Abstract Treatment wetlands (TW) constructed on natural wetlands potentially perform efficient purification of wastewater, but the longevity of TWs at northern latitudes is not well known. This thesis examined processes affecting nutrient and suspended solids (SS) retention in TWs during their lifetime. In total, 15 TWs were studied using water and peat quality and gas flux data for different TW life lengths, the longest period being 18 years. The TWs commonly retained nutrients and suspended solids efficiently, even after 18 years of wastewater loading. For nitrogen (N) removal, sedimentation, nitrification-denitrification and plant uptake were efficient processes in the wetlands studied. However, emissions of nitrous oxide (N2O) from TWs are not a major contributor to climate change due to the small total surface area of TWs. The significance of anaerobic ammonium oxidation (anammox) and other newly discovered nitrogen processes in TWs remains to be clarified. Phosphorus (P) adsorption capacity in TWs remained efficient over a 12-year study period, the process being continuous when surfaces for adsorption were available or freed up through alternating absorption/desorption/adsorption. Phosphorus accumulation by peat accretion was low, but has not been well assessed in northern TWs receiving nutrient-rich waters. Iron (Fe) and aluminium (Al) in peat extraction runoff and purified wastewater from sewage treatment plants were of great importance for precipitation of P in TWs. Filtration and sedimentation of organic humic substances with Fe- or Al-bound P were other probable P retention pathways. In peat extraction runoff, Fe was more significant than Al for P retention, but Fe-bound P is susceptible to desorption in anaerobic environments, whereas Al-bound P is more strongly retained. Suspended solids were generally retained well, although there was great variation in percentage retention in individual TWs in different years and different seasons. Changes in discharge affected SS transportation and retention. SS were retained by sedimentation, the rate of which was affected by particle size. It is plausible that smaller particles from old peat extraction areas where the extracted peat has a high humification degree erode more easily than poorly humified particles in surface peat. Weakened SS retention may also have been caused by development of preferential flow areas (PFA) in TWs, changes in sediment delivery characteristics and sampling involving too few samples to show SS transportation sufficiently accurately for estimating SS retention. Thus TWs are potentially ideal for purification of wastewater and can have high purification efficiency even after long-term use in northern regions. They are also more widely applicable as long as their limitations are understood. / Tiivistelmä Kosteikkopuhdistamot, jotka on rakennettu luonnonkosteikoille, voivat tehokkaasti vähentää erilaisten maankäyttömuotojen ja pistekuormituslähteiden vesistökuormitusta. Niiden käyttöikää pohjoisilla alueilla ei kuitenkaan tunneta hyvin. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kosteikkopuhdistamoissa tapahtuvia biologisia, kemiallisia ja fysikaalisia prosesseja, joilla on vaikutusta ravinteiden ja kiintoaineen pidättymiseen. Yhteensä 15 eri-ikäisen kosteikkopuhdistamon toimintaa tutkittiin veden ja turpeen laadun sekä kasvihuonekaasumittausten avulla. Näistä vanhinta kosteikkoa oli tutkimusta tehdessä käytetty 18 vuotta turvetuotannon valumavesien puhdistukseen. Tyypillisesti kosteikkopuhdistamot pidättivät ravinteita ja kiintoaineita tehokkaasti jopa 18 vuoden käytön jälkeen. Typenpoistossa sedimentaatio, nitrifikaatio-denitrifikaatio ja kasvien ravinteidenotto olivat tutkituilla kosteikoilla tehokkaita prosesseja. Kosteikkopuhdistamoiden typpioksiduulipäästöt (N2O) ilmaan eivät kuitenkaan ole merkittäviä ilmastonmuutoksen aiheuttajia, koska tällaisten kosteikkopuhdistamoiden kokonaispinta-ala on pieni. Anammox- (anaerobic ammonium oxidation) ja muiden viimeaikoina muissa tutkimuksissa havaittujen typpiprosessien merkitys kosteikoilla tulisi vielä selvittää. Fosforin adsorptiokyky kosteikkopuhdistamoilla pysyi tehokkaana 12 vuoden tutkimusjaksolla, koska niissä adsorptiopintoja oli joko vapaana tai niitä vapautui absorptio- ja desorptioprosessien seurauksena. Kosteikkopuhdistamolla fosforin kertyminen turpeen muodostuksessa arvioitiin vähäiseksi, tosin kertymistä ei ole tarkkaan määritetty pohjoisilla kosteikkopuhdistamoilla, joihin tulee ravinteikasta vettä. Turvetuotannon valumavesissä ja jätevedenpuhdistamoilta tulleissa vesissä orgaanisten humusaineiden rautaan ja alumiiniin sitoutuneen fosforin suodattuminen ja sedimentoituminen olivat muita todennäköisiä fosforin pidättymismekanismeja kosteikoilla. Turvetuotannon valumavesissä rauta oli alumiinia merkittävämpi tekijä fosforin pidättymisessä. Rautaan sitoutunut fosfori on kuitenkin altis desorptiolle hapettomissa olosuhteissa, kun taas alumiiniin sitoutunut fosfori pidättyy pysyvämmin. Kiintoaines pidättyi kosteikkopuhdistamoissa yleensä hyvin, vaikka pidättyneen aineen osuudessa kokonaiskuormituksesta oli suurta vaihtelua yksittäisissä kosteikkopuhdistamoissa eri vuosina ja eri vuodenaikoina. Muutokset virtaamissa vaikuttivat kiintoaineksen kulkeutumiseen ja pidättymiseen. Kiintoaines pidättyy sedimentaatiossa, jonka suuruuteen vaikuttaa kiintoaineen partikkelikoko. On todennäköistä, että vanhojen turvetuotantoalueiden korkean humusasteen pienikokoiset turvepartikkelit erodoituvat helpommin kuin pintaturpeen vähemmän hajonneet partikkelit. Heikentynyt kiintoaineen pidättyminen saattaa aiheutua myös kosteikkopuhdistamoiden oikovirtauksien kehittymisestä, muutoksista sedimentin kulkeutumistavoissa ja liian harvoista näytteenotoista, jolloin ei pystytä riittävän tarkasti arvioimaan kiintoaineksen pidättymistä. Kosteikkopuhdistamot voivat olla ideaalisia jätevesien puhdistamiseen ja ovat osoittaneet hyvää puhdistustehokkuutta myös pitkäaikaisessa käytössä pohjoisissa olosuhteissa. Siten ne ovat laajasti sovellettavissa, kunhan niiden käyttömahdollisuuksien rajoitteet on otettu huomioon.

Abstract The SOM in boreal forests contains non-living heterogeneous components resulting from microbial and chemical transformations of organic debris from plant litter. The major components in the plant biomass all decompose at different rates and therefore, contribute variably to the stable storages of soil C. The aims of the current thesis were 1) to explore how climate, soil fertility and initial litter quality affect the decomposition rate of litter, 2) to study how the different carbon fractions found in the plant litter relate to the quality and quantity of SOM in forest soils, 3) to determine whether the recalcitrant fraction of litter is derived from lignin and other polyphenols or from lipophilic compounds and carbohydrates, and 4) to determine whether the litter originating from different plant growth forms affects SOM formation in a similar way. The study was conducted in six north boreal and six south boreal study sites, half of which were mesic and half were sub-xeric. The overall initial litter quality and decomposition rate of carbon fractions did not differ between the two fertility levels and climate regimes. Litter with high initial water-soluble extractives (WSE) and nitrogen (N) decomposed at a faster rate than litter with lower initial WSE and N concentration irrespective of the soil fertility or climate conditions. Although decomposition rate varies among litter types, decomposition rate cannot explain differences in SOM quality or quantity between the northern and southern boreal forests. The organic matter accumulation and relative proportion of acid-insoluble residue (AIR) in SOM was higher in south boreal sites both in sub-xeric and mesic sites. Detailed characterization of the AIR fraction using pyrolysis-GC demonstrated that in the litter layer the concentration of AIR contains lignin and other insoluble polyphenols, but in the F and H layers, lignin-derived and chemically modified polyphenolics and decomposition products of resin acids. Although the concentration of the AIR fraction varies among litter types, its composition varied very little among the litter types, and between a sub-xeric and a mesic site. The results of this study suggest that the differences in plant community structure and quantitative differences in the litter input by various growth forms has more impact on OM accumulation than decomposition conditions in coniferous soils. / Tiivistelmä Metsämaan orgaaninen aines koostuu eriasteisesti hajonneesta karikkeesta sekä pitkälle maatuneesta, hajottajien muokkaamasta humuksesta. Tutkimuksessa selvitettiin 1) kuinka ilmasto, maaperän ravinteisuus ja karikkeen kemialliset ominaisuudet vaikuttavat karikkeen hajoamisnopeuteen, 2) kuinka kasvien sisältämät erilaiset hiilifraktiot vaikuttavat maaperän orgaanisen aineen laatuun ja määrään, 3) millaiset hiiliyhdisteet muodostavat vaikeimmin hajoavan hiilifraktion karikkeessa ja pidemmälle maatuneessa orgaanisessa aineessa ja 4) onko erilaisten kasvien vaikutus orgaanisen aineksen muodostumiseen samanlainen kuusikoissa ja männiköissä pohjois- ja eteläboreaalisella havumetsävyöhykkeellä. Tutkimuksessa havaittiin, että karikkeen maatumisnopeudessa ei ollut eroja pohjois- ja eteläboreaalisella kasvuvyöhykkeellä eikä kuusikoiden ja männiköiden väillä. Karike, joka sisälsi runsaasti vesiliukoisia yhdisteitä ja typpeä maatui nopeammin kuin vähän vesiliukoisia yhdisteitä tai typpeä sisältävä karike. Karikkeen maatumisnopeus ei kuitenkaan kyennyt selittämään eroja pidemmälle maatuneen orgaanisen aineksen määrässä ja laadussa pohjois- ja eteläboreaalisella kasvuvyöhykkeellä. Orgaanisen aineksen määrä oli suurempi eteläboreaalisella kasvuvyöhykkeellä verrattuna pohjoisboreaaliseen. Lisäksi vaikeasti hajoavia hiiliyhdisteitä (AIR-fraktio) kertyi eteläboreaaliseen metsämaahan enemmän kuin pohjoiseen. Karikekerroksessa ligniini ja polyfenolit muodostivat suuren osan AIR-fraktiosta. Maatumisen edetessä AIR-fraktion muodostavat lähinnä ligniinin hajoamisesta peräisin olevat ja muut modifioituneet polyfenolit sekä pihkahappojen hajoamistuotteet. Vaikka AIR-fraktion konsentraatio vaihteli kariketyypeittäin, sen kemiallinen koostumus oli hyvin samanlainen karikelajista riippumatta. Tutkimuksen perusteella vallitseva kasvillisuus ja sen tuottaman karikkeen määrä ja laatu vaikuttavat enemmän metsämaahan kertyvän orgaanisen aineen määrään kuin maatumisolosuhteet.

Tato práce se zabývá studiem vlivu kaolinitových ástic (reprezentujících látky tvo ící zákal vody) a peptidové/proteinové složky COM (Cellular Organic Matter) produkovaných sinicí Microcystis aeruginosa na velikost, strukturu a tvar tvo ených agregát v prom nných hydrodynamických podmínkách (gradientu rychlosti) p i úprav vody. Agregace probíhala v Taylor-Couettov reaktoru. Koagulace vybraných typ zne iš ujících p ím sí (kaolinitové ástice, COM peptidy/proteiny a jejich sm s) probíhala pomocí síranu hlinitého a síranu železitého. Vzniklé agregáty byly hodnoceny ve fázi homogenní velikosti (steady state) po 60 min míchání pomocí ukazatel : velikost (polom r) agregát , fraktální dimenze D2 a Dpf a velikostní distribuce. Bylo zjišt no, že velikost agregát je závislá na typu koagula ního inidla, typu koagulované p ím si a aplikovaném gradientu rychlosti. S rostoucím gradientem rychlosti se velikost agregát zmenšuje. Železité koagula ní inidlo produkuje v tší agregáty než hlinité koagula ní inidlo. Podle p ím si roste velikost agregát v po adí kaolinit < COM < kaolinit + COM. Struktura agregát se stává kompaktn jší s gradientem rychlosti. P i použití hlinitého koagula ního inidla vznikají ve srovnání s inidlem železitým kompaktn jší agregáty (mají vyšší hodnotu D2). Kompaktnost agregát klesá v po adí...

Le processus de photo-oxydation induite a été étudié au laboratoire en conditions contrôlées à l’aide de cultures non-axéniques sénescentes de diverses souches phytoplanctoniques. Le suivi de la dégradation de l’acide cis-vaccénique (marqueur bactérien) nous a permis de confirmer l’existence d’un flux d’1O2 des phytodétritus vers les bactéries attachées et de mettre en évidence une corrélation significative entre l’état de photodégradation des bactéries et la concentration en chlorophylle a (photosensibilisateur) des cellules phytoplanctoniques. Nous avons également démontré que les photoproduits formés au sein des bactéries et du phytoplancton (hydropéroxyacides) étaient rapidement dégradés dans nos conditions expérimentales en cétoacides et hydroxyacides correspondants. L’effet des matrices siliceuses et carbonatées sur l’efficacité du transfert d’1O2 des phytodétritus vers les bactéries attachées a également été étudié. Les résultats ont montré que contrairement aux matrices carbonatées (coccolithes) des coccolithophoridés, les matrices siliceuses (frustules) des diatomées, inhibaient fortement le transfert de l’1O2 limitant ainsi la photodégradation des bactéries attachées. L’étude des effets de l’1O2 sur la dynamique des communautés bactériennes attachées aux phytodétritus a montré que près de 90 % des bactéries attachées étaient mortes dans une culture d’E. huxleyi en phase stationnaire prolongée et que les bactéries vivantes étaient dominées par des bactéries pigmentées dont la résistance à l’1O2 serait liée à leurs fortes teneurs en caroténoïdes. Des analyses en DGGE ont montré que la diversité bactérienne était affectée par l’irradiation lumineuse. / Induced photo-oxidation processes were studied in the laboratory under controlled conditions using non- axenic senescent cultures of several phytoplankton strains. The monitoring of the cis- vaccenic acid (bacterial marker) degradation allowed us to confirm the existence of a 1O2 flow from phytodetritus to the attached bacteria and to highlight a significant correlation between the photodegradation state of bacteria and chlorophyll a (photosensitizer) concentration in phytoplankton cells. We also demonstrated that photoproducts formed, within bacteria and phytoplankton (hydroperoxyacids), were rapidly degraded under our experimental conditions into corresponding ketoacids and hydroxyacids. The effect of siliceous and carbonate matrices (mineral polar medium) on the efficiency of singlet oxygen transfer from phytodetritus to the attached bacteria was also studied. Results showed that, in contrast to the carbonate matrix (coccoliths) of coccolithophorids, siliceous matrix (frustules) of diatoms, strongly inhibited the transfer of 1O2, thus limiting the photodegradation of attached bacteria. The study of the effects of 1O2 on the dynamics of bacterial communities attached to phytodetritus showed that nearly 90 % of attached bacteria were killed in a culture of E. huxleyi in late stationary phase and showed that living bacteria were dominated by pigmented bacteria whose resistance toward 1O2 results likely from their high carotenoid contents. DGGE and lipid tracer analyses showed that bacterial diversity was significantly affected by light irradiation.

La thèse propose et évalue une méthode de prise en compte de la diversité microbienne dans un modèle mécaniste opérationnel de dynamique du carbone (C). Partant d'un modèle classique dont les flux de minéralisation sont décrits par des cinétiques d'ordre 1, nous proposons des fonctions de modulation des paramètres des équations prenant en compte des indices de diversité microbienne. Elle s’appuie sur 2 jeux de données contenant des mesures de diversité microbienne et des cinétiques de minéralisation du C sur 80 jours, en conditions contrôlées, avec et sans apport de blé marqué au 13C, issus d'échantillons de sols agricoles diversifiés.L'utilisation de modèles statistiques additifs généralisés (GAM) a permis d'identifier les indices de diversité pouvant expliquer la dynamique du C. Des fonctions de modulation ont été proposées selon les relations mises en évidence.L'ensemble a été calibré à l'aide de méthodes bayésiennes. L'ajout d'une fonction de modulation dépendante de la diversité bactérienne a permis d'améliorer la prédiction des flux issus de la minéralisation de la MOS. En revanche, l'intégration d'une fonction dépendante de la diversité fongique n'a pas permis l'amélioration des flux issus de la minéralisation du résidu ou de la MOS.La méthode proposée d'intégration de la diversité microbienne dans les modèles génériques de dynamique du C constitue une approche prometteuse pour une représentation parcimonieuse de son influence. Il s'agit d'un cadre méthodologique complémentaire à la prise en compte détaillée de cette diversité dans les modèles de dynamique du C / This thesis suggests and assesses a way to integrate microbial diversity in an operational mechanistic model of C dynamic. From a classical model where mineralisation fluxes are described by 1st order kinetics, we propose functions depending on microbial diversity indices to modulate the parameters of these kinetics. We used 2 datasets containing measures of microbial diversity and C mineralisation kinetics from controlled conditions incubations during 80 days, with and without 13C labelled wheat straw, from grassland and cropland soil samples.In a first step, based on statistical generalizes additive models (GAM), we identified the microbial diversity indices relevant to explain C dynamic. Observed relations allowed us to submit modulation functions depending on microbial diversity to adjust model parameters. The whole has been calibrated through bayesian inference.Overall, the modulation function depending on bacterial diversity led to an improvement of SOM mineralisation fluxes predictions, while fungal based modulation functions led to no improvement.To conclude, the proposed method to integrate microbial diversity was a relevant approach towards a parsimonious representation of microbial diversity influence on C dynamic in generic model. It forms a complementary methodological framework to the dominant explicit and detailed way of microbial diversity representation in C dynamic models.

Magister Scientiae (Biodiversity and Conservation Biology) / This study examined the magnitude of soil CO2 efflux in an arid South African ecosystem, the flux responses as well as those of key limiting nutrients to soil temperature increases and moisture reductions consistent with a future climate change scenario, and compared measured soil respiration rates with those predicted with empirically and theoretically-based soil respiration models. Measurements of soil respiration rate, temperature, moisture, N and P contents were conducted monthly over a 12-month period in natural environments and those artificially manipulated with replicated open-top warming chambers (average 4.1oC increase) and precipitation exclusion chambers (average 30.1% decrease in rainfall, 26.2% decrease in fog and dewfall) distributed in five different soil-vegetation units.Measured soil respiration rates were over 3-fold less than those reported for temperate and tropical forest ecosystems with 61.5% of the total soil CO2 efflux contributed by root respiration (derived from the differences between moderately vegetated and sparsely vegetated areas) in moderately vegetated soils. Massive increases (up to 15 times) in soil CO2 efflux occurred during wet phases, but even these large CO2 pulses were only comparable in magnitude with soil CO2 effluxes reported for temperate semi-arid grasslands. There was considerable intra-annual and inter-site variability in the magnitude and direction of soil respiration and N and P responses to elevated temperatures and reduced precipitation levels with poor correspondence evident between soil CO2 efflux and soil organic matter content. Soil CO2 effluxes declined in response to precipitation exclusion by 7.1% over all sites and increased in response to warming by 42.1% over all sites. The large increase in response to warming was assisted by a 7.5% enhancement in soil moisture content due to precipitation interception by the chamber walls and its channelling to the soil surface.Relatively smaller respiration increases in response to warming occurred in moderately vegetated soils, these attributed to soil thermal insulation by the plant canopy cover. Soil P and N contents increased in response to warming by 11.3% and 13.3% respectively over all sites, with soil P declining in response to precipitation exclusion by 5.8% over all sites and soil N increasing in response to precipitation exclusion over all sites by 5.8%. Standard least squares regressions quantified the relationships between soil respiration rate and measured soil physical and chemical properties, and their interactions for each of the 5 soil-vegetation units. These relationships were incorporated in an empiricallybased soil respiration (EMR) model which was compared with a theoretically based generalized soil respiration model (GRESP). GRESP model functions included measured Q10 coefficients at soil moisture contents above field capacity, these assumed reduced by half for dry conditions, and maximum retentive and field capacities of soils. EMR modelled soil respiration rates displayed slightly better correspondence with measured soil respiration rates than GRESP modelled soil respiration rates. This apparent from the higher regression coefficients and lower sums of squared residuals, with EMR model residuals also more closely approximating normal distributions. However, despite the EMR model’s slight superiority, it was concluded that more precise laboratory-based measurements of soil retentive and field capacities and their Q10 coefficients at different soil moisture contents could improve the GRESP model’s accuracy thereby providing a more convenient and uncomplicated means of predicting respiration responses to current and future climates over a wide range of arid soil types

Les roches mères marines présentent des hétérogénéités spatiales et temporelles de répartition et de qualité. Leur dépôt et leurs variations sont des phénomènes complexes résultant de l’interaction de plusieurs processus. Ces derniers ont fait l’objet de nombreuses études, mais le débat sur leurs impacts relatifs reste vif. L’évolution des outils de modélisation numérique permet désormais une approche quantitative et ouvre la voie à l’étude des couplages entre ces processus. La bonne connaissance géologique acquise sur les bassins sédimentaires du Jurassique inférieur d’Europe et la présence de plusieurs niveaux de roche mère en font un cas idéal pour caractériser les processus gouvernant la distribution de la matière organique (MO). Cette thèse présente l’étude et la modélisation numérique de ces bassins qui ont permis de déterminer l’influence relative des facteurs de contrôle de la distribution de la MO à différentes échelles. Ces travaux apportent de nouveaux éléments au débat portant sur le rôle relatif de ces processus. L’impact primordial de la morphologie des bassins mis en avant va à l’encontre de la littérature dominante dans laquelle la production et la conservation de la MO occultent les autres facteurs. Ces deux processus jouent à l’évidence un rôle important, mais les modalités de leur expression sont entièrement dépendantes de la morphologie des bassins. L’ensemble de ces travaux met en avant la nécessité d’élargir le débat pour une meilleure compréhension de la distribution globale des roches mères, en testant la même approche modélisatrice sur d’autres intervalles riches en MO, dans d’autres contextes paléogéographiques et pour d’autres types de kérogène. / Marine source-rocks have heterogeneities both in their distribution and quality over time and space. The deposition of these organic-rich sediments and their variations are complex phenomena resulting from the convergence of several processes which were the subject of many studies. However, the debate on their relative roles and impacts remains strong. The evolution of numerical modelling tools now allows a quantitative approach and new studies about the interaction between these processes. Because of their general context and the presence of several source-rocks, the Lower Jurassic sedimentary basins of Europe are an ideal case to characterize the processes governing the distribution of organic matter (OM). This thesis present the study and the numerical modelling of these basins which allowed to determine the relative influence of the control factors of the OM distribution at various scales. These works bring new elements into the debate about the relative role of these processes. The primary impact of the basin morphology highlighted by these works goes against the dominant literature in which the production and preservation of OM conceal the other factors. Both of these processes obviously play an important role in the distribution of organic-rich layers, but their setting are entirely dependent on the basin morphology. All this work highlights the need to widen the debate for a better understanding of the source rock global distribution, by using the same modelling approach with others organic-rich intervals, others palaeogeographic contexts and for others kind of kerogens.

L’objectif de cette étude est d’affiner notre compréhension de la distribution des hétérogénéités de concentration de la matière organique dans les roches mères en se basant sur des affleurements et des données de puits provenant des Formations Triasiques de Montney et Doig (Canada). La méthodologie développée dans cette étude est la suivante : (1) la corrélation de forages sur les principes de la stratigraphie séquentielles, (2) l’analyse d’échantillons prélevés sur des affleurements, des carottes et des débris de forages avec un Rock-Eval, un ICP-MS/AES (3) l’intégration des résultats des analyses géochimiques et pétrographiques dans le cadre stratigraphique, (4) l’utilisation du code numérique DIONISOS pour restaurer l’architecture stratigraphique des Formations de Montney et Doig et tester plusieurs scénarios de productivité primaire et de restriction du bassin.Les formations de Montney et Doig ont été découpées en quatre séquences elles-mêmes regroupées en deux cycles de second ordre (A et B) séparés par un hiatus majeurs. Cette étude montre que les formations triasiques de l’Ouest du Canada se sont déposées dans un bassin actif et non pas sur une marge passive. L’intégration des résultats des analyses géochimiques et pétrographiques dans le cadre stratigraphique fait ressortir deux niveaux d’accumulation de la matière organique : une dans le FSST de la séquence A et une dans le TST de la séquence B. La modélisation avec DIONISOS montre un effondrement majeur des apports sédimentaires entre le Trias inférieur et moyen. Dernièrement, cette étude met en avant le contrôle de premier ordre de l’évolution géodynamique sur l’accumulation de la matière organique. / The aim of this study is to improve the understanding of sedimentary organic matter heterogeneities in unconventional plays, based on outcrop and well data from the Triassic Montney and Doig Formations. The workflow comprises four steps: (1) well correlations, based on sequence stratigraphy, (2) Rock-Eval VI and ICP-MS/AES analyses of outcrop, core and cutting samples, (3) integration of the analyses results in the stratigraphic framework, (4) a process-based forward modeling of the stratigraphic evolution of the basin with DIONISOS in order to test multiple scenarios of primary productivity and basin restriction.The stratigraphic architecture of the Montney and Doig Fms has been subdivided into four sequences gathered in two second order cycles (A and B) separated by a major time gap (approx. 2 My). This study shows that the deposition of the Triassic series on the Western margin of North America took place in an active structural context and not on a passive margin. The integration of the geochemical and petrographic analyses results in the stratigraphic framework shows that significant organic accumulations are located in the FSST of sequence A and in the TST of sequence B. DIONISOS shows a major drop of the sedimentary inputs between Lower and Middle Triassic that is interpreted to be linked to the regional geodynamic evolution and the early stages of the Canadian Cordillera orogeny. Lastly, this study emphasizes the first order control of the geodynamic evolution on organic rich accumulation.

La matière organique continentale déposée dans les bassins profonds est peu décrite et représente un intérêt certain pour l'industrie pétrolière. Comprendre les processus sédimentaires qui permettent le dépôt et la préservation de cette matière organique d'origine terrestre dans les bassins profonds est alors fondamental. Durant le Paléogène, période de transition climatique greenhouse à icehouse, le Delta de Mackenzie, situé dans le Bassin Arctique, reçoit de la matière organique continentale du continent et en préserve une partie. Quel est le contexte stratigraphique et climatique qui a rendu possible l'export de la matière organique continentale. Dans un premier temps, l'étude sédimentaire du bassin a montré un delta mixte dominé par des processus fluviatiles, avec une influence moindre des processus de tempêtes et de marées. Ce modèle de faciès associé à l'étude des diagraphies des puits disponibles dans la zone a permis de proposer un modèle d'électrofaciès des puits du bassin et de caractériser les séquences sédimentaires du delta évoluer au cours du temps et mettre en évidence sa migration au début du Paléogène en réponse à la mise en place de la chaîne des Brooks et des Rocheuses. Malgré des contraintes biostratigraphiques contradictoires qu'il a fallu réévaluer et des données sismiques de mauvaise qualité et fortement impactés par la déformation contemporaine de la chaîne de Brooks, il a été possible de proposer le long de deux transects terre-mer un découpage stratigraphique et sédimentologique des séries paléogènes du Delta de Mackenzie. L'étude sédimentaire du bassin a montré la présence d'influence de processus de marée en zone interne du Bassin Arctique. La présence conjointe de pollens d'Avicennia et de Nypa a montré l'existence d'une mangrove bien installée en domaine Arctique durant le Paléogène avec des températures associées d'au moins 18-20 °C. Les dépôts de matière organique sont dans la quasi-totalité d'origine continentale du Delta de Mackenzie. Cette matière organique est de deux types : 1) des dépôts de charbon déposés durant la période où la mangrove se développe et 2) des dépôts formés d'association de débris végétaux et de matière organique amorphe et déposés en condition réductrice sous l'interface eau-sédiment. Ces dépôts de matière organique sont les plus importants à la fin des séquences progradantes dans les faciès de plaine deltaïque. Il a été montré une corrélation positive entre l'augmentation des TOC et l'augmentation des apports détritiques dans le delta, ainsi qu'entre les dépôts de charbon et illite. En revanche, aucune corrélation entre le second type (débris végétaux + MO amoprhe) de matière organique et le cortège argileux n'a pu être mise en évidence. A partir de la comparaison des dépôts de matière organique dans le Delta de Mackenzie et sur la Ride de Lomonosov, le taux de sédimentation et l'anoxie semblent être des paramètres clefs dans les conditions de sédimentation et surtout de préservation de la matière organique selon l'oxygénation du milieu. De plus, la Ride de Lomonosov semble semble avoir présenté un retard dans sa subsidence ce qui lui a permis de rester en position semi-émergée durant le Paléogène. / The continental organic matter deposited in the deep basins is little described and represents a definite interest for the petroleum industry. Understanding the sedimentary processes that allow the deposit and preservation of this organic material of terrestrial origin in the deep basins is fundamental. During the Palaeogene, a period of glacial transition to icehouse, the Mackenzie Delta, located in the Arctic Basin, receives and maintains continental organic matter from the continent. What is the stratigraphic and climatic context that made possible the export of continental organic matter? Initially, the sedimentary study of the basin showed a mixed mixture dominated by the fluviatile process, with less influence of the process of storms and tides. This model of facies associated with the study of the logs of wells available in the zone made it possible to propose a model of electrical appliances of the wells of the basin and to characterize the sedimentary sequences of the delta to evolve over time and to demonstrate its migration to Beginning of the Paleogene in response to the establishment of the Brooks and Rocky Ranges. Despite the contradictory biostratigraphic constraints that had to be re-evaluated and poor quality seismic data and strongly impacted by the contemporary deformation of the Brooks chain, it is possible to propose a stratigraphic and sedimentological division along two land-sea transects. Paleogeographic series of the Mackenzie Delta. The sedimentary study of the basin showed the presence of influence of the tidal process in the internal zone of the Arctic Basin. The common presence of pollen from Avicenna and Nypa showed the existence of a mangrove well established in the Arctic domain during the Palaeogene with associated temperatures of at least 18-20 ° C. The deposits of organic matter are in the Almost all of continental origin of the Mackenzie Delta. This organic matter is of two types: (1) deposits of coal deposited during the period when the mangrove develops and (2) deposits formed by association of plant debris and amorphous organic matter and deposited under reducing conditions under the water interface -sediment. These deposits of organic matter are the most important at the end of the prograding sequences in the facies of the deltaic plain. A positive correlation was found between the increase in OCD and the increase in detrital inputs in the delta, as well as between deposits of coal and illite. On the other hand, no correlation between the second type (organic debris + MO amoprhe) of organic matter and the clayey cortege could not be demonstrated. From the comparison of organic matter deposits in the Mackenzie Delta and Lomonosov Ridge, the sedimentation rate and anteriority appear to be key parameters in sedimentation conditions and especially in the preservation of organic matter according to l Oxygenation of the medium. Moreover, Lomonosov's Ride presents itself as a guest in a home where it is permitted to remain in semi-emerged position during the Paleogene.

The Mackenzie Delta region of the Northwest Territories, Canada, has experienced rapid climate warming in the past century resulting in rapidly thawing permafrost in this region. This thesis examines spatial and temporal changes to sediment organic carbon and mercury flux in lakes from thermokarst regions by comparing sediment cores from lakes with and without retrogressive thaw slumps on their shorelines. We show that sediments from lakes with permafrost thaw slump development on their shorelines (slump lakes) had higher sedimentation rates as well as lower total Hg, methyl mercury (MeHg), and labile OC fractions when compared to lakes where thaw slumps were absent. Total Hg and MeHg concentrations in sediments were correlated with total organic carbon (TOC), S2 (labile algal-derived OC), and inferred chlorophyll a content, indicating an association between autochthonous organic carbon and Hg in these sediments. Correlations between mercury and S2 in these study lakes generally support the hypothesis that algal-derived materials correlate with Hg concentration in sediments. We observed higher S2 concentrations in reference lakes than in slump lakes, likely due to uninterrupted algal production, lower dilution by flux of inorganic matter, and possibly better anoxic preservation in reference lakes compared to slump lakes. It is evident that thaw slump development in this thermokarst region increases inorganic sedimentation in lakes, while decreasing concentrations of organic carbon and associated Hg and MeHg in sediments.