Ces travaux de thèse sont motivés par la volonté de comprendre les relations hydriques passées et présentes entre les eaux superficielles et les nappes souterraines du Triangle landais (France), en interrogeant la possible présence d'un pergélisol dans ce secteur au Dernier Maximum Glaciaire (DMG) et les conséquences associées sur la recharge des nappes. L'hypothèse de l'occurrence d'un pergélisol a été évoquée historiquement pour deux raisons : justifier d'une part le régime hydrique de la nappe crétacée, dont la recharge semble avoir été réduite au DMG puis abondante à la fin de cet épisode, et expliquer d'autre part le processus de formation des nombreuses mares (appelées localement des « lagunes ») qui parsèment ce territoire. Cette hypothèse est évaluée à l'aide d'une étude comparative menée sur un bassin versant en domaine de pergélisol discontinu au Nunavik (Québec, Canada), et s'articule autour de deux axes : vérifier d'abord si les « lagunes » présentent des caractéristiques typiques d'un thermokarst, puis quantifier les conséquences du paléo-pergélisol supposé sur la recharge des nappes. D'après les données hydrogéologiques et géomorphologiques disponibles, une majorité de « lagunes » semblent issues de phénomènes de karstification ou de déflation éolienne. Toutefois, l'hypothèse d'un pergélisol ne peut pas être rejetée et semble être la meilleure explication pour une minorité d'entre elles. Elles pourraient en particulier correspondre à des mares de thermokarst issues du dégel d'un pergélisol sporadique ou discontinu, mais non continu. Des modèles stratigraphiques conceptuels d'une « lagune » du secteur de Villagrains-Landiras et d'une mare de thermokarst ont été construits à partir de données géophysiques (géoradar, résistivité électrique et polarisation provoquée spectrale). Des coupes stratigraphiques et des profils bathymétriques de « lagunes » et de mares de thermokarst ont également été comparés. Dans les deux cas, la morphologie, le contexte sédimentaire et les propriétés gélives des sédiments s'avèrent similaires. Dans le Triangle landais, des traces de solifluxion et de fluage, caractéristiques du dégel d'un pergélisol, sont visibles sur des coupes stratigraphiques en bordure de « lagunes ». Cependant, contrairement aux résultats obtenus au Nunavik, aucune de ces traces caractéristiques n'a pu être détectée en utilisant les méthodes géophysiques. Finalement, des modélisations géothermiques (1D) et hydrogéologiques (2D) du secteur de Villagrains-Landiras ont mis en évidence qu'un pergélisol discontinu peut théoriquement se développer dans le Triangle landais sous des conditions climatiques semblables à celles du Nunavik, mais que ses conséquences sont négligeables sur la recharge des nappes. À l'avenir, une modélisation hydro-géothermique plus complexe serait nécessaire pour étayer cette conclusion. / This Ph.D thesis aims at enhencing our understanding of the connection between surface water and groundwater in south-west France, by questionning the possible aggradation of permafrost in the Triangle landais area during the Last Glacial Maximum (LGM), and its consequences on groundwater recharge. Such a permafrost event has been proposed for two reasons. On the one hand, it could offer an explanation to the low recharge of the Cretaceous aquifer at the time of the LGM, and to its subsequent high recharge at the end of this period. On the other hand, it could explain the inset of the numerous ponds dotting this territory. This assumption is examined by means of a comparative study conducted on a watershed in the discontinuous permafrost zone in Nunavik (Québec, Canada). The research is structured in two steps: firstly by verifying whether the numerous ponds have typical thermokarst characteristics, and secondly, by quantifying the consequences of the presumed paleo-permafrost on groundwater recharge. From the available hydrogeological and geomorphological data, most of the ponds appear to originate from karstic or aeolian processes. However, the permafrost hypothesis cannot be rejected and seems to be the best explanation for a minority of ponds. More precisely, these ponds may correspond to thermokarst ponds resulting from the thaw settlement of the ground in a sporadic or discontinuous permafrost environment, but certainly not in a continuous one. Geophysical data (ground penetrating radar, DC electrical resistivity, and spectral induced polarization) have been used to build two conceptual stratigraphic models: one of a pond from the area of Villagrains-Landiras (SW France) and one of a thermokarst pond from Nunavik. For further comparison, stratigraphic sections and bathymetric maps were also produced on other ponds. As a result, the ponds from the Triangle landais and the thermokarst ponds seem closely related in terms of morphology, geological context and frost susceptibility of the ground. Solifluction and creeping features specific to thermokarst processes have been noticed in the vicinity of ponds in the Triangle landais. However, unlike in Nunavik, none of these characteristic features could be detected using geophysical methods. Lastly, using 1D geothermal and 2D hydrogeological modelings, it has been showed that climatic conditions similar to those in Nunavik could theoretically lead to discontinuous permafrost aggradation in the Villagrains-Landiras area. However, the consequences would be negligible regarding groundwater recharge. In the future, more complex hydro-geothermal modeling would be required to support this conclusion.

Au Québec, la législation encadrant les aménagements forestiers ne tient pas compte de l’intégrité des étangs vernaux. Pourtant, ces derniers jouent un rôle clé dans le maintien des populations d’amphibiens, un des groupes de vertébrés les plus menacés à l’échelle mondiale. Notre objectif était de déterminer les paramètres biologiques d’intérêt pour expliquer l’effort reproducteur à partir de décomptes de masses d’oeufs chez la grenouille des bois (Lithobates sylvaticus), la salamandre maculée (Ambystoma maculatum) et la salamandre à points bleus (Ambystoma laterale). Notre hypothèse globale spéculait que l’effort reproducteur dépend de la stabilité du niveau d’eau et de la qualité de l’habitat terrestre environnant. Nous avons sélectionné aléatoirement 60 étangs vernaux dans un paysage forestier de l’est de la péninsule gaspésienne (Québec). Au cours des printemps 2016, 2017 et 2018, les masses d’oeufs dans chaque étang ont été dénombrées par deux observateurs indépendants. Nous avons évalué l’influence de l’hydropériode, de l’ouverture de la canopée, de l’année, de la qualité et du volume de débris ligneux ainsi que des caractéristiques d’habitat du paysage (à des échelles de 300m et 1000 m) sur l’effort reproducteur. Nous avons constaté que l’effort reproducteur variait selon l’hydropériode, le volume et la qualité de débris ligneux ainsi que la quantité de forêts dans le paysage à une échelle de 300 m. Les étangs qui s’asséchaient plus lentement abritaient des populations reproductrices plus importantes de grenouille des bois. Nous avons également constaté que la taille des populations reproductrices de salamandre maculée augmentait avec la quantité de forêts dans un rayon de 300 m. Le volume de débris ligneux récemment tombés était associé négativement avec l’effort reproducteur de la grenouille des bois. On observait le patron inverse avec la salamandre maculée et la salamandre à points bleus. Contre toute attente le volume de vieux débris ligneux était négativement associé avec la taille de la population reproductrice chez la salamandre maculée. Finalement, les mesures de conservation ciblant les amphibiens associés aux étangs vernaux devront notamment cibler les étangs dont la baisse du niveau d’eau est faible. Elles devront également maintenir un recouvrement forestier suffisant dans un espace de 300 m autour de l’étang vernal. / The Quebec legislation surrounding forest management doesn’t take into account the integrity of vernal pools. Yet, these vernal pools play a key role in the preservation of the amphibian population, one of the most endangered groups of vertebrates on a global scale. Our objective was to determine the biological parameters of interest to predict the reproductive effort based on counts of egg masses of the wood frog (Lithobates sylvaticus), the spotted salamander (Ambystoma maculatum) and the blue-spotted salamander (Ambystoma laterale). We predicted that the reproductive effort would vary depending on the stability of the water level and the quality of the local terrestrial habitat. We randomly selected 60 vernal pools on the eastern side of the Gaspé Peninsula. During the course of the spring of 2016, 2017 and 2018, the egg masses in each of the pools were counted by two independent examiners. We measured the influence of the hydroperiod, the opening of the canopy and the characteristics of the landscape at a scale of 300 and 1000 m on the reproductive effort. Results show that the reproductive effort depends on the hydroperiod, the volume and the quality of woody debris, as well as the proportion of forests in the landscape at a scale of 300 meters. Vernal pools that dried up most slowly sheltered the largest breeding populations of wood frogs. We also observed that the size of the breeding populations of spotted salamander increased with the amount of forest habitat at a scale of 300 meters. The reproductive effort of the wood frog decreased with increasing volumes of recently-fallen woody debris, where as spotted and blue-spotted salamanders showed the opposite pattern. Surprisingly, reproductive effort of the spotted salamander decreased with increasing volume of woody debris at later decay stages. Our results suggest a possible ecological trap of woody debris in the harvested forests for mole salamanders. Finally, conservation measures targeting amphibians associated with vernal pools must focus on vernal pools that retain water for a greater part of the season, while also maintaining a sufficient forest cover within 300 m around pools.

Après leur restauration, les tourbières dont la tourbe a été récoltée par aspirateur conservent un relief uniforme dépourvu de mares, pourtant caractéristiques des bogs naturels. Même lorsque recréées artificiellement sur les sites restaurés, les mares ne contribuent pas à en accroître la diversité végétale. En effet, les espèces typiques des mares ne se réimplantent pas spontanément à leur pourtour, dû à une absence de graines ou de rhizomes dans le matériel végétal réintroduit. Le transfert ciblé de fragments de végétation de surface issus du pourtour de mares d'emprunt vers des mares artificielles ne permet pas non plus l'établissement des plantes vasculaires qui y sont présentes. L'érosion de la tourbe et les conditions instables du substrat prévalant près des mares comptent parmi les facteurs limitant la survie des plantules. Le premier objectif poursuivi dans le cadre de ce projet de recherche consiste à faciliter la recolonisation de bords de mares de tourbière par des sphaignes et des espèces d'herbacées typiques de ce milieu. La méthode employée vise à stabiliser le substrat près de mares artificiellement créées en utilisant des transplants de deux espèces d’éricacées : Andromeda glaucophylla Link et Vaccinium macrocarpon Aiton. Les résultats indiquent que le couvert d'arbustes favorisait la survie des sphaignes dans la zone située près de la ligne d'étiage des mares. Les arbustes, combinés ou non à des sphaignes, ont également limité le soulèvement gélival de la tourbe de surface. Enfin, la présence d'un couvert d'éricacées n’a pas influencé l’établissement ni la croissance de cinq espèces d'herbacées semées au pourtour des mares créées. Le second objectif consiste à évaluer le type de tapis de bryophyte qui favorise l’établissement de trois espèces récalcitrantes d’herbacées introduites par semis. Les espèces de Carex ont germé de façon similaire sur tous les types de tapis, alors que les tapis de Sphagnum cuspidatum ont avantagé la germination de Scheuchzeria palustris. Enfin, les plantules d’herbacées ont eu une meilleure croissance sur des tapis de bryophytes récemment restaurés constitués de fragments de sphaignes que sur des tapis déjà bien établis. À la lumière de ces résultats, il serait avantageux de transplanter des arbustes d’éricacées dans la zone d’étiage des mares afin de stabiliser le substrat et de favoriser l’établissement de sphaignes. Le semis d’espèces d’herbacées dans cette zone serait envisageable dès les premiers stades de restauration. / Restored peatlands are characterized by a uniform vegetation cover and a surface lacking open water bodies. Since pools are known to increase biodiversity in natural peatlands, their creation were investigated for restored sites. So far, we cannot rely on spontaneous recolonization for these created microhabitats. Mosses transfer from natural pool margins to artificial ones is a technique that failed to restore vascular plant communities associated with these microhabitats, although diaspores (rhizome, seeds, plants fragments) are transferred with mosses. Peat erosion and substrate instability around pool margins are factors affecting survival of seedlings. The main objective of this research project was to facilitate Sphagnum and vascular plants establishment around pool margins created in restored peatlands. One way to achieve this was through substrate stabilization using two species of shrubs (transplants of Andromeda glaucophylla Link and Vaccinium macrocarpon Aiton). Results show that ericaceous cover increased survival of Sphagnum along pool margins. Ericaceous shrubs -with or without mosses- also reduced frost heaving compared to the control but did not influence establishment or growth of five herbaceous species sowed around pool margin. The second objective was to evaluate different types of bryophyte seed beds to determine which one increase establishment of three herbaceous species sowed. Carex species have equally germinated on all seed beds, although Scheuchzeria palustris had a higher germination rate on Sphagnum cuspidatum seed beds. Finally, seedlings had a better growth rate on newly restored Sphagnum seed beds than on those well established. According to these results, we recommend transplanting ericaceous shrubs along pool margins as they stabilize substrate and promote Sphagnum growth. The best timing for herbaceous species sowing along pool margins would be in the first restoration process steps.

Le dégel et l'affaissement des buttes de pergélisol riches en glace entraînent la formation de mares de thermokarst. Ces eaux sont connues pour émettre du CH₄ et du CO₂, mais la dynamique biogéochimique de ces émissions demeure méconnue. Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les principales sources de variabilité des émissions de gaz à effet de serre par les mares de thermokarst formées sur un pergélisol plus ou moins riche en carbone, et d'évaluer certains changements non linéaires dans ces écosystèmes pouvant résulter du réchauffement climatique. Les concentrations et les flux de CH₄ et de CO₂ ont été mesurés dans 18 lacs de thermokarst situés dans six sous-régions biogéochimiquement distinctes du Québec subarctique, le long d'un gradient de dégradation du pergélisol. Ces sites renferment des mares de thermokarst issues soit du dégel de palses (buttes de tourbières gelées) ou de lithalses (buttes de pergélisol minéral), dont la teneur en carbone organique diffère d'un sol à l'autre. Pour évaluer l'effet potentiel de la dégradation du pergélisol sur ces systèmes d'eau douce soumis à l'influence du réchauffement climatique, des sites comparables ont été sélectionnés dans la zone de pergélisol discontinu au nord, ainsi que dans la zone de pergélisol sporadique au sud où le pergélisol se dégrade plus rapidement. Un profilage hivernal de cinq lacs situés sur des tourbières de pergélisol érodées a été effectué, et des enregistreurs automatisés de température, de conductivité et d'oxygène ont été utilisés pour évaluer comment le cycle annuel de stratification et de mélange peut affecter les rejets de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Les mares étudiées étaient stratifiées thermiquement pendant la majeure partie de l'année, avec de forts gradients physico-chimiques dans la colonne d'eau, et la plupart avaient un hypolimnion anoxique. Les mares de lithalse les plus septentrionales présentaient une teneur en CO₂ de surface inférieure ou supérieure à la saturation, mais les lacs plus au sud présentaient des concentrations de surface beaucoup plus élevées, bien audessus de l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ dans les eaux de surface étaient au moins un ordre de grandeur au-dessus de l'équilibre avec l'air à tous les sites de lithalse, et les flux diffusifs des deux gaz augmentaient du nord au sud. Le taux d'oxydation du CH₄ dans les eaux de surface d’une mare de lithalse au nord ne représentait que 10% du taux d'émission, mais à l'extrémité sud, il atteignait environ 60% des émissions vers l’atmosphère, indiquant que la méthanotrophie pourrait jouer un rôle important dans la réduction des émissions nettes. Les eaux de surface des mares de palse du nord et du sud de la région d'étude étaient supersaturées en CH₄ et aussi saturées en CO₂, particulièrement les lacs du sud où les concentrations de CH₄ dépassaient de 5 ordres de grandeur l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ et de CO₂ augmentaient de plusieurs ordres de grandeur au fond des lacs du sud, mais les gradients verticaux étaient moins marqués ou absents au nord. De fortes émissions de CH₄ et de CO₂ provenaient de l'ébullition des gaz, mais elles étaient largement dépassées par les flux diffusifs, contrairement aux mares de thermokarst étudiées ailleurs en Alaska, en Europe, ou en Sibérie. La datation au radiocarbone des échantillons de gaz d'ébullition a montré que l'âge ¹⁴C du CH₄ variait entre 760 et 2005 ans, alors que le CO₂ était toujours plus jeune. Toutes les mares étudiées contenaient d'importants stocks de CH₄ en hiver sous leur couverture de glace saisonnière. Les concentrations sous la glace étaient jusqu'à 5 ordres de grandeur au-dessus de l'équilibre atmosphérique, correspondant à un taux d'émission lors de la débâcle de 1 à 2 ordres de grandeur plus élevé qu'au milieu de l'été, sans compter les émissions par ébullition. Le rapport estimé entre les émissions diffuses de CO₂ et de CH₄ serait deux fois plus élevé en été qu'au printemps, ce qui suggère la prédominance de la production hydrogénotrophique de méthane en hiver et l'augmentation de l'activité bactérienne aérobie en été. Les enregistrements annuels des instruments automatisés installés in situ suggèrent que la morphométrie lacustre (fetch et profondeur) pourrait jouer un rôle clé dans le contrôle du moment et de l'ampleur du rejet de CH₄ de la colonne d'eau vers l'atmosphère. Dans l'ensemble, ces observations montrent que les mares de lithalse peuvent émettre du CH₄ et du CO₂ rapidement après leur formation, avec des efflux de gaz qui persistent et augmentent à mesure que les mares continuent de se réchauffer et le pergélisol de s'éroder. Par ailleurs, les résultats indiquent que les mares de palse peuvent devenir une source de gaz à effet de serre de plus en plus importante alors que la limite sud du pergélisol continue à se déplacer vers le nord. Les résultats soulignent également la nécessité de tenir compte des grandes fluctuations saisonnières des émissions de méthane provenant des mares de thermokarst des tourbières dans les estimations des flux annuels de carbone. / The thawing and subsidence of ice-rich permafrost mounds results in the formation of thermokarst lakes and ponds. These waters are known to emit CH₄ and CO₂, but the biogeochemical dynamics of these emissions remain poorly understood. The objectives of this thesis study were to assess major sources of variability in estimates of greenhouse gas emissions from thermokarst lakes formed on permafrost of divergent carbon content, and to evaluate some of the non-linear changes in these freshwater ecosystems that may arise from global warming. CH₄ and CO₂ stocks and fluxes were measured in 18 thermokarst lakes in six biogeochemically distinct sub-regions of subarctic Quebec, along a permafrost degradation gradient. These sites contain thermokarst lakes that are derived either from the thawing of palsas (frozen peat mounds) or lithalsas (mineral permafrost mounds), which differ in their soil organic carbon content. To address the potential effect of permafrost degradation on these freshwater systems under climate warming, comparative sites were selected in the northern discontinuous permafrost zone and in the southern sporadic permafrost zone where permafrost is more rapidly degrading. Winter profiling of five lakes located on eroding permafrost peatlands was undertaken, and automated water temperature, conductivity and oxygen loggers were used to evaluate how the annual cycle of stratification and mixing may affect the release of greenhouse gases to the atmosphere. The studied lakes were thermally stratified for most of the year, with strong physico-chemical gradients down the water column, and most had anoxic bottom waters. The northernmost lithalsa lakes varied in their surface-water CO₂ content, from below to above saturation, but the southern lakes in this gradient had much higher surface concentrations that were well above air-equilibrium. Surface-water CH₄ concentrations were at least an order of magnitude above air-equilibrium at all lithalsa sites, and the diffusive fluxes of both gases increased from north to south. The rate of CH₄ oxidation in the surface waters from a northern lithalsa lake was only 10% of the emission rate, but at the southern end it was around 60% of the efflux to the atmosphere, indicating that methanotrophy may play a substantive role in reducing net emissions. The surface waters of palsa lakes at both northern and southern sites were supersaturated in CH₄ and CO₂, and to a greater extent in the southern lakes, where CH₄ concentrations were up to 5 orders of magnitude above air equilibrium. Concentrations of CH₄ and CO₂ increased by orders of magnitude with depth in the southern lakes, however vertical gradients were less marked or absent in the North. Strong CH₄ and CO₂ emissions were associated with gas ebullition, but these were greatly exceeded by diffusive fluxes, in contrast to thermokarst lakes studied elsewhere. Radiocarbon dating of ebullition gas samples showed that the CH₄ had ¹⁴C-ages from 760 to 2005 years before present, while the CO₂ was consistently younger. All of the studied lakes contained large stocks of CH₄ in winter under their seasonal ice covers. The sub-ice concentrations were up to 5 orders of magnitude above airequilibrium, and the emission rates at ice break-up would be 1-2 orders of magnitude higher than during mid-summer. The estimated ratio of diffusive CO₂ to CH₄ emission was twice as high in summer than in spring, suggesting the predominance of hydrogenotrophic methane production in winter, and increased aerobic bacterial activity in summer. The annual records from the automated instruments moored in situ suggest that lake morphometry (fetch and depth) may play a key role in controlling the timing and extent of CH₄ release from the water column to the atmosphere. Overall, these observations show that lithalsa lakes can begin emitting CH₄ and CO₂ soon after they form, with effluxes of both gases that persist and increase as the lakes continue to warm and the permafrost continues to erode. Moreover, the results indicate that peatland thermokarst lakes may be an increasingly important source of greenhouse gases as the southern permafrost limit continues to shift northwards. The results also underscore the need to consider the large seasonal fluctuations in methane emissions from peatland thermokarst lakes in estimates of annual carbon fluxes.

Dans certains cas, la colonisation des zones humides par les espèces animales et végétales peut être une menace majeure pour la biodiversité. Il est donc primordial de mieux connaître l'écologie des espèces colonisatrices pour définir leurs relations avec le reste de l'écosystème. Nous avons étudié les conséquences de la colonisation relativement récente des étangs piscicoles français par le cygne tuberculé (Cygnus olor). Nous nous sommes intéressés à l'expression de cette colonisation dans l'espace par l'étude des processus de sélection de l'habitat. Nos résultats montrent que dans un paysage d'étangs, la répartition des cygnes tuberculés dépend à la fois de la configuration spatiale des étangs (aire isolement), des ressources disponibles et du statut de reproduction des cygnes tuberculés. Nous avons ensuite étudié les interactions entre le cygne tuberculé et les communautés animales et végétales des étangs. Sur les sites de cantonnement des couples, nous n'avons pas montré d'effet de la présence des cygnes tuberculés sur l'abondance des oiseaux d'eau, et aucune forme d'exclusion spatiale à l'échelle de l'étang. En revanche, les cygnes tuberculés peuvent générer une déplétion significative des herbiers de macrophytes aquatiques, suggérant des effets en cascade sur les autres communautés des étangs piscicoles. Comme toute perturbation générée par une espèce colonisatrice, celle associée à l'arrivée des cygnes doit néanmoins être replacée dans le contexte plus large des régimes de perturbations à l'oeuvre sur l'écosystème, ce qui importe particulièrement dans le cas d'écosystèmes aussi dépendants de l'activité humaine que les étangs piscicoles. / In some cases, wetland colonization by animals and plants may be a major threat to biodiversity. It is therefore crucial to better understand the ecology of colonizing species to assess their relationships with the other elements of ecosystems. We studied the consequences of the relatively recent colonization of French fishponds by mute swan (Cygnus olor). We especially considered how such colonization now translates into space, through the analysis of habitat selection processes. Our results show that swan distribution within a fishpond landscape depends on fishpond spatial configuration (area isolation), available resources as well as mute swan breeding status. We then analysed the relationships between mute swan and fishpond animal and plant communities. Where swan pair settle, we do not demonstrate any effect of swan presence on the abundance of other waterbirds, nor any spatial exclusion within fishponds. Conversely, mute swans can signif icantly deplete aquatic macrophyte beds, suggesting cascade effects on other fishpond communities are possible. Like any perturbation caused by a colonizing species, that associated with swan arrival however has to be considered in the broader context of perturbation regimes onto the ecosystem. This is especially crucial in ecosystems like fishponds, that are so much dependent upon human activity.

Dans certains cas, la colonisation des zones humides par les espèces animales et végétales peut être une menace majeure pour la biodiversité. Il est donc primordial de mieux connaître l‟écologie des espèces colonisatrices pour définir leurs relations avec le reste de l‟écosystème. Nous avons étudié les conséquences de la colonisation relativement récente des étangs piscicoles français par le cygne tuberculé (Cygnus olor). Nous nous sommes intéressés à l‟expression de cette colonisation dans l‟espace par l‟étude des processus de sélection de l‟habitat. Nos résultats montrent que dans un paysage d‟étangs, la répartition des cygnes tuberculés dépend à la fois de la configuration spatiale des étangs (aire - isolement), des ressources disponibles et du statut de reproduction des cygnes tuberculés. Nous avons ensuite étudié les interactions entre le cygne tuberculé et les communautés animales et végétales des étangs. Sur les sites de cantonnement des couples, nous n‟avons pas montré d‟effet de la présence des cygnes tuberculés sur l‟abondance des oiseaux d‟eau, et aucune forme d‟exclusion spatiale à l‟échelle de l‟étang. En revanche, les cygnes tuberculés peuvent générer une déplétion significative des herbiers de macrophytes aquatiques, suggérant des effets en cascade sur les autres communautés des étangs piscicoles. Comme toute perturbation générée par une espèce colonisatrice, celle associée à l‟arrivée des cygnes doit néanmoins être replacée dans le contexte plus large des régimes de perturbations à l‟oeuvre sur l‟écosystème, ce qui importe particulièrement dans le cas d‟écosystèmes aussi dépendants de l‟activité humaine que les étangs piscicoles.

La technique du transfert muscinal, largement appliquée pour la restauration des tourbières perturbées par l’extraction de la tourbe en Amérique du Nord, vise le retour d’un couvert végétal dominé par des mousses accumulatrices de tourbe. Bien qu’efficace en ce sens, l’approche ne restaure pas l’hétérogénéité des habitats qui supportent la grande biodiversité des tourbières naturelles. Les mares de tourbière sont des habitats auxquels une faune et une flore caractéristiques sont associées et qui contribuent significativement à la biodiversité des tourbières. La création de mares dans les tourbières restaurées devrait y augmenter l’hétérogénéité des habitats et, ainsi, la biodiversité. Dans virtuellement tous les écosystèmes, les arthropodes sont diversifiés et abondants, et ils sont sensibles aux variations environnementales à une échelle fine, ce qui fait d’eux des indicateurs écologiques intéressants. Pour ce projet, 21 mares réparties dans deux classes de profondeur (profondes et peu profondes) et trois classes de végétation (mousses, arbustes et plantes graminoïdes) ont été aménagées lors de la restauration d’une tourbière minérotrophe dans la région du Bas-Saint-Laurent. Les mares de quatre tourbières des environs ont été inventoriées en tant qu’écosystème de référence. Les araignées (Araneae) et les dytiques (Coleoptera : Dytiscidae) ont été échantillonnés sur les berges et dans les mares à l’aide de pièges-fosses et de nasses, respectivement. Pour voir quelles variables environnementales ont une influence sur les assemblages d’arthropodes, ces derniers ont été comparés, à l’aide d’analyses multivariables, entre les mares du milieu restauré et celles de l’écosystème de référence. Des trois types de végétation à l’essai, les mares artificielles aménagées de plantes graminoïdes présentaient une arachnofaune et un microenvironnement plus similaires à l’écosystème de référence. La diversité des dytiques des mares artificielles peu profondes était similaire à celle de l’écosystème de référence. La création de mares de profondeurs variables et l’introduction d’une végétation de type graminoïde sur les berges est recommandée afin d’optimiser le retour d’une biodiversité semblable à celle de l’écosystème de référence dans les fens en restauration. / The moss layer transfer technique, widely used for peatland restoration after peat extraction in North America, aims to facilitate plant cover re-establishment dominated by peat-accumulating mosses. Efficient in that regard, the approach fails to restore habitat heterogeneity that supports the high biodiversity of natural peatlands. Peatland pools are habitats with an associated characteristic fauna and flora, contributing significantly to peatland biodiversity. In restored peatlands, man-made pools should increase habitat heterogeneity and thus, species diversity. In virtually all ecosystems, arthropods are diverse and abundant, and they are sensitive to fine-scale environmental changes, making them relevant as ecological indicators. To assess how pools should be designed in order to facilitate arthropod recolonization, 21 pools distributed in two depth classes (deep and shallow) and three vegetation classes (mosses, shrubs and graminoid plants) were designed in a restored fen in the Bas-Saint-Laurent region. Four natural fens with pools of the same region were assessed as reference ecosystem. Spiders (Araneae) and predacious diving beetles (Coleoptera: Dytiscidae) were sampled around and within pools using pitfall traps and funnel minnow traps, respectively. In order to determine how treatments and measured environmental variables influence arthropod assemblages, the later were compared, using multivariate analysis, between pools in the restored and reference ecosystems. Of the three vegetation types tested, man-made pools with graminoid plants showed an arachnofauna and a microenvironment more similar to the reference ecosystem. Dytiscid diversity of shallow man-made pools was similar to that of reference ecosystem. The creation of pools of variable depth and the introduction of graminoid-type vegetation on pool margins is recommended in restored fens in order to optimize the return of a biodiversity similar to reference ecosystems.

Les milieux aquatiques en zone urbaine sont reconnus comme des îlots de biodiversité qui offrent de nombreux services écologiques. Dans cette étude, nous avons utilisé les macroinvertébrés comme bioindicateurs de la qualité écologique des étangs, petits lacs et marais de l’Île de Montréal. Les macroinvertébrés ont été récoltés durant l’été 2011 dans la zone littorale de 20 sites variant par leur urbanisation et leurs caractéristiques limnologiques. Nous avons évalué la variation dans la richesse en taxa, les indices de diversité et plusieurs métriques basées sur la composition taxonomique ou les traits fonctionnels. Nous avons déterminé la réponse des métriques aux changements dans l’urbanisation, l’aménagement et les conditions des plans d’eau. Notre étude montre que les étangs, marécages et petits lacs constituent des réserves importantes de biodiversité en zone urbaine. Les marécages naturels et les étangs et lacs permaments avaient une meilleure qualité écologique et supportaient des communautés de macroinvertébrés plus diverses et abondantes que les petits étangs temporaires aménagés. Le couvert de végétation aquatique, l’enrichissement en nutriments et en matière organique ainsi que la biomasse des algues expliquaient le plus de variation dans les macroinvertébrés. Les aménagements, la densité urbaine et la permanence de l’eau avaient aussi une bonne influence. Les métriques univariées avaient moins de potentiel que les métriques multivariées. Nous avons discuté les implications de notre étude pour le suivi environnemental de la biodiversité et la qualité écologique des milieux aquatiques en zone urbaine. / Aquatic ecosystems in urban landscapes are now recognized as good islets of biodiversity and valuable environments providing ecological services. However, more knowledge is needed to assess their ecological quality. Benthic macroinvertebrates are widely used as bioindicators, but rarely for urban ecosystems. In this study, we used macroinvertebrates to evaluate the ecological quality of urban ponds and lakes in the island of Montreal. We collected macroinvertebrates during summer 2011 in the littoral zone of 20 waterbodies varying in urban and limnological characteristics. We evaluated spatio-temporal variation in several diversity and biotic indices and multiple metrics based on taxonomic composition and functional traits. We investigated if macroinvertebrate metrics responded to variation in urban land-use, pond management and limnological conditions. Our study showed that small waterbodies, as ponds, lakes and marshes are important resources for sustaining aquatic biodiversity in urban landscapes. Natural wetlands and artifical permanent ponds had higher ecological quality and supported more diverse and abundant macroinvertebrates than artificial managed temporary ponds in municipal parks. Vegetation cover, nutrient and organic contents, and algal biomass were the most important factors explaining spatial variation in macroinvertebrate metrics. Pond management, urban density, and water permanence were also influencial factors. Univariate metrics had less potential than multivariable metrics to assess the responses of macroinvertebrates to environmental features. We discussed the implications of our study for management and quality assessment of urban ponds.

Les proliférations de cyanobactéries présentent en général d'importantes variations spatiales et temporelles de leur abondance cellulaire et de leur potentiel toxique, ce qui rend très difficile la surveillance de ces microorganismes et l'estimation des risques sanitaires associés à ces événements. Dans ce cadre général, le premier objectif de ma thèse a été de tester différentes stratégies d'échantillonnage pour suivre au mieux l'évolution des abondances cellulaires lors des proliférations de cyanobactéries. Par un échantillonnage à haute fréquence (six points tous les deux jours) réalisé sur un étang piscicole du Forez, nous avons montré que les deux espèces qui proliféraient dans cet écosystème (Microcystis aeruginosa et Aphanizomenon flos-aquae) présentaient des dynamiques spatiales et temporelles de leur abondance cellulaire très contrastées, ne permettant pas de définir une stratégie d'échantillonnage optimale commune aux deux espèces. Si pour ces deux espèces, trois points d'échantillonnage sont au minimum nécessaires pour bien prendre en compte l'hétérogénéité dans la distribution spatiale des cellules, les fréquences d'échantillonnage optimales sont en revanche très variables, allant d'un échantillonnage mensuel ou bimensuel pour Microcystis à un échantillonnage au minimum hebdomadaire pour Aphanizomenon. Le second objectif de ma thèse a été de m'appuyer sur cette stratégie d'échantillonnage à haute fréquence, pour mieux comprendre le développement de la prolifération de M. aeruginosa. Pour ce faire, nous avons estimé les changements spatiaux et temporels intervenant dans la composition génotypique de la population de cyanobactéries (par utilisation de la SSCP sur l'ITS 16S-23S) et dans sa toxicité potentielle (par le dosage des microcystines et l'évaluation de la proportion de cellules possédant le gène mcyB, un des gènes de synthèse de la microcystine). La répartition spatiale de la composition génotypique s'est révélée homogène à l'échelle de l'étang. Il est également apparu qu'au cours de la phase de croissance de la population, cette composition génotypique subissait de nombreux changements à courte échelle temporelle puis restait stable pendant plusieurs semaines lorsque le maximum d'abondance était atteint. Au niveau du potentiel toxique, la proportion de cellules possédant le gène mcyB est resté proche de 60 % durant toute la prolifération avec toutefois, des variations plus importantes pendant le développement du bloom. Aucune relation n'a pu être établie entre les variations observées dans la composition génotypique de la population et celles dans les proportions de cellules toxiques. De même, aucun lien n'a pu être établi entre les variations de diverses variables environnementales (nutriments, température, pluie) et celles de l'abondance cellulaire, de la toxicité potentielle et de la composition génotypique de la population de Microcystis. L'ensemble de ces résultats suggère que d'autres facteurs et processus interviennent probablement dans ces variations et qu'il existe sans doute des interactions très complexes entre toutes ces variables. Enfin, le troisième objectif de ma thèse a été de comparer la composition génotypique et le potentiel toxique de plusieurs populations de Microcystis plus ou moins connectées entre elles. Cette comparaison a permis de montrer l'importance fondamentale des facteurs et processus environnementaux locaux, dans la mise en place et le développement de ces évènements. / Generally, cyanobacteria proliferations show great spatial and temporal variations in their cell abundances and potential toxicity, which makes it difficult to control the development of these microorganisms and to predict the health risks associated with these events. Within this scope, the first goal of my PhD thesis was to test different sampling strategies to guarantee the best monitoring of the cell abundances during cyanobacteria proliferations. We made a high frequency sampling (six points every other day) in a shallow lake located in Forez and we evidenced that the two blooming-species (Microcystis aeruginosa and Aphanizomenon flos-aquae) showed strongly contrasted spatial and temporal patterns of their cell abundances precluding having a common optimal sampling strategy for both species. Even if three sampling points were enough to take into account the spatial heterogeneity of Microcystis and Aphanizomenon cells, a monthly or two-monthly sampling was sufficient for Microcystis whereas a weekly sampling was necessary for Aphanizomenon. The second goal was to gain a better understanding of Microcystis proliferation development. To achieve this aim, we estimated spatial and temporal changes in the genotypic composition (using the SSCP method in the 16S-23S ITS) and in the potential toxicity (by measuring the microcystin concentration and proportion of mcyB+ cells). We obtained a homogeneous spatial repartition of the genotypic composition. Moreover, during the growth phase, there were many rapid changes in the genotypic composition whereas this composition remained stable for several weeks where the maximum cell abundance was reached. As for potential toxicity, the proportion of mcyB+ cells remains at around 60 % during the proliferation but we observed higher variations during the growth phase. No relation was found between the variations of the genotypic composition and proportion of toxic cells on the one hand and the variations of several environmental factors (nutrients, temperature, rain) on the other hand, suggesting that other factors may be involved in these variations and that many complex interactions occur between these factors. Finally, the third goal of my PhD thesis was to compare the genotypic composition and the potential toxicity of different Microcystis populations, which were more or less interconnected. This comparison evidenced the great importance of local environmental factors and processes in the beginning and development of these events.