day polar firns and isotopes of inert gases over deglaciations (also called terminations). We also analyze new high resolution measurements of d15N and d40Ar over Terminations 2 (129-138ka) and 3 (243-251ka) on the Dome C and Vostok ice cores. We have shown that the different evolutions of d15N between different sites and different deglaciations are largely explained by differences in accumulation rates that control the snow/ice transition depth. We also showed that the use of air isotopes was an important complement to the use of water isotopes to constrain local climatic dynamics in eastern Antarctica during deglaciations

La premiere partie comporte l'etude des signatures climatiques des isotopes stables sur des forages du dome c (antarctique). L'echantillonnage est aleatoire. On elimine le bruit par interpolation lineaire et filtres passe-bas. On etudie la methode de la fenetre et les splines d'ajustement d'ordre 2. La seconde partie est l'etude du microrelief glaciaire a l'echelle decimetrique

Une question centrale en écologie est la compréhension des effets des changements environnementaux sur les organismes et sur le fonctionnement des écosystèmes. L’Arctique et l’Antarctique se réchauffent plus rapidement que n’importe quelle autre région sur la planète, ce qui a des conséquences sur l’état de la glace de mer et par extension sur les espèces polaires qui en dépendent pour leur activité d’alimentation et de reproduction. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les réponses comportementales d’une espèce bio-indicatrice, le manchot Adélie, lors de son activité de recherche alimentaire face à des conditions de glace de mer variables, à différentes échelles de l’espèce : individuelle, populationnelle, inter-populationnelle. Nous nous basons sur un jeu de données d’activité d’alimentation (GPS, régime alimentaire) des manchots Adélie collectées chaque année depuis 2010 en Terre Adélie (Antarctique de l’Est), à chaque saison de reproduction dans plusieurs colonies. Nous avons mis en évidence des variations dans le comportement alimentaire de cette espèce en fonction des conditions et de la dynamique de la glace de mer, mais des réponses similaires entre individus et entre colonies faisant face à des conditions environnementales comparables. Nos résultats soulignent l’importance de certains habitats et de certaines conditions de glace pour une activité alimentaire optimale. Nous discutons des facteurs intrinsèques et extrinsèques à l’origine des variations observées, et de l’implication de telles variations sur le comportement reproducteur des manchots Adélie. Les résultats de cette thèse sont replacés dans un contexte de conservation des écosystèmes par la mise en place de mesures de protection efficaces basées sur l’écologie d’espèces sentinelles
A central question in ecology is the understanding of the environmental change effects on organisms and on the ecosystem functioning. The Arctic and Antarctic warm faster than any other region on Earth, which has consequences on the sea-ice state and by extent on polar species which depend on it for their breeding and feeding activities. The main objective of my PhD was to determine the behavioural responses of a bio-indicator species, the Adélie penguin, during its foraging activity facing variable sea-ice conditions, at different species levels : individual, population, inter-population. We use a foraging activity dataset (GPS data, diet) on Adélie penguins obtained collected each year since 2010 in Terre Adélie (East Antarctica), at each breeding season in several colonies. We highlight foraging behavioural variations in that species related to sea-ice conditions and dynamics, but similar responses between individuals and between colonies facing comparable environmental conditions. Our results highlight the importance of specific habitats and sea-ice conditions for an optimal foraging activity. We discuss about intrinsic and extrinsic factors at the origin of the observed variations, and of the implication of such variations on the reproductive behaviour of Adélie penguins. Those PhD results are replaced in a context of ecosystem conservation for the implementation of efficient protection measures based on the ecology of sentinel species

Les glaciers des régions sub-polaires entre 45 et 60°S ont reculé dramatiquement au cours du dernier siècle. L'archipel des Kerguelen (49°S, 69°E) constitue un site unique dans ces régions où peu d'observations sont disponibles pour comprendre le recul glaciaire. Situés à faible altitude et proches de l'océan, ses glaciers ont montré une sensibilité particulière aux variations atmosphériques et océaniques. Ainsi, depuis les années 60, la calotte Cook (~400 km2) a reculé de manière spectaculaire, perdant 20% de sa surface en 40 ans. L'objectif de mon travail de thèse était d'évaluer l'état actuel et futur de la calotte, et de comprendre les causes de ce recul tout en les replaçant dans un contexte global. Pour ce faire, un réseau météorologique et glaciologique a été mis en place en 2010 sur l'archipel et des campagnes de mesures ont depuis été réalisées annuellement. L'analyse de ces mesures nous permet de confirmer le bilan de masse négatif de la calotte. Parallèlement, l'étude de l'albédo de l'ensemble de la calotte Cook à partir d'images satellites MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) permet d'évaluer l'évolution de la ligne de neige de la calotte depuis 2000, mettant en évidence une réduction importante de sa zone d'accumulation au cours des dix dernières années. La modélisation du bilan de masse de la calotte Cook à l'aide d'un modèle degré-jour couplé à une routine dynamique révèle par ailleurs que son retrait est principalement dû à une forte diminution des précipitations sur l'archipel depuis les années 60. Afin de replacer le recul des glaciers aux îles Kerguelen dans un contexte global, les tendances climatiques sur l'ensemble des zones subpolaires sont étudiées, faisant apparaître que la zone sub-Antarctique est actuellement celle où les retraits sont les plus forts à l'échelle du globe. Pour comprendre ces variations, nous analysons un ensemble complet de jeux d'observations de terrain, de satellites et de résultats de modélisation : réanalyses, modèles de l'exercice CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5), observations de température atmosphérique et océanique, précipitations, etc. Ceux-ci révèlent un réchauffement et un assèchement quasi généralisé de l'ensemble de la zone 40-60° S, lié à un déplacement vers le sud des zones dépressionnaires en réponse aux phases de plus en plus fréquemment positives du mode annulaire austral (Southern Annular Mode, SAM). Le recul récent des glaciers des îles Kerguelen, mais également d'autres zones glaciaires des régions subpolaires de l'hémisphère sud, est donc principalement lié à un déficit d'accumulation causé par le SAM, et amplifié par le réchauffement atmosphérique. L'évolution future du bilan de masse de la calotte Cook aux îles Kerguelen est évaluée grâce au Modèle Atmosphérique Régional (MAR), forcé à ses frontières par les modèles de l'exercice CMIP5. Des simulations du bilan de masse récent sont d'abord effectuées sur base des réanalyses ERA-Interim et NCEP1, et comparées aux observations in situ. Parallèlement, des simulations d'un an sont réalisées avec le désagrégateur de précipitations SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) en sortie du MAR, à différentes échelles, afin d'évaluer l'impact du changement d'échelle sur la représentation des précipitations. Une évaluation des modèles CMIP5 par rapport à ERA-Interim sur la période récente est ensuite réalisée sur base de certaines variables climatiques-clé. Le modèle le plus proche d'ERA-Interim sur la période récente, et les deux modèles les plus extrêmes sont ensuite utilisés pour forcer le MAR sur le prochain siècle, et les sorties de bilan de masse de surface sont analysées de manière critique. L'analyse du retrait de la calotte des îles Kerguelen à l'aide de différents outils a permis de mieux comprendre le lien entre glaciers et climat, mettant en évidence le rôle majeur du SAM, mais a également soulevé de nouvelles questions
Glaciers of the southern hemisphere sub-polar regions between 45 and 60°S have declined dramatically over the last century. The islands of Kerguelen archipelago (49°S, 69°E) represent a unique location in regions where few data are available to understand glacier retreat. Situated at low altitudes and close to the ocean, their glaciers have shown particular sensitivity to atmospheric and oceanic variations. Thus, since the 1960s, the Cook Ice Cap (~400km2) has retreated spectacularly, losing 20% of its area in 40 years. The aim of my thesis was to assess the present and future state of the ice cap, and to understand the causes of this decline while putting them in a global context. To do so, a meteorological and glaciological network was set up in 2010 on Kerguelen archipelago and field campaigns have been carried out annually since then. Analysis of these measurements confirms the negative mass balance of Cook Ice Cap. In parallel, the study of the albedo over the whole ice cap from MODIS satellite images (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) gives us access to the evolution of the snow line since 2000, highlighting an important reduction of Cook Ice Cap accumulation area over the last decade. Mass balance modelling of the Cook Ice Cap using a degree-day model coupled to a simple ice motion routine further reveals that its retreat is mainly due to a strong decrease in precipitation over the Kerguelen Islands since the 1960s. In order to put the decline of the cryosphere on Kerguelen in a global context, climatic trends over the whole sub-polar regions are studied, revealing that the sub-Antarctic area is currently the one where glacier retreat is the strongest. To understand these variations, we analyse a complete set of field and satellite observations and modelling results : reanalyses, models from the CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5) experiment, atmospheric and oceanic temperature and precipitation observations, etc. The latter show warming and quasigeneralised drying of the whole 40-60°S area, linked to the southward shift of storm tracks in response to the more frequent positive phases of the Southern Annual Mode (SAM). Recent glacier retreat on Kerguelen archipelago, and for other glaciers and ice caps located at similar latitudes, is thus mainly due to a deficit of accumulation caused by the SAM, and amplified by atmospheric warming. The future evolution of Cook Ice Cap mass balance is evaluated using the MAR (Modèle Atmosphérique Régional) model, forced at its boundaries by CMIP5 models. Recent mass balance simulations are first carried out using ERA-Interim and NCEP1 reanalyses, and compared to in situ observations. In parallel, one-year simulations are produced with the precipitation desagregation scheme SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) on MAR outputs, at various scales, in order to evaluate the impact of downscaling on precipitation. An evaluation of CMIP5 models over the recent period against ERA-Interim is then carried out, considering certain key climatic variables. The model closest to ERA-Interim as well as the two most extreme models are then used to force the MAR model over the next century, and surface mass balance outputs are critically analysed. The analysis of the decline of the Kerguelen ice cap using different tools and techniques brought new insights on the link between glaciers and climate, highlighting the major role of the SAM, but also raised new questions