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.

Afin de déterminer l'impact direct des changements climatiques sur la dynamique des coins de glace et le régime thermique du pergélisol, 16 sites d'échantillonnage dans la vallée de la rivière Narsajuaq (Nunavik, Canada) qui ont fait l'objet d'études substantielles sur les coins de glace en 1989 et 1990 ont été revisités entre 2016 et 2018. Les observations et les mesures démontrent qu'au cours des 25 dernières années, les coins de glace de la vallée de la rivière Narsajuaq ont subi une dégradation sans précédent de leurs excroissances, engendrant un approfondissement généralisé des étages principaux en raison de l'approfondissement de la couche active qui a atteint des profondeurs de 1,2 à 3,4 fois supérieures à celles de 1991. Le régime thermique des quatre principaux types de sols identifiés (organique sableux mince, organique sableux épais, organique épais et sables fluviatiles) dans la vallée a fait l'objet de simulations numériques afin de reproduire les changements de température du pergélisol depuis 1990 et de prévoir les variations de l'épaisseur de la couche active jusqu'en 2100. Au cours des dernières décennies, les coins de glace de tous les types de sol ont été actifs, se fissurant presque tous les ans, excepté en 2010, l'année la plus chaude jamais enregistrée. Pour le reste du 21ième siècle, les simulations prédisent l'arrêt complet de la fissuration du sol entre 2020 et 2095 en fonction du type de sol, des seuils de craquement et des scénarios climatiques choisis. Cependant, en prenant en compte la variabilité interannuelle du climat, il est très probable que plusieurs coins de glace cesseront de fissurer au cours des 20-30 prochaines années. La couche active a atteint une profondeur record en 2010, puis s'est amincie avec le refroidissement récent. Il est attendu qu'elle s'approfondisse suffisamment au cours des prochaines décennies pour causer une dégradation généralisée des coins de glace, ne laissant que des coins de glace fossiles en profondeurs dans le pergélisol d'ici la fin du siècle. Cette thèse propose également une nouvelle approche permettant d'améliorer les estimations des réserves de carbone dans le pergélisol arctique en se basant sur la photo-interprétation de la géologie de surface et des formes de relief ainsi que sur la reconstitution de l'histoire géologique du paysage. Une forte correspondance existe en effet, entre les formes du relief et les formations meubles d'une part et les stocks de carbone sous forme de matière organique dans les sols, d'autre part. / To determine the direct impact of climate change on ice-wedge dynamics and the permafrost thermal regime, 16 study sites in the Narsajuaq river valley (Nunavik, Canada) that were extensively studied for ice wedge between 1989 and 1991 were revisited between 2016 and 2018. Observations and measurements show that over the last 25 years, the ice wedges of the Narsajuaq river valley have experienced an unprecedented degradation of their upgrowth forms, resulting in a generalized deepening of their main stages due to the active layer reaching depths 1.2 to 3.4 times greater than in 1991. The thermal regime of the four main soil types identified (thin sandy peat, thick sandy peat, thick peat, fluvial sands) in the valley was modelled to reproduce permafrost temperature changes since 1990 and predict active layer thickness until 2100. In recent decades, ice wedges of all soil types have been active, cracking almost every year except in 2010, the warmest year on record. For the rest of the 21st century, simulations predict a complete cessation of soil cracking between 2020 and 2095 depending on the soil type, soil cracking threshold and the selected climate scenarios. However, based on the interannual variability of the climate in the region, it is very likely that ice wedges will stop cracking over the next 20-30 years. The active layer reached a record depth in 2010, then moved up with recent cooling. It is expected that the active layer will deepen sufficiently in the next few decades to cause widespread ice-wedge degradation, leaving only fossil ice-wedge roots deep in permafrost by the end of the century. This thesis also suggests a new approach to improve estimates of carbon stocks in Arctic permafrost based on image analysis of surface geology and landforms, as well as on the reconstitution of the geological history of Arctic permafrost landscapes. There is a strong connection between landscape features and surficial geology on the one hand, and carbon stocks as organic matter in soils on the other.

Des niveaux d’élevés d’organochlorés (OC), incluant des pesticides et des produits industriels connus pour être des perturbateurs endocriniens, ont été détectés dans les populations humaines et animales en Arctique. Nous avons émis l’hypothèse qu’une exposition durant la vie précoce aux doses environnementales d’organochlorés qui contaminent l’Arctique, affecte la fonction et le développement reproducteur sur plusieurs générations avec une transmission paternelle dans un modèle de rat. Des femelles Sprague-Dawley (F0) ont été gavées avec le mélange d’organochlorés de l’Arctique (500 µg PCB/kg de masse corporelle/ 3X semaine) ou de l’huile de maïs (témoins) avant l’accouplement avec un mâle non traité et jusqu’à la mise bas de la portée F1. Après le sevrage, les mâles F1 ont été nourris avec de la nourriture commerciale et n’ont jamais été exposés directement aux organochlorés. À 90 jours après la naissance, les mâles de chaque génération ont été accouplés avec 2 femelles non traitées chacune pour engendrer des fœtus (19,5 jours de gestation) et des ratons de la génération suivante. Les mâles F1 exposés aux organochlorés et leur fils F2 ont eu un développement et des organes reproducteurs anormaux. Les F1 et F2 OC étaient sous-fertiles. Tous les F3 et F4 n’ont montré aucune différence avec les témoins. Les descendants F2, F3 et F4 de la lignée organochlorés ont été plus atteints par le situs inversus thoracalis que les générations témoins. De leur naissance jusqu’à l’âge adulte, les F2 OC ont montré un retard de croissance en comparaison aux témoins, en raison de leurs petits placentas. L’exposition prénatale au mélange d’organochlorés altère la méthylation de l’ADN spermatique des F1 et pourrait expliquer le phénotype anormal des fils F2 issus des pères F1 exposés aux organochlorés. Nos résultats suggèrent qu’une exposition prénatale au mélange d’organochlorés de l’Arctique sur un ancêtre mâle d’une famille provoque une dysfonction reproductive, mais aussi des pathologies du développement qui sont transmises par le père de façon transgénérationnelle. Ces observations représentent un des premiers modèles des effets écotoxicologiques sur la santé des descendants transmis par le père. / Elevated levels of organochlorine, including pesticides and industrial compounds, some of which are known endocrine disruptors, have been reported in human and wildlife populations in Arctic. We hypothesized that early life exposure to Arctic organochlorine mixture, which contaminates Inuits, affects the reproductive development and function of subsequent generations in a paternally mediated manner on a rat model. Sprague-Dawley females (F0) were gavaged with Arctic concentrations of an organochlorine mixture (500 µg PCB/kg body weight/ 3X weekly) or corn oil (control) before mating with untreated males and until parturition of the F1 litters. After weaning, all F1 male pups were fed commercial chow and never directly exposed to organochlorine. At 90 days of age, F1 males (n = 15) were mated to 2 untreated females each to generate F2 fetuses (at 19.5 days of gestation) and pups. Males were similarly mated to produce the F3 and F2 generation. Prenatally-exposed F1 males and their sons F2 had abnormal reproductive organs, residual nipples, alteration of puberty onset, lower spermatid production per testis and less sperm in epididymis and were sub-fertile in compare with control males. All F3 and F4 males were identical to control males from the same generation. Despite this abnormality was not present in F1 generation, F2, F3 and F4 in organochlorine lineage were significantly more reached by situs inversus thoracalis than all control generations. From birth until adulthood, F2 from prenatally exposed F1 fathers have shown a growth delay compared to F2 control due to their smaller placenta. Prenatal organochlorine exposure alters F1 sperm DNA methylation and would involved in embryo development and might partly explain the developmental phenotype of F2 sons sired by prenatally-treated F1 organochlorine. Our results suggest that a prenatal exposure to Arctic concentrations of organochlorine of male ancestor resulted in a reproductive dysfunction but also developmental pathologies, which are transgenerational paternally mediated. These observations represent one of the first models of paternally mediated ecotoxicological effects on offspring health.

Un des impacts les plus frappants du réchauffement climatique dans l'Arctique est la réduction du couvert de glace saisonnier, un processus susceptible d'altérer la dynamique de l'écosystème pélagique et les flux océan-atmosphère de gaz climatiquement actifs tel que le dimethyl sulfure (DMS). Afin de vérifier cette hypothèse, j'ai caractérisé la distribution et le métabolisme bactérien du DMS et de son précurseur algal le diméthylsulfoniopropionate (DMSP) le long d'une radiale longitudinale s'étendant de la baie de Baffin à la mer de Beaufort au cours de l'automne 2007. Mes résultats mettent en évidence des concentrations faibles mais toujours détectables des réservoirs de DMSP et DMS et des temps de renouvellement bactérien du DMSP dissous rapides malgré les températures des eaux extrêmement faibles. L'ensemble de mes résultats suggère que l'extension automnale de la période libre de glace pourrait résulter en une augmentation des flux de DMS vers l'atmosphère et contribuer au refroidissement du climat.

Résumé : La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, il est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour pallier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives sont d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte. // Abstract : Significant climate change is curently monitored in the Arctic, and especially in the region of the canadian arctic archipellago. This climate warming leads to recession of seaice extent and seasonnal snow cover, and also to large mass loss of the archipellago’s ice caps. One of the most southern ice cap, the Barnes Ice Cap, located on the Baffin Island, is no exception to significant mass loss and margins recession as satellite observations exhibited over the last decades. Despite the relative low sea level potential of the small ice caps located in the canadian arctic achipellago in regards to major ice sheets, Antarctica and Greenland, their contribution to the current sea level rise is significant. Climate projections show that this contribution could accelerate significant over the next decades. However, to estimate the future evolution of these ice caps and their impact on climate or sea level rise, a better characterisation of the surface processes such as the evolution of the surface mass balance is needed. This knowledge is currently very limited, mainly due to the sparse covering of automatic weather stations or in-situ measurements over the Arctic. Furthermore, several ice caps, among with the Barnes Ice Cap, present a superimposed ice accumulation area which particularities have to be taken into account in the surface processes studies. Given the lack of in-situ data, the approach choosen in this work is to use remote sensing data, that have the advantage to offer a good spatial and temporal coverage. In particular, passive microwave data are very suitable for snowy surfaces studies. To complement these data, physical and electromagnetic snowpack modeling provide a fine characterisation of surface processes such as snow accumulation. The whole work presented in this manuscript thus consisted in developping specific tools to improve the understanding of surface processes of small arctic ice caps. This methodological development was performed and applied on the Barnes Ice Cap using the surface scheme SURFEX-CROCUS and the electromagnetic model DMRT-ML. First results highlight a significant increase in surface melt duration over the past 3 decades on the Barnes Ice Cap (increase of more than 30% over 1979-2010 period). A similar trend is also monitored over the Penny Ice Cap, located in the south part of the Baffin Island (increase of more than 50% over the same period). Then, the surface mass balance over the last decade was modeled by using a physical based modeling chain constrained by remote sensing data. The results give a mean net accumulation of +6,8 cm y−1 on the summit area of the ice cap. Finaly, sensitivity tests, performed to investigate the climatic sensitivity of the surface mass balance, highlight a threshold effect that may lead to a complete disapearence of the accumulation area of the Barnes Ice Cap. With a temperature increase less than 1°C, modeling results suggest it is likely that the threshold will be reached rapidly leading to an increase in mass loss from the ice cap.

Les changements climatiques amènent des transformations profondes de l’environnement arctique. La diminution de l’étendue de la couverture de glace permet un accès facilité aux ressources naturelles et aux communautés nordiques. Au Canada, la région arctique est caractérisée par une géographie archipélagique et un réseau de transport rudimentaire. Le transport maritime est le mode privilégié pour l’acheminement du fret aux communautés et aux sites industriels de l’Arctique. La littérature scientifique présente des lacunes importantes au sujet de la navigation commerciale dans l’Arctique canadien. Peu d’études portent sur le trafic de ravitaillement en raison de son volume peu élevé et de la faible diversité des types de produits transportés, bien qu’il s’agisse d’une activité grandement significative pour les populations et l’économie du Nord. Cette recherche vise à combler cette lacune en dressant un portrait du transport maritime et de la performance des opérations portuaires dans l’Arctique canadien. L’étude est structurée en quatre parties. Une analyse du trafic et des échanges maritimes est d’abord réalisée sous trois échelles : internationale, nationale et intra-arctique. Ensuite, l’étude de la flotte et des routes fait ressortir la distribution géographique des transporteurs. Puis, la performance des ports est mesurée grâce à des indicateurs et un système de cotation. Finalement, une évaluation des opérations maritimes arctiques est menée par l’entremise d’informations récoltées lors d’entrevues avec les membres de l’industrie maritime, de conférences et de travail de terrain. Les sujets abordés concernent l’évolution de la desserte, les défis posés par la navigation en milieu arctique et le développement des ports du Nord canadien. Les résultats de l’étude mènent à la conclusion que le transport maritime dans l’Arctique est caractérisé par une croissance positive du volume acheminé et une implication profonde des transporteurs dédiés à la desserte nordique, mais des infrastructures portuaires et maritimes sous-développées. / Climate change brings deep transformations in the Arctic environment. The reduction of the ice cover allows better access to northern communities and natural resources. In Canada, the Arctic region is characterized by an archipelagic geography and undeveloped transportation network. Marine transport is the favoured mode for supplying freight to local communities and industrial sites. The scientific literature shows important gaps on commercial navigation in the Canadian Arctic. Few studies have been conducted on marine traffic in the Arctic due to small tonnage and low product diversity, even though it is a significant activity for the northern people and the regional economy. This research aims to fill this gap by assessing maritime transportation and port operation efficiency in the Canadian Arctic. The structure of this study is four fold. First, a traffic and trade analysis is conducted under three scales: international, national and intra-arctic. Second, a fleet and routing assessment is done by means of carriers’ geographic distribution. Third, port performance is measured through specific indicators. Fourth, an evaluation is held on arctic marine operations through information collected during interviews with members of the maritime industry, workshops and field work. Problems addressed regard evolution of the sealift, challenges brought by Arctic navigation and development of northern Canadian ports. Results of this research lead to the conclusion that Arctic marine transportation displays positive traffic growth and serious involvement by carriers dedicated to Arctic sealift, but under-developed port and maritime infrastructures.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Il existe actuellement des différends frontaliers entre les États circumpolaires-Nord qui entravent la bonne gouvernance de la région. Afin d'identifier des pistes de solution pour améliorer la gouvernance en Arctique et faciliter la coopération, nous analysons le processus qui a mené, à l'autre pôle, à la création du Traité sur l’Antarctique de 1959. Nous utilisons une approche néolibérale institutionnelle comme cadre théorique ainsi qu’une méthodologie basée sur le traçage de processus. Nous avons identifié quatre variables (les intérêts des États, le contexte politique, le leadership, et l’Année géophysique internationale [AGI]) que nous avons étudiés au cours de trois périodes historiques et dont l’évolution a contribué à la formation du régime antarctique. Les étapes menant à l'élaboration d'un régime identifié dans la théorie institutionnaliste dynamique de Frischmann s'appliquent aux différentes périodes que nous avons déterminées. La première période historique correspond à l'identification du problème d'interdépendance. Les États ont d’abord tenté d’assouvir leurs intérêts particuliers envers le continent antarctique par l’intermédiaire de stratégies individuelles. Le statut imprécis du continent antarctique caractérisé par des revendications territoriales conflictuelles, la volonté des superpuissances d’effectuer d’éventuelles revendications territoriales et le leadership exercé par les États-Unis ont toutefois permis de faire évoluer les États vers des stratégies coopératives. La deuxième période historique correspond à l'étape de la négociation de l’entente. Le leadership d’un groupe de scientifiques et des États-Unis ainsi que le contexte politique de la Guerre froide ont favorisé la cohésion des États intéressés par les affaires antarctiques et leur investissement dans une coopération multilatérale souple dans le cadre d’un événement ponctuel, l’AGI. La troisième période correspond à la mise en oeuvre de l’entente, soit l’AGI. Lors de cet événement, une entente tacite, un engagement d’honneur, qui suspendait les considérations territoriales en Antarctique, a été respectée par les parties. La coopération dans le cadre de l’AGI s’est avérée un succès. Les États se sont montrés satisfaits des gains que comportait la coopération scientifique dans un environnement pacifique. L’AGI a permis aux États d’expérimenter la coopération multilatérale et d’observer le comportement des autres participants au sein de l’institution. En raison de la satisfaction des États vis-à-vis la coopération dans le cadre de l'entente souple, l'élaboration du traité de 1959 a été facilitée. Notre étude nous a permis d’identifier des éléments clefs qui ont favorisé la formation du régime antarctique et qui pourraient servir d’inspiration pour l'élaboration de futurs régimes. La présence d’un leadership tout au long du processus a permis de promouvoir les avantages de la coopération sous différentes formes et de renforcer les relations entre les États présents dans les affaires antarctiques. La réalisation d'une entente souple dans le cadre de l'AGI, centrée autour des intérêts communs aux parties, comprenant un engagement d’honneur, permettant de mettre de côté les points de discorde, ont aussi été des points centraux dans la réussite et la poursuite de la coopération au-delà de l’AGI. Cette approche graduelle allant du droit souple vers le droit contraignant est sans aucun doute l’élément le plus important ayant facilité le rapprochement des différentes parties et éventuellement la création du Traité sur l’Antarctique. / There are currently border disputes between North circumpolar states that impede the good governance of the region. In order to identify possible solutions for improving the governance in the Arctic and to facilitate cooperation, we analyze the process that, at the other pole, led to the creation of the 1959 Antarctic Treaty. We use a neoliberal institutional approach as a theoretical framework and a methodology based on the process tracing. We identified four variables (states' interests, the political context, leadership, and the International Geophysical Year [IGY]) that we studied through three historical periods and whose evolution has contributed to elaborating the Antarctic regime. The steps leading to the development of a regime, identified in Frischmann’s dynamic institutionalism theory, apply to the three periods that we have identified. The first historical period corresponds to identifying an interdependency problem. States first tried to satisfy their particular interests pertaining to the Antarctic continent through individual strategies. The unclear status of the Antarctic continent characterized by conflicting claims, the will of the superpowers to potentially make territorial claims, and the leadership of the United States, however, facilitate the states to move to more cooperative strategies. The second historical period corresponds to negotiating the agreement. The leadership of a group of scientists and the United States in addition to the political context of the Cold War facilitated the cohesion of states interested in Antarctic affairs and their investment in a soft multilateral cooperation, the IGY. The third period corresponds to implementing the agreement, that is IGY. During this event, the parties have respected a tacit agreement, a gentlemen’s agreement, which suspended territorial considerations in Antarctica. The cooperation during the IGY proved to be a success. States were satisfied with their gains from the scientific cooperation in a peaceful environment. The IGY has allowed states to experiment multilateral cooperation and to observe the behavior of other participants within the institution. Due to the satisfaction of the states vis-à-vis the cooperation, the development of the 1959 Treaty was facilitated. Through our study, we identified key elements that led to the creation of the Antarctic regime and could serve as an inspiration for the development of future regime. The continuous of leadership throughout the process helped to promote the benefits of cooperation and to strengthen relations between the states involved in Antarctic affairs. The accomplishment of a soft agreement, during the IGY, centered around the parties common interests, and of a gentlemen’s agreement, which put aside divisive issues were also central points in the success and the extension of the coopération after the IGY. This gradual approach from soft law to hard law is undoubtedly the most important element that facilitated the cohesion of parties and the creation of the Antarctic Treaty.

S’appuyant sur de longues missions de terrain, ce travail offre le regard quantitatif et qualitatif d’ungéographe sur la dynamique nivo-glaciaire en région polaire dans un contexte de changement climatiqueactuel. Il s’inscrit dans le cadre du programme ANR Hydro-Sensor-FLOWS mis en oeuvre dansla mouvance de l’Année Polaire Internationale. En amont de ce programme pluridisciplinaire visant àcomprendre le fonctionnement hydrologique d’un petit hydrosystème polaire il fallait adjoindre uneétude plus spécifique concernant le rôle de la neige et de la glace dans l’équation hydrologique : c’estl’objet de cette thèse.Le bassin glaciaire de l’Austre Lovénbreen (10 km2, Spitsberg – 79°N) a servi de terrain d’étude dansune approche géographique à échelle locale. De nombreuses méthodes ont été testées tant sur leterrain (stations photo automatiques, carottages de la neige, DGPS et GPR) que pour l’exploitationdes données acquises.Au total, ce travail suit la dynamique nivo-glaciaire pendant trois années (2008, 2009 et 2010) à partirde 15 séries de carottages en 40 points du bassin, de mesures de densité, de profils nivologiques,de bilan de masse et de suivi continu, en 20 points, de la température de l’air. Outre l’image satellite,ce travail s’appuie également sur une collection de 3 clichés journaliers acquis en 10 points dubassin. Des méthodes ont été développées pour corriger géométriquement les photos afin d’en fairedes documents en projection verticale dont il est possible de tirer de l’information quantitative. Lesoutils de la géomatique ont permis de spatialiser l’information ponctuelle et d’établir à des pas detemps variables, par croisement des données acquises in situ, les diverses lames entrant dansl’équation hydrologique (précipitations, fonte potentielle de la neige et de la glace en relation avec leslames écoulées). Les trois années consécutives de suivi offrent des conditions très différentes quirévèlent le rôle constant et modérateur des températures et celui beaucoup plus impulsif des précipitations.Ce travail pose également le problème des mesures et de leur fiabilité dans un milieu aussi sévère etaussi impétueux que l’Arctique. / Leaning on long field campaigns, this thesis offer both qualitative and quantitative overview of polarregion nivo-glaciologic dynamics through a geographic approach, in context of climate change. Thiswork is part of the Hydro-sensor FlOWS program taking place during the International Polar Year.Upstream of this pluridisciplinary program aimed at understanding the hydrological processes of asmall polar hydrosystem, it was necessary to add a more specific study on the role of snow and icein the hydrological equation : this is the subject of this PhD.The glacial basin of Austre Lovénbreen (10 km2, Spitsberg – 79°N) served as a field of study in ageographical approach at local scale. Many methods have been tested both in the field (automaticphoto station, snow coring, DGPS and GPR) and for the data processing.Overall, this work follows the snow and ice dynamics for three years (2008, 2009 and 2010) from 15sets cores of 40 points of the basin, density measurements, nivologic profiles, mass balance and thecontinuous monitoring, on 20 points, of the air temperature. Besides the satellite images, this workalso leans on a collection of 3 daily photos acquired in 10 points of the basin. Methods were developedto geometrically correct photos in order to provide data wich could be used as a vertical projectioninto a GIS software to get quantitative informations. The geomatrical tools gave the possibility tohave accurate spatial representation at different time scale, by crossing data acquired in situ, lesdiverses lames entrant dans l’équation hydrologique (precipitation, potential melting of snow and icein relation to the lames passed).Three consecutive years of monitoring provide very different conditions that reveal temperatures’sconstant role of moderator, and the much more impulsive behavior of precipitations.This work also raises the problem of measurements and their reliability in a binding environment asthe Arctic

L’océan Arctique est confronté aujourd’hui à des enjeux d’ordre souverain et environnemental. D’une part, ses États riverains revendiquent de vastes territoires maritimes. D’autre part, l’environnement de l’océan Arctique subit de multiples atteintes. La région est notamment affectée par de nombreux polluants. Puis, elle subit également de plein fouet les effets néfastes du réchauffement climatique. Le but de cette étude est de déterminer le statut juridique de l’océan Arctique au travers de ces différentes questions. Plus précisément, cette étude a pour objet l’identification, l’analyse et l’interprétation des régimes régionaux et internationaux applicables, et des problématiques de droit international s’y rapportant, afin d’appréhender le statut juridique de l’océan Arctique dans sa globalité et de déterminer sa capacité à faire face auxdits enjeux et à évoluer dans le cadre d’une coopération et d’une gouvernance interétatiques en constant développement / The Arctic Ocean is facing environmental and territorial challenges. On one hand, the coastal states are claiming vast marine territories. On the other hand, the Arctic Ocean environment suffers from many damages. In particular, the region is affected by a lot of pollutants. Then, the region also bears the brunt of the harmful effects of climate change. This study aims to determinate the legal status of the Arctic Ocean through these different issues. More precisely, this study aims to identify, to analyse and to interpret the regional and international legal regimes which apply to the Arctic Ocean, and their legal issues, in order to consider the legal status of the Arctic Ocean as a whole and to determinate its capacity to deal with environmental and territorial challenges, and to progress in the context of an intergovernmental governance and cooperation in constant development