Tesis sobre el tema "Mer de (Antarctique)"

L’évolution du droit de la mer qui s'est concrétisée par l'adoption de la convention de Montego Bay de 1982, a profondément marquée le système du traité antarctique de 1959. Par l'accroissement des pouvoirs de l'état côtier qu'elle consacre, la convention de 1982 a entrainé une extension des compétences des parties consultatives sur les espaces marins adjacents au continent austral afin de tenir compte des positions des états revendiquant. Mais dans le même temps, l'émergence du concept de patrimoine commun de l'humanité, tel qu'il ressort de la convention de 1982 a permis aux états tiers d'amorcer une offensive au sein des nations-unies visant à remettre en cause le traité et la gestion exclusive de la région par les parties consultatives. L’ampleur de cette offensive a mis en évidence les faiblesses du système du traité quant à la souveraineté et la difficulté d'une approche collective de la compétence sur les espaces marins adjacents au continent. Paradoxalement cependant cette remise en cause du système du traité a permis un renforcement de ce dernier par l'abandon de la convention de Wellington sur les ressources minérales et l'adoption par les parties consultatives d'un protocole établissant des mécanismes très stricts de protection de l'environnement et bannissant les activités minières. Le droit de la mer a donc été à la fois facteur de développement du système du traité et facteur de redéfinition des objectifs des parties consultatives.

Dans le cadre du réchauffement climatique, la prédiction de la hausse du niveau des mers est un défit majeur. La contribution du bilan de masse de surface de l'Antarctique constituerait la seule contribution négative à la hausse du niveau des mers. D'un autre côté, la dynamique de la calotte pourrait réagir de façon non linéaire au changement climatique, et entrainer une accélération et un amincissement de certains glaciers (Meehl et al. 2007). Pour ces deux raisons, il convient de connaître précisément le climat de l'Antarctique. Les Modèles de climat globaux reproduisent mal certain aspects du climat Antarctique : les précipitations sont surestimées à cause de la topographie côtière trop lisse ; le bilan d'énergie en surface est mal représenté car les processus physiques impliquant la neige sont représentés de façon trop grossière. C'est pourquoi nous nous intéressons à la modélisation régionale, qui offre une meilleure résolution et une meilleure représentation des processus physiques.

Le climat de l'Antarctique implique la glace de mer, dont l'extension modifie par exemple l'humidité diponible pour l'atmosphère. Mais l'ensemble de l'océan joue également un rôle, car la formation d'eau dense près des côtes engendre des échanges relativement rapides entre la surface et l'océan profond. C'est pourquoi nous avons choisi de créer un modèle régional couplé atmosphère - glace de mer - océan. Le but de cette thèse est uniquement de développer et d'évaluer un tel modèle.

Pour l'atmosphère, nous utilisons le Modèle Atmosphérique Régional (MAR, Gallee et al. 2005). Ce modèle a été spécialement développé pour les régions polaires. Il se distingue des autres modèles climatiques régionaux par sa représentation élaborée de la neige, et par une représentation interactive de la neige soufflée par le vent. Pour l'océan et la glace de mer, nous utilisons NEMO (Nucleus for European Modeling of the Ocean), constitué de OPA-9 (Océan PArallélisé, Madec 2007) et de LIM-2 (Louvain Ice Model, Fichefet 1997). Le modèle d'océan utilise une paramétrisation élaborée de la diffusion turbulente le long des isopycnes et de la diffusion verticale. Le modèle de glace de mer utilise un modèle thermodynamique à trois couches, des équations dynamiques basées sur la rhéologie visco-plastique. Enfin, MAR et NEMO sont couplés grâce au logiciel OASIS-3 (Valcke et al. 2003). Le modèle résultant est appelé TANGO, pour Triade Atmosphère-Neige, Glace de mer, Océan.

Avant d'analyser des simulations de TANGO, il convient de connaître précisément le comportement de chacun des modèles lorsqu'ils sont forcés par des données. Dans un premier temps, nous testons la sensibilité de MAR à la représentation de la rugosité orographique. En simulant un cas de la littérature, nous montrons que MAR est capable de simuler des cyclones de méso-échelle ; nous montrons ensuite que le rôle des vents catabatiques côtiers dans la cyclogenèse est faible devant le rôle de l'écoulement synoptique, contrairement à ce que conjecturaient les travaux précédents. Comme les vents catabatiques côtiers dépendent fortement de la rugosité orographique des Montagnes Transantarctiques, les polynies de TANGO pourraient en dépendre ; c'est pourquoi nous avons réglé ce paramètre de façon à avoir des vents côtiers en accord avec les relevés des stations météorologiques. Enfin, nous montrons que la fraction de glace de mer a peu d'influence sur la circulation atmosphérique, probablement parce que notre méthode ne modifie pas la position des fronts de glace.

Estimer l'apport du couplage s'avère compliqué, car une partie du comportement de TANGO vient effectivement des rétroactions physiques permises par le couplage, mais une autre partie vient du changement de "forçages". En effet, MAR voit habituellement la glace de mer se SSM/I, et NEMO voit habituellement des champs atmosphériques issus des réanalyses ERA-40 ; dans TANGO, MAR voit donc les défauts de NEMO, et inversement. Pour évaluer la capacité de TANGO à représenter des rétroactions physiques, nous avons donc réalisé un jeu de simulations dans lequel MAR est forcé par les champs de surface de NEMO, et NEMO est forcé par les champs de surface de MAR. Les comparaisons entre ces simulations et les simulations couplées montrent que la couverture de glace de mer de TANGO diffère de celle de NEMO forcé par MAR, ce qui prouve que des rétroactions sont représentées. Dans le détail, nous identifions également une rétroaction impliquant la glace produite dans une polynie à l'automne, et une rétroaction impliquant les précipitations et la température de surface de l'océan.

Finalement, l'ensemble des évaluations de MAR sur l'océan ont permis des améliorations très récentes de MAR : H. Gallée a ainsi amélioré la prise en compte des nuages aux frontières, et les flocons de neige ont été introduits dans le schéma radiatif de façon à mieux simuler les températures de la couche limite sur la calotte. Ceci améliore également le comportement de TANGO. Cette étude souligne également l'importance du couplage, puisque la solution couplée diffère de la solution forcée, toutes paramétrisations étant égales. Nous concluons donc qu'il est nécessaire de poursuivre l'utilisation de TANGO.

Ces travaux ouvrent d'abord des perspectives à court terme, puisqu'il faudra analyser le détail des rétroactions mises en \oe uvre de façon à tenter de mieux comprendre le climat de l'Antarctique. Ensuite, TANGO pourra être utilisé à petite échelle et haute résolution pour l'analyse des polynies et des formations des masses d'eau dense impliquées dans les circulations océaniques profondes. Une autre possibilité sera d'utiliser TANGO à l'échelle de la calotte, de façon à travailler sur la régionalisation du changement climatique en Antarctique. Enfin, à plus long terme, il sera nécessaire de travailler sur le représentation des cavités sous les plate-formes glaciaires dans TANGO.

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

Les objectifs de ce travail etaient d'etablir le niveau de production de silice biogenique dans les eaux de surface de l'ocean antarctique pour tenter d'expliquer le paradoxe de la silice : comment un ocean ou moins de cinq pour cent de la production primaire mondiale est creee, peut-il etre a l'origine des deux tiers des depots de silice biogenique de l'ocean mondial. Pour aborder ce probleme, et dans un cadre de cooperation internationale, nous avons mis au point une nouvelle methode de mesure de taux de production de silice biogenique. Cette methode est basee sur l'utilisation d'un isotope radioactif du silicium, dont le fils radioactif, plus energetique, est facilement detectable dans l'eau par effet cerenkov. L'utilisation de cet isotope apporte de nombreux avantages : application dans les milieux oligotrophes, aucune preparation des echantillons, premieres estimations obtenues directement a bord des navires. Parallelement, nous avons mesure les stocks et les flux de silice biogenique dans deux provinces de l'ocean antarctique, la mer de weddell et la mer de ross. A partir de nouvelles mesures directes effectuees et de donnees anterieures, nous avons calcule un nouveau bilan annuel de la production de silice dans l'ocean antarctique. Ce bilan, limite aux systemes localises au sud du front polaire, est compris entre onze et trente-deux tera moles de silice par an, nettement en deca des chiffres jusqu'a present publies. Cependant, si l'on se refere aux estimations avancees sur la production de silice dans l'ocean mondial, la contribution de l'ocean antarctique se situerait seulement entre quatre et vingt et un pour cent

La teneur en gaz (v) de la glace a ete utilisee dans les travaux anterieurs comme indicateur des variations d'epaisseur des calottes polaires en lien avec les changements du climat. Dans ce travail, une serie de tests experimentaux ont montre que la methode de mesure de v utilisee au lgge peut fournir des resultats absolus avec une precision de 1,5%. Un calcul est presente pour corriger les resultats de v de l'effet des bulles coupees en surface des echantillons, qui peut induire des pertes de gaz allant de 1 a 10. Les resultats concernant seize sites de forage permettent une description plus detaillee des variations geographiques actuelles de v avec la pression atmospherique et l'altitude. Ce travail confirme les variations thermiques du volume poreux de la glace au close-off (v#c) et ne montre pas de dependance claire de v#c en fonction de l'accumulation neigeuse. Une partie des ecarts par rapport a une augmentation lineaire de v#c avec la temperature pourrait refleter une influence du vent. Trois techniques analytiques differentes ont ete utilisees pour mesurer les variations de v dans les deux carottes les plus profondes de vostok, qui couvrent le dernier cycle climatique. Les differents resultats sont coherents et revelent des variations rapides et de large amplitude de v. Les contraintes imposees par la dynamique des calottes suggerent fortement que les variations a long terme de v ne peuvent etre interpretees uniquement en termes de variations d'epaisseur de la glace. Les impacts possibles de variations de la pression atmospherique et de variations non thermiques de v#c sont discutes

Cette étude a été réalisée dans le cadre du programme MINERVE pour observer et mieux comprendre les variabilités spatio-temporelles des flux de CO2 dans les eaux de surface de l’océan Indien au sud de l’Australie. Les mesures en continu à bord du bateau des différents paramètres du système CO2 (alcalinité totale, carbone inorganique total, température et salinité) ont été effectuées pendant deux ans (2005/2006 et 2006/2007). Des échantillons discrets ont également été prélevés le long du trajet pour analyser l’alcalinité et le carbone inorganique au laboratoire LOCEAN, afin de confirmer la bonne qualité des mesures à bord. La zone saisonnièrement couverte de glace présente un puits intense en été 2006 et 2007 (-14,9 et-23,5 mmol. M-2. D-1) contrôlé par le développement de la biomasse phytoplanctonique. La zone continentale antarctique présente une forte variation saisonnière des flux de CO2. Au printemps 2005 et 2006, l’océan était une source de CO2 vers l’atmosphère (+14,9 et +4,4 mmol. M-2. D-1). Par contre en été 2006 et 2007, les flux de CO2 diminuaient. Cette région était devenue un puits de CO2 (-12,3 et -10,1 mmol. M-2. D-1). Les variations saisonnières printemps-été des flux de CO2 sont influencées par les processus thermodynamiques et dynamiques ainsi que par l’augmentation estivale de la biomasse phytoplanctonique. L’ensemble des différents paramètres associés au système du CO2 a permis d’établir de nouveaux modèles simples de calculs de l’alcalinité, du carbone inorganique et de la pression partielle de CO2. Cette étude met en évidence le rôle essentiel de l’océan Indien au sud de l’Australie dans l’absorption du CO2 atmosphérique, principalement en été
This study was carried out as part of the program MINERVE in order to observe and to improve our understanding of the spatial and temporal variabilities of CO2 fluxes across the air-sea interface in the Indian Ocean South of Australia. Measurements on board of the various parameters of the CO2 system (total alkalinity, total inorganic carbon, temperature and salinity) were carried out during six cruises over two years (2005/2006 and 2006/2007). In order to confirm the good quality of measurements on board, discrete samples were also collected along the way to make measurements of total alkalinity and total inorganic carbon on shore (LOCEAN, PARIS). The seasonally covered sea-ice zone presents an intense CO2 sink in summer 2006 and 2007 (-14. 9 and -23. 5 mmol. M-2. D-1, respectively) controlled by the development of the phytoplankton biomass. The continental Antarctic zone presents a strong seasonal variation of CO2 fluxes. In spring 2005 and 2006, the ocean was a source of CO2 towards the atmosphere (+14. 9 and +4. 4 mmol. M-2. D-1). On the other hand in summer 2006 and 2007, CO2 flux decreased. This ocean area became a CO2 sink (-12. 3 and -10. 1 mmol. M-2. D-1). Indeed, the seasonal variations spring-summer of CO2 flux are influenced by the thermodynamic, dynamic biologic processes. The various parameters associated with the CO2 system allowed us to parameterizes of total alkalinity, total inorganic carbon and partial pressure of CO2 as a function of temperature, salinity and chlorophyll-a concentrations. This study shows a very significant role of the Indian Ocean south of Australia in the absorption of atmospheric CO2, mainly during summer

La calotte polaire Antarctique est une région immense et peu accessible, mais partie intégrante du système climatique planétaire. Pour mieux comprendre son fonctionnement et prévoir ses réactions face à un climat qui évolue, les mesures satellites sont des outils précieux. Nous exploitons l'un de ces capteurs satellites : l'altimètre radar d'Envisat. Cet instrument permet de mesurer la hauteur de la surface de la calotte et, par des mesures répétées dans le temps, son évolution temporelle. Nous explorons les changements de volume de la calotte sur une période entre 2002 et 2010. Cette période est très courte en regard de certains phénomènes agissant sur la calotte mais permet néanmoins de détecter d'importants changements, dus à des excès de précipitations ou à une accélération de l'écoulement de la glace. Par ailleurs, la densité spatiale et temporelle de l'échantillonnage d'Envisat permet d'observer des événements rapides (quelques mois) et localisés (quelques kilomètres) tels que des vidanges de lacs sous-glaciaires. Ces phénomènes sont encore mal connus et l'altimétrie est un des principaux outils aptes à les observer. La manière dont l'onde radar est réfléchie et rétrodiffusée par la surface de la calotte est un problème complexe, principalement parce que le manteau neigeux est lui-même changeant et complexe. Nous évoquons l'état de l'art de la compréhension des phénomènes impliqués. Nous terminons ces travaux par une ouverture sur les techniques qui permettront d'avancer dans la compréhension des calottes polaires : nouveaux altimètres, séries de données plus longues, fusion de jeux de données provenant de capteurs différents et complémentarité avec les données in situ
The Antarctic Ice Sheet is a vast and remote hostile land. It is nonetheless an important part of the planetary climate system. Space-borne instruments are among the best tools to study the evolution of the ice sheet. In this work, we use data from one of these space sensors: the Envisat radar altimeter. This instrument provided us repeated measurements of the ice sheet surface elevation every 35 days during 8 years. From this dataset, we investigated volume change of the ice sheet between 2002 and 2010. This period is relatively short compared to the typical duration of ice sheet response (thousands of years after an ice age) but the data show some evolution, either extreme precipitation events or accelerated flow and associated thinning. The high space and time resolution also allowed us to observe rapid and local events such as subglacial lake drainages. These were only recently discovered in Antarctica and altimetry is one of the best suited tools to study them. The reflection and backscatter of the radar wave by the snowpack is still a complex problem that has to be further investigated. The own behavior of the snowpack must be better understood. We present the state of the art of the understanding of the radar/snowpack interaction. We conclude with an outlook on future techniques that will enhance our understanding of the ice sheet process and ice sheet evolution: new altimeters, longer time series, multi-sensor studies and additional in situ calibration

Le particularisme géographique et climatique du continent antarctique a suscité des problèmes spécifiques en droit international: souveraineté, juridiction, administration des personnes et des ressources. Les réponses purement nationales apportées par les états à ces problèmes ont cédé la place depuis 1959, avec la signature du traité sur l'antarctique, à une forme d’administration collective, avec le temps et l'émergence de problèmes nouveaux lié à la protection de l'environnement et à la conservation puis l'exploitation des ressources biologiques et minérales, les mécanismes de consultation mis en place par le traité, ont donné naissance à des développements juridiques et institutionnels importants. L'ensemble de ces mécanismes et développements, animés d'une dynamique propre, a été qualifié de "système antarctique" par comparaison et par opposition avec le système onusien et les autres systèmes de droit régionaux. L'étude examine les relations qu'entretient le système antarctique avec le droit international général et avec le système onusien, en particulier au moment où le groupe des 77 met en cause le régime mis en place en 1959. Enfin, une partie de l'ouvrage est consacrée aux raisons du succès du système tel qu'il existe
The geographic and climatic specificity of the antarctic continent has generated problems in international law regarding sovereignty, jurisdiction and management of activities and resources in the area. The purely nationa-listic answers of states to these problems have been replaced since 1959, when the Antarctic treaty was signed, by a kind of collective administration. With the passing of time and the emergence of new problems related environnemental protectio and the conservation and exploitation of living and mineral resources consultative mechanisme provided for by the treaty have generated important le-gal and institutional developments. These mechanisms which, together with their offsprings have develop their own dynamics, have been labelled "the Antarctic treaty system", by comparison and opposition with the un system and other regional legal systems. The present study covers the relations between the antartic traety sys-tem and general international law and the un system. Such an examination bears a particular interest at a time when the group 77 is questioning the regime establishes by the treaty in 1959. A last part of the study tries to analyse the reasons behind the success of the system

La glace de mer couvre jusqu’à 6% de la surface de notre planète. Autour du continent Antarctique, sa superficie varie entre 3.8 et 19 millions de km² (en février et septembre respectivement). Cette superficie présente des variations interannuelles. En parallèle, une évolution de la superficie de la glace de mer a également pour origine le réchauffement climatique global, très médiatisé à l’heure actuelle. Dans ce contexte, et étant donné le rôle que joue la banquise au sein de l’Océan Austral, des études de l’évolution de la glace de mer sont devenues fondamentales.

Ce travail a pour objectif d’étudier les relations complexes qui existent entre les processus chimiques, physiques et biologiques qui se déroulent au sein de la glace de mer. La détermination des propriétés physiques et de la composition chimique des glaces de mer correspond en effet à un pré-requis indispensable à l’étude des cycles géochimiques qui existent dans la banquise.

Différentes glaces de mer, naturelles ou artificielles, ont été analysées. Pour ce faire, les caractéristiques spécifiques à ce type de glace font que des méthodes d’analyse de la composition en gaz particulières ont été nécessaires.

Nous avons ainsi pu montrer que le contenu et la composition en gaz des différentes glaces analysées dépendent de facteurs physico-chimiques et de facteurs biologiques. L’impact des facteurs physico-chimiques se marque lors de l’incorporation initiale des impuretés dans la glace de mer et via une diffusion "post-génétique" tant que la glace est plus chaude que –5°C. En outre, les organismes photosynthétiques sont à l’origine d’une production d’oxygène et d’une consommation de dioxyde de carbone. La composition en gaz résultante peut donc être sensiblement différente de la composition atmosphérique ou de celle des gaz dissous dans l’eau de mer sous-jacente, en été comme en hiver. Il s’agit par conséquent de sérieusement envisager l’impact potentiel de la glace de mer et des microorganismes qu’elle contient, lors du réchauffement et de la débâcle, sur les échanges entre atmosphère et océan comme sur leurs compositions respectives.

Doctorat en sciences, Spécialisation géographie
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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

L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les variations temporelles des signaux altimétriques sur la calotte polaire Antarctique. Nous exploitons les observations effectuées par l'altimètre à bord d'ENVISAT entre janvier 2003 et décembre 2007. Ces observations s'étendent jusqu'à 82°Sud, ce qui permet de couvrir environ 80% du continent Antarctique. Pendant la période d'étude deux fréquences sont exploitables (Bande S, soit 3. 2GHz, et Bande Ku soit 13. 6GHz), ce qui permet de mieux cerner la sensibilité de la mesure aux variations d'état du manteau neigeux couvrant la calotte polaire Antarctique. L'état de la surface neigeuse en Antarctique varie dans l'espace comme dans le temps, en réponse aux événements météorologiques de proche surface, et tout particulièrement les vents. Selon l'état de la surface, l'onde électromagnétique émise par l'altimètre va pénétrer plus ou moins profondément dans le manteau neigeux, modifiant la forme de l'écho enregistré lorsque cette onde retourne au satellite. La précision des mesures de topographie de la calotte polaire dépend alors de la connaissance des propriétés de surface, ainsi que de la compréhension des mécanismes contrôlant l'interaction des ondes électromagnétiques avec la surface neigeuse. Nous étudions dans cette thèse comment la forme de l'écho altimétrique évolue lorsque les conditions de vent à la surface de la calotte polaire changent, et affectent l'état de la surface. Nous commençons par étudier la variabilité spatiale et temporelle des observations altimétriques d'une part, et des intensités de vent d'autre part (réanalyses des modèles atmosphériques globaux NCEP/NCAR, NCEP/DOE et ERA-Interim). Nous en identifions les échelles de variations spatiales et temporelles caractéristiques. Cela nous permet de concevoir les traitements à appliquer afin d'homogénéiser les différentes sources d'information. Nous constatons que les variations de nos séries temporelles décrivent essentiellement un signal annuel, toujours maximal en été austral pour les variations de vents. En revanche les variations annuelles de la forme d'onde ne sont pas homogènes à l'échelle de la calotte polaire, mais mettent en évidence deux régions principales. Nous utilisons ensuite les propriétés de la forme d'onde altimétrique, et leurs variations temporelles pour reconstruire les variations d'intensité de vents
This work aims at improving our understanding of the altimetric time series acquired over the Antarctic Ice Sheet. Dual frequency data (S Band - 3. 2GHz and Ku Band - 13. 6GHz) from thealtimeter onboard the ENVISAT satellite are used, during a five year time period from january2003 until december 2007. These data cover around 80% of the surface of the Antarctic continent,up to 82°S. Having data in two different frequencies is valuable when it comes to better estimatethe altimeter sensitivity regarding snow surface property changes. Over the Antarctic ice sheet, snow surface changes with respect to space and time, beingaffected by meteorological conditions close to the surface, and especially winds. The altimetricwave penetrates more or less deeply beneath the surface, depending on snow surface and subsurfaceproperties. As a result, when the wave comes back to the satellite, the recorded signal, namedwaveform, is more or less distorted. The accuracy of the ice sheet topographic changes computedthanks to satellite altimetric techniques depends on our knowledge of the processes inducing thisdistortion. The purpose of the present work is to better understand the effect of changing windconditions on altimetric data. Winds in Antarctica are indeed famous for their strength and theirimpact on the snow surface state. First, spatial and temporal variability of the altimetric data on the one hand, and of wind speedreanalysis fields (from ERA-Interim, NCEP/NCAR and NCEP/DOE projects) on the other handare studied. We estimate spatial and temporal typical length scales for all datasets. As a result, weare able to smooth the data, so that all datasets have the same spatial and temporal caractericticlength scales. Furthermore, we note that our time series are well described by an annual signal. This annual cycle shows that whereas wind speed would always be maximum in austral winter,altimetric seasonal cycles have very different behaviors depending on the location. .

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

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

La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves

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'étude des mouvements et du comportement de plongée des prédateurs marins en relation avec les caractéristiques biotiques et abiotiques de l'environnement permet d'apporter des indications précieuses sur les stratégies comportementales innées et/ou qu'ils ont développé afin de maximiser l'acquisition des proies dans un environnement donné. Le phoque de Weddell est le seul mammifère marin vivant toute l'année dans la banquise permanente. Bien que son comportement ait été bien étudié en été lorsque les individus se reproduisent et muent sur la glace de mer, nous ne savons presque rien de leur l'écologie hivernale. Cependant, l'hiver est une période cruciale dans le cycle de vie des phoques de Weddell durant laquelle ils passent 80% de leur temps à chasser sous la glace afin de stocker l'énergie nécessaire pour la saison de reproduction suivante. Grâce à l'utilisation de données télémétriques, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer notre compréhension des stratégies de recherche alimentaire adoptées par les phoques de Weddell pendant l'hiver dans deux régions de l'Antarctique de l'Est (Dumont D'Urville et Davis). Tout d'abord, nous avons développé deux méthodes permettant d'identifier et de quantifier l'effort de recherche alimentaire au sein de la plongée, pour des données de plongée haute et basse résolutions. Ces indices de l'effort de recherche alimentaire ont été ensuite utilisés afin d'étudier l'influence de plusieurs paramètres clés de l'environnement (topographie, intensité lumineuse, glace de mer, masses d'eau) sur le comportement de recherche alimentaire des phoques de Weddell
Studying the movement patterns and diving behaviour of top predators in relation with biotic and abiotic environmental features can provide valuable insights in the behavioural tactics they have evolved and/or learned to maximize prey acquisition in a given environment. The Weddell seal is the only marine mammal inhabiting the coastal fast-ice area year-round. While its behaviour has been well studied in summer when individuals are breeding or moulting on the sea-ice, virtually nothing is known about their winter ecology. However, winter is a crucial period in Weddell seals life cycle during which they spend 80% of their time diving under the ice to store the energy needed for the following breeding season. Using telemetric data, the main aim of this thesis was to improve our understanding of the foraging strategies adopted by Weddell seals during winter in two locations of East Antarctica (Dumont D’Urville and Davis). First, we developed two methods to identify and quantify within dive foraging effort from both high and low-resolution dive datasets. Then, these foraging metrics were used to investigate the influence of several key abiotic parameters of the Antarctic environment (topography, light intensity, sea-ice, water masses) on Weddell seals’ foraging behaviour

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire.

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire
The Antarctic ice sheet surface mass balance (SMB, snow accumulation minus ablation) is sensitive to climate parameters and directly contributes to global mean sea level variations. Therefore, in the perspective of climate change, it is useful to develop tools that can simulate the physical processes involved in the Antarctic surface mass balance. The approach developed in this thesis consists in using a cascade of atmospheric models from large scale to local scale. Thus, a regional climate model (Modèle atmosphérique régional, hereinafter referred to as MAR), forced by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis, provides a diagnostic physical-based rain- and snowfall disaggregation model with meteorological fields at the regional scale (typically 40-km resolution). In a first part, it is shown that the SMB calculated by MAR is in good agreement with observations in most regions. Nonetheless, runoff appears to be overestimated; the problem vanishes when introducing a dependency of albedo with solar zenithal distance. In a second part, it is shown that although the parameterizations invoked in the disaggregation model are fairly simple, the knowledge of small-scale topography (5-km resolution) is efficiently used to improve the spatial variability of precipitation - and therefore SMB - over coastal regions of Antarctica. Model validation is carried out with the help of snow height measurements provided by automatic weather stations. Over the coastal place of Law Dome, the net accumulation gradient is mostly due to orographic forcing of precipitation (rather than blowing snow). The disaggregation model dramatically underestimates precipitation over the Antarctic Plateau, where polar stratospheric clouds associated with radiative cooling could play a role in the formation of precipitation during the polar night

L'étude des mouvements et du comportement de plongée des prédateurs marins en relation avec les caractéristiques biotiques et abiotiques de l'environnement permet d'apporter des indications précieuses sur les stratégies comportementales innées et/ou qu'ils ont développé afin de maximiser l'acquisition des proies dans un environnement donné. Le phoque de Weddell est le seul mammifère marin vivant toute l'année dans la banquise permanente. Bien que son comportement ait été bien étudié en été lorsque les individus se reproduisent et muent sur la glace de mer, nous ne savons presque rien de leur l'écologie hivernale. Cependant, l'hiver est une période cruciale dans le cycle de vie des phoques de Weddell durant laquelle ils passent 80% de leur temps à chasser sous la glace afin de stocker l'énergie nécessaire pour la saison de reproduction suivante. Grâce à l'utilisation de données télémétriques, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer notre compréhension des stratégies de recherche alimentaire adoptées par les phoques de Weddell pendant l'hiver dans deux régions de l'Antarctique de l'Est (Dumont D'Urville et Davis). Tout d'abord, nous avons développé deux méthodes permettant d'identifier et de quantifier l'effort de recherche alimentaire au sein de la plongée, pour des données de plongée haute et basse résolutions. Ces indices de l'effort de recherche alimentaire ont été ensuite utilisés afin d'étudier l'influence de plusieurs paramètres clés de l'environnement (topographie, intensité lumineuse, glace de mer, masses d'eau) sur le comportement de recherche alimentaire des phoques de Weddell
Studying the movement patterns and diving behaviour of top predators in relation with biotic and abiotic environmental features can provide valuable insights in the behavioural tactics they have evolved and/or learned to maximize prey acquisition in a given environment. The Weddell seal is the only marine mammal inhabiting the coastal fast-ice area year-round. While its behaviour has been well studied in summer when individuals are breeding or moulting on the sea-ice, virtually nothing is known about their winter ecology. However, winter is a crucial period in Weddell seals life cycle during which they spend 80% of their time diving under the ice to store the energy needed for the following breeding season. Using telemetric data, the main aim of this thesis was to improve our understanding of the foraging strategies adopted by Weddell seals during winter in two locations of East Antarctica (Dumont D’Urville and Davis). First, we developed two methods to identify and quantify within dive foraging effort from both high and low-resolution dive datasets. Then, these foraging metrics were used to investigate the influence of several key abiotic parameters of the Antarctic environment (topography, light intensity, sea-ice, water masses) on Weddell seals’ foraging behaviour

La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Les précipitations qui se déposent sont balayées par les vents, s'accumulent pour former des couches. En s'enfouissant, les grains de neige qui les constituent subissent un métamorphisme qui modifie leur taille et leurs caractéristiques. Pourtant, Les taux d'accumulations ou les tailles des grains de neige, dont la signature est contenue dans les observations de la proche surface, sont des indicateurs climatiques clés, jusqu'alors mal connus.

Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80 \% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux.

On se propose de résoudre cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi-fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: i/ On montre tout d'abord que le signal altimétrique est sensible à la rugosité de la surface à différentes échelles, puis ii/ que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières causées par la densification de la neige en surface, et enfin iii/ que les ondes radars sont réfléchies par des strates en profondeur.

Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est réalisé simultanément aux deux fréquences, afin de permettre une comparaison de ces signaux entre eux. Les résultats du modèle sont utilisés pour expliquer les variations saisonnières précédemment observées. Finalement, les paramètres du manteau neigeux sont estimés à l'échelle de la calotte polaire antarctique. Les tailles de grains retrouvées présentent un grossissement vers l'intérieur du continent. La densité montre des variations saisonnières de plusieurs g.cm3 notamment sur les côtes antarctiques. Certaines régions présentent un état de surface de la neige particulièrement lisse (Dronning Maud Land, par exemple).

La donnée in situ de l'état de surface de la neige étant quasi inexistante sur les calottes polaires, on développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.

Un algorithme de calcul du flux air-mer de CO2 en utilisant les données satellitaires (sat) est développé et présenté dans cette thèse. Les paramètres utilisés pour ce calcul sont : la température à la surface de l’océan (SST) et la Chlorophyllea du satellite MODISAqua, la salinité (SSS) estimée par la SST de MODISAqua en utilisant la RLM, la fugacité du CO2 dans l’eau (fCO2eau) estimée par la SST et la Chla de MODISAqua en utilisant les FNNs, le CO2 atmosphérique de la station Cape Grim et la vitesse du vent des deux satellites ASQAT et QSCAT. Les données in situ récoltées sur le RV L’Astrolabe sont utilisées pour créer et valider les modèles. Ces derniers sont testés en utilisant les données sat. Cette étude se focalise sur le secteur australien de l’océan austral. Les résultats montres une amélioration de l’estimation de SSS par sat avec une précision de ±0.16 en utlisant la SST et la latitude, une bonne estimation de la fCO2eau d’une précision de ±9.45 µatm et un calcul du FCO2 avec une erreur de ±3 mmol CO2 m−2 d−1. Les programmes et modèle développé dans cette thèse on permet d’interpoler le FCO2. Dans la période du printemps à l’été austral, cette région devient de plus en plus un puits de CO2 atmosphérique au fil des années
A step by step algorithm for air-sea CO2 flux (FCO2) calculation from satellite (sat) parameters is developed and presented presented in this thesis. Parameters used for this calculation are: sea surface temperature (SST) and chlorophylla (Chla) from MODISAqua satellite, sea surface salinity (SSS) estimated from MODISAqua SST using MLR, seawater CO2 fugacity (fCO2sw) estimated by MODISAqua SST and chla using FNN, atmospheric CO2 fugacity from the Cape Grim station and wind speed from QSCAT and ASCAT satellites. In situ data provided by several projects collected on the RV L'Astrolabe, are used to establish and validate the models. These models are then tested using sat data. This work focus on the Australian sector of the southern ocean. Results show: an improvement of satellite SSS estimation with a precision of ±0.16 using SST and latitude, an estimation of fCO2sw with a good accuracy of ±9.45 µatm and a calculation of FCO2 with a global RMSE of about ±3 mmol CO2 m−2 d−1. Programs and models developed in this study allow us to interpolate FCO2. In the period of austral spring and summer, this region is becoming a stronger sink of atmospheric CO2 throughout the years

La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves
The representation in numerical models of dense shelf water formation and interaction between sea ice, ocean, and atmosphere are essential for realistic simulation of bottom water mass and thermohaline circulation. The purpose of this work is to improve the representation of basic processes controling the formation and modification of shelf dense water in Antarctic like sea ice, ice shelves and forcing fields in NEMO ocean/sea-ice model. Series of realistic simulations show that fine tuning for the sea ice model, ice shelf parametrization, and katabatic winds correction have a positive impact on simulated sea ice, polynya and shelf water properties. However, these improvements are not able to correct all initial flaws. Other simulations are carried out, to test the effect of adifferent atmospheric forcing obtained from a regional downscaling of global reanalysis ERA40 in Antarctic area, performed with a regional mesoscale atmospheric model. This work shows that turbulent atmospheric variables (temperature, humidity and wind) have a strong positive impacts on sea ice and shelf water properties. This impact is greater that the tuning, parametrization and correction performed previously. Nevertheless, great effort are yet necessary to produce the regional forcing fields that sea-ice and ice shelves require

L'interaction entre la température des océans et la teneur isotopique des précipitations antarctiques est étudiée à l'aide d'un modèle de circulation générale atmosphérique, en distinguant différentes sources des précipitations. La contribution de ces sources est estimée pour des conditions climatiques modernes et glaciaires, il y a 21000 ans. Les variations entre ces climats résultent du refroidissement de l'océan et du renforcement du gradient méridien de température. Différentes reconstructions des températures tropicales glaciaires, mal connues, montrent leur forte influence sur la contribution des sources. Pour les latitudes polaires, la teneur isotopique des précipitations issues de chaque source est reliée à la température de la source et à sa distance au lieu de précipitation. Contrairement à l'idée développée par Boyle (1997), un refroidissement glaciaire généralisé des sources n'est pas susceptible de biaiser l'interprétation classique des isotopes en paléotempérature, car il est compensé dans nos simulations par une plus forte contribution des sources chaudes. La distribution de l'oxygène 18 dans l'océan est simulée à l'aide d'un modèle de circulation générale océanique, en prescrivant des flux isotopiques issus du modèle atmosphérique. Ces mêmes flux servent à simuler une 'salinité' passive, cohérente avec l'oxygène 18. Les différentes caractéristiques ainsi que la corrélation spatiale entre ces 2 traceurs, salinité et isotope, sont correctement reproduites. La modélisation permet d'étudier la sensibilité de leur relation aux flux de surface, et notamment à l'écoulement continental. L'effet du mélange océanique horizontal est apprécié par comparaison avec un modèle en boite. L'impact des conditions (température et humidité) et de la teneur isotopique de la surface océanique sur l'excès en deutérium des précipitations antarctiques est aussi évalué.

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.

L'objectif de cette these est d'ameliorer la connaissance des variations du niveau de la mer et des circulations oceaniques dans cette region, il s'agit d'observer et de comprendre les variations du niveau de la mer, de valider les mesures d'altimetrie satellitaire (topex/poseidon et ers 1) et de determiner les transports au cca. Ce travail a ete mene en particulier dans le cadre du reseau international gloss (global sea level system) pour la surveillance de l'evolution a long terme du niveau de la mer, et dans le cadre du projet international woce (world ocean circulation experiment), incluant la mission satellitaire franco-americaine de topex/poseidon. Cette etude a permis des informations sur le niveau de la mer et la circulation generale dans cette region : le niveau de la mer moyen sur tout le domaine donne une pente negative de 2 mm/an entre 1993 et 1995 et il y a l'existence d'un meandre permanent le long du front subtropical dans le courant circumpolaire antarctique.

Le réchauffement régional de l'ouest de la Péninsule Antarctique (WAP) combiné à la diminution attendue de glace de mer et à l'apparition printanière du trou d'ozone pourrait modifier la composition et la structure de la communauté microbienne. De plus, ces variations environnementales pourraient modifier le potentiel de la WAP en tant que puits de CO2. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer les effets combinés du changement climatique sur la production primaire et sur la composition et la structure de la communauté microbienne de la WAP. Cette thèse visait également à évaluer le rôle de la structure, de la composition, de la production primaire et de la respiration de la communauté microbienne sur les échanges de CO2 entre l'atmosphère et l'océan. Cette étude a premièrement permis de décrire les variations de l'étendue de glace de mer, de l'épaisseur de la couche d'ozone et de la température de surface de l'eau dans la WAP au cours des 30 dernières années (1972-2007) et notamment d'observer le retrait de plus en plus précoce de la glace de mer en relation avec le réchauffement des eaux de la WAP. L'évolution de ces paramètres environnementaux offre une nouvelle fenêtre temporelle de production primaire. Ainsi, cette étude a permis de montrer que la production primaire annuelle a augmenté de 1997 à 2007, et ceci, en relation avec l'anomalie de glace de l'hiver précédent. En effet, la production primaire journalière était négativement et positivement corrélée avec, respectivement, l'étendue de glace de mer et la température de l'eau de septembre à novembre et de février à mars, suggérant que le réchauffement régional de la WAP favorise plus de production primaire durant le printemps et l'automne. En revanche, le retrait précoce de la glace de mer en coïncidence avec l'apparition printanière du trou d'ozone a provoqué l'augmentation de la photoinhibition au printemps (avec 11,6 ± 2,8 % de la production primaire journalière en moyenne). En conséquence, le changement climatique régional de la WAP a, à la fois, un effet positif et un effet négatif sur la production primaire. Cette étude a également permis de décrire la dynamique de la communauté microbienne marine dans l'archipel de Melchior (dans la WAP) de l'automne au printemps 2006. En raison des conditions environnementales extrêmes, l'abondance et la biomasse de la communauté microbienne étaient faibles durant l'automne et l'hiver et dominées par les petites cellules (< 2 µm) et donc par un réseau trophique microbien. En effet, la biomasse phytoplanctonique était faible durant l'automne et l'hiver (avec une concentration moyenne en chlorophylle a, Chl-a, de 0,3 et 0,13 µg l-1, respectivement). La biomasse phytoplanctonique a augmenté au printemps (avec un maximum de Chl-a de 1,13 µg l-1), mais, en dépit des conditions de croissance favorables, est restée faible et le phytoplancton était toujours dominé par de petites cellules (2-20 µm) et donc par le réseau trophique microbien ou multivore. De plus, la disparition précoce de glace de mer durant le printemps 2006 a exposé les eaux de la WAP à de fortes radiations ultraviolettes B (RUVB, 280-320 nm), qui ont eu un effet négatif sur la communauté microbienne des eaux de surface. Cette étude a également mis en évidence la relation existante entre les échanges CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP et la biomasse, la composition, la production primaire et la respiration de la communauté microbienne. Il existait tout d'abord une relation positive entre la concentration en Chl-a et la proportion de diatomées dans la communauté phytoplanctonique. De plus, il existait une corrélation négative significative entre la Chl-a et le ΔpCO2. La production primaire nette de la communauté (NCP) était principalement contrôlée par la production primaire et était négativement et positivement reliée avec le ΔpCO2 et le pourcentage de saturation de l'O2, respectivement, suggérant que la production primaire joue un rôle majeur dans les échanges de CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP. Par ailleurs, le ΔpCO2 moyen au cours des trois années étudiées était de -20,04 ± 44,3 µatm, menant à un puits de CO2 potentiel durant l'été et l'automne dans la région. Le sud de la WAP était un puits potentiel de CO2 (-43,60 ± 39,06 µatm) durant l'automne alors que le nord de la WAP était principalement une source potentielle de CO2 durant l'été ou l'automne (-4,96 ± 37,6 et 21,71 ± 22,39 µatm, respectivement). Les plus fortes concentrations en Chl-a mesurées dans le sud de la WAP pourraient expliquer cette distribution spatiale
Regional warming in the western Antarctic Peninsula (WAP), along with the expected decrease in sea-ice cover and the seasonal ozone layer breakdown could modify the composition and the structure of the microbial community. In addition, these environmental changes could modify the potential of the WAP as a CO2 sink. In this context, this thesis aimed at evaluating the combined effects of regional climatic changes on the primary production and the composition and structure of the microbial community in the WAP. In a second time, this thesis aimed at evaluating the role of the microbial community structure, composition, primary production and respiration on air-sea CO2 gas exchanges.First, the variations in sea-ice cover, stratospheric ozone layer thickness and sea surface temperature over the last 30 years (1972-2007) were described. Related to the warming of WAP waters, the retreat of sea-ice was happening earlier each decade in the WAP. The observed changes in these environmental parameters offer a new temporal window for primary production. Indeed, the annual primary production increased from 1997 to 2007, in relation with the sea-ice cover anomaly for the previous winter. In addition, daily primary production was negatively and positively correlated to, respectively, sea-ice cover and sea-water temperature from September to November and from February to March, suggesting that regional warming favoured more primary production during spring and fall. On the contrary, the early retreat of sea-ice in spring, in coincidence with the spring ozone layer breakdown, led to an increase in photoinhibition (with an average of 11.6 ± 2.8 % of the daily primary production being photoinhibited). Therefore, regional climatic changes in the WAP had both a positive and a negative impact on primary production.The microbial community variability was also described in the Melchior Archipelago (in the WAP) from fall to spring 2006. Because of the extreme environmental conditions, the microbial community abundance and biomass were low in fall and winter and the community was dominated by small cells (< 2 µm), hence by a microbial food-web. Indeed, phytoplanktonic biomass was low during fall and winter (with respective chlorophyll a concentration, Chl-a, of 0.3 and 0.13 µg l-1). Phytoplankton biomass increased in spring (with a maximum Chl-a of 1.13 µg l-1) but, despite favourable growth conditions, phytoplankton was still dominated by small cells (2-20 µm), hence by a microbial or multivorous food-web. In addition, the early retreat of sea-ice in the spring 2006 exposed the WAP waters to strong ultraviolet B radiations (UVBR, 280-320 nm) that had a negative impact on the microbial community in surface waters.Finally, the relationship between air-sea CO2 and O2 exchanges in the WAP with the phytoplankton community biomass and composition and with the microbial community primary production and respiration was described. A positive relationship existed between Chl-a and the proportion of diatoms in the phytoplankton community. In addition, a negative relationship existed between Chl-a and ΔpCO2. The net community production (NCP) was mainly controlled by primary production and was negatively and positively related to ΔpCO2 and the %O2 saturation, respectively, suggesting that primary production was the main driver of air-sea CO2 and O2 gas exchanges in the WAP. In addition, the average ΔpCO2 for the summers and falls 2002 to 2004 was -20.04 ± 44.3 µatm, leading to a potential CO2 sink during this period in the WAP. The southern WAP was a potential CO2 sink (-43.60 ± 39.06 µatm) during fall while the northern part of the Peninsula was mainly a potential CO2 source during summer and fall (-4.96 ± 37.6 and 21.71 ± 22.39 µatm, respectively). The higher Chl-a concentrations measured in the southern WAP may explain this spatial distribution

Antarctic ice shelves control the ice flux from the continent to the ocean. As such, they play a major role in the stability of the ice sheet and its potential contribution to sea level rise, especially in the context of global change. Below some of these ice shelves, marine ice can be found which is a product of the Deep Thermohaline Circulation. Due to its specific genetic process, marine ice has intrinsic physical (grain size, ice fabric, bubble content, ) and chemical (impurities, water stable isotopes) properties, that differ from those of 'meteoric ice' formed on the continent through snow metamorphism or 'sea ice' resulting from sea water freezing at the ocean-atmosphere surface. Until now however, the effect of these specific properties on marine ice rheology is still very poorly understood.

The principal objective being to include realistic mechanical parameters for marine ice in ice shelf flow models, uniaxial compression experiments have been performed on various types of marine ice samples. Technical developments are an important component of this thesis has they were necessary to equip the laboratory with the appropriate tools (pneumatic rig, automatic ice fabric data handling).

Results from experimental compression on isotropic marine ice show that it represents the higher boundary for meteoric ice viscosity throughout the whole temperature range, thereby validating Cuffey and Paterson's relationship with an enhancement factor equals to 1.

Marine ice is however often quite anisotropic, showing elongated crystals and wide single maximum fabric, that should impact its mechanical properties. Experiments on pre-oriented marine ice samples have therefore been carried out combining the study of epsilon_{oct} vs. tau_{oct} with a thorough analysis of microstructural data 'before' and 'after' the experiment.

Depending on the orientation of the sample in the applied stress field and on the intensity of the latter, anisotropic marine ice can be harder or softer than its isotropic counterpart, with n=4 often observed in Glen's flow law. Associating the experimental geometrical settings to potential natural equivalent, results suggest that anisotropic marine ice would strengthen ice shelf flow in most areas (for a same given temperature), apart from suturing areas between individual ice streams as they merge to form the ice shelf, where it could become weaker than meteoric ice in certain circumstances.

Finally, preliminary sensitivity studies, using a simple ice shelf model with our experimental parameters of Glen's flow law have allowed us to discuss the potential impact of rift location, rift size and thermal regime in the ice shelf behavior.
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Durant les dernières décennies, la Péninsule Antarctique a été identifiée comme étant la région où le réchauffement récent est le plus marqué dans l’Hémisphère Sud. Cependant, au-delà de la période instrumentale, la variabilité climatique Holocène de cette partie du globe est en grande partie inconnue. Cette absence de données limite notre capacité à évaluer les l’amplitude des changements actuels dans le contexte de la variabilité historique ainsi que les mécanismes de forçage sous-jacents. Nous avons ainsi ciblé nos analyses sur des enregistrements sédimentaires prélevés à l’Est et à l’Ouest de la Péninsule Antarctique, avec pour objectif d’étendre les connaissances spatiales et temporelles des conditions de l’océan de surfaces dans ce secteur de l’Antarctique au cours du dernier siècle, du dernier millénaire ainsi que durant l’Holocène. La méthodologie de cette thèse est basée sur une comparaison multi-proxies qui inclut, comme outils principaux, les assemblages des diatomées et les biomarqueurs spécifiques de diatomées (HBIs). Nous avons pu ainsi documenter la réponse régionale environnementale aux variations climatiques à différentes échelles de temps, et définir les mécanismes forçant sur la variabilité des conditions d’océan de surface ainsi que la formation du couvert de banquise en Péninsule Antarctique. La comparaison de nos enregistrements avec des données issues des carottes de glace, a permis de mettre en évidence le rôle important des changements d’intensité des cellules atmosphériques sur la dynamique de la circulation océanique, la durée du cycle saisonnier de banquise et la productivité siliceuse
The Antarctic Peninsula has been identified during the last decades as the region from the Southern Hemisphere which is the most affected by the recent warming. However, beyond the instrumental period, the Holocene climate variability of this area is largely unknown, limiting our ability to evaluate the current changes within the context of historical variability and underpin the underlying forcing mechanisms. We focused our analysis on sedimentary sequences from the Eastern and Western side of the Antarctic Peninsula, in order to expand the spatial and temporal knowledge of sea-surface conditions over the last century, the last millennium and throughout the Holocene in this Antarctic area. The inferences are based on a multi-proxy comparison mainly using diatom assemblages and diatom specific biomarkers (HBIs). We documented the regional environmental response to climate changes at different time scales and described the forcing mechanisms on the sea-surface conditions and sea ice cover variability in Antarctic Peninsula. Comparing our results with ice core data allowed us to highlight the large impact of atmospheric forcings on the oceanic circulation, the seasonal sea ice dynamics and the siliceous productivity

L'objectif de cette étude était de comprendre les facteurs contrôlant la segmentation des marges continentales passives, en particulier le rôle de la structure thermique du manteau. J'ai analysé les variations de structure de nombreuses marges passives en estimant l'anomalie isostatique résiduelle, afin de caractériser leur segmentation et de les comparer. Cette approche permet d'interpoler la structure crustale entre les profils sismiques existants. Les marges étudiées sont les marges conjuguées Australie-Antarctique, séparées par le bassin Sud-Est Indien où existent des indices de variations de température du manteau, la marge volcanique de l'Atlantique Nord-Est, les marges de l'Atlantique Central et Sud et les marges du Golfe d'Aden. J'ai observé que toutes ces marges sont segmentées, mais avec des longueurs d'onde variées. La segmentation peut être d'origine mécanique ou magmatique, et semble contrôlée par la présence de points chauds et par l'héritage continental.

Il a récemment été démontré que la glace de mer antarctique pouvait jouer un rôle significatif dans la dynamique des gaz à effet climatique (dont le dimethylsulfure ou DMS) dans les régions polaires. Ce travail s’est d’abord attaché à la mise au point d’une méthode de mesure fiable du diméthylsulfoxyde (DMSO) dans la glace de mer, supprimant les interférences générées par la production de DMS au sein de l’échantillon en réponse au choc osmotique subi lors de la fonte de l’échantillon de glace. Une procédure de détermination séquentielle du DMS, par broyage à sec, puis du dimethylsulfoniopropionate (DMSP) et du DMSO sur le même échantillon de glace a été développée et utilisée à large échelle dans ce travail. Les données du présent travail ont été acquises dans le cadre de deux programmes d’observation intégrés menés sur la glace de mer antarctique à des saisons différentes mais avec une méthodologie commune :1) choix de sites d’étude homogènes afin de minimiser l’impact de la variabilité spatiale sur l’interprétation des résultats dans une optique d’évolution temporelle et 2) priorité à la caractérisation du cadre physico-chimique (texture, température, salinité, couvert de neige, susceptibilité au drainage des saumures,….) avant toute autre analyse. L’étude menée dans le cadre du programme ISPOL (nov.–dec. 2004) a permis d’observer que la stratification des saumures a un impact positif sur la conversion du DMSP en DMS au sein de la glace mais ralentit les flux de DMS et DMSP vers l’océan. Le couvert de glace est caractérisé à cette période de l’année par une perte nette de DMSP et génère des flux combiné de DMS et DMSP du même ordre de grandeur que les flux de DMS atmosphériques mesurés dans le cadre d’autres études. L’étude menée dans le cadre du programme SIMBA (sept.–oct. 2007) a permis de mettre en évidence l’importance du forçage atmosphérique sur le régime thermique et la dynamique du DMS/P/O dans la glace. Les communautés d’algues de surface produisent de fortes concentrations de DMS/P/O en réponse au stress thermique, osmotique et potentiellement radiatif durant les périodes de refroidissement et la mise en place d’un régime soutenu de drainage des saumures contribue à évacuer périodiquement les hautes concentrations de DMS/P/O produites dans la glace vers l’océan sous-jacent. Le couvert de glace affichant une production nette de DMS/P/O à cette période de l’année génère des flux combinés de DMS et DMSP plus de dix fois supérieurs à ceux observés pour la glace estivale. L’étude menée sur de la glace artificielle a permis de mettre en évidence l’impact des processus physico-chimiques sur la signature en gaz de la glace en croissance constituant un premier pas vers la modélisation des transports de gaz dans la glace de mer et leurs échanges au travers des interfaces glace-océan et glace-atmosphère.

SUMMARY - It has recently been demonstrated that Antarctic sea ice recently demonstrated plays a potentially significant role in the dynamics of climatically significant gases (amongst which dimethylsulphide or DMS) in Polar Regions. This research work has initially focused on the development of a reliable method for the determination of dimethylsulphoxide (DMSO) within sea ice, avoiding interferences generated by DMS production within the sample in response to the osmotic shock caused by melting. A sequential determination procedure of DMS, dimethlsulphoniopropionate (DMSP) and DMSO on the same ice sample has been developed and used on a large amount of samples in the present work. Data presented in this research project have been collected in the framework of two integrated sea ice observation programs focused on Antarctic sea ice at different seasons but following a common approach: 1) choice of homogeneous study sites to minimize the impact of spatial variability on the interpretation of the results in a time series perspective and 2) priority given to the characterization of the physicochemical framework (texture, temperature, salinity, snow cover, susceptibility to brine drainage,…) prior to any other study. The study conducted in the framework of the ISPOL experiment (Nov.–Dec. 2004) demonstrated that stratification of the brine inclusions network positively influenced the conversion of DMSP into DMS but decreased fluxes of DMS and DMSP towards the ocean. The ice cover at that time of the year is characterised by a net DMSP loss and generates combined DMS and DMSP fluxes whose values fall in the range of atmospheric DMS flux from sea ice measured in the frame of other studies. The study conducted in the framework of the SIMBA experiment (sept.–oct. 2007) emphasized the importance of atmospheric thermal forcing on the sea ice thermal regime and DMS/P/O dynamics. The surface community of algae produced elevated levels of DMS/P/O in response to thermal, osmotic and potentially radiative stress during periods of atmospheric cooling while the development of an intense brine drainage regime contributed to periodically release the elevated levels of DMS/P/O produced in the sea ice towards the underlying ocean. The ice cover exhibited at that time of the year a net production of DMS/P/O and produced combined DMS and DMSP fluxes more than ten times higher than those observed for summer sea ice. The study conducted on laboratory prepared growing sea ice emphasised the impact of physicochemical processes on the gas signature of growing sea ice and represents a first step towards modelling gas exchanges within sea ice and across its interfaces with the ocean and the atmosphere.

Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique
info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'océan Austral est un endroit où des changements climatiques importants se sont produits au cours du siècle dernier, accompagnés d'un important niveau d'exploitation des ressources naturelles vivantes par l'homme. Ces changements globaux peuvent potentiellement conduire à des perturbations majeures des écosystèmes de l'océan Austral jusqu'aux prédateurs marins supérieurs. La pêche peut aussi directement affecter les oiseaux de mer par la mortalité accidentelle dans les engins de pêche (prises accessoires) et les ressources alimentaires supplémentaires fournies par les rejets. Lors des 20 dernières années un nombre croissant de recherches ont été effectuées sur les effets du changement climatique et des activités de pêche sur les oiseaux marins de l'océan Austral. L'utilisation de données à long terme d'observations en mer et de populations avec des animaux connus individuellement était essentielle pour détecter ces effets. Ici, nous passons en revue ces études afin d'identifier les tendances dans les changements de distribution, de phénologie, de démographie et de dynamique des populations en réponse aux changements climatiques et aux activités de pêche. Des changements dans la répartition et la phénologie de la reproduction ont été documentés en parallèle à l'augmentation des températures de surface de la mer et des changements dans la couverture de glace de mer dans l'océan Indien du Sud. Des températures de surface de la mer anormalement chaudes semblent principalement avoir un effet négatif sur les paramètres démographiques, bien qu'il existe des exceptions. Les variations de l'étendue de la glace de mer affectent également plusieurs paramètres démographiques et la dynamique des populations. Les relations suggèrent des effets non linéaires, avec des conditions optimales de couverture de glace de mer qui semblent être la règle. L'effort de pêche est principalement négativement relié aux taux de survie des populations et pour quelques espèces positivement relié au succès de la reproduction. Quelques études montrent que les facteurs climatiques et les prises accessoires de la pêche peuvent affecter les paramètres démographiques simultanément d'une manière complexe, qui peut être intégrée dans les modèles de dynamique des populations pour prévoir l'impact sur les populations. Bien que chez les oiseaux marins le taux de croissance démographique soit moins sensible aux variations de la survie des juvéniles qu'à des variations de la survie des adultes, la mortalité chronique des immatures en raison de la pêche peut nuire aux populations. Les modèles de population permettent aussi de projeter des trajectoires de populations dans des conditions climatiques futures. Les études à venir devront intégrer d'autres facteurs environnementaux, d'autres niveaux trophiques, le comportement de recherche de nourriture, les interactions entre climat et pêcheries et les mécanismes sous-jacents à la plasticité phénotypique, comme certaines études pionnières réalisées dans l'hémisphère Nord.

Depuis les années 90, l’Antarctique de l’Ouest, dont le secteur d’Amundsen, affiche une importante perte de masse provenant principalement de l’accélération des glaciers côtiers en réponse à une fonte océanique plus conséquente sous les plateformes de glace. Ces plateformes sont généralement confinées est agissent comme un verrou pour l’écoulement. En subissant davantage de fonte basale, les plateformes deviennent fragiles et les glaciers en amont s’accélèrent, contribuant ainsi à augmenter le niveau des mers. L’avenir de l’Antarctique de l’Ouest est particulièrement préoccupant car sa configuration rend la calotte sujette à une instabilité marine. Par ailleurs, ces plateformes pourraient s’affaiblir sous l’effet d’une augmentation de la fonte de surface dans un climat plus chaud (hydrofracturation), rendant là aussi une instabilité possible. L’arrivée de ces instabilités pourrait être freinée ou compensée par l’évolution du bilan de masse de surface qui se compose majoritairement de précipitations neigeuses, sporadiquement augmenté par la pluie, et légèrement amoindri par la sublimation et le runoff. Cette thèse porte sur la modélisation de l’ensemble des processus atmosphériques et océaniques pouvant faire évoluer la contribution de l’Antarctique de l’Ouest au niveau des mers.Pour cela une projection océanique représentant les cavités sous-glaciaires a d’abord été réalisée avec le modèle NEMO. La circulation induite par la fonte océanique modifie la réponse de l’océan côtier à un futur changement de circulation atmosphérique, si bien qu’utiliser des modèles de climat ne représentant pas les cavités donne une indication faussée du réchauffement de l’océan autour de la calotte. Nous avons également mis en évidence une rétroaction positive entre la fonte sous-glaciaire et le retrait de la ligne d’échouage, entraînant une augmentation de la fonte jusqu’à 2.5 fois. Ces résultats indiquent la nécessité de coupler des modèles de calotte et d’océan pour établir des projections futures, même si les projections envisagées dans cette thèse restent relativement idéalisées.Pour établir des projections de bilan de masse de surface, il est nécessaire d’utiliser un modèle atmosphérique avec une représentation fine des processus polaires, notamment ceux liés au manteau neigeux. Ainsi nous avons utilisé le modèle atmosphérique régional MAR pour établir des projections dans le secteur d’Amundsen. Nous avons d’abord montré que MAR est approprié pour représenter le climat de surface observé en Antarctique de l’Ouest. Nous avons trouvé qu’aucun des modes climatiques (ASL, SAM, ENSO) n’expliquent plus de 50% de la variance de la fonte et du SMB en été à l’échelle interannuelle, et il est donc difficile d’utiliser des projections des modes climatiques comme indication de l’évolution du climat de surface.Forcé par le signal multi-modèle CMIP5 dans le scénario rcp85, MAR prévoit une augmentation du bilan de masse de surface de 30-40% d’ici 2100. Cette augmentation est équivalente à une baisse de 0.33 mm/an de niveau des mers, ce qui compenserait l’effet de la dynamique si celle-ci restait à son niveau actuel (0.26 mm/an). Ces projections indiquent également 5 à 15 fois plus de fonte de surface sur les plateformes du secteur Amundsen, mais la quasi-totalité de la fonte produite chaque année continue à regeler dans la couche de neige annuelle, et ne devrait donc contribuer de manière importante ni au bilan de masse de surface ni à l’hydrofracturation.Il ressort de ces travaux qu’un couplage océan/calotte dans les modèles de climat est primordial pour simuler le futur de l’Antarctique et de l’océan Austral. Une représentation fine des processus liés à la fonte de surface et au regel dans le névé est également essentielle car la possibilité d’hydrofracturation des plateformes dans un climat plus chaud relève d’un équilibre subtil entre l’augmentation de l’accumulation, de la température, et les rétroactions liées à l’albédo et à l’humidité
West Antarctica, and particularly the Amundsen sector, has shown since the 1990s a large increase of mass loss related to coastal glacier acceleration in response to an increase of oceanic melt underneath ice shelves. Ice shelves play a buttressing role for ice-stream and increased oceanic melt therefore lead to ice shelves thinning and glacier acceleration, which contributes to sea level rise. West Antarctica is of particular concern because its configuration is prone to marine ice-sheet instability. It has been suggested that ice shelves weaken under large surface melt in a warmer climate (hydrofracturing), possibly leading to another kind of instability. Instabilities could be slowed down or compensated by future Surface Mass Balance (SMB) that consists mainly of snowfall, sporadic rainfall, and is slightly reduced by sublimation and runoff. The main objective of this PhD work is to model the atmospheric and oceanic processes that will most likely affect the future West Antarctic contribution to sea level rise.First, oceanic projections have been developed using the NEMO ocean model. The ocean circulation induced by ice-shelf basal melting affects the ocean response to future changes in surface winds. Therefore, models that do not represent ice-shelf cavities produce wrong warming patterns around Antarctica. A positive feedback between oceanic melting and grounding-line retreat has been identified and can increase melt rates by a factor of 2.5. These results are strong incentive to couple ocean and ice sheet models, although the projections proposed here are relatively idealized.To run SMB and surface melting projections, an atmospheric model with a fine representation of polar processes, including those related to the snowpack, is needed. MAR is found to be an appropriate tool to simulate the present-day surface climate in the Amundsen region. We find that none of the large climate modes of variability (ASL, SAM, ENSO) explains more than 50% of surface melt and SMB summer variance at the interannual timescale. The use of climate mode variability projections to estimate the future surface climate of West Antarctica is therefore not trivial.Forced by the CMIP5 multi-model mean under the RCP8.5 scenario, MAR predicts an increase of SMB by 30-40% for the end of the 21st century. This increase corresponds to 0.33 mm yr-1 of sea level drop down, which is higher than the current West Antarctic contribution of ~0.26 mm yr-1 from ice dynamics. Surface melt is also projected to increase by a factor of 5 to 15 over the Amundsen ice shelves, but most of it is projected to refreeze in the annual snow layer, so future melting should not have a strong contribution to SMB or hydrofracturing.To conclude we show that coupled ocean and ice sheet climate models are essential to simulate the future of Antarctica and Southern Ocean. A fine representation of surface melt and refreezing processes within the snowpack is also crucial as possible hydrofracturing is threatening in a warmer climate and it comes within a delicate equilibrium between snowfall, air temperature, and feedback related to albedo and humidity

Les prochaines modèles climatiques comprendront un modèle de calotte polaire afin de tenir en compte la dynamique de la glace et les interactions glace-océans dans ses projections. D'une part, l'océan Austral (SO) pilote l'accélération des glaciers de l'Antarctique via une augmentation de la fonte basale des ice shelves. D'autre part, l'accélération de la décharge de glace de l'Antarctic Ice Sheet (AIS) contribue à la montée du niveau de la mer et est susceptible de devenir le plus grand contributeur de la cryosphère d'ici la fin du siècle. En outre, l'adoucissement relié, peut avoir des répercussions importantes sur la glace de mer et sur la formation des eaux profondes. Cependant, on ne sait pas encore comment les modèles d'océan et de calotte polaire des futurs systèmes couplés vont représenter les interactions glace-océan, causes et conséquences du déséquilibre de masse de AIS. Ici, dans ce travail, les différents aspects des modèles de océan et calotte polaire ont été étudiés. Une première étape de cette thèse a été concentrée à la représentation des flux d'eau douce glaciaires dans les modèles océaniques actuels. Basé dans estimations glaciologiques, la fonte basal des ice shelves a été répartie dans une grille de ORCA025, et les taux de production d'icebergs ont été appliqués dans une version améliorée du modèle d'iceberg NEMO-ICB. Cette étude préliminaire a été utilisé pour produire une climatologie d'eau de fonte provenant des icebergs, valable pour forcer les modèles de océan actuels. Ce travail montre l'importance de représenter les flux d'eau de fonte des icebergs lors de la modélisation de la glace de mer, qui peut être obtenu en utilisant notre climatologie. Ces améliorations ont été pris en compte dans l'étude de la réponse du modèle de océan a la perte de masse de AIS. Cette étude considère une perturbation réaliste de l'eau douce glaciaire aussi près que possible de sa représentation dans les futurs modèles couplés ice-sheet/océan. Selon nos résultats, jusqu'à 50% des changements récents de volume de la glace de mer pourrait être causée par le bilan masse de l'AIS. Le forçage en eau douce glaciaire semble être cruciale pour représenter correctement les interactions glace-océan et projeter la glace de mer dans les futurs systèmes couplés. Cependant, l'estimation de l'apport d'eau douce glaciaire dans les modèles climatiques futurs sera fortement affecté par la capacité des modèles de calotte polaire de reproduire les migrations de grounding line des glacières de "marine ice sheets". Les modèles de calotte polaire actuels présentent grandes incertitudes liées aux différents réglages. Dans le contexte des futurs modèles climatiques, nous avons étudié la sensibilité des retraites de la grounding line produites par l'océan à l'application de deux lois de frottement différentes et deux différentes approximations du stress glacier. Les modèle réagit de façon presque similaire aux approximations SSA ou SSA *. Par contre, les différences dans la contribution du glacier à l'élévation du niveau de la mer peuvent être jusqu'à 50% en fonction de la loi de frottement considéré. La loi de friction Schoof, la plus physique, est nettement plus réactif aux perturbations océaniques que la loi Weertman, et devrait être pris en compte dans les systèmes couplés futurs. Ce travail souligne que les incertitudes liées aux estimations des modèles de la calotte glaciaire de migrations de grounding line peuvent contribuer non seulement à des incertitudes du futur niveau de la mer, mais aussi de la glace de mer à travers des interactions glace-océan dans les futures models climatiques. Tel conclusion suggère la nécessité d'améliorer la représentation de la fonte basal des ice shelves et le frottement du glacier, afin d'améliorer les projections climatiques des modèles climatiques, dans lequel la distribution spatiale et saisonnière des eau douce glaciaires peut jouer un rôle important en établir la glace de mer
The next generation of climate models will include an ice-sheet model in order to improve the ice sheet mass balance projections by accounting for the ice dynamics and ice-oceans interactions. On the one hand, the Southern Ocean (SO) is indeed driving the acceleration of the Antarctic outlet glaciers via an increase in the basal melting of the ice shelves. On the other hand, the increasing ice discharge from Antarctic Ice Sheet (AIS) contributes to the current sea level rise and is likely to become the largest cryospheric contributor to sea level rise by the end of the current century. In addition, the related freshening may have significant implications on future sea-ice cover and on bottom water formation. However, it is not clear yet how the ocean and ice-sheet components of future coupled systems will account for the ice-ocean interactions, which are both causes and consequences of the AIS mass imbalance. Here in this work, different aspects of the standalone ocean and ice-sheet components have been investigated. A first step of this thesis has been focused in the representation of the glacial freshwater fluxes in current ocean models. Based on recent glaciological estimates, the ice shelf basal melting fluxes have been spatially distributed in an ORCA025 grid, and the calving rates have been applied into an improved version of the NEMO-ICB iceberg model. This preliminary study has been used to produce a monthly iceberg meltwater climatology, to be used to force current ocean models. This work shows the importance of representing the iceberg meltwater fluxes when modeling sea ice, which can be inexpensively achieve by using our climatology. The improvements in the representation of the glacial freshwater fluxes have been considered in the study of the ocean model response to the Antarctic mass imbalance. This study considers a realistic perturbation in the glacial freshwater forcing as close as possible as it will be represented in future ice-sheet/ocean models. According to our results, up to 50% of the recent Antarctic sea ice volume changes might be caused by the observed decadal AIS mass imbalance rate. Glacial freshwater forcing appears to be crucial to correctly represent the ice-ocean interactions and projecting sea ice cover of future coupled systems. However, the estimation of the glacial freshwater input in future climate models will be strongly dependent upon the capacity of ice-sheet models to reproduce the grounding line migrations of marine ice sheet glaciers. Current ice-sheet models present large uncertainties related to different parametrizations. In the context of the future climate models, we have studied the sensitivity of ocean-driven grounding line retreats to the application of two different friction laws and two different englacial stress approximations. The model responses almost indistinctively to either the SSA or the SSA* englacial stress approximations. However, differences in the contribution of the glacier to the sea level rise can be up to 50% depending on the friction law considered. The more physically constrained Schoof friction law is significantly more reactive to the ocean perturbations than Weertman law and should be considered in future coupled systems. This work underlines that uncertainties related to the ice sheet model estimates of grounding line migrations may not only contribute to uncertainties in sea level projections, but also the sea ice cover through the ice-ocean interaction in future ocean models.This conclusion suggests the need for improving the representation of both the ice shelf basal melting and the glacier interaction with the bedrock, in order to improve the climate projections of future climate models, in which the spatial and seasonal distribution of the glacial freshwater fluxes may play an important role in setting the sea ice cover

De façon à maximiser leur valeur sélective, les individus doivent prendre différentes décisions qui doivent concorder aux conditions environnementales (se reproduire ou pas ? quand ? quel investissement parental ?). Ces décisions sont fortement influencées par la sécrétion de certaines hormones comme l’hormone lutéinisante (LH) déclencheur de la reproduction, l’hormone de stress (CORT) et la prolactine (PRL), pour l’expression des soins parentaux. Les contaminants chimiques et naturels sont omniprésents et ont même été retrouvés en zones polaires. De nombreux contaminants sont des perturbateurs endocriniens et pourraient altérer les décisions de reproduction, mais les preuves manquent pour la faune sauvage. Cette thèse vise donc à identifier les liens entre certains polluants organiques persistants dits ‘d’héritage’ (POPs : PCBs, pesticides organochlorés), le mercure (Hg) et les hormones LH, CORT et PRL chez plusieurs espèces d’oiseaux marins arctiques et antarctiques. Les résultats obtenus ont démontré que ces contaminants interagissent avec ces hormones, et de façon spécifique : le Hg réprimerait la sécrétion d’hormones hypophysaires (LH, PRL) tandis que les PCBs stimuleraient la production de CORT. Plus précisément, le Hg pourrait affecter la sécrétion de LH en réprimant l’apport de GnRH à l’hypophyse et les PCBs pourraient stimuler le nombre de récepteurs à l’ACTH au niveau des glandes surrénales. Le Hg et les PCBs peuvent donc altérer les décisions de reproduction et impacter la valeur sélective : des taux élevés de Hg sont associés à la suppression de la reproduction et à un moindre investissement parental, tandis que la présence de PCBs pourrait exacerber la susceptibilité au stress environnemental. Les conséquences à long terme de l’exposition des oiseaux marins à ces contaminants sont discutées dans le cadre des changements globaux qui affectent les pôles
In order to maximise fitness, individuals will have to take several decisions that shall match with environmental conditions (whether to breed or not, when to breed, what level of parental investment). These decisions are mediated by hormones : such as luteinizing hormone (LH), a pituitary hormone involved in the onset of breeding, stress hormones (corticosterone, CORT) and prolactin (PRL) a pituitary hormone involved in the expression of parental care. Environmental contaminants are present world-wide, and also in Polar Regions. Since many contaminants are endocrine disruptors, they may impair breeding decisions, but evidences are scarce for wildlife. The aim of this thesis was to assess the relationships between some legacy persistent organic pollutants (POPs : PCBs, organochlorine pesticides), mercury (Hg) and hormones (LH, CORT, PRL) in different Arctic and Antarctic seabird species. Results show that POPs and Hg clearly interact with LH, CORT and PRL secretion. These contaminants appear to target different hormones : increasing Hg was related to decreasing pituitary hormone secretion (LH and PRL) ; whereas increasing PCBs were linked to an exacerbated CORT response to an acute stress. Hg disrupted LH secretion by probably suppressing GnRH input to the pituitary ; PCBs seem to act at the adrenal level by probably stimulating ACTH receptors. Legacy POPs and Hg are therefore able to disrupt reproductive decisions and to impact fitness : elevated Hg levels were linked to skipped reproduction and poor incubation behavior ; elevated PCB levels may make individuals more susceptible to environmental perturbations. The long-term consequences of contaminant exposure for seabirds are discussed in the context of the environmental challenges affecting polar regions

The Southern Ocean (ca. 20% of the world ocean surface) is a key place for the regulation of Earth climate thanks to its capacity to absorb atmospheric carbon dioxide (CO2) by physico-chemical and biological mechanisms. The biological carbon pump is a major pathway of absorption of CO2 through which the CO2 incorporated into autotrophic microorganisms in surface waters is transferred to deep waters. This process is influenced by the extent of the primary production and by the intensity of the remineralization of organic matter along the water column. So, the annual cycle of sea ice, through its in situ production and remineralization processes but also, through the release of microorganisms, organic and inorganic nutrients (in particular iron)into the ocean has an impact on the carbon cycle of the Southern Ocean, notably by promoting the initiation of phytoplanktonic blooms at time of ice melting.

The present work focussed on the distribution of organic matter (OM) and its interactions with the microbial network (algae, bacteria and protozoa) in sea ice and ocean, with a special attention to the factors which regulate the biological carbon pump of the Southern Ocean. This thesis gathers data collected from a) late winter to summer in the Western Pacific sector, Western Weddell Sea and Bellingshausen Sea during three sea ice cruises ARISE, ISPOL-drifting station and SIMBA-drifting station and b) summer in the Sub-Antarctic and Polar Front Zone during the oceanographic cruise SAZ-Sense.

The sea ice covers were typical of first-year pack ice with thickness ranging between 0.3 and 1.2 m, and composed of granular and columnar ice. Sea ice temperature ranging between -8.9°C and -0.4°C, brines volume ranging between 2.9 to 28.2% and brines salinity from 10 to >100 were observed. These extreme physicochemical factors experienced by the microorganisms trapped into the semi-solid sea ice matrix therefore constitute an extreme change as compared to the open ocean. Sea ice algae were mainly composed of diatoms but autotrophic flagellates (such as dinoflagellates or Phaeocystis sp.) were also typically found in surface ice layers. Maximal algal biomass was usually observed in the bottom ice layers except during SIMBA where the maxima was localised in the top ice layers likely because of the snow and ice thickness which limit the light available in the ice cover. During early spring, the algal growth was controlled by the space availability (i.e. brine volume) while in spring/summer (ISPOL, SIMBA) the major nutrients availability inside sea ice may have controlled algal growth. At all seasons, high concentrations of dissolved and particulate organic matter were measured in sea ice as compared to the water column. Dissolved monomers (saccharides and amino acids) were accumulated in sea ice, in particular in winter. During spring and summer, polysaccharides constitute the main fraction of the dissolved saccharides pool. High concentrations of transparent exopolymeric particles (TEP), mainly constituted with saccharides, were present and their gel properties greatly influence the internal habitat of sea ice, by retaining the nutrients and by preventing the protozoa grazing pressure, inducing therefore an algal accumulation. The composition as well as the vertical distribution of OM in sea ice was linked to sea ice algae.

Besides, the distribution of microorganisms and organic compounds in the sea ice was also greatly influenced by the thermodynamics of the sea ice cover, as evidenced during a melting period for ISPOL and during a floodfreeze cycle for SIMBA. The bacteria distribution in the sea ice was not correlated with those of algae and organic matter. Indeed, the utilization of the accumulated organic matter by bacteria seemed to be limited by an external factor such as temperature, salinity or toxins rather than by the nature of the organic substrates, which are partly composed of labile monomeric saccharides. Thus the disconnection of the microbial loop leading to the OM accumulation was highlighted in sea ice.

In addition the biofilm formed by TEP was also involved in the retention of cells and other compounds(DOM, POM, and inorganic nutrients such as phosphate and iron) to the brine channels walls and thus in the timing of release of ice constituents when ice melts. The sequence of release in marginal ice zone, as studied in a microcosm experiments realized in controlled and trace-metal clean conditions, was likely favourable to the development of blooms in the marginal ice zone. Moreover microorganisms derived from sea ice (mainly <10 µm) seems able to thrive and grow in the water column as also the supply of organic nutrients and Fe seems to benefit to the pelagic microbial community.

Finally, the influence of the remineralization of organic matter by heterotrophic bacterioplankton on carbon export and biological carbon pump efficiency was investigated in the epipelagic (0-100 m) and mesopelagic(100-700 m) zones during the summer in the sub-Antarctic and Polar Front zones (SAZ and PFZ) of the Australian sector (Southern Ocean). Opposite to sea ice, bacterial biomass and activities followed Chl a and organic matter distributions. Bacterial abundance, biomass and activities drastically decreased below depths of 100-200 m. Nevertheless, depth-integrated rates through the thickness of the different water masses showed that the mesopelagic contribution of bacteria represents a non-negligible fraction, in particular in a diatom-dominated system./

L’océan Antarctique (± 20% de la surface totale des océans) est un endroit essentiel pour la régulation du climat de notre planète grâce à sa capacité d’absorber le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique par des mécanismes physico-chimique et biologique. La pompe biologique à carbone est un processus majeur de fixation de CO2 par les organismes autotrophes à la surface de l’océan et de transfert de carbone organique vers le fond de l’océan. Ce processus est influencé par l’importance de la production primaire ainsi que par l’intensité de la reminéralisation de la matière organique dans la colonne d’eau. Ainsi, le cycle annuel de la glace via sa production/reminéralisation in situ mais aussi via l’ensemencement de l’océan avec des microorganismes et des nutriments organiques et inorganiques (en particulier le fer) a un impact sur le cycle du carbone dans l’Océan Antarctique, notamment en favorisant l’initiation d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace.

Plus précisément, nous avons étudié les interactions entre le réseau microbien (algues, bactéries et protozoaires) et la matière organique dans le but d’évaluer leurs impacts potentiels sur la pompe biologique de carbone dans l’Océan Austral. Deux écosystèmes différents ont été étudiés :la glace de mer et le milieu océanique grâce à des échantillons prélevés lors des campagnes de glace ARISE, ISPOL et SIMBA et lors de la campagne océanographique SAZ-Sense, couvrant une période allant de la fin de l’hiver à l’été.

La glace de mer est un environnement très particulier dans lequel les microorganismes planctoniques se trouvent piégés lors de la formation de la banquise et dans lesquels ils subissent des conditions extrêmes de température et de salinité, notamment. Les banquises en océan ouvert étudiées (0,3 à 1,2 m d’épaisseur, températures de -8.9°C à -0.4°C, volumes relatifs de saumure de 2.9 à 28.2% et salinités de saumures entre 10 et jusque >100) étaient composées de glace columnaire et granulaire. Les algues de glace étaient principalement des diatomées mais des flagellés autotrophes (tels que des dinoflagellés ou Phaeocystis sp.) ont été typiquement observés dans les couches de glace de surface. Les biomasses algales maximales se trouvaient généralement dans la couche de glace de fond sauf à SIMBA où les maxima se trouvaient en surface, probablement en raison de l’épaisseur des couches de neige et de glace, limitant la lumière disponible dans la colonne de glace. Au début du printemps, la croissance algale était contrôlée par l’espace disponible (càd le volume des saumures) tandis qu’au printemps/été, la disponibilité en nutriments majeurs a pu la contrôler. A toutes les saisons, des concentrations élevées en matière organique (MO) dissoute et particulaire on été mesurées dans la glace de mer par rapport à l’océan. Des monomères dissous (sucres et acides aminés) étaient accumulés dans la glace, surtout en hiver. Au printemps et été, les polysaccharides dissous dominaient le réservoir de sucres. La MO était présente sous forme de TEP qui par leurs propriétés de gel modifie l’habitat interne de la glace. Ce biofilm retient les nutriments et gêne le mouvement des microorganismes. La composition et la distribution de la MO dans la glace étaient en partie reliées aux algues de glace. De plus, la thermodynamique de la couverture de glace peut contrôler la distribution des microorganismes et de la MO, comme observé lors de la fonte de la glace à ISPOL et lors du refroidissement de la banquise à SIMBA. La distribution des bactéries n’est pas corrélée avec celle des algues et de la MO dans la glace. En effet, la consommation de la MO par les bactéries semble être limitée non pas par la nature chimique des substrats mais par un facteur extérieur affectant le métabolisme bactérien tel que la température, la salinité ou une toxine. Le dysfonctionnement de la boucle microbienne menant à l’accumulation de la MO dans la glace a donc été mis en évidence dans nos échantillons.

De plus, le biofilm formé par les TEP est aussi impliquée dans l’attachement des cellules et autres composés aux parois des canaux de saumure et donc dans la séquence de largage lors de la fonte. Cette séquence semble propice au développement d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace. Les microorganismes originaires de la glace (surtout ceux de taille < 10 μm) semblent capables de croître dans la colonne d’eau et l’apport en nutriments organiques et inorganiques apparaît favorable à la croissance des microorganismes pélagiques.

Enfin, l’influence des activités hétérotrophes sur l’export de carbone et l’efficacité de la pompe biologique à carbone a été évaluée dans la couche de surface (0-100 m) et mésopélagique (100-700 m) de l’océan. Au contraire de la glace, les biomasses et activités bactériennes suivaient les distributions de la chlorophyll a et de la MO. Elles diminuent fortement en dessous de 100-200 m, néanmoins les valeurs intégrées sur la hauteur de la colonne d’eau indiquent que la reminéralisation de la MO par les bactéries dans la zone mésopélagique est loin d’être négligeable, spécialement dans une région dominée par les diatomées.

Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique
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Le present travail decrit les regimes alimentaires de 27 especes d'oiseaux de mer des iles crozet et discute les resultats obtenus selon deux perspectives distinctes: l'impact des oiseaux de mer sur les ressources marines et les mecanismes de segregation alimentaire. Les contenus stomacaux ont ete recoltes par des methodes non lethales. L'analyse de ces echantillons a permis de quantifier l'importance de chaque taxon proie reconnu en frequence d'apparition, frequence en nombre et en frequence en masse reconstituee ; de plus, la distribution des classes de taille exploitees est egalement indiquee. La consommation annuelle des oiseaux des iles crozet est estimee a 2,5 millions de tonnes d'organismes marins. Six especes d'oiseaux assurent 98% de ce total: le manchot royal, le gorfou macaroni, le gorfou sauteur, le prion de salvin, le petrel-plongeur commun et le petrel-plongeur de georgie du sud. Les ressources principales sont des euphausiaces, des amphipodes hyperiens et des myctophides a part equivalente. Les especes de poissons et de calmars exploitees commercialement dans l'ocean austral apparaissent de maniere anecdotique dans l'alimentation des oiseaux. Concernant la segregation alimentaire au sein de cette communaute, il a ete observe que parmi les oiseaux de surface, le chevauchement alimentaire est en general moins fort que dans la guilde des plongeurs. Les paires ou les trios d'especes congeneriques montrent generalement de tres forts chevauchements alimentaires, en termes de famille et de tailles de proies exploitees. Il est suggere que la nature et la taille des proies consommees par une espece ne sont generalement pas l'objet d'une selection assimilable a un mecanisme de segregation alimentaire, mais que ces descripteurs du regime alimentaire traduisent des mecanismes de segregation operant sur d'autres axes de la niche alimentaire: principalement les zones prospectees (axe spatial) et les periodes de reproduction (axe temporel)

Les eaux modales Subantarctiques (SAMW) sont formées dans la profonde couche de mélange au nord du front Subantarctique (SAF) dans l'Océan Austral. Elles influencent le climat à des échelles décennales et inter-annuelles et jouent un rôle fondamental dans la ventilation de la thermocline de l'Océan Austral. Nous étudions la formation des SAMW en nous fondant sur les récents flotteurs profilants ARGO et sur les dériveurs de surface GDP. Ces jeux de données fournissent une très bonne couverture spatio-temporelle des processus à l'oeuvre dans les couches supérieures de l'Océan Austral. Depuis le lancement du programme international ARGO, le nombre de profils hydrographiques a augmenté de façon considérable dans l'Océan Austral. Une analyse de ces données a montré que les flux air-mer et les flux d'Ekman sont les forçages dominants dans la formation des SAMW. Nous avons trouvé une transition rapide, autour de 70°E, des couches de mélange peu profondes en amont vers des couches de mélange très profondes en aval. Cette transition est associée à un changement de signe de la diffusion tourbillonnaire horizontale dans les couches de surface, et à l'extension méridionale de l'ACC lorsqu'il passe autour du plateau de Kerguelen. Ces effets sont directement liés à la bathymétrie et laissent place à une région de formation des SAMW au Sud-Ouest de l'Australie.

La formation des SAMW est intimement liée à la dynamique océanique Australe et à la position des principaux fronts polaires. Une deuxième étude concerne la circulation de l'ACC et la variabilité frontale. Dans cette étude, nous avons tiré parti de la complémentarité des données in situ et altimétriques afin de suivre l'évolution des deux principaux fronts de l'ACC pendant la période 1993-2005. Nous avons comparé leurs mouvements avec les deux principaux modes de variabilité atmosphérique de l'Hémisphère Sud, le mode annulaire Austral (SAM) et l'Oscillation Australe El-Niño (ENSO). La position moyenne des fronts est déterminée avant tout par les fonds océaniques. Cependant, nous avons trouvé que dans les régions à fond plat, les fronts forment de grands méandres dus à l'activité tourbillonnaire et aux forçages atmosphériques.

En parallèle, nous avons développé une nouvelle estimation de la distribution circumpolaire de la diffusion dans l'Océan Austral. La diffusion n'a presque jamais été étudiée à partir de données in situ dans cet océan. Nous avons calculé une estimation du coefficient de diffusion tourbillonnaire à partir d'une analyse statistique de dix années de trajectoires de dériveurs de surface. Nous avons cartographié ce coefficient dans l'Océan Austral, puis nous l'avons paramétré à partir de données altimétriques pour pouvoir en étudier l'évolution inter-annuelle et en faciliter l'utilisation dans le futur. Cette étude montre que l'Océan Austral est fortement diffusif au nord de l'ACC, et particulièrement près des courants de bord Ouest, c'est à dire dans la Rétroflexion des Aiguilles, dans la région du plateau de Campbell, et dans le courant de Brésil-Malouines.

Ces résultats nous ont menés à une analyse circumpolaire de la formation des SAMW, et à une meilleure conception du lien entre la dynamique océanique Australe et la formation des SAMW. La croissance constante des données hydrologiques du programme ARGO dans l'Océan Austral nous a également permis de mieux représenter la répartition des régions de formation des SAMW. Nous avons trouvé que la diffusion tourbillonnaire joue un rôle majeur dans les budgets de chaleur locaux. Au Sud des courants de bord Ouest, et au nord du SAF, la diffusion tourbillonnaire apporte de la chaleur, équilibrant et même dominant les refroidissements hivernaux dus aux flux d'Ekman et aux flux air-mer. Elle réduit en particulier la déstabilisation de la couche de mélange au nord du SAF dans l'Ouest du bassin Indien, en aval de la Rétroflexion des Aiguilles, et dans l'Ouest du bassin Pacifique, en aval du Plateau de Campbell.

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

Le premier objectif de cette thèse a été de comprendre quelles sont les adaptations écophysiologiques et comportementales des oiseaux plongeurs face aux contraintes de la plongée, par l'étude du cormoran antarctique de Crozet (Phalacrocorax melanogenis) et de Kerguelen (P. Verrucosus). Ces deux espèces réalisent les plongées les plus longues et les plus profondes chez les cormorans, immergés dans une eau de mer à 3 - 7°c durant des périodes de 5 - 10 heures par jour. Il est vraisemblable que ces performances sont facilitées par l'utilisation d'un hypométabolisme. Ces cormorans ont montré qu'ils utilisaient, lorsque la distribution des ressources le permettait, des stratégies de plongée proches de l'optimalité, s'immergeant pour des durées facilitant un restockage rapide de l'oxygène en surface. Enfin, l'étude de la profondeur d'équilibre a révélé qu'ils ajustaient vraisemblablement les volumes d'air respiratoire à la profondeur de plongée, dans un souci d'économie d'oxygène. Le deuxième objectif de cette thèse était de comprendre le lien pouvant exister entre le dimorphisme sexuel du cormoran antarctique (femelles plus petites) et son écologie. Une ségrégation sexuelle importante a été trouvée (les femelles plongeant à moins grande profondeur que les mâles et capturant des poissons de plus petite taille), sans doute en rapport avec le dimorphisme sexuel. L'intensité du dimorphisme sexuel varie selon la localité et augmente localement lorsque la différence de profondeur de plongée moyenne entre les sexes augmente. Cette plasticité du dimorphisme sexuel permettrait à l'espèce de s'ajuster à la distribution des ressources tout en diminuant la compétition intraspecifique
The first goal of this thesis was to understand what are the ecophysiological and behavioural adaptations of diving birds to the constraints of diving, by studying the blue-eyed shags from Crozet (Phalacrocorax melanogenis) and Kerguelen (P. Verrucosus). Both species made the longest and the deepest dives in the cormorant family, while foraging in a 3 - 7°c seawater for daily periods lasting 5 - 10 hours. It is likely that these performances are possible because of the use of a hypometabolism. When resource distribution allowed it, these shags used diving strategies close to optimality, submerging for periods facilitating a rapid surface reloading of oxygen reserves. Eventually, the study of the depth of neutral buoyancy showed these birds probably adjusted their respiratory air volumes to dive depth, as a mean for saving oxygen. The second goal of this thesis was to study the possible links between blue-eyed shag sexual dimorphism (smaller females) and the ecology. An important sexual segregation was found (females diving to a shallower depth compared to males and catching smaller fish), probably related to the sexual dimorphism. The intensity of the sexual dimorphism varied from one colony to the next and increased locally when the difference in mean dive depth between the sexes increased. This plasticity of the sexual dimorphism could help the species to adjust to the distribution of resource, while reducing intraspecific competition

Le changement climatique et les bouleversements qu’il implique en Arctique ont véritablement renouvelé l’intérêt pour cet espace. Celui-ci soulève des enjeux de différentes échelles (aussi bien régionale que globale), mais aussi de différentes natures (économiques, politiques, sociales, environnementales), qui constituent autant de problématiques juridiques et interrogent la pertinence du droit applicable. Cependant, et c’est là l’enjeu juridique principal de ce sujet : le cadre juridique existant fait preuve d’une grande complexité, dont la cohérence et la pertinence vis-à-vis de la région ont été largement remises en cause. Mais à ce mal unique – la complexité – les auteurs ne semblent pas s’accorder sur les solutions à adopter. Ces divergences soulignent l’intérêt de déterminer si le cadre juridique applicable à l’océan Arctique peut être consi-déré comme « adéquat » dans le sens où il permettrait une gestion répondant aux critères d’un système juridique satisfaisant. Du point de vue de la méthode, l’étude demandait de mettre de l’ordre dans le désordre apparent. A cette fin, la systématisation, à travers la réalisation d’un tableau synoptique analysant l’ensemble des normes de droit international applicables à la région, a été nécessaire. En conclusion, en dépit de sa diversité, le cadre juridique peut néanmoins être considéré comme satisfai-sant du point de vue substantiel (complétude) et formel (cohérence). Au-delà de la simple cohérence, la construc-tion actuelle d’un droit de l’Arctique amène à identifier un processus d’ordonnancement au niveau régional, appa-rentant de plus en plus cet encadrement à un véritable « système juridique ». Cette régionalisation est juridiquement indispensable, mais il faut néanmoins admettre qu’elle ne permet pas d’assurer l’action mondiale qui demeure indispensable face au problème global du changement climatique. Si elle constitue une étape probablement néces-saire, elle représente surtout une étape supplémentaire à cette mise en oeuvre généralisée et renforce dès lors la fragmentation du droit international, et donc sa complexité
Climate change and the disruption it implies in the Arctic have really renewed the interest in this space. This raises issues of different scales (both regional and global), but also of different natures (economic, political, social, environmental), which constitute as many legal issues and question the relevance of the applicable law. However, and this is the main legal issue here: the existing legal framework is extremely complex, whose consistency and relevance concerning the region have been widely questioned. But to this unique problem - com-plexity - the authors do not seem to agree on the solutions to adopt. These differences underline the interest to determine whether the legal framework for the Arctic Ocean can be considered as "adequate" in the sense that it would enable a management that meets the criteria of a satisfying legal system. Regarding the method, the study demanded to put the apparent disorder in order. To this end, systematization was necessary; it was done through the creation of a synoptic table analyzing all the standards of international law applicable to the region,. In conclusion, despite its diversity, the legal framework can nevertheless be considered satisfactory from a substantive (completeness) and formal (coherence) point of view. Beyond simple coherence, the current cons-truction of an Arctic law leads to the identification of an scheduling process at the regional level, this framework resembling more and more a real "legal system". This regionalisation is legally essential. Nevertheless, it must be recognized that it does not ensure the worldwide action which remains essential in the face of the global problem that is climate change. If it constitutes a probably necessary step, it represents above all an additional step in this generalized implementation and therefore reinforces the fragmentation of international law, and its complexity

Les tourbillons de méso-échelle jouent un rôle essentiel dans la dynamique océanique et particulièrement dans l'océan Austral. Dans cette thèse nous explorons le rôle des tourbillons de méso-échelle dans l'estimation du puits océanique de CO2 anthropique grâce à une approche multi-traceurs et multi-résolutions. Nos analyses montrent que les tourbillons résolus réduisent sensiblement les flux air-mer du CO2 anthropique permettant ainsi un meilleur accord avec les observations. Les mécanismes de l’action des tourbillons sur les flux air-mer des traceurs sont identifiés. L'augmentation de la résolution horizontale affecte également la pénétration verticale des traceurs dans l'océan Austral, et particulièrement la ventilation des couches intermédiaires. Les tourbillons induisent également une modification substantielle de la distribution spatiale des régions source des Eaux Antarctiques Intermédiaires. Enfin, l'efficacité de la paramétrisation de Gent & McWilliams (1990) à représenter les effets des tourbillons dans les simulations de traceurs est évaluée.

Face à la perte massive de la biodiversité, il devient urgent d'accroître nos connaissances sur les populations afin de pouvoir mettre en place rapidement des mesures de conservation efficaces. Les oiseaux marins figurent parmi les plus menacées et méconnues des espèces d'oiseaux. Nombre de leurs espèces nichent sur des territoires isolés, en terriers ou dans des zones inaccessibles pour l'homme. Les méthodes de prospection traditionnelles sont majoritairement utilisées pour le suivi des populations d'oiseaux marins, mais leur efficacité reste incertaine. Par ailleurs, les nouveaux outils d'acquisition de données et d'analyses proposent de nouvelles perspectives mais restent trop peu éprouvés.Cette thèse propose, dans le contexte de la Réserve naturelle nationale des Terres australes françaises, d'explorer l'efficacité des méthodes traditionnelles pour l'estimation des populations de deux espèces à nidification côtière, de tester la bioacoustique comme nouvelle méthode d'estimation des oiseaux marins à nidification hypogée, et d'utiliser des données de comptage et de suivi démographique d'une population en déclin pour tester l'efficacité de la mise en place de mesures de conservation.Les méthodes de prospection traditionnelles sont les plus robustes et peuvent être utilisées efficacement pour l'estimation et le suivi des populations d'oiseaux marins. Ces méthodes peuvent être complétées par l'utilisation des nouvelles technologies, notamment la bioacoustique pour les prospections des espèces à nidification hypogée. La combinaison des méthodes et la compréhension solide de la biologie et de l'écologie des espèces permettra de les conserver efficacement sur le long-terme
Facing the massive loss of biodiversity, it is crucial to increase our knowledge about populations in order to rapidly implement effective conservation measures. Seabirds are among the most threatened and little-known of all bird species. Many of their species nest in isolated territories, in burrows or in areas inaccessible to man. Traditional survey methods are mainly used to monitor seabird populations, but their effectiveness remains uncertain. In addition, new data acquisition and analysis tools offer new perspectives, but remain too untested.This thesis proposes, in the context of the Réserve naturelle nationale des Terres australes françaises, to explore the effectiveness of traditional methods for estimating the populations of two coastal-nesting species, to test bioacoustics as a new method for estimating burrowing seabirds populations, and to use count and demographic monitoring data from a declining population to test the effectiveness of implementing conservation measures.Traditional survey methods are the most robust and can be used effectively to estimate and monitor seabird populations. These methods can be supplemented by the use of new technologies, in particular bioacoustics for surveys of hypogean nesting species. The combination of these methods and a sound understanding of the biology and ecology of the species will enable them to be conserved effectively over the long term

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

Les océans se couvrent progressivement, depuis la fin des années 2000, de dispositifs de protection de la biodiversité marine : les aires marines protégées (AMP). Les États se sont lancés à la conquête de cette ultime frontière et ont commencé à mettre en place des AMP dans leurs eaux territoriales et leur zone économique exclusive. On observe ainsi l’ouverture d’un front écologique maritime global sous l’impulsion d’un groupe d’acteur∙rices – les écoconquérant∙es – prônant le remplacement d’un mode d’exploitation non-durable des océans par des modalités plus respectueuses de l’environnement. Cette thèse s’intéresse à la France, mise en regard avec l’Afrique du Sud. L’originalité de l’analyse réside, d’une part, dans la comparaison entre ces deux États, et d’autre part, dans une approche de la politique française vue depuis ses outre-mer, territoires socio-économiquement et politiquement marginaux. Le travail prend appui sur plusieurs études de cas : d’une part dans l’océan Indien, à Mayotte (Parc naturel marin de Mayotte [PNMM] et Réserve naturelle nationale [RNN] de l’îlot M’bouzi) et à la Réunion (Réserve naturelle marine de La Réunion [RNMR]), d’autre part en Afrique du Sud, à la Table Mountain National Park Marine Protected Area (TMNP MPA) autour de la Péninsule du Cap et dans l’iSimangaliso Wetland Park (iSWP) au KwaZulu Natal. Ces terrains ont été complétés par une analyse des cas du Parc naturel marin des Glorieuses (PNMG) et de la Réserve naturelle nationale des Terres australes françaises (RNN TAF). La thèse documente la manière dont s’est ouvert et se pérennise le front écologique maritime à différentes échelles et le rôle joué par la mobilisation des administrations, des ONG et des scientifiques. Il met en avant l’originalité des merritorialités, les orientations politiques choisies par les deux États et les formes de développement des fronts écologiques maritimes nationaux. Des résistances nées du terrain résulte un front écologique maritime « en pointillés » formé de merritoires de la conservation réduits, mouvants, instables et reposant sur une environnementalité incomplète et dissonante. L’analyse met en évidence l’importance de l’histoire postcoloniale des territoires étudiés dans la manière dont les politiques nationales ont été négociées par les acteur∙rices locaux∙ales – les écocréateur∙rices – pour produire des politiques hybrides et former des merritoires de la conservation concurrents et originaux
Since the end of the 2000s, measures to protect marine biodiversity have been progressively implemented in the oceans leading to the creation of marine protected areas (MPAs). States have started to take on this final frontier and began to set up MPAs in their territorial waters and exclusive economic zones. A global maritime ecofrontier has opened up under the impetus of a group of stakeholders - the eco-conquerors - who are advocating the replacement of unsustainable ocean exploitation methods with more environmentally friendly ones. This thesis focuses on France, compared with South Africa. The originality of the analysis lies, on the one hand, in the comparison between these two States, and on the other hand, in an approach of the French policy as seen from the perspective of its overseas territories, considered as socio-economically and politically marginal. The work is based on several case studies: first, carried out in the Indian Ocean, in Mayotte (Mayotte Marine Natural Park [PNMM] and National Nature Reserve [RNN] of the M'bouzi islet) and in Reunion Island (Reunion Island Marine Nature Reserve [RNMR]), and second, in South Africa, in the Table Mountain National Park Marine Protected Area (TMNP MPA) around the Cape Peninsula and in the iSimangaliso Wetland Park (iSWP) in KwaZulu Natal. These areas were complemented by an analysis of the Glorieuses Marine Natural Park (PNMG) and the French Southern Lands National Nature Reserve (RNN TAF). The thesis documents the way in which the maritime ecological front has opened up and has become sustainable at different scales and the role played by administrations, NGOs and scientist’s mobilisation. It highlights the originality of the merritorialities, the political orientations chosen by the two States and the forms of national maritime ecofrontier development. A resistance movement born from the field has led to a "dotted line" maritime ecological front made up of reduced, shifting, unstable conservation merritories based on an incomplete and dissonant governmentality. The analysis highlights the importance of the postcolonial history of the studied territories in the way national policies have been negotiated by local actors - the eco-creators – in order to produce hybrid policies and to give birth to original competing conservation merritories

Malgré leur distance de la pression industrielle, les milieux marins austraux et antarctiques sont contaminés par des polluants globaux, tels que le mercure (Hg), par le transport atmosphérique et les courants océaniques. Jusqu'à présent, les voies de contamination du Hg dans l'Océan Austral restent peu connues, en particulier dans le secteur Indien, et de nouvelles études sont nécessaires pour élucider son devenir et son impact dans ces régions. Les oiseaux marins, en tant que prédateurs supérieurs des chaînes alimentaires marines, sont exposés à des concentrations élevées de méthylmercure (MeHg) via leur régime alimentaire. De plus, ils présentent des habitats de prédation contrastés dans les différents compartiments marins (en termes spatiaux et de profondeur). Par conséquent, ils sont considérés comme des bioindicateurs efficaces de la contamination par Hg et la bonne connaissance de leurs caractéristiques écologiques permet leur application comme traceurs du Hg dans des environnements éloignés, qui sont autrement difficiles à échantillonner. L'objectif principal de ce travail de doctorat est la caractérisation des voies d'exposition de MeHg accumulé par les oiseaux marins et l'identification des processus impliqués dans le cycle biogéochimique du Hg dans l'Océan Austral (des eaux antarctiques aux eaux subtropicales). L'approche méthodologique proposée consiste à combiner la composition isotopique du Hg et la spéciation du Hg dans les tissus d’espèces d’oiseaux marins de l'Océan Austral choisis précisément. Dans une première étape, une évaluation des signatures isotopiques de Hg spécifique de chaque tissu a été réalisée, notamment dans le sang et les plumes, car ceux-ci peuvent être échantillonnés de manière non létale. Chez les poussins, les deux tissus peuvent être utilisés efficacement et indifféremment comme bioindicateurs de la contamination locale en utilisant des isotopes du Hg, alors que chez les adultes, chaque tissu donne accès à une exposition temporelle différente : le sang à l'échelle récente (c'est-à-dire l'exposition pendant la période de reproduction) et les plumes à l'échelle annuelle, fournissant ainsi des informations isotopiques complémentaires aux différentes étapes du cycle annuel des oiseaux. Une deuxième partie a été axée sur l'exploration des sources de MeHg dans quatre espèces de manchots d’une même zone subantarctique, les îles de Crozet. Les populations ont été discriminées par leurs signatures isotopiques du Hg en fonction de leurs habitats de prédation et leurs mouvements latitudinaux, qui se trouvent être les facteurs principaux déterminant leur exposition à différentes sources de MeHg. Dans une troisième partie, les isotopes du Hg ont été étudiés dans deux modèles d'oiseaux (poussins de labbes et manchots adultes) sur une grande échelle latitudinale de l'Antarctique à la zone subtropicale. Les variations latitudinales des valeurs isotopiques du Hg (δ202Hg, Δ199Hg) semblent être influencées par une différente amplitude des processus photochimiques et d'autres voies biogéochimiques telles que la réduction du Hg, et les processus de méthylation / déméthylation, ainsi que les processus trophiques ou métaboliques
Despite their distance from industrial pressure, marine southern and Antarctic environments are contaminated by worldwide distributed pollutants, such as mercury (Hg), through atmospheric transport and oceanic currents. So far, Hg contamination pathways in the Southern Ocean remains poorly understood, particularly in the Indian sector, and new studies are required to elucidate its fate and impact in these regions. Seabirds, as top predators of marine food webs, are exposed to elevated concentrations of biomagnified methylmercury (MeHg) via dietary intake and moreover, they forage in the different marine compartments both in spatial and depth terms. Therefore, they are considered as effective bioindicators of Hg environmental contamination and the good knowledge of their ecological characteristics permits their application for tracing Hg in such remote environments otherwise of difficult access. The main objective of this doctoral work is the characterization of the exposure pathways of the MeHg accumulated in model seabirds and the identification of the processes involved in the Hg biogeochemical cycle in the Southern Ocean (from Antarctic to subtropical waters). The proposed methodological approach consisted on the combination of Hg isotopic composition and Hg speciation in tissues of a precise selection of seabirds of the Southern Ocean. In a first step, the evaluation of tissue-specific Hg isotopic signatures was accomplished notably in blood and feathers, as they can be non-lethally sampled. In chicks, both tissues can be effectively and indifferently used for biomonitoring of local contamination using Hg isotopes, whereas in adults each tissue provides access to different temporal exposure : blood at recent scale (i.e. exposure during the breeding period) and feathers at annual scale, thus providing complementary isotopic information at the different stages of seabird annual cycle. A second part was focused on the exploration of MeHg sources in four penguin species within a same subantarctic location, the Crozet Islands. Hg isotopes effectively discriminated the four populations and species-specific foraging habitats and latitudinal movements were found the main factors determining their exposure to distinct environmental MeHg sources. In a third part, Hg isotopes were investigated in two ubiquitous seabird models (skua chicks and penguins) over a large a latitudinal scale from Antarctica to the subtropics. Latitudinal variations of Hg isotopic values (δ202Hg, Δ199Hg) appeared to be influenced by different extent of photochemical processes and other biogeochemical pathways such as Hg reduction, and methylation/demethylation processes, as well as trophic or metabolic processes

Les nombreuses menaces qui pèsent sur le milieu marin et les preuves d’une perte de biodiversité globale au cours des dernières décennies ont rendu indispensable la mise en place de mesures de conservation dans les années à venir. Au sein des Terres Australes et Antarctiques Françaises (TAAFs) en particulier, qui offrent une biodiversité exceptionnelle et sont le cadre d’activités anthropiques intensives à travers les grandes pêcheries industrielles, la délimitation d’Aires Marines Protégées (AMP) serait extrêmement bénéfique pour la conservation du milieu. Pour définir les zones d’importance pour la biodiversité, qui représenteraient de bonnes candidates pour un statut d’AMP, l’utilisation des données de distribution de prédateurs supérieurs apparait idéale. En effet, leur position dans le réseau trophique en fait de bons intégrateurs des niveaux inférieurs, et de plus, ils sont facilement observables lors des campagnes d’observations et offrent des facilités pour l’équipement de dispositifs télémétriques puisqu’ils reviennent régulièrement à terre pendant la période de reproduction. Grâce à l’analyse spatiale des données de distribution obtenues pour un grand nombre de prédateurs supérieurs au sein d’écosystèmes subantarctiques aussi bien qu’en milieu tropical et grâce au développement de modèles d’habitat, nous avons ici déterminé des ‘hotspots’ de biodiversité pour les prédateurs supérieurs des TAAFs. Ces travaux pourraient ainsi servir de base aux propositions de limites pour de potentielles futures AMPs
The numerous threats that marine environment face, coupled with the evidence for a global biodiversity loss during last decades have lead to an increasing need for setting up conservation measures. Particularly, delimiting Marine Protected Areas (MPAs) within the French Southern Territories, which are home to an exceptional biodiversity and extensive human activities through industrial fisheries, would be extremely beneficial for species conservation. In order to identify areas of ecological significance for biodiversity, which could be good MPA candidates, the use of distribution data from top marine predators seems to be ideal. Thanks to their high position in trophic network, they are likely to integrate lowers trophic level species distribution. Moreover, they are easy to observe trough at-sea observation campaigns, and easy to equip with telemetric devices thank to their central place foraging that lead them to return regularly to their colony during breeding season. Here, we analyse distribution data and develop habitat models from several top predators species in both subantarctic and tropical regions to highlight biodiversity hotspots within the French Southern Territories. This work could thus be use as a basis to define potential boundaries for a future MPA

Le stade juvénile chez les animaux demeure souvent une période mystérieuse aux yeux des scientifiques. La survie juvénile est pourtant un facteur déterminant du futur des populations. Les animaux juvéniles sont connus pour leur mortalité importante durant les premiers mois après l’indépendance et leur taux de survie augmente avec l’âge. La théorie suppose d’une part que les juvéniles ont des capacités de survie moindres que celles des adultes. Ils seraient peu efficaces dans leur recherche de nourriture et auraient besoin d’une période d’apprentissage pour être capables de supporter les couts associés à la reproduction. De plus, des facteurs proximaux telles que les fluctuations environnementales et la compétition affectent également la survie des juvéniles. Des études sur les oiseaux terrestres, ont permis d’obtenir de nombreuses informations grâce à la possibilité de faire des observations directes et récemment des études télémétriques. Cependant collecter des données en milieu marin s’avère compliqué, en particulier lorsque l’on s’intéresse aux juvéniles. Les oiseaux marins longévifs ont en commun la longue durée de leur période d’immaturité (jusqu’à plus de 10 ans). Les jeunes, à l’indépendance, se dispersent seuls en mer durant plusieurs années, ne revenant à terre que pour se reproduire une fois adulte. Ainsi, les suivre durant leurs premiers mois afin de comprendre leurs comportements et leur écologie alimentaire constitue un véritable défi. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’élucider au moins en partie le mystère de la vie juvénile des oiseaux marins. Grâce à des technologies bio-télémétriques nous avons pu suivre par satellite un large panel de juvéniles de neuf espèces proches d’albatros et pétrels (procellariiformes) se reproduisant dans les Terres Australes et Antarctiques Françaises de l’Océan Austral : les îles Crozet, Kerguelen et Amsterdam. Les trajectoires ont été analysées grâce à différentes méthodes statistiques permettant de décrire les mouvements, le comportement alimentaire et les répartitions spatiales des jeunes après leur envol, le tout en lien avec les conditions environnementales. Les résultats obtenus sont discutés à la lumière de la comparaison avec les adultes des mêmes espèces. Grâce à ce jeu de données j’ai étudié les stratégies de dispersion des jeunes inexpérimentés qui quittent le nid. J’ai montré que ces stratégies ainsi que la proportion d’inné les contrôlant sont très variables selon les espèces et suivent ou non celles des parents selon les espèces. Le taux de variabilité dans les stratégies juvéniles peut refléter leur potentielle plasticité et leur capacité à répondre à des changements de l’environnement et in fine affecter la dynamique des populations. Par ailleurs, l’analyse de trajectoires de juvéniles de grand albatros a révélé qu’en plus de leurs capacités innées ils apprennent très rapidement les compétences de base requises pour survivre en mer puis optimiser leur recherche alimentaire. Cependant des différences perdurent par rapport aux adultes, suggérant que d’autres comportements non-observables (via nos données) nécessitent une période d’apprentissage plus longue. Enfin, quelle que soit la stratégie adoptée, elle semble en partie contrainte par la compétition intraspécifique avec les individus plus âgés puisque les juvéniles limitent celle-ci via une ségrégation spatiale. Ce dernier point souligne le besoin de prendre en compte la répartition spatio-temporelle âge-dépendante des espèces lorsque l’on veut mettre en œuvre des mesures de protection pour ces espèces. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur plusieurs des aspects majeurs de l’écologie en mer d’individus inexpérimentés cherchant leur nourriture seuls dans un environnement hautement imprévisible. Nous apprenons ici comment de l’instinct et de l’expérience découlent des stratégies de vie juvéniles qui permettent aux oiseaux de survivre dans un environnement inconnu
The juvenile stage of animals is often much of a mystery to scientists. Moreover, juvenile survival is known to be a strong determinant for the future of a population. Indeed, juvenile animals are known to face high mortality during the first months after independence, with survival rates improving with age. One ultimate hypothesis implies that juveniles have a lower survival rate than adults because of their lack of experience. Thus they are initially poor foragers and require a learning period (immaturity) to improve their efficiency before being able to bear breeding and its associated energetic costs. Proximal factors also influence juvenile survival, such as environmental fluctuations and competition. Studies on terrestrial animals have provided useful information thanks to the possibility of direct observation and, recently, bio-logging technologies. However, collecting data in the marine environment is more difficult, particularly when juveniles are concerned. Long-lived marine species such as seabirds have an extensive immature period extending from a few years up to more than ten years. The offspring of these species will usually leave their natal site and disperse at sea for several years before returning to breed on land, most of the time at their place of birth. This makes it difficult to obtain direct observations, and so documenting their first journey at sea to learn more about their behavioural and foraging ecology is a challenge. In this context, this PhD aims to unravel at least part of the mystery of juvenile seabirds’ early life by investigating the first months at sea of newly fledged individuals from several long-lived species of procellariiformes. Using state of the art advancements in biotelemetry, I was able to follow, at sea, by satellite a large set of juveniles from nine closely related species of albatross and petrel breeding in the French Southern Territories of the Southern Ocean : Crozet, Kerguelen and Amsterdam Islands. Some of these species had never been tracked before. Trajectories were analysed using various new statistical methods that allowed movement strategies, alongside foraging behaviour and spatial distributions, to be described, all in tight link with environmental conditions. The findings were discussed in the light of a comparison with adults of the same species. Using this huge dataset I first examined the dispersal strategies of young birds that had left their nest and were totally independent from their parents. I showed that the strategies, as well as the amount of innate information controlling them are highly variable depending on species. Their movements take them in various habitats following or not the parental strategies. The amount of variability in juvenile strategies is linked to potential plasticity when facing environmental changes. These parameters are related to the history life trait of species, and might affect demography and population dynamics. In addition, by analysing juvenile wandering albatross tracks I showed that although they quickly learn the basics of flight and foraging optimization required to survive at sea, behavioural differences with adults persist in time, suggesting that non-observable behaviours need a longer period of learning and memorisation. Finally, whatever the strategy adopted, it seems to be driven in part by intraspecific competition since juveniles mitigate competition with older birds by segregating spatially. This last point highlights the crucial need of acknowledging age-related distribution when making management decisions to protect seabird populations. This work provides new insights about several major aspects of the at-sea ecology of naïve individuals foraging alone in a highly unpredictable environment. We learn here how instinct followed by experience shape specific early life strategies that allow young birds to deal with environmental conditions and interspecific competition so as to be able to survive

Grâce à ses capacités dispersives et adaptatives, la truite commune (Salmo trutta L.), poisson anadrome facultatif, est un bon candidat à la colonisation de nouveaux milieux. L'introduction de l'espèce dans les années 1950 dans les îles subantarctiques de Kerguelen fournit un modèle d'étude unique pour comprendre les causes et les mécanismes de la dispersion, grâce à l'étude des traits d'histoire de vie en lien avec la migration (e.g. croissance, âge à la migration). L'étude de leur évolution temporelle le long d'un front de colonisation est le cœur de ce travail de thèse. A travers l’étude des écailles recueillies dans le cadre de ce programme à long terme, les histoires de vie de près de 5000 poissons ont été reconstruites. Ce travail démontre l’importance de la méthodologie utilisée afin de reconstruire les traits de vie individuel. La modélisation de l’évolution de la croissance en eau douce, de la taille à l’âge et de l’âge à la première migration démontre que des processus évolutifs sont en œuvre dans les populations en expansion. Notamment, le ralentissement de la croissance avec le temps ainsi que la diminution de la taille à l’âge le long du front de colonisation laissent à penser que la capacité de dispersion diminue à mesure que les populations sont en marges de la zone d’expansion. L’évolution de la valeur seuil à la première migration confirme ce résultat, et illustre l’importance de la plasticité phénotypique et de l’adaptation locale dans le choix de la tactique migratoire. Toutefois, l’approche menée dans ce manuscrit se concentre sur l’évolution de la migration, et bénéficierait de l’étude de l’évolution conjointe des traits impliqués dans la valeur sélective (balance coûts-bénéfices), tels que la reproduction, ou la croissance en mer
It is an ongoing issue to better understand colonization process, adaptation potential to new environments, and invasiveness of a species. The sub Antarctic Kerguelen Islands are a perfect model to model population dynamics in an invasion context, because it represents a simplified case of invasion by brown trout (Salmo trutta L.), a facultative anadromous fish. Introduced in the 1950s, and thanks to its dispersive and adaptive capacities, the brown trout provides a unique study model for understanding the causes and mechanisms underlying biological invasions. Understanding dispersal mechanisms, through the study of life history traits related to migration (e.g. growth, age at migration) and their temporal evolution in shifting expansion range population, is the core of this thesis work. Through the study of scales collected in this unique framework, the life histories of nearly 5000 fish have been rebuilt. This work demonstrates the importance of the methodology to determine accurate estimates of individual life history traits. Modelling the evolution of freshwater growth, body size at age and age at first migration demonstrates that evolutionary processes are at work according to the time since colonization. In particular, the decrease in growth rate over time and the decrease in body size at age over time and space suggest that the dispersal capacity is decreasing in populations located at the margins. The evolution of the threshold size at first migration confirms this results, and illustrates the importance of phenotypic plasticity and local adaptation in the choice of migratory tactics. However, the approach taken in this manuscript focuses on the evolution of migration, and would benefit from the study of the joint evolution of traits involved in fitness (costs-benefits balance), such as reproduction, or growth at sea

La période juvénile d’espèces longévives demeure peu connue malgré son importance pour la démographie et la conservation des populations. L’objectif de cette thèse a été d’étudier le comportement de dispersion et de nourrissage de 52 juvéniles de trois espèces de prédateurs marins plongeurs des Terres Australes et Antarctiques Françaises (les manchots royaux, les manchots empereurs et les éléphants de mer du Sud) pendant quasiment 1 an après leur indépendance. L’approche a été basée sur l’utilisation de balises retransmettant en direct la localisation et des données de plongée. Les juvéniles de ces trois espèces présentèrent des dispersions sur de très grandes distances dans l’Océan Austral, avec au départ des composantes d‘orientation semblant en partie innées. Le rôle des courants océaniques et des zones frontales est apparu important. Les juvéniles montrèrent aussi une ségrégation spatiale prononcée avec les adultes. Les juvéniles présentèrent d‘impressionnantes capacités de plongée seulement quelques jours après leur départ. Cependant, si leurs capacités de plongée et d‘acquisition de nourriture augmentèrent progressivement avec le temps, elles n‘atteignirent jamais totalement les capacités des adultes. Certains juvéniles ne parvinrent pas à augmenter ces capacités alors que leur environnement devint moins favorable et apparemment décédèrent en mer, vraisemblablement par inanition. La première année en mer apparait alors comme une phase critique puisqu'une mortalité apparente fut observée pour chaque espèce. Cette thèse apporte des éléments de compréhension nouveaux sur l’ontogenèse de la dispersion et de la recherche alimentaire des prédateurs marins plongeurs
The juvenile phase of long lived-species is poorly understood despite its critical importance for the future of animal populations. Thanks to new bio-technologies, in this thesis we managed to monitor the ontogeny of foraging behaviour in 52 juveniles from 3 deep-diving marine predator species (king penguins, emperor penguins and southern elephant seals) in the French Southern territories over the first year after their independence. The juveniles of these 3 species showed a very large dispersion range over huge distances in the Southern Ocean. Their dispersion was characterized at departure by partially innate behaviour in their orientation preferences. Juveniles showed a strong dependency to the local oceanic currents orientation and frontal zones. More, they showed a spatial segregation with adults. Juveniles were quickly able to dive very deep. Their diving and foraging skills increased progressively with time. However, juveniles never completely reached the efficiency of adults, even after one year at sea. Some juveniles did not manage to increase their foraging skills while their environment became less productive; these juveniles may have died at sea, probably because of starvation. The first year at sea appears thus to be critical for the 3 studied species, as substantial mortality occurred in each case. This thesis presents new information about the ontogeny of dispersion and the foraging behaviour in marine deep-diving predators