Soutenance de thèse de Joanna CHARTON

Dans l’Océan Indien austral, l’archipel des Kerguelen (49°S, 69°E) constitue un observatoire unique pour étudier l’évolution des glaciers et des paléoclimats associés. C’est en effet un des rares secteurs à abriter de nombreuses morphologies glaciaires anciennes. Ceci est d’autant plus pertinent que l’évolution des glaciers depuis le Stade Isotopique Marin 3 (MIS 3 ; 60-26.5 ka) reste peu documentée en région subantarctique. Ainsi, les objectifs de cette thèse sont de mieux contraindre les chronologies glaciaires aux Kerguelen, afin de les comparer aux autres régions des moyennes latitudes de l’hémisphère sud et d'étudier les facteurs climatiques associés. Pour ce faire, des échantillons ont été prélevés sur des blocs morainiques, des erratiques et des polis glaciaires sur différents sites et ont été datés grâce aux nucléides cosmogéniques produits in situ (principalement avec le 36Cl, et complétés par quelques mesures de 10Be et 26Al). La plus ancienne avancée glaciaire s'est produite pendant le MIS 3, d’après la moraine de Port-aux-Français à ~42.2 ka. Les glaciers ont ensuite connu des culminations au cours du Dernier Maximum Glaciaire (DMG ; 26.5 - 19 ka) à ~21.5 ka à Port Jeanne D'Arc et à ~21.4 ka et ~19.4 ka à Baie Larose. La présence d’une moraine datée du MIS 3, qui n'a pas été oblitérée par une avancée du DMG suggère que l'étendue des glaciers à ⁓42.2 ka était au moins aussi importante que celle du DMG sur l'archipel. Les âges d’exposition des polis glaciaires en différents sites de l'archipel varient de ⁓39 à ⁓19 ka. Ces résultats suggèrent des périodes de déglaciation qui se sont produites entre ces deux culminations glaciaires et juste après le DMG à Kerguelen. Les avancées pendant le MIS 3 et le DMG sont en phase avec les températures de surface océanique froides (SST) dans la région. Cependant, les facteurs climatiques responsables des plus grandes avancées des glaciers pendant le MIS 3 restent à identifier, bien que des changements de précipitations aient pu se superposer aux changements de températures. Au cours du Tardiglaciaire (19 – 11.7 ka), des avancées glaciaires ont eu lieu à ~16.0 ka et à ~12.9 ka à Val Travers, à ~13.6 ka dans la vallée du glacier Arago et à ~14.3 ka dans la vallée du glacier Gentil, probablement associées à l’événement d’Heinrich 1 et/ou à L’Antarctic Cold Reversal. Jusqu'à présent, aucune moraine du début ou du milieu de l'Holocène n'a été trouvée à Kerguelen, ce qui indique que les glaciers ont probablement reculé de manière significative au cours de ces périodes. Aussi, la datation de polis glaciaires (allant de ~4.4 ka à ~14 ka) sur le site du glacier Ampère suggère que cette vallée a été désenglacée pendant plusieurs millénaires au cours de l'Holocène. Enfin, les glaciers semblent avoir progressé à nouveau pendant l'Holocène tardif, à ~2.6 ka au site du glacier Gentil, puis au cours du dernier millénaire, à ~1 ka, ~430 ans et ~300 ans au site du glacier Ampère. Les variations holocènes des glaciers de Kerguelen ont probablement été contrôlées par les effets combinés des SST liées aux variations du front polaire antarctique et des fluctuations des précipitations liées aux variations millénaires du mode annulaire austral. Nos résultats sont cohérents avec les observations faites ailleurs dans l'hémisphère sud à la fin du Pléistocène supérieur. Cependant, l'évolution plurimillénaire des glaciers de Kerguelen au cours de l'Holocène est originale. En effet, contrairement à la Nouvelle-Zélande et à la Patagonie, l’étendue des glaciers de Kerguelen était au moins aussi réduite au début de l'Holocène qu’à l’actuel, et leur extension n’a progressé qu’au cours du dernier millénaire. Enfin, la modélisation et les observations glaciologiques confirment le retrait actuel marqué de la calotte Cook et en particulier du plus grand glacier français, le glacier Ampère. Les simulations futures suggèrent sa disparition complète d'ici la fin du siècle.

The Kerguelen Archipelago (49°S, 69°E) is the one of the few places in the sub-Antarctic sector of the Indian Ocean that host numerous glacial landforms, making it an excellent study site for investigating glacier fluctuations and their associated paleoclimates. However, little is known about glacier fluctuations from Marine Isotopic Stage 3 (MIS 3; 60-26.5 ka) in the sub-Antarctic. The objectives of this dissertation are to constrain the glacier chronology of the Kerguelen Archipelago with the aim to compare it with other southern mid-latitude regions and to investigate possible climate drivers. To do so, I used the cosmic-ray exposure (CRE) dating method (principally 36Cl, and complemented by a few 10Be and 26Al measurements) on samples of moraine boulders, erratics and glacially polished bedrocks collected at ten different sites. The oldest evidence of glacier culmination occurred during MIS 3, as indicated by direct moraine dating at 42.2 ± 4.9 ka at the Port-aux-Français site. Subsequent culminations occurred during the global Last Glacial Maximum (gLGM; 26.5 – 19 ka) at 21.5 ± 3.2 ka at the Port Jeanne D’Arc site and at 21.4 ± 3.7 ka and 19.4 ± 2.6 at Baie Larose site. The presence of a MIS 3 moraine that has not been obliterated by a gLGM advance suggests that the ⁓42.2 ka glacier extent was at least as large as the gLGM glacier maxima on the archipelago. 36Cl ages of glacially polished bedrock surfaces sampled in different locations of the archipelago range from ⁓39 ka to ⁓19 ka. We interpret these results as reflecting periods of deglaciation that occurred in between the two glacier culminations and right after the gLGM on Kerguelen. These glacier maxima on Kerguelen may have been in phase with regional cold Sea Surface Temperature (SST) records. However, the climate drivers responsible for the larger MIS 3 glacier maximum remain unclear, although changes in precipitation may have superimposed on temperature changes. During the Late Glacial (19 – 11.7 ka), glacial advances occurred at 16.0 ± 1.9 ka and at 12.9 ± 1.7 ka in Val Travers, at 13.6 ± 1.8 ka in the Arago Glacier valley and at 14.3 ± 2.3 ka in the Gentil Glacier forefield, probably associated with the large-scale climatic signal of the Heinrich Stadial 1 and/or Antarctic Cold Reversal events. So far, no Early nor Mid-Holocene moraines have been found on Kerguelen, indicating that glaciers had probably receded significantly during these periods. This is in agreement with the formation of peat bogs previously evidenced suggesting extensive deglaciation during the Early and Mid-Holocene periods. 36Cl ages of polished bedrock surfaces (ranging from ~4.4 ka to ~14 ka) at Ampere Glacier site also suggest that this valley was ice free for several millennia during the Holocene. Finally, glaciers seem to have re-advanced only during the Late Holocene at 2.6 ± 1 ka on Gentil Glacier site, then within the last millennium, at ~1 ka, ~430 yr and ~300 yr at Ampere Glacier site. The Holocene variations of Kerguelen glaciers were probably controlled by the combined effects of SSTs related to the variations of the Antarctic Polar Front and fluctuations of precipitation related to long-term variations of the Southern Annular Mode. Our results are generally consistent with observations from elsewhere in the Southern Hemisphere during the Late Pleistocene. However, the multi-millennial evolution of glaciers on Kerguelen during the Holocene is original in contrast to the evolution of glaciers located in New-Zealand and Patagonia. On Kerguelen glaciers were similar in the Early Holocene to modern extent and did not significantly re-advance until the last millennium. Finally, glaciological modeling and observations confirm the recent decrease of the largest ice body hosted by the archipelago, the Cook Ice Cap, and future simulations suggest its complete disappearance by the end of the century.