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Ce manuscrit d’Habilitation à Diriger des Recherches présente une mise en perspective épistémologique et méthodologique de l’utilisation des nucléides cosmogéniques en Sciences de la Terre, le bilan de mon activité scientifique depuis 2002, ainsi que mes projets scientifiques futurs. Il est découpé en 4 chapitres :Chapitre 1 - Introduction : parcours scientifique et CV Chapitre 2 - Les nucléides cosmogéniques : éléments épistémologiques et techniquesCette partie présente 120 ans des progrès scientifiques sur la description des particules cosmiques, les nucléides cosmogéniques et la manière de les utiliser en sciences de la Terre. J’y présente aussi les méthodes actuelles les plus établies pour utiliser les nucléides cosmogéniques en géomorphologie. Chapitre 3 - Résumé de mes travaux de recherche.Mon activité de recherche, polyvalente et pluridisciplinaire, a consisté à développer et utiliser les nucléides cosmogéniques pour résoudre des questions scientifiques en paléoclimatologie et géomorphologie et ainsi améliorer notre connaissance des interactions entre les enveloppes superficielles fluides (atmosphère, cryosphère, hydrosphère) et la Terre solide. Les résultats les plus importants de mon activité de recherche se résument ainsi : •Amélioration significative de la précision des géochronomètres cosmogéniques par le développement des techniques d’analyses de l’3He et du 10Be, la calibration des taux de production en haute altitude, et la mise au point d’un nouveau paléoaltimètre basé sur les nucléides cosmogéniques. •Mise au point des calculateurs en ligne CREp - pour le calcul des âges d’exposition : http://crep.crpg.cnrs-nancy.fr/ - et BASINGA pour le calcul des taux d’érosion. •En couplant une méthode originale associant datation par les nucléides cosmogéniques et modélisation numérique, nous avons caractérisé le retrait des glaciers tropicaux depuis le dernier maximum glaciaire, il y a 20 000 ans. Nos résultats mettent évidence l’amplification altitudinale du refroidissement au Dernier Maximum Glaciaire dans certaines régions (Hawaii), mais aussi permettent de comprendre le rôle des précipitations sur les fluctuations glaciaires, qui se superposent aux variations de températures (Andes Tropicales). •En développant l’analyse des nucléides cosmogéniques dans les séries sédimentaires (Tianshan, Himalaya, Méditerranée), nous avons montré que les fluctuations climatiques n’ont eu qu’un impact limité sur l’érosion, que ce soit au cours du refroidissement Pléistocène, mais aussi lors des fluctuations des cycles glaciaires-interglaciaires du Quaternaire.Chapitre 4 - Projets de recherches pour la période 2021-2025

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Polar ice has proved to be a very valuable way to access Earth’s volcanism history, and a large number of volcanic reconstructions are based on ice-core analysis. Reconstructions are fed into climate forcing models in order to estimate volcanic cooling effect, resulting from the interactions between volcanic sulfuric acid aerosols and incident solar radiations. In this type of reconstruction, determining the potential impact of an eruption is a key step. It usually relies on the identification of its signal in both polar caps (bipolar signal). This wide spatial distribution indeed reflects a significant residence time in the stratosphere, and thus a sizable impact on climate. However, ice cores offer an interesting alternative to this method: the analysis of volcanic sulfates reveals a mass independent fractionation of sulfur (S-MIF) in the aerosols formed in the stratosphere, allowing us to discriminate between low climatic impact (tropospheric) and high climatic impact eruptions (stratospheric). Studying the unusual isotopic signature of stratospheric aerosols simultaneously allows for constraining photochemical mechanisms responsible for this anomaly (Δ33S ≠ 0), which are currently only partially identified. In 2010-2011, 5 100m-cores were drilled at Dome C, Antarctica in order to reconstruct a history of stratospheric volcanic over the past 2500 years, by the isotopic method. Drilling 5 replicate cores, 1 m apart, allowed us to study various aspects of the reconstruction.Firstly, we were able to assess the sulfate deposition variability on a local scale, and therefore the statistical representativeness of a single core in a volcanic reconstruction. Sulfate concentration analysis of the 5 cores reveals that local scale variability, essentially attributed to snow drift and surface roughness at Dome C, can lead to a non-exhaustive record of volcanic events if a single core is used; on average 30% of the volcanic events are missing per core, and the uncertainty on the volcanic flux (up to 60%) is substantial.Secondly, our detailed analysis (temporal resolution of each eruption) has allowed us to more accurately describe the stratospheric S-MIF signature. Implications on current atmospheric chemistry are evaluated through the set of trends obtained in our samples. We used a simple model implemented with fractionation factors available in the literature to account for the isotopic pattern observed on volcanic sulfate deposition. Through this tool, we evaluated the respective proportions of the different mechanisms assumed to take part in the oxidation process (mass dependent vs. mass independent processes, self-shielding vs. spectral isotopic effect) needed to reproduce natural data, in the current state of experimental knowledge.Finally, the systematic analysis of the isotopic composition (Δ33S) in volcanic events has allowed us to establish a history of the stratospheric volcanism recorded in Dome C in the last 2600 years. Through the isotopic method, in most cases we confirmed the tropical origin of volcanic events as reported in the literature. Discrepancies hinted at high latitude stratospheric events, but the synchronization between North and South Pole records recently established is not questioned. The results also validate the use of the isotopic method to identify stratospheric eruptions in a glacial record., La glace polaire est sans nul doute la meilleure archive dont nous disposons en terme de paléo volcanisme. Les reconstructions du volcanisme passé se basant sur l’analyse des carottes de glace sont nombreuses. Elles alimentent notamment les modèles de forçage climatique, dans le but d’estimer l’effet refroidissant du volcanisme, dû aux interactions entre aérosols d’acide sulfuriques d’origine volcanique, et le rayonnement solaire incident. Dans ce type de reconstruction, l’un des paramètres-clés pour déterminer l’impact potentiel d’une éruption, est l’identification de son signal sur les deux calottes polaires (signal bipolaire). Cette large répartition spatiale traduit en effet un temps de résidence significatif dans la stratosphère, et donc, un impact climatique important. Les carottes de glace offrent pourtant une alternative intéressante à cette méthode : l’analyse du soufre des sulfates volcaniques révèle la présence d’anomalies isotopiques (Δ33S ≠ 0) dans les aérosols d’origine stratosphérique, permettant la discrimination entre éruptions de faible impact (troposphériques) et éruptions de fort impact (stratosphériques). L’étude de la signature isotopique atypique des aérosols stratosphériques permet en parallèle de contraindre les mécanismes photochimiques à l’origine de cette anomalie, qui ne sont que partiellement identifiés à ce jour. En 2010-2011, 5 carottes de névé de 100m de long ont été collectées à Dôme C, Antarctique, dans le but de reconstruire une histoire du volcanisme stratosphérique des 2500 dernières années, par la méthode isotopique. Le forage de 5 carottes identiques, à 1 m les unes des autres, nous a permis d’étudier différents aspects de la reconstruction.Premièrement, nous avons pu évaluer la variabilité du dépôt de sulfate à l’échelle locale, et donc, la représentativité statistique d’une seule carotte vis à vis d’une reconstruction volcanique. L’analyse des concentrations de sulfate révèle qu’une importante variabilité locale, associée principalement au déplacement de la neige par le vent, pouvait entraîner un enregistrement non exhaustif des évènements volcaniques (en moyenne 30% d’évènements manquants, par carotte) et une variabilité conséquente du flux archivé (jusqu’à 60%).En second lieu, le niveau de détail de nos analyses (résolution temporelle de chaque éruption) nous a permis de décrire plus précisément la signature des processus indépendants de la masse à l’œuvre dans la stratosphère. Les résultats obtenus ne permettent pas de clore le débat concernant le mécanisme photochimique à l’origine de l’anomalie, mais ils contraignent la signature stratosphérique de façon robuste, notamment en définissant les tendances isotopiques (Δ36S vs. Δ33S et Δ33S vs. δ34S). Les implications de ces contraintes sur la chimie atmosphérique actuelle sont discutées à travers l’utilisation d’un modèle simple ; nous évaluons les paramètres requis, en particulier les proportions des différentes voies d’oxydation stratosphériques (dépendantes et indépendantes de la masse), pour reproduire nos résultats.Enfin, l’analyse systématique de la composition isotopique (Δ33S) des évènements volcaniques nous a permis d’établir un historique du volcanisme stratosphérique enregistré à Dôme C au cours des 2600 dernières années. Nos résultats confirment majoritairement l’origine tropicale (stratosphérique) des évènements identifiés comme tels dans la littérature, et suggèrent le caractère stratosphérique (unipolaire) de quelques éruptions de haute latitude. Les résultats ne remettent pas en question la synchronisation des enregistrements bipolaires récemment établis, et valident l’utilisation de la méthode isotopique pour l’identification des éruptions stratosphériques dans un enregistrement glaciaire.

Due to their unique architecture and the exceptional dimensions of the largest monument in the group, the Arles-Fontvieille hypogea are among the most remarkable megalithic monuments in Europe and the western Mediterranean region. A collective research program was launched in 2013 to study these well-known monuments which have, paradoxically, been the subject of relatively few field studies since the 19th century. The research program consisted of an inventory and analysis of the grave goods and associated artefacts, as well as a number of field studies providing an improved archaeological context of a megalithic group too often thought of only in terms of funerary monuments. Various traces of habitations, natural caves and unknown monoliths have been discovered in the context of these studies. An architectural study of the Hypogée du Castelet was also undertaken, and a new plan of the largest of the monuments, the Hypogée de Cordes was produced, transforming our vision of these monuments. This data has allowed us to propose, at the scale of individual monuments and of the sites more globally, an updated view of the composition of the funerary space of a major megalithic group, as well as to speculate on the nature of the interactions which contributed to the organization of this complex., Les hypogées d'Arles-Fontvieille sont reconnus parmi les plus remarquables du mégalithisme européen ou de Méditerranée occidentale du fait de leurs caractéristiques techniques originales, et des dimensions exceptionnelles de l'un d'entre eux. Un programme collectif de recherche a été engagé en 2013 pour préciser la connaissance de ces monuments renommés mais paradoxalement méconnus en raison du peu d'études de terrain dont ils ont fait l'objet depuis le 19e siècle. Ces recherches ont consisté en une reprise complète des séries de mobiliers, et en diverses interventions de terrain qui nous ont permis de mieux documenter les contextes archéologiques d'un secteur mégalithique trop souvent cristallisé sur les seuls monuments funéraires. Divers vestiges d'occupations, des grottes naturelles et des monolithes inédits ont été signalés dans ce cadre. Une étude architecturale de l'hypogée du Castelet a également été engagée, et un nouveau plan du grand hypogée de Cordes a été dressé, qui renouvellent la vision de ces monuments. Ces données nous permettent de proposer, à l'échelle de la tombe et à celle plus globale du site, une vision réactualisée des composantes de l'espace funéraire d'un ensemble mégalithique majeur, et de nous interroger sur la nature des interactions qui ont contribué à l'organisation de ce complexe. Mots-clefs

By the importance and diversity of its Quaternary sedimentary formations, the southern piedmont of the Grand Luberon is a laboratory for both Pleistocene and Postglacial landscape mutations in the Mediterranean area. The presence of pedogenic horizons in the Upper Pleistocene cryoclastic formations signs the impact of the different temperate interstadials of the last Pleniglacial and is a unique morphoclimatic testimony in Provence. On the basis of radiometric datings, geometry of the deposits and palaeoecological analyses performed on these peculiar formations, local morphogenetic rhythmicity are defined for the Upper Pleistocene. These results are then integrated into an original regional synthesis including Provence and a part of the Southern Alps. Soil horizons, loess, aeolian formations, alluvial terraces and travertines, as well as different paleoecological proxies, reinvite us to think about landscapes and palaeoenvironmental history of Southeastern France on the eve of Termination, Par l'importance et la diversité des formations sédimentaires quaternaires qui le composent, le piémont méridional du Grand Luberon est un véritable laboratoire des mutations paysagères pléistocènes et postglaciaires en domaine méditerranéen. La présence d'horizons pédogénétiques dans les glacis à gélifracts du Pléistocène supérieur signe l'impact des différents interstades tempérés du dernier pléniglaciaire et constitue un témoignage morphoclimatique unique en Provence. Sur la base des datations radiométriques, de la géométrie des dépôts et des analyses paléoécologiques réalisées sur ces formations atypiques, les rythmes locaux de la morpho-genèse sont définis pour le Pléistocène supérieur. Ces résultats sont ensuite intégrés dans une synthèse régionale originale incluant la Provence et une partie des Alpes du Sud. Horizons pédologiques, loess, formations éoliennes, séquences alluviales et travertineuses, de même que différents enregistrements paléoécologiques, nous réinvitent à réfléchir sur l'histoire, souvent avare de données, des paysages et des paléoenvironnements à la veille de la terminaison I dans le sud-est de la France.

Il n’est pas évident de pouvoir parcourir de manière exhaustive le champ des recherches sur le Quaternaire d’un aussi bel et vaste espace géographique que celui de la Provence et des Alpes occidentales. A l’instar des paysages de cette région, ils y sont d’une richesse et d’une complexité rares. Il est également difficile d’énoncer l’ensemble des données fondatrices sur lesquelles reposent nos actuels travaux. Nous pouvons cependant saluer le caractère essentiel des nombreuses analyses paysag...

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International audience; Goy Tepe, 291 where they are dated to the Neolithic. This similarity between the two periods contributes to the discussion on the heritage of Neolithic populations to Chalcolithic ones in our area. The main raw material used is bone. Quite often people extracted this material from domesticated animals (ovi-caprines) at hand, but large ruminants , wild or domesticated, were also used. The selections, probably oriented by technical advantages , are quite systematic: metapods of small ruminants for awls, scapulae of big mammals for shovels. The main characteristics of the tools demonstrate a will to produce in a quick but efficient way: quite often tools are made on plain bones only lightly shaped, while rapid techniques are frequently used (percussion, abrasion). Part of the blanks obtained by percussion are probably the result of a proper, well controlled débitage: the blanks are fairly long and regular. We cannot exclude that others, with more random shapes, were collected from kitchen wastes. As has been observed on grinding materials 292 and in several areas of the site, ochre is quite often attested on bone tools. It would be useful to analyse this red material found on stones and bones and to determine, through a joint study by specialists, its possible uses and the links between two industries. Similarly, the discovery of bone shovels that were possibly used to work the earth needs further cross studies and experimentations. Part IV: Studies concerning the three areas of the Middle Kura Valley Bertille Lyonnet and Barbara Helwing With this section of our work we enter into the studies dealing with the three geographic areas of the Middle Kura Valley. In this part of the project, our specialists study and compare the material culture, or the landscape and geomorphology of the three places in order to detect differences and similarities and the chronological development. This phase of our research is just at its very beginning, and most of the time it was possible to work on only two areas and not yet on all the collections. Nevertheless , the project gives a hint at the potential of such studies, which will aid in a better determination of the local cultures, of their local development, and of their relations between themselves and/or with other regions further away. We will first present the results concerning the general landscape and environmental conditions, and then comparative studies on the material culture.

Nitrate ions (NO3-) found in Antarctic snows stem from the degradation of nitrogen oxydes (NOx = NO + NO2) in the atmosphere. At sites with low snow accumulation rates such as Vostok or Dome C (East Antarctic plateau), nitrate deposition to the snow is not irreversible and this strongly hampers the interpretation of nitrate concentration records in ice cores. Nitrogen stable isotopic (δ15N) as high as +339‰ were measured in nitrate in the upper firn at Dome C and have been attributed to nitrate photolysis initiating a strong recycling at the snow surface. The oxygen isotopic anomaly (Δ17O) reflects the activity of ozone (O3) in nitrate formation. We present the first comprehensive isotopic analysis of nitrate (δ15N, Δ17O and δ18O) in a deep ice core. 64 samples of nitrate from the Vostok ice core have been analyzed and cover the last 150 000 years. This dataset has been completed with 313 samples recently collected in the atmosphere/surface hoar/snow continuum at Dome C as well as in several snowpits from various sites covering most of the East Antarctica. Those present-day samples are used to evaluate a conceptual model (named TRANSITS) developped during this PhD and which aims at representing nitrate recycling at the snow/atmosphere interface and at modelling its impact on the isotopic composition of the archived nitrate. High positive δ15N values measured in the Vostok ice core reveal that nitrate recycling has always occurred at the surface of the Antarctic plateau over this period. Past variations of the primary flux of nitrate to the Vostok site have been estimated using the TRANSITS model. They show that glacials are characterized by higher inputs which may be linked to a greater stratospheric denitrification. The Δ17O values indicate that intrusions of stratospheric air masses to the troposphere may have been more frequent in glacials thus incorporating significant amounts of stratospheric ozone to the lower atmosphere. Last, we suggest that this study may have some relevance to the coastal nitrogen budget in Antarctica and to the interpretation of ice cores retrieved from high accumulation sites (e.g. in Greenland)., L'ion nitrate (NO3-) présent dans les neiges Antarctiques est issus de l'oxydation des oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) dans l'atmosphère. Aux sites de faible accumulation de neige tels que Vostok et Dôme C sur le plateau de l'Est de l'Antarctique, le nitrate n'est pas piégé de manière ultime dans la neige, ce qui limite fortement l'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace. Des mesures récentes de la composition isotopique en azote du nitrate (δ15N) montrent des valeurs extrêmement élevées (+339‰) dans les premiers décimètres de la neige de Dôme C. Ces valeurs ont été attribuées à la photolyse du nitrate et au recyclage important qui en résulte. Le nitrate possède, par ailleurs, une anomalie isotopique en oxygène (Δ17O) qui permet de tracer l'activité de l'ozone (O3) au cours de sa formation. Ce travail de thèse présente le premier enregistrement de la composition isotopique complète du nitrate (δ15N, Δ17O et δ18O) dans une carotte de glace : la carotte de glace de Vostok dont les 64 échantillons analysés couvrent une période de 150 000 ans. Ce jeu de données a été complété par 313 échantillons collectés entre 2007 et 2010 dans le continuum atmosphère/givre/neige au Dôme C ainsi que dans 21 puits de neige prélevés dans une zone couvrant l'essentiel de l'Est de l'Antarctique. L'analyse isotopique de ces échantillons modernes a permis de contraindre le modèle conceptuel TRANSITS développé au cours de cette thèse et dont le but est de représenter le recyclage du nitrate à l'interface entre l'atmosphère et la neige ainsi que son impact sur la composition isotopique du nitrate archivé. Les valeurs positives et élevées du δ15N du nitrate piégé dans la carotte de glace de Vostok montrent que le recyclage du nitrate a toujours eu lieu sur le plateau Antarctique au cours de la période étudiée. Les variations du flux primaire de nitrate reçu au site de Vostok estimées à l'aide du modèle TRANSITS montrent, en périodes glaciaires, un flux primaire plus important qui pourrait être lié à une dénitrification stratosphérique plus conséquente. Les valeurs de Δ17O du nitrate montrent que l'incursion d'ozone d'origine stratosphérique dans la troposphère était plus fréquente en périodes glaciaires. Nous proposons enfin que les résultats acquis dans le cadre de cette thèse pourraient permettre de mieux contraindre le cycle de l'azote sur la côte Antarctique et d'apporter des éléments d'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace de sites de plus forte accumulation de neige (au Groenland par exemple).

Jokulhlaups in Iceland may originate from marginal or subglacial sources of water melted by atmospheric processes, permanent geothermal heat or volcanic eruptions. Glacier-volcano interactions produce meltwater that either drains toward the glacier margin or accumulates in subglacial lakes. Accumulated meltwater drains periodically in jokulhlaups from the subglacial lakes and occasionally during volcanic eruptions. During the 20th century 15 subglacial volcanic eruptions (10 major and 5 minor events) took place, about one-third of all eruptions in Iceland during that century. The release of meltwater from glacial lakes can take place as a result of two different conduit initiation mechanisms and the subsequent drainage from the lake occurs by two different modes. Drainage can begin at pressures lower than the ice overburden in conduits that expand slowly over days or weeks due to melting of the ice walls by frictional and sensible heat in the water. Alternatively, the lake level may rise until the glacier is lifted along the flowpath to make space for the water and water discharges rise linearly, peaking in a time interval of several hours to 1-2 days. In this case, discharge rises faster than can be accommodated by melting of the conduits. The rapidly-rising floods are often associated with large discharges and floods following rapid filling of subglacial lakes during subglacial eruptions or dumping of one marginal lake into another. Jokulhlaups during eruptions in steep ice and snow-covered stratovolcanoes are swift and dangerous and may become lahars and debris-laden floods. Normally jokulhlaups do not lead to glacier surges but eruptions in ice-capped stratovolcanoes have caused rapid and extensive glacier sliding. Jokulhlaups have significant landscaping potential: they erode large canyons and transport and deposit enormous quantities of sediment and icebergs over vast outwash plains and sandur deltas. Jokulhlaups from subglacial lakes may transport on the order of 107 tons of sediment per event but during violent volcanic eruptions the sediment load has been 108 tons. Pleistocene glacial river canyons may have been formed in such catastrophic floods from subglacial lakes. Jokulhlaups have threatened human populations, farms and hydroelectric power plants on glacier-fed rivers. They have damaged cultivated and vegetation areas, disrupted roads on the outwash plains and have even generated flood waves in coastal waters. Iceland is a unique and valuable study-site for glaciovolcanic interactions. This applies to the heat exchange between magma and the glacier, the dynamical response of the glacier to subglacial eruptions, the structure and growth sequence of hyaloclastite ridges and tuyas formed by subglacial eruptions, and jokulhlaups due to volcanic eruptions. The jokuhlaups can be seen as modern analogues of past megafloods on the Earth and their exploration may improve understanding of ice-volcano processes on other planets.

Les glaciers himalayens ne sont pas le château d'eau de l'Asie. Mais dans les régions de la chaîne non soumises à la mousson, cette eau stockée est une ressource cruciale dans les hauts bassins. La tendance est à la décrue. Gange, Brahmapoutre, Indus, Mékong, Salouen, Yangzi Jiang. Six grands fleuves, qui tous prennent leur source dans la chaîne himalayenne et dont dépendent plus de 1,2 milliard d'habitants [1] . En ajoutant le bassin endoréique du Tarim, ces sept bassins fluviaux couvrent une superficie d'environ 6,5 millions de kilomètres carrés, plus de douze fois celle de la France. Seules les extrêmes parties amont des bassins, soit moins de un pour cent de la surface, sont englacées. Contrairement à l'idée reçue, ce ne sont pas les glaciers himalayens qui fournissent la grande majorité de l'eau à l'Asie, mais les précipitations. Car la plupart des pays de la région sont soumis au régime des moussons. Les pluies estivales y sont tellement intenses que, par exemple, dans le golfe du Bengale, à l'embouchure du Gange, les glaciers ne contribuent qu'à moins de 1 % du volume total d'eau écoulée, en moyenne annuelle. Cependant, la ressource en eau provenant des glaciers pourrait venir à manquer dans certaines régions arides. Surtout que, dans un contexte de réchauffement climatique, de moindres chutes de neige et une fonte printanière plus précoce occasionneront, pour les fleuves, des étiages plus longs [2] . Pour prévoir leur évolution comme celle de la ressource qu'ils procurent, ces glaciers, à la limite entre les influences tropicales et tempérées, commencent seulement à être mesurés de manière continue. Avec un total de 59 000 kilomètres carrés de surface englacée, les glaciers de l'Himalaya se répartissent sur plus de 2 500 kilomètres si l'on inclut ceux du Karakoram et de l'Hindu Kush [fig.1] . Les conditions climatiques qu'ils subissent sont très différentes à chaque bout de la chaîne qui s'étire du nord-ouest au sud-est. Au sud-est, le rôle de la mousson asiatique prédomine. Il pleut tellement en été que les fleuves se rechargent presque uniquement par le ruissellement de la pluie sur les bassins [...]

International audience; Le début du développement des systèmes travertineux holocènes du sud de la France était auparavant rattaché à la période du Préboréal, et l'accumulation carbonatée principale à « l'optimum bioclimatique atlantique ». La « mort » progressive puis le démantèlement des formations s'effectuaient entre le Néolithique et la Pax romana. De nouvelles recherches démontrent un démarrage beaucoup plus précoce de la travertinisa-tion dès le Tardiglaciaire. L'accumulation carbonatée perdure au Néolithique et ne s'interrompt réellement qu'au Petit Age Glaciaire. De nouvelles séquences plus complètes montrent l'importance du contexte géomorphologique dans la conservation des données stratigraphiques et leur représen-tativité. L'organisation des différents cycles sédimentaires au sein des formations travertineuses est précisée. Une définition des faciès carbonatés au regard des différentes caractéristiques des milieux de sédimentation est proposée. Des analyses paléoécologiques soulignent le caractère sensible des ensembles travertineux en fonction des modifications du biotope. Dès le Néolithique Final, dans un contexte d'augmentation des occupations humaines, les séquences enregistrent une série de ruptures. Ces perturbations sont accompagnées de changements de faciès et d'ouvertures fortes du milieu végétal mais ne modifient pas la tendance générale à la croissance des édifices. Ce n'est qu'entre le XIII ème et le XVII ème siècle après Jésus Christ que l'on note l'interruption de l'accumulation des travertins et le démantèlement des formations. C'est également dans le même intervalle que s'instaure la dynamique majeure d'incision linéaire des talwegs encore effective aujourd'hui. Mots clés : Travertin, Tardiglaciaire, Holocène, paléoécologie, Néolithique, incision linéaire historique, sud-est de la France. ABSTRACT POSTGLACIAL EVOLUTION OF TRAVERTINE ENVIRONMENTS IN THE FRENCH ALPS AND PROVENCE : NEW CHRONOLOGY, FACIES, AND MORPHOSEDIMENTARY DYNAMICS The beginning of the Holocene travertine system development in Southern France was formerly attributed to the Preboreal period and the main carbonated accumulation to the " bioclimatic atlantic optimum ". The progressive decline and the dismantlement occurred between the Neo-lithic and the end of Roman times. New research has shown the beginning of the travertine system development in the Lateglacial period. The car-bonated accumulation continued during the Neolithic and was only durably interrupted during the Little Ice Age. Newer complete stratigraphy has shown the importance of the geomorphological context in stratigraphical studies and their interpretation. The pattern of different sedimentary cycles within the travertinous formations became evident. Palaeo-ecological analyses undertaken have underlined the travertine sensitivity in accordance with biotope changes. Since the Final Neolithic, in the context of growing human occupation, ruptures in the travertine sequences have been recorded. These ruptures were accompanied by facies changing and strong vegetation opening in an ever growing travertine system. Between the XIIIth and the XVIIth century A.D., the decline and dismantlement of the travertine formations became noticeable. In the same way, the major final linear talweg incision was introduced in a morphogenic dynamic that is still happening today.

The substantial postglacial travertine formations recently found on the southern piedmont of the Grand Luberon contain numerous archeological remains, stratigraphically well isolated and linked to paleo-ecological (malacology, anthracology) data. The travertine sequences observed in several sections made downstream of the source of the Mirail (Peypin-d'Aigues) bear witness to local morphogenic evolution and may inform us about the possible relation between the organisation of of the morpho-sedimentary complexes and different phases of human occupation. The paleoenvironmental data gathered in the Verger site furnish us with an understanding of the evolution of the holocene landscape of the south Luberon. A test-pit undertaken on the Verger site in 2003 brought to light an occupation of the late Neolithic period. This constitutes a new documentary source relating to the end of the Neolithic in southeast France and particularly in the southern piedmont of the Grand Luberon., Les puissantes formations travertineuses postglaciaires récemment découvertes sur le piémont méridional du Grand Luberon contiennent de nombreux vestiges archéologiques, bien isolés en stratigraphie, associés à des données paléoécologiques (malacologie, anthracologie). Témoins de l'évolution morphogénique locale, les séquences travertineuses observées sur plusieurs coupes localisées en aval de la source du Mirail (Peypin-d'Aigues) nous renseignent sur les relations possibles entre l'organisation des complexes morpho-sédimentaires et les différentes phases d'occupation humaine. L'ensemble des données paléoenvironnementales récoltées sur la coupe du Verger permet d'appréhender l'évolution du paysage holocène du sud Luberon. Un sondage archéologique, réalisé en 2003 sur le site du Verger, a permis de mettre en évidence une occupation du Néolithique fi nal. Celle-ci représente une source documentaire nouvelle concernant la fi n du Néolithique dans le Sud-Est de la France, particulièrement pour le piémont méridional du Grand Luberon.

In 2003 a prehistoric site was discovered at an altitude of 1 800 m in the district of Angeghakot in the valley of the Vorotan (south-eastern Armenia) by an Armenian-French multidisciplinary team. This site provides evidence for the presence of hunter-gatherers in the region during the Middle Palaeolithic. The lithic industry collected on the surface, mainly obsidian, has been identified as belonging to the Mousterian facies typical of the “Zagros-Taurus”, consisting of numerous Mousterian points, “Yerevan points”, microlithic tools, and the presence of the “truncating-facetting” technique. These recent data raise questions about the variability of facies in the Lesser Caucasus and allow us to draw a much larger distribution map of the sites where microlithic industries and resharpened points are present. Angeghakot 1, located on a cultural crossroads between Asia Minor, the Near East and Europe, raises questions related to the existence of a real Caucasian cultural system; it represents a local economic variant in the exploitation of obsidian, strongly linked to the environmental constraints which existed in these mountain ranges at the end of the Pleistocene., Résumé: Au Caucase, dans la vallée du Vorotan (sud-est de l’Arménie), la découverte en 2003 par une équipe pluridisciplinaire arméno-française d’un gisement situé à 1 800 m d’altitude dans la commune d’Angeghakot, atteste la fréquentation de la région par des groupes de chasseurs-cueilleurs au Paléolithique moyen. L’industrie lithique, élaborée principalement sur l’obsidienne et récoltée en surface, a permis d’identifier le faciès moustérien typique du «Zagros-Taurus» composé de nombreuses pointes moustériennes, de pointes d’Erevan, d’outils microlithiques et la présence de la technique de «troncature-facettage». Ces nouvelles données soulèvent des questions sur la variabilité des faciès du Petit Caucase. Elles permettent l’élaboration d’une carte de distribution plus vaste de ces sites qui se distinguent par leurs industries microlithiques et leurs pointes réaffûtées. Angeghakot 1, situé au carrefour des cultures d’Asie mineure, du Proche-Orient et de l’Europe, contribue également à poser la question de l’existence d’un système culturel caucasien, sous la forme d’une variante économique locale de l’exploitation de l’obsidienne, fortement liée aux contraintes environnementales présentes dans les chaînes de montagnes à la fin du Pléistocène., Liagre Jérémie,Gasparyan Boris,Ollivier Vincent,Nahapetyan SamvelLiagre Jérémie, Gasparyan Boris, Ollivier Vincent, Nahapetyan Samvel. Angeghakot 1 (Armenia) and the identification of the Mousterian cultural facies of « Yerevan points » type in the Southern Caucasus. In: Paléorient, 2006, vol. 32, n°1. pp. 5-18.

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Extracted air from polar ices of Greenland and Antarctica constitute a real archive of the past atmospheres of our planet. The aim of this study was to understand the carbon fluxes under natural atmosphere in order to examine the future carbon cycle under anthropogenic atmosphere from the analyses of CO2 and CH4 atmospheric concentrations during the Holocene (the last 10,000 yBP). These results were analysed in the light of a three-box atmospheric model of methane. We estimated the\ nterpolar gradient then the relative contribution of methane sources in low and middle-high northem latitudes during the Holocene. Thanks to comparisons between temporal evolution of these sources, and paleoclimatic reconstructions based on continental and marine records, as weil as climatic models coupling atmosphere ocean vegetation systems, methane variations were attribuled to latitudinal variations in sources distribution. These CH4 changes allowed us to constrain the possible effects of each carbon reservoir on CO2 variations during the same period. The major conclusion of this work is that the ocean have played a key role and have initiated CO2 changes while continental biosphere could have played a regulator role, L'air extrait des glaces polaires du Groenland et d'Antarctique constitue une véritable archive des atmosphères passées de notre planète. L'objectif de cette étude était de comprendre les échanges de carbone en atmosphère naturelle et, à terme appréhender le cycle du carbone futur en atmosphère anthropisée, à partir de l'analyse des teneurs atmosphériques en dioxyde de carbone et méthane au cours de l'Holocène (les derniers 10000 ans). Afin d'interpréter ces profils obtenus dans la glace, nous avons utilisé un modèle atmosphérique du méthane à trois boîtes. Nous avons pu ainsi estimer le gradient interpolaire puis la part relative des sources de CH4 dans les basses latitudes ainsi qu'aux moyennes et hautes latitudes nord au cours de l'Holocène. En comparant l'évolution temporelle de ces sources aux reconstructions paléoclimatiques obtenues sur des enregistrements continentaux (carottes sédimentaires et lacustres) et marins, ainsi qu'à des simulations de modèles climatiques couplant l'atmosphère, l'océan et la biosphère, nous avons pu attribuer les variations de CH4 aux variations de distribution en latitude des sources potentielles de ce gaz. L'étude des variations de CH4 a ainsi permis de contraindre les effets possibles de chacun des réservoirs de carbone sur les variations de CO2 sur la même période. Nous concluons que le rôle de l'océan semble avoir été prépondérant et avoir initié les variations du CO2 sur les 10000 dernières années, tandis que la biosphère continentale pourrait avoir joué un rôle de régulateur .

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The presence of snow locally modifies the atmospheric concentrations of trace gases. This is confirmed by numerous and recent experimental observations that raised the interest of the scientific community on the physico-chemical processes involved in the air-snow interactions. Quantifying these mechanisms requires the knowledge of the Specific Surface Area (SSA) of snow, which is the surface area of snow accessible to gases. This basic parameter was poorly documented at the beginning of this study, essentially because it is very difficult to measure. The objective of this thesis consists in the measurement of the SSA of snow and in the understanding and modeling of its evolution during snow metamorphism (i.e. the morphological transformations of snow after deposition). A specific experimental setup was designed to measure the SSA by adsorption of methane on ice at 77K and a protocol of measurement was defined to fulfill the specific conditions imposed by the snow. More than 300 SSA values were obtained, which ranged from 100 to 1540 cm² g-1, with a reproducibility of 6% and an accuracy estimated at 12%. The 176 first results allowed to build a classification of snow as a function of the age and morphology of the snow crystals and the SSA was estimated in each class. This allows to evaluate the SSA within 40% uncertainty in the first confidence level, from a simple optical observation. The effect of metamorphism on the SSA of snow was studied in natural conditions. The SSA decreases with time, and this decrease is faster when the SSA or the temperature is high. Wind was observed to accelerates the SSA decrease. Optical and scanning electron microscopy observations were also made to understand the morphological changes associated to the decrase in SSA. Our observations confirm the usual theories of metamorphism and support the hypothesis that growth occurs by layer nucleation limited by the diffusion of water vapor in air. Unexpectedly, small, newly formed facets with sharp angles were detected, which was interpreted as sublimation initiated at emerging dislocations. The rate of SSA decrease was studied during isothermal experiments at -4, -10 and -15°C. It is very well fitted by a logarithmic law of the form SS=B-ALn(T+Δt) , where B is close to the initial SSA and A represents the rate of SSA decrease. A linear relationship has been found between A and B from 7 experiments at -15°C which suggests that the rate of SSA decrease of snow may be predicted by just knowing its initial SSA. The theories of transient Ostwald ripening explain the logarithmic law and this framework was used to build a mean-field model of isothermal metamorphism. This model allows the rapid calculation of the water vapor fluxes and the growth rate of the snow grains. It reproduces the evolution of the distribution of the radius of curvature of snow under isothermal conditions but it cannot predict the SSA because of a too cursory description of the geometry of snow., La présence d'une couverture neigeuse modifie localement la concentration de l'atmosphère en gaz traces. Ce constat récent a été confirmé par de nombreuses observations expérimentales et a attiré l'attention de la communauté scientifique sur les mécanismes physico-chimiques responsables des interactions air-neige. La quantification de ces mécanismes dépend largement de la connaissance de la surface spécifique (SS) de la neige qui représente la surface de glace accessible aux gaz. Ce paramètre indispensable était paradoxalement très mal connu au début de cette étude, en raison principalement des difficultés techniques liées à sa mesure. L'objectif de cette thèse était de déterminer la SS de la neige et de décrire son évolution sous l'effet du métamorphisme du manteau neigeux, c'est-à-dire sous l'effet des transformations morphologiques subies par la neige lors de son évolution post-dépôt. Un dispositif expérimental de mesure de SS basé sur l'adsorption du méthane sur la glace à 77K a été mis au point ainsi qu'un protocole de mesure adapté aux contraintes imposées par le matériau neige. Plus de 300 mesures ont été réalisées, pour des valeurs de SS comprises entre 100 et 1540 cm².g-1, avec une reproductibilité de 6% et une incertitude absolue estimée à 12%. Les premiers résultats ont permis de proposer une classification des types de neige en fonction de leur âge et de leur morphologie et une estimation de la SS a été proposée dans chaque classe. Une rapide observation visuelle permet ainsi d'estimer la SS à 40%. L'effet du métamorphisme sur la SS a été étudié en conditions naturelles. La SS décroît au cours du temps, d'autant plus vite que la SS est forte et que la température est élevée. Le vent accélère la décroissance. Des observations de la morphologie des grains de neige au cours du métamorphisme ont été réalisées par microscopie optique et surtout électronique et ceci confirme les théories usuelles du métamorphisme et sont en accord avec un mécanisme de croissance des grains par nucléation de couches, limitée par la diffusion de la vapeur d'eau dans l'air. L'apparition inattendue de facettes aux angles vifs sous faibles gradients de température a été interprétée par un mécanisme de sublimation initiée à l'émergence de dislocations. La décroissance de la SS en conditions isothermes a été étudiée en chambre froide à -4, -10 et -15°C. Cette décroissance est très bien reproduite par une fonction logarithmique de la forme SS=B-ALn(T+Δt), dans laquelle B est proche de la SS initiale et A représente la vitesse de décroissance de la SS. Une relation linéaire a été trouvée entre les paramètres A et B obtenus lors de 7 expériences à -15°C, qui suggère que la vitesse de décroissance de la SS peut être prédite à partir de sa seule valeur initiale. Les théories du mûrissement d'Ostwald en régime transitoire nous ont permis d'expliquer la décroissance logarithmique et de mettre au point un modèle numérique en champ moyen du métamorphisme isotherme. Ce modèle permet de calculer rapidement les flux de vapeur et les taux de croissance des grains de neige. Il reproduit l'évolution de la distribution de rayons de courbure de la neige, mais pas celle de la SS en raison d'une description trop sommaire de la géométrie de la neige.

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The earth's climatic system consists in several components which strongly interact (atmosphere, ice sheets, oceans, lithosphere and biosphere). Numerical modelling is one among the appropriate tools for studying these interactions. In this work, Antarctic ice sheet evolution is modelled. For this we use a 3D model developped at the Laboratoire de Glaciologie et Geophysique de l'Environnement which takes into account thermomechanical coupling between velocities and temperatures in ice and specifi c case of ice-shelfs First the model was improved on many points like deformation law, friction law under ice-streams, heat deformation, basal melting parametrisation under ice-shelves and numeric modifi cations. Di fferent simulations indicate that the ice sheet behaviour is asymmetric during glaciation or deglaciation. We validate all the model modi cations with a simulation of the last four climatic cycles. Simulations for futur show a negligible contribution for the next centuries which becomes important on the longer term. Results are founds to be very sensitives to bedrock map. Finally, model resolution has been changed from 40 km to 20 km and allow to take into account ner bedrock structures., Le système climatique terrestre est forme de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (océans, atmosphère, calottes de glace, biosphère et lithosphère). La modélisation numérique permet d' étudier ces interactions. Dans ce travail, nous avons modélisé l' évolution de la calotte de glace Antarctique, le plus grand réservoir d'eau douce sur Terre. Nous avons utilisé le modèle 3D développé au LGGE. Il tient compte du couplage thermomécanique entre les vitesses et les températures dans la glace et de l' écoulement spécifique de la glace flottante. Le modèle a été amélioré sur plusieurs points : la loi de déformation de la glace, la loi de frottement sous les fleuves de glace, le calcul de la chaleur de déformation et la paramétrisation de la fusion sous les plates-formes de glace flottante. De plus, des modifications numériques ont été apportées. Différentes expériences ont montré une grande asymétrie de comportement de la calotte en englacement et déglacement. Une simulation des quatre derniers cycles glaciaires-interglaciaires a permis de valider les modifications effectuées sur le modèle. Les résultats indiquent que, dans le futur, la contribution de l'Antarctique à l'augmentation du niveau des mers pour les prochains siècles devrait être négligeable, puis s'accentuer ensuite. Nous avons aussi montré la forte sensibilité des résultats à la carte de socle utilisée en entrée du modèle. Enfin, la résolution du modèle a été augment ée en passant d'une maille de 40 km à 20 km, ce qui permet de mieux prendre en compte les structures fines de la topographie.

The aim of this study is to bring new elements concerning the astronomical theory of paleoclimates using two tools : glaciological dating of polar ice cores using an inverse method and conceptual models of paleoclimate. We show how an inverse method applied to the glaciological dating model enables us to obtain an optimal chronology and to analyse its uncertainties. It is not possible to obtain a chronology for Vostok that satisfies all chronological constraints, probably because of our poor knowledge of the conditions along the ice flow line, upstream of Vostok. The chronologies for Dome C and Dome F are coherent with the constraints, meaning that the simple glaciological model used in the case of a dome is adequate. The Dome F case allows us to show that the Devils Hole record is probably biased by local conditions, and suggest that the phase relationship between insolation and Antarctic temperature is roughly constant. We also confirm that thinning is more important in the upper part of the ice sheet for a dome than for the rest of the flow line. Moreover, we suggest that estimates of the accumulation during glacial periods based on saturation vapour pressure and spatial isotope−surface temperature relationships are overestimated by ~30%. The conceptual model we developed yields a description of the sea level variations during the Quaternary as a response to the insolation forcing. We show that sea level variations can be explained with a conceptual model forced by insolation changes. In particular, we justify why the most important sea level transitions occurred when insolation changes were the weakest. Moreover, we show that small insolation−climate phase variations during deglaciations are compatibles with the astronomical theory of paleoclimate., L'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments nouveaux concernant la théorie astronomique des paléoclimats au travers de deux outils : la datation glaciologique des forages polaires grâce à une méthode inverse et les modèles conceptuels de climat. Concernant la datation des forages polaires, nous montrons l'intérêt d'appliquer une méthode inverse au modèle de datation glaciologique pour obtenir une chronologie optimale et en analyser les incertitudes. Pour Vostok, il n'est pas possible d'obtenir une chronologie qui satisfasse toutes les informations chronologiques, probablement à cause d'une méconnaissance des conditions en amont de la ligne d'écoulement. Les chronologies pour Dôme C et Dôme F sont cohérentes avec les contraintes, ce qui signifie que le modèle glaciologique simple utilisé pour ces dômes est adéquate. Le cas de Dôme F nous permet de montrer que l'enregistrement de Devils Hole est probablement biaisé par des conditions locales et suggère que les déphasages entre insolation et température Antarctique sont grossièrement constants dans le temps. Nous confirmons par ailleurs que l'amincissement est plus fort dans le haut du glacier dans le cas d'un dôme que pour le reste de la ligne d'écoulement. Nous suggérons de plus que l'estimation de l'accumulation des périodes glaciaires par la relation de pression de vapeur saturante associée à la relation spatiale isotope−température de surface est surestimée d'environ 30%. Le modèle conceptuel que nous avons développé nous permet de décrire les variations de niveau des mers du Quaternaire en tant que réponse au forçage de l'insolation. En particulier, nous justifions pourquoi les transitions les plus importantes de niveau des mers ont eu lieu lorsque les changements d'insolation étaient les plus faibles. De plus, nous montrons que des variations faibles de déphasage insolation−climat lors des déglaciations sont compatibles avec la théorie astronomique.

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The Col du Dôme (CDD) glacier site (4250 m asl, Mont Blanc massif), was investigated for its suitability to reconstruct the anthropogenic atmospheric perturbation over Europe. For that: (1) a 126 m long ice core was analysed in high resolution for major ions, fluor, and light carboxylates, (2) continuous year round measurements of key aerosol species were performed at the CDD site (Vallot Observatory). It is shown that atmospheric relevant information can be extracted in seasonal resolution from the CDD ice at least over the last 80 years, but also that special attention has to be paid on glacier flow effects when interpreting ice records from such a small scaled glacier site in terms of atmospheric changes. The interpretation of the chemical CDD ice core records revealed that summer SO4 2- changes at CDD follow closely the course of anthropogenic SO2 emissions released within 1000 km around the Alps, while winter SO4 2- changes reflect a more limited contamination of the free troposphere at the scale of total Europe. Using the firn/air relation established at CDD, past atmospheric SO4 2- concentrations at 4300 m asl over Europe were reconstructed and compared to current atmospheric model simulations. The natural NO emissions was estimated to amount for ≈20% of the present-day NO budget. While temporal changes of CDD NO3- levels are in agreement with estimated NO emissions in western Europe, this is not true for NH4+ which appears to increase significantly stronger over the last 80 years than current ammonia emission estimates. The examination of the F- and HCl budget revealed that in addition to coal burning, aluminium smelters and waste incineration were the major anthropogenic sources of these species between 1935 and 1975, after 1960, respectively. Finally it was shown that natural inputs dominate here the oxalate budget over the last 80 years, whereas for acetate and formate a significant anthropogenic contribution occurred between 1950 and 1980., La possibilité de reconstruire l'histoire de la pollution atmosphérique Européenne a été exploré au Col du Dôme (CDD) (4250 m d'altitude, Massif du Mont Blanc). Pour cela une carotte de 126 m a été analysé à haute résolution pour les ions majeurs, le F- et les carboxylates, et des mesures atmosphériques continues de l'aérosol effectuées sur le site (Observatoire Vallot). Ceci a montré que des informations atmosphériques peuvent être obtenues avec une résolution saisonnière à partir de la glace du CDD et ce au moins sur les 80 dernières années mais que des précautions sont à prendre pour tenir compte du fluage de la glace lors de l'interprétation de ces signaux en terme de changements atmosphériques. Les enregistrements "glace" montrent que les valeurs estivales de SO4 2- suivent l'évolution des émissions anthropiques de SO2 des pays situés à 1000 km autour des Alpes tandis qu'en hiver elles reflètent plus la contamination diffuse de la troposphère libre à l'échelle de l'Europe entière. En utilisant la relation "air/neige" obtenue à Vallot, les concentrations atmosphériques passées de SO4 2- ont été reconstituées et comparées aux simulations des modèles de chimie. Nous avons estimé que les émissions naturelles représentent environ 20% des émissions actuelles de NO. L'évolution passé de NO3- est en bon accord avec l'histoire des émissions anthropiques de NO de l'Europe, il n'en va pas de même pour NH4+ dont la tendance apparait plus importante que ce que l'on peut attendre avec les estimations actuelles d'émission anthropique de NH3. Notre examen du budget de F- et HCl montrent qu'en plus de la combustion du charbon, l'industrie de l'aluminium et l'incinérarion des déchets ont été les sources anthropiques majeures de ces composés entre 1935 et 1975, après 1960, respectivement. Finalement les sources naturelles semblent dominer le budget de l'oxalate depuis 80 ans tandis que le formate et l'acétate indiquent une tendance anthropique entre 1950 et 1980.

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The variations of the metabolism of the glaciers and the polar ice sheets reflect the climate fluctuations. On the yearly time scale, these fluctuations result in variations of the mass balance of the glacier. The bibliographical search of mass balance series produced some 60 long series of measurements on glaciers, distributed on the different mountainous ranges of the north hemisphere and some 60 sites on the Greenland ice sheet. From this data set, a statistical analysis made it possible to determine the spatial and temporal distribution of the series, as well as to better understand the relation glacier-climate for various scales ranging from that of a glacier , to that of a massif or a continent. On the glacier, the history of balances can be sometimes very different from one point to the other because of the difference in sensibility of the balance versus height. This study outlines the disparities linked to the accumulation data. Linear mass balance model distribution along altitude is seldom adapted to describe mass balance variations on a glacier. On the other hand, coherence between different series can be sometimes very high when comparing glaciers mass balance inside a mountainous area as the Alps or Scandinavia. The similarities however are dependent on the period examined, probably because of the more important role of the winter accumulation. On other mountainous area such as the western Cordillera of North America or the Greenland accumulation area, mass balance coherence are not so pronounced even though distances are smaller than those of the two previous cases. For this last one, analyses show that it is difficult to identify a coherent annual signal among the measurement noise. In order to detail glacier responses to past and present climate variations, meteorological data and North Atlantic Oscillation are finally examined in relation to mass balance fluctuations. Temperature, precipitation and mass balance changes on the north Atlantic area seem to be linked to decenal fluctuations of the North Atlantic Oscillation system (NAO)., Les variations du métabolisme des glaciers ou des calottes polaires reflètent les fluctuations du climat. A l'échelle de l'année, ces fluctuations sont traduites par des variations du bilan de masse du glacier. L'inventaire complet des séries de bilans de masse glaciaires représente environ 60 glaciers repartis dans différents massifs de l'hémisphère nord et 60 points de mesure au Groenland. Ces séries couvrent essentiellement la deuxième moitié du vingtième siècle. A partir de cet ensemble de données, une analyse statistique a permis de déterminer la distribution spatiale et temporelle des séries, ainsi que de mieux comprendre la relation glacier-climat aux différentes échelles, depuis celle d'un glacier, jusqu'à celle d'un massif ou d'un continent. Sur le glacier, l'évolution des bilans peut être parfois très différente d'un point à l'autre à cause de la sensibilité variable du bilan aux fluctuations climatiques selon l'altitude. Cette étude met en évidence les disparités liées essentiellement aux données d'accumulation hivernale et aux mesures en zone d'accumulation. Elle montre les limites d'un modèle linéaire de variation pour décrire l'histoire des bilans annuels sur un glacier. En revanche, la cohérence des différents glaciers entre eux peut être très forte si l'on passe à l'échelle du massif. C'est le cas dans les Alpes et en Scandinavie, même si certaines périodes montrent de très fortes inhomogénéités de variations, probablement liées au rôle plus important de l'accumulation hivernale dans l'explication du bilan. Cette cohérence disparaît cependant pour d'autres massifs parfois moins étendus comme les glaciers américains ou la zone d'accumulation du Groenland. Pour cette dernière, les analyses montrent qu'il est difficile d'extraire un signal annuel cohérent distinct du bruit de mesure. Enfin, l'étude des données météorologiques et de l'Oscillation Nord Atlantique permet de détailler les réponses des bilans aux sollicitations climatiques sur les dernières décennies. Il semble que les modifications des caractéristiques des températures et des précipitations sur le bassin Atlantique (et par conséquent, les variations des bilans des glaciers bordant ce bassin) sont assez fortement reliées aux changements décennaux de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO).

The 420 000-year climatic and atmospheric record represented by the Vostok ice core, gives a unique opportunity to reconstruct evolution of atmospheric carbon dioxide (CO2) content for the last 4 glacial- interglacial cycles. The atmospheric significance of CO2 deduced from the Vostok core is discussed taking into account physical processes likely to alter information and measurements of O2/N2 ratio developed in this work. We also compare Vostok CO2 record with ones from other Antarctic ice cores. We show that atmospheric CO2 content for the interglacial stages is 280-300 ppmv (part per million by volume), until anthropogenic disturbance, whereas CO2 concentration into the atmosphere is about 180 ppmv during glacials. These variations parallel those of Antarctic temperature, which have amplitude of about 10°C. Reasons of climatic changes are still poorly understood. By comparing variations of CO2 with regard to those of high North latitude temperatures, sea level and dust concentration in Vostok ice, this work points out the causality links between these parameters. Comparing Vostok with other climatic records (from the North or marine ones), we propose mechanisms able to explain glacial to interglacial changes of atmospheric CO2 content and able to link the events characterising climatic oscillations. This work stresses on the major role of the Southern Hemisphere and particularly that of sea-ice in Southern Ocean., Les 420 000 ans d'archives du climat et de la composition de l'atmosphère, constituées par la carotte de Vostok, offrent la possibilité unique de reconstruire l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaireinterglaciaires. La représentativité atmosphérique de la teneur en CO2 de cette carotte est discutée en tenant compte des processus physiques susceptibles d'altérer l'information et de la mesure du rapport O2/N2 mise au point au cours de ce travail. La représentativité de l'enregistrement CO2 de Vostok est aussi discutée à partir de sa comparaison avec différents enregistrements glaciaires antarctiques. On constate que la teneur en CO2 de l'atmosphère pendant les interglaciaires est de 280 à 300 ppmv (partie par million en volume) hors de l'influence anthropique, alors que la concentration caractérisant les périodes glaciaires est d'environ 180 ppmv. Ces variations sont à mettre en parallèle à celles de la température en Antarctique qui présente des oscillations d'environ 10°C. Les causes des changements climatiques sont encore mal comprises. En comparant l'évolution temporelle du CO2 à celle des températures aux hautes latitudes Sud et Nord, du niveau des mers et de la quantité de poussières continentales parvenant à Vostok, ce travail met en évidence des liens de causalité possibles entre les variations de ces différentes paramètres. Par confrontation avec d'autres enregistrements climatiques (Groenland, enregistrements marins), nous proposons également des mécanismes susceptibles d'expliquer les changements glaciaire-interglaciaires de la teneur en CO2 de l'atmosphère, ainsi que l'enchaînement des évènements caractérisant les oscillations climatiques. Il ressort de cette étude que le rôle de l'hémisphère Sud semble prépondérant et que l'étendue de la glace de mer, en Atlantique Sud en particulier, pourrait jouer un rôle clef dans la genèse des changements climatiques glaciaire- interglaciaires.

Tropical glaciers are known to be very sensitive climatic indicators. To link the fluctuations of their mass baIance to climate changes, we have realised a surface energy balance on Zongo Glacier (16°S), Bolivia, between march 96 and august 98. This work presents firstly, the methods used to derive the local energy balance on this glacier, and secondly, the interest of such a study to better understand the functioning of the glacier and its relation with the local climate. In the first part, a detailed description of the local climate is made from the records of several automatic meteorological stations installed on Zongo Glacier. Tropical glaciers are submitted to air temperature and incident solar radiation very little variable throughout the year, although the discharge of the proglacial stream escaping from the glacier is highly seasonal. To understand which energy fluxes are responsible for the seasonality of the surface melting on the glacier, we have calculated the energy balance on a point of the ablation area, at 5150 m. The energy balance shows a special functioning of tropical glaciers. Like for the glaciers of higher latitudes, the albedo is a very important parameter controlling the amount of energy available for surface melting. But the main peculiarity of these glaciers comes from the strong consumption of energy as latent heat flux, which corresponds to high sublimation. Moreover, the latent heat flux is very variable with seasons which explains the seasonality of the proglacial stream discharge. Indeed, during the dry season, sublimation is the highest and therefore, very little energy remains for melting explaining why discharge is low. The reverse situation is observed during the humid season. On the time scale of the entire measuring period, the very negative mass balance of the 1997-98 El Nino year is mainly explained by a deficit of precipitation, responsible for a sharp decrease of the mean annuai albedo. The reduced snow cover of the 1997-98 accumulation season has disappeared faster than during the previous year, leaving dirty ice surfaces of very low albedo on larger areas than usually, and during a longer period. Moreover, higher sensible heat flux and lower sublimation have both contributed to increase the surface melting which also reduced glacier mass balance., Les glaciers tropicaux sont des indicateurs climatiques très sensibles. Pour relier les fluctuations de leur bilan de masse aux changements climatiques, nous avons réalisé un bilan d'énergie à la surface du Glacier Zongo (16°S), en Bolivie, entre mars 96 et août 98. Cette thèse présente, d'une part les méthodes employées pour obtenir le cycle annuel du bilan d'énergie ponctuel, et d'autre part l'intérêt de cette étude pour la compréhension du fonctionnement du glacier et sa relation avec la climatologie locale. Dans la première partie, nous nous attachons à décrire les conditions climatiques régnant sur ce glacier, à partir des enregistrements des stations météorologiques installées sur le Glacier Zongo. Les glaciers tropicaux sont soumis à des températures et des radiations solaires incidentes peu variables au cours de l'année, alors que le débit du torrent émissaire est très saisonnier. Pour comprendre quels sont les flux d'énergie responsables de la saisonnalité de la fusion en surface du glacier, nous avons dressé le bilan d'énergie en un point du glacier, dans la zone d'ablation, à 5150 m d'altitude. Ce bilan d'énergie traduit un métabolisme propre aux glaciers tropicaux. L'albédo est le paramètre essentiel qui contrôle la quantité d'énergie disponible pour la fusion en surface du glacier. La particularité fondamentale de ces glaciers réside en la très forte consommation d'énergie sous forme de chaleur latente (ce qui se traduit par une sublimation élevée). En outre, le flux de chaleur latente présente une saisonnalité marquée à l'origine du régime hydrologique du torrent qui s'échappe du glacier. En effet, en saison sèche, la sublimation est maximale et il reste peu d'énergie pour la fusion d'où le faible débit du torrent émissaire. La situation opposée se produit en saison humide. À l'échelle de l'ensemble de la période étudiée, le bilan de masse nettement déficitaire de l'année El Nino 1997-98 s'explique surtout par un déficit de précipitations, responsable d'une chute de l'albédo moyen annuel. Le manteau neigeux réduit lors de la saison d'accumulation 1997-98 a disparu plus vite que celui de l'année précédente, laissant affleurer une surface de glace sale, d'albédo faible, pendant une période plus longue. De plus, la chaleur sensible plus élevée et la sublimation réduite ont aussi contribué à augmenter la fusion superficielle, diminuant ainsi le bilan de masse du glacier.

The earth's climatic system consists in several components which strongly interact (atmosphere, ice sheets, oceans, lithosphere and biosphere). Numerical modelling is one among the appropriate tools for studying these interactions. In this work, the flow of several ice sheets is modelled and particular interest is given to the interface between the ice sheet surface and the atmosphere. This interface is governed by the altitude of the ice sheet surface, the surface temperatures and the accumulation. A 3D ice sheet model is developped and tested on a theoretical ice sheet, within the scope of a European project concerning ice sheet model intercomparison. Then it is applied to the Greenland ice sheet, by simulating the ice sheet response under climates different from today's climate, and by studying its evolution during the last interglacial-glacial cycle. The model sensitivity to the accumulation parameterization is emphasized. The model is at last applied to the reconstruction of the Last Glacial Maximum (about 21 000 years before present) ice sheets in the Northem hemisphere. Three methods are used to compute the climatic conditions in input to the mode!. In the first two methods, these conditions come from a parameterization calibrated of the present values: the results thus obtained are not satisfactory. The third method uses surface temperatures and precipitations coming from the simulations of the Last Glacial Maximum climate, performed with the LMD atrnospheric general circulation mode!. The "coupling" between both models requires a complex data treatrnent, but the ice sheets obtained are in better agreement with geological data on ice sheets extension and thickness at that time., Le système climatique terrestre est fondé de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (atmosphère, calottes de glace, océans, lithosphère et biosphère). La modélisation numérique permet d'étudier ces interactions. Dans ce travail, l'écoulement de plusieurs calottes glaciaires est modélisé et on s'attache particulièrement à l'étude de leurs interactions avec l'atmosphère. Celles-ci sont déterminées par l'altitude de la surface de la calotte, les températures en surface et l'accumulation. Un modèle 3D d'écoulement de calotte glaciaire, développé au sein de l'équipe modélisation du LGGE, est présenté. Il est testé sur une calotte théorique dans le cadre d'un projet européen d'intercomparaison de modèles. Il est ensuite appliqué à la calotte du Groenland, en simulant la réponse de la calotte sous des climats différents du climat actuel et en étudiant son évolution au cours du dernier cycle interglaciaire-glaciaire. La sensibilité du modèle à la paramétrisation de l'accumulation est mise en évidence. Le modèle est enfin appliqué à la reconstruction des calottes de glace présentes dans l'hémisphère nord (Laurentide et Fennoscandie) au Dernier Maximum Glaciaire (il y a environ 21 000 ans). Trois méthodes sont utilisées pour calculer les conditions climatiques en entrée du modèle. Dans les deux premières, ces conditions sont déterminées par une paramétrisation calibrée sur les valeurs actuelles : les résultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants. La troisième méthode utilise les températures en surface et les précipitations issues de simulations du climat du Dernier Maximum Glaciaire, réalisées avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère du LMD. Le "couplage" entre les deux modèles nécessite un traitement de données complexe, mais les calottes obtenues sont en meilleur accord avec les données géologiques sur l'extension et l'épaisseur des calottes à cette époque.

Under surface loads, the Earth depresses in order to restore a state of isostatic equilibrium. Conversely, when these loads disappear, the surface rises again to recover its initial configuaration. In case of glacial loading, the size and the speed at which an ice sheet can evolve is responsible for a specific response of the Earth and especially for some transient associated behaviours. After introducing the idea of isostasy, we describe what can be the consequences on the isostatic response of both the size and the rate of evolution of the load. This will help in clarifying what we cali the " glacial context ". Then, the numerous impacts this response can have in retum on the ice sheet dynamics as weil as the different ways of accounting for them are presented. This first part will have shown the interest in developping an elaborated Earth model in which the physics are much more rigourous than for most of the classical parameterisations used up to now in ice sheets models. The characteristics and the equations for the model developped in this study are then sketched in detail and reveal its degree of sophistication. The numerous field measurements performed over postglacial rebound areas like Fennoscandia appear to be a good way of testing such a model validity. Indeed, by comparing the results of the simulated rebound with these data, it becomes possible to check whether the model seems realistic or not. Although these different kinds of data are not perfectly reproduced simultaneously, the model nevertheless exhibits a rather realistic behaviour which gives some confidence when combining it with an ice sheet model. The results of such a coupling are then compared with those from the classical parameterisations in the simulation of the Antarctic ice sheet during the last glacial cycle. This simulation confirms the relatively good behaviour of our Earth model compared to the others, which tends to show that some of these classical approaches should be avoided in ice sheet modeling., Sous l'effet de charges en surface, la surface terrestre s'affaisse pour retrouver un état d'équilibre isostatique. Inversement, quand ces charges viennent à diparaître, la surface remonte pour retrouver sa configuration initiale. Dans le cas d'une calotte glaciaire, la taille mais aussi la vitesse à laquelle peut évoluer la masse de glace est à l'origine d'une réponse hautement spécifique et particulièrement de comportements transitoires associés. Après avoir introduit la notion d'isostasie, nous décrivons quelles peuvent être les conséquences à la fois de la taille et de la vitesse d'évolution de la charge sur la réponse terrestre. Cela permet de clarifier la notion de "contexte glaciaire" en matière de charge à la surface de la Terre. Ensuite sont présentés les nombreux impacts que cette réponse isostatique peut avoir en retour sur la dynamique glaciaire, ainsi que les façons d'en rendre compte. Cette première partie aura montré tout l'intérêt de developper un modèle de Terre élaboré dont la physique à la base s'avère plus rigoureuse que dans les paramétrisations usuelles utilisées jusqu'à maintenant dans les modèles de glace. Les caractéristiques majeures ainsi que les équations à la base de ce modèle sont alors présentées en détail et révèlent le degré de sophistication de cette nouvelle approche. La richesse de données issues de mesures sur les zones de rebond postglaciaire comme la Fennoscandie sont un excellent moyen de valider pareil modèle. En comparant les résultats du rebond simulé avec ces données il est possible d'estimer le réalisme du modèle. Bien que l'ensemble de ces données ne soit pas simultanément reproduit de manière parfaite, le modèle montre cependant un comportement suffisamment réaliste pour pouvoir par la suite être couplé à un modèle de glace. Les résultats de cette incorporation sont alors comparés à ceux obtenus avec les paramétrisations usuelles au cours d'une simulation de la calotte Antarctique au cours du dernier cycle glaciaire. Ces résultats confirment le relativement bon comportement de notre modèle complet de Terre par rapport aux autres approches, ce qui tendrait à discréditer l'emploi de certaines de ces paramétrisations de la réponse terrestre dans les modèles évolutifs de calottes glaciaires.

It is now weIl recognized that the huge amounts of metal discharge from industrial emissions into the air, water and soils have no doubt resulted in the great impact on the regional and global cycling of trace metaIs since the Industrial Revolution [Nriagu, 1990]. To evaluate the impact of anthropogenic emissions on the natural cycles oftoxic heavy metals, it is needed to understand a general historical trend in occurrence of these elements in the atmospheric system which is a main route of the transport of pollutant aerosols emitted from various anthropogenic sources. This thesis consists of eight components in the form of articles (1-VIll) which present all the analytical procedures and resnlts obtained by analysing fourty seven ice core sections from GRIP deep ice core. In 1990-92, the multinational European Greenland Ice-core Project (GRIP) drilled an ice core at Summit (72° 58'N, 37° 64W, elevation of 3238m above sea level, annual mean air temperature -32 °C) in central Greenland . The 3028.8-m-Iong core was recovered by an electromechanical drill, which covered the past 250 kyr according to the time scale given from Dansgaard et al. [1993]. The author analysed for Pb, Cu, Zn, and Cd fourty seven ice core sections which cover the Holocene period " 10,000 years B.P.) and the last full glacial cycle (10,000 - 150,000 years B.P.). As many other investigations were conducted on the same core sections, only a limited part of the core cross section was available for this study . Each core section is 55cm long and thus the time span of the accumulation of ice ranges from three years for the shallow depth to about 200 years for the deep one. This allows us to obtain an average concentration value of more than one year of accumulation of ice in each core section for eliminating a possible influence of seasonal variation in concentration. The time scale used here was establisbed by counting annuallayers back to 14.5 kyr B.P. and beyond that by ice flow modelling [Johnsen et al., 1992; Dansgaard et al., 1993]., pas de résumé

Le but de ce travail était d'étudier la partie soluble (soit plus de 90% du total) des impuretés contenues dans les neige et glace antarctiques, afin de mieux comprendre la chimie atmosphérique actuelle et passée de la Terre. Grâce à 2 techniques nouvelles (la mesure de la teneur en H+, encore appelée acidité forte, et la chromatographie ionique) que nous avons adaptées à l'étude des traces, nous avons pu étudier de manière systématique cette partie soluble des impuretés. Après avoir résolu les problèmes de contamination, près de 10,000 mesures ont été réalisées sur des échantillons de Byrd (Antarctique de l'Ouest), du Pôle Sud, du Dôme C, Vostok et de Terre Adélie (Antarctique de l'Est), couvrant des échelles de temps allant de quelques années à quelques dizaines de milliers d'années. Nous avons pu montrer que la partie soluble des impuretés est bien représentée par les ions Na+, Mg2+, Ca2+, NH4+, K+, H+, CI-, NO3-, et SO42-. Pour la première fois le nécessaire équilibre (balance ionique) entre cations et anions a pu être vérifié pour la neige et la glace antarctiques. Cette balance ionique bien équilibrée nous a alors permis de montrer que, pour le climat actuel, la neige contenait essentiellement du sel de mer et 3 acides minéraux (H2SO4, HNO3 et HCl). Durant la dernière glaciation (il y a 18 000 ans), la neige contenait une plus grande variété de composés chimiques solubles: acides minéraux, sel de mer mais aussi des composés tels que CaSO4, la présence de ce dernier concordant avec l'augmentation des teneurs en aérosol désertique de cette neige ancienne. Les teneurs en impuretés de la neige ont été discuté en relation avec la chimie atmosphérique, le difficile problème posé par la relation air-neige étant abordé au cas par cas. Nos résultats suggèrent que H2SO4 présent dans la neige provient de la conversion du DMS émis par l'activité biogénique marine. Sur ce "bruit de fond" de H2SO4 se superposent des fluctuations importantes mais brèves liées à l'activité volcanique explosive. Nous avons pu repérer dans la neige les retombées de grandes éruptions (Agung en 1963, Krakatoa en 1883 et Tambora en 1815). En outre, nos mesures montrent l'importance d'une éruption survenue en 1822 (Galunggung ?), cette dernière n'était pas jusqu'ici répertoriée parmi les grandes éruptions dans les catalogues volcaniques. L'étude des impuretés d'origine marine montre que le rapport Cl/Na dans la neige, voisin de la valeur de l'eau (1,8) dans les régions côtières, devient très variable dans les régions centrales. Le bilan ionique équilibré a permis de démontrer que lorsque les rapports supérieurs à 1.8 sont liés à la présence d'HCl ce qui suggère une altération de l'aérosol marin au cours de son transport à travers le continent antarctique. Le cas de HNO3 apparait plus complexe encore, et nous n'avons pas toujours pu expliquer les variations observées. Cependant, nos résultats ne confirment pas l'hypothèse avancée antérieurement d'une modulation des teneurs en nitrate par l'activité solaire. L'étude de la neige déposée durant la dernière glaciation a permis d'imaginer ce qu'était l'environnement atmosphérique passé de la Terre. Tout d'abord l'augmentation des teneurs en sodium confirme l'hypothèse déjà émise d'une circulation atmosphérique plus vigoureuse à cette époque. Par ailleurs, l'augmentation des poussières insolubles d'origine terrigène suggère de nouveau un transport plus actif mais aussi une aridité plus marquée des continents à cette époque., pas de résumé

Cette étude concerne le Glacier de La Mer de Glace et du Tacul . Une prospection séismique , des travaux de topographie ont permis d' approcher la dynamique du glacier, d'étudier la glace et le névé , la structure du glacier ., pas de résumé

Dans ce travail, nous procèderons d'abord à une étude attentive des séries de mesures existantes. Ensuite, après des rappels sur les différents phénomènes qui participent à la fusion nivale, nous chercherons à schématiser les échanges thermiques de surface, puis le cheminement de l 'eau de fusion à travers le manteau. Un travail semblable a été entrepris, dès 1964, par E.A . ANDERSON, qui a abouti en 1968, à un modèle de fonte intégré depuis dans le Stanford Watershed Model. Toutefois, les données du Col de Porte présentent certaines lacunes et nous conduiront à insister plus particulièrement sur les problèmes d'estimation des quantités non mesurées. Nous décrirons rapidement les essais et la mise au point du modèle, en donnant au passage un aperçu des problèmes généraux r encontrés dans la conception et la mise au point des modèles déterministes en hydrologie, puis nous regarderons comment évoluent les performances de ce modèle quand, sans en changer la structure, on réduit le nombre des variables d'entrée pour ne conserver que celles qui sont généralement disponibles. Dans une dernière partie, nous essaierons d'aborder le problème de manière statistique. Après quelques rappels théoriques, nous chercherons quelles sont les variables les plus explicatives et nous les utiliserons dans un modèle linéaire simple, mais d'une mise en oeuvre plus rapide que nous comparerons au modèle déterministe retenu; L'approche statistique nous suggerera aussi quelques remarques sur les données de débit utilisées, ainsi que sur la méthode du "facteur de fonte" couramment employée., pas de résumé