En raison de nos activités, notre environnement change à un rythme jamais égalé par le passé. Afin de pouvoir prédire ces changements et leurs conséquences, non seulement sur le climat mais également sur les écosystèmes, il est absolument nécessaire d'améliorer les capacités prédictives des modèles globaux, utilisés par exemple dans les exercices de prédiction du {GIEC}. Les émissions de carbone associées aux activités humaines ont été estimées à un total de 9 GtC/an, essentiellement comme résultat de la combustion des énergies fossiles et de la déforestation. Environ la moitié de ce flux s'accumule dans l'atmosphère, le reste étant absorbé par la biosphère et l'océan. L'océan joue donc un rôle de premier plan, aussi bien dans le cycle naturel du carbone que dans sa perturbation par les activités humaines. Si les bilan globaux sont assez bien connus, les comparaisons entre les différentes approches permettant d'estimer la distribution spatiale et temporelle des flux air-mer de carbone montrent des divergences importantes régionalement mais également temporellement. Cette distribution est contrôlée conjointement par la dynamique océanique et par des processus biogéochimiques, en particulier par la production de matière organique dans la zone euphotique, son export vers l'océan intérieur et sa reminéralisation par les organismes hétérotrophes. Or, notre compréhension de ces deux facteurs régulant le cycle du carbone reste entachée de nombreuses incertitudes, voire inconnues. Ainsi, par exemple, les mécanismes contrôlant l'export de la matière organique depuis la zone éclairée, malgré une recherche importante au cours des dernières décennies, restent encore largement méconnus et ne font pas l'objet d'un consensus. Mes travaux de recherche, depuis ma thèse soutenue en 1998, portent sur l'étude de la variabilité des cycles biogéochimiques marins du carbone et des éléments nutritifs majeurs (N, P, Si, Fe) associée à celle du climat. Deux axes forts ont été plus spécifiquement privilégiés : (1) Comprendre les processus biologiques et chimiques clés des grands cycles biogéochimiques marins (principalement carbone, fer, nutritifs) et des échelons trophiques primaires et secondaires (phytoplancton, zooplancton) ; (2) analyser la variabilité spatiale et temporelle de la biogéochimie marine à des échelles de temps allant de la saison à plusieurs décennies. L'approche adoptée est la modélisation numérique de grande échelle à la fois spatiale et temporelle utilisant de façon conjointe le modèle de la circulation générale de l'océan OPA et un modèle de la biogéochimie marine que j'ai développé, PISCES. J'ai principalement utilisé ces modèles à l'échelle globale et à relativement basse résolution. Toutefois, par des collaborations, des applications régionales à plus fine échelle ont été abordées, reposant principalement sur le modèle régional ROMS_AGRIF. Les deux finalités principales de ces travaux sont, d'une part, de comprendre et de simuler le rôle du cycle du carbone océanique (et des cycles biogéochimiques associés) dans le climat (réponses et rétroactions) et, d'autre part, de faire progresser la modélisation des chaînes trophiques jusqu'au niveau des prédateurs marins constituant des ressources halieutiques. Ce document synthétise donc 17 années de recherche en biogéochimie marine. Pour conclure, je présente des pistes pour mes activités de recherche futures. Envisagées dans une certaine continuité avec mes activités passées, ces pistes s'articulent autour de trois directions principales : (1) améliorer notre connaissance et notre compréhension des processus majeurs de la biogéochimie majeure ; (2) comprendre le rôle des interactions trophiques dans le fonctionnement des écosystèmes marins (pris dans leur globalité, depuis les nutriments jusqu'aux prédateurs supérieurs) ; (3) l'étude des relations entre climat, dynamique océanique et cycles biogéochimiques marins. Je termine cet exercice de prospective par une courte réflexion sur les enjeux futurs de la modélisation biogéochimique marine.