Le captage et le stockage du dioxyde de carbone est une technologie qui a pour but de capter les émissions de CO₂ d’origine industrielle et de les injecter vers des réservoirs géologiques, afin d’isoler durablement le gaz séquestré du cycle du carbone, et de permettre ainsi de diminuer les émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Au Québec, le bassin sédimentaire des Basses-Terres du Saint-Laurent est la structure géologique la plus prometteuse pour l’injection du CO₂ car le bassin est composé d’aquifères salins, notamment l’unité gréseuse de Covey Hill, disposant d’un volume poreux autorisant le stockage de plusieurs milliards de tonnes de CO₂. De plus, ces aquifères sont surmontés d’épaisses roches de couverture, les shales d’Utica et de Lorraine, permettant de limiter la migration verticale du CO₂ vers la surface. Toutefois, l’augmentation de pression reliée à l’injection de plusieurs milliards de tonnes de CO₂ pourrait avoir des impacts hydrogéologiques à l’échelle du bassin, tels que la remontée de la surface libre dans les formations affleurantes, et les migrations latérale et verticale des saumures, vers des aquifères d’eau douce. L’objectif principal de cette thèse est donc d’évaluer les impacts hydrogéologiques potentiels de la séquestration géologique du CO₂ à l’échelle du bassin des Basses-Terres du Saint-Laurent. Afin d’évaluer ces impacts, les perméabilités des formations paléozoïques du bassin ont été évaluées grâce à la ré-interprétation des essais en bout de tiges réalisés dans le bassin, lors de l’exploration qui y a été menée pour la recherche d’hydrocarbures. Ces résultats ont été compilés avec des analyses des carottes de forage pour former un modèle hydrostratigraphique des différentes unités et un modèle conceptuel des écoulements dans le bassin. Ensuite, un modèle numérique en trois dimensions du bassin a été créé afin de simuler différents scénarios d’injection. Les simulations numériques ont permis de montrer l’importance des failles, qui découpent le bassin en différents compartiments, comme éléments capables de limiter les impacts potentiels de l’injection. Ainsi, les simulations ont montré que deux puits d’injection localisés dans deux compartiments différents permettent une injection pouvant atteindre 10 Mt/an éq. CO₂, équivalent à la somme des émissions industrielles captables dans le bassin, durant 100 ans, sans générer d’impacts hydrogéologiques à l’échelle du bassin. En raison de la grande incertitude sur les données d’entrée du modèle, une analyse de sensibilité a été menée pour tenter de définir dans quelles conditions des impacts hydrogéologiques pouvaient se faire ressentir à l’échelle du bassin. Cette analyse a montré que seulement dans un cas très défavorable, pour lequel les failles et l’aquifère sommital voient leurs perméabilités augmenter et pour lequel le sommet du modèle est une limite à flux nul, une remontée de la surface libre d’un à dix-huit mètres pouvait être simulée selon la valeur de la porosité de drainage des formations de surface. L’analyse de sensibilité a aussi montré l’importance du coefficient d’emmagasinement comme étant le paramètre hydrodynamique ayant la plus grande influence dans l’élévation de la charge hydraulique dans le bassin. Les simulations ont aussi montré que la migration de saumures vers la surface est peu probable et que les failles du bassin, présentées comme peu perméables, participent à la diminution des fuites horizontales de saumures. Cependant, il est possible que ces failles permettent la fuite verticale de saumures vers la surface à travers la zone endommagée entourant le coeur de la faille. L’analyse numérique a montré que le coefficient d’emmagasinement des formations, la porosité de drainage à la surface, la perméabilité et l’extension des failles devaient être mieux définis pour obtenir des résultats de simulation plus univoques. Les simulations présentées dans cette thèse bénéficient d’une approche originale, privilégiant la caractérisation géologique détaillée du bassin à la simulation exhaustive des phénomènes physiques pouvant être modélisés. / Geological carbon sequestration is a technology aiming at transferring CO₂ from industrial facilities to geologic reservoirs, insulating the sequestered gas from the carbon cycle, allowing to reduce anthropic greenhouse gas emissions. In the province of Quebec, the most promising geological structure for carbon capture and storage is the St. Lawrence Lowlands sedimentary basin. This basin contains saline aquifers in which it is potentially possible to store several billion tons of CO₂. These aquifers are overlain by thick impervious caprocks, the Utica and Lorraine shales, preventing vertical migration of CO₂ toward the surface. However, such an injection implies that hydrogeological impacts of injection may be transmitted within the entire basin as pressure builds up, which may lead to water table rise in unconfined aquifers, and horizontal and vertical brine leakage from the reservoir to freshwater aquifers. The main objective of this thesis is to assess potential hydrogeological impacts of CO₂ sequestration at the basin scale in the St. Lawrence Lowlands basin. In order to assess these impacts, the permeabilities of the Paleozoic formations have been evaluated by reinterpreting the raw data of drillstem tests that have been conducted in the basin, during hydrocarbon exploration campaigns. These results have been integrated into a core plug analysis database to create a hydrostratigraphic model of the units and a conceptual flow model of the basin. Subsequently, a 3D geological model of the St. Lawrence Lowlands basin has been modified to incorporate faults and has been imported into the FEFLOW numerical model to simulate the injection of CO₂ in the basin. The simulations demonstrate the role played by faults, which divide the basin into multiple compartments and limit the pressure buildup across the basin. Simulations show that two wells located in two different compartments are enough to maintain an injection rate of 10 Mt/yr eq. CO₂ during a hundred years without generating hydrogeological impacts. Due to the significant uncertainty that affects parameter values, a sensitivity analysis has been undertaken to define a set of conditions that allow hydrogeological impacts to occur at the basin scale. This analysis has shown that only under very unfavorable conditions, in which faults and the top aquifer have a high hydraulic conductivity and the top boundary of the domain is a no-flow boundary condition, a watertable rise ranging from 1 to 18 meters may occur, depending on the specific yield of the uppermost formations. The sensitivity analysis has also shown that the specific storage is an important hydrodynamic parameter explaining pressure buildup within the basin, but is also the most uncertain parameter. Simulations have shown that brine leakage to the surface is unlikely. Faults, which have a low hydraulic conductivity, also tend to lower the risk of horizontal brine leakage. However, vertical brine leakage to the surface is possible through the damaged zones surrounding fault cores. Numerical analysis has shown that the storage coefficient, the specific yield of surface formations, the permeability and proximity to the surface of faults have to be better defined for better predicting the impacts of CO₂ injection in the basin. The simulations conducted during this thesis present an original approach, favoring detailed geological characterization of the basin over an exhaustive simulation of physical phenomena.

Les Basses-Terres du Saint-Laurent sont une plate-forme des roches sédimentaires très anciennes, situées entre les Appalaches et le Bouclier canadien (Province de Grenville) et s’étendent tout au long du fleuve Saint-Laurent, de l’Ontario jusqu’au-delà de la ville de Québec. Elles sont formées d’unités géologiques datant du Cambrien à l’Ordovicien. L’ensemble est recouvert de sédiments non consolidés d’âge quaternaire. Ces unités ont été affectées par des phénomènes géodynamiques (interne et externe) qui ont généré des structures intéressantes permettant de promouvoir l’exploration pétrolière et gazière dans la région. Le Québec est entré dans le cercle de production d’hydrocarbures en 1860, avec la réalisation du premier forage en Gaspésie par la Gaspé Bay Mining Company et les Basses-Terres du Saint-Laurent ont prouvé leur potentiel en hydrocarbure depuis 1954 avec la découverte du gisement de Pointe-du-Lac. Malgré les travaux intenses et perpétués de l’exploration d’hydrocarbures réalisés ces dernières années au Québec, il faut rappeler que le sous sol québécois demeure largement sous exploité par rapport aux autres bassins sédimentaires du Canada et de l’Est américain. Toutefois, les travaux effectués jusqu’à ce jour ont permis de bien cibler les unités géologiques qui contiennent les meilleurs potentiels d’hydrocarbures. Notamment les calcaires Ordoviciens du Groupe de Trenton et du Black-River qui constituent une cible pour le modèle de dolomitisation hydrothermale et la production gazière à partir du shale Ordovicien du Groupe d’Utica. La production de manière économique du gaz contenu dans des shales gazéifères a été rendue possible grâce à l’optimisation de deux nouvelles procédés développés aux États-Unis : (i) le forage horizontal; (ii) la fracturation hydraulique avec proppant. Les gisements faisant recourt à ces types d’opérations d’extraction du gaz sont appelés gisement " non-conventionnel ". Ce projet de recherche a pour objectif de comprendre succinctement l’architecture structurale de la région des Basses-Terres du Saint-Laurent et ce, dans un contexte géologique afin d’appréhender la disponibilité des hydrocarbures (gaz et ou pétrole). Une analyse et interprétation géologique des diagraphies réalisées sur les puits Saint-Louis-de-Richelieu No1 et Saint-François-du-Lac No1, montrent que selon l’expression des signatures de la courbe des rayons gamma, le Shale d’Utica et les Calcaires du Trenton et du Black-River contiendraient des hydrocarbures du fait de leur faible teneur en matière organique par rapport au Groupe de Lorraine sus-jacent. Cette matière organique est quantifiée en taux de carbone organique totale dans la roche et évolue rationnellement avec la maturité thermique. Ainsi donc une analyse faite du carbone organique total et de la maturité thermique, suggère que la quasi-totalité des hydrocarbures dans les Basses-Terres du Saint-Laurent existent sous forme gazeuse. Les données actuellement disponibles et les méthodes mises en œuvre pour l’exploration des sites ne nous permettent pas de localiser de manière précise les endroits prospects des shales gazéifères dans les Basses-Terres du Saint-Laurent. Cependant une nouvelle réinterprétation des données sismiques combinée aux mesures de la réflectance standardisée à celle de la vitrinie du kérogène ont permis de déduire que dans les Basses-Terres du Saint-Laurent, le gaz abonde particulièrement dans la section entre Québec et Montréal. On note également une importance graduelle du gaz du Bouclier canadien vers les Appalaches (jusqu’au niveau de la faille de Logan) où le gaz évolue du type biogénique à thermogénique en fonction de l’augmentation de l’effet thermique relative à l’augmentation de la profondeur des unités géologiques. Une gamme colossale de publications d’ordre aussi bien technique que scientifique décortique les Basses-Terres du Saint-Laurent, mais beaucoup sont conçus de manière à aborder la région sous une compétence particulière et bien canalisée. Ce document est l’un des rares à être rédigé en français pour aborder les Basses-Terres du Saint-Laurent à la fois sous un angle géologique, géophysique, géochimique, pétrophysique, technique et environnemental de manière concordante permettant d’advenir à éventer son potentiel en hydrocarbure.

Une étude portant sur la géologie du Quaternaire dans la portion canadienne du bassin-versant de la rivière Châteauguay a été entreprise dans le cadre d'un programme d'étude sur les eaux souterraines mené conjointement par la Commission géologique du Canada, l'INRS-ETE (Institut national de recherche scientifique-Eau, Terre et Environnement) et le Ministère de l'environnement. Les objectifs principaux ont porté sur les relations entre la cartographie des dépôts meubles et la recharge à l'aquifère fracturé, ainsi que sur l'exploitation des données de sous-surface pour la conception d'une carte en 3 dimensions de la géologie quaternaire (hydrostratigraphie). Une méthode novatrice par grille (grid-based), la méthode de calcul relatif, a été développée pour la cartographie en 3 dimensions. Des travaux de terrain ont été réalisés, dont des forages dans les argiles à la mini-foreuse, de la cartographie de surface et des études sédimentologiques (particulièrement dans les eskers). Parallèlement, des études géologiques portant sur l'histoire de la glaciation et de la déglaciation ont été entreprises. La géomorphologie glaciaire et les marques d'érosion glaciaire ont été étudiées pour compléter les connaissances sur l'histoire des écoulements glaciaires dans la région. Les stries indiquent un écoulement glaciaire vers le S qui bifurque ensuite vers le SW, mouvement glaciaire principal dans la région; puis, tardivement, le mouvement glaciaire SW bifurque vers W et vers le SE localement. Un site paléontologique important (Lac-Des-Pins, à St-Antoine-Abbé) a été découvert, dans lequel sont retrouvés des fossiles de plantes arctiques-alpines, des débris organiques marins et un bois de caribou bien préservé. Des datations au carbone 14 ont été effectuées sur des matériels marins et terrestres, et montrent un effet réservoir important (environ 800 ans pour Hiatella arctica et 1200 ans pour Macoma baltica) pour les coquilles marines. Des datations par IRSL (Infrared-Stimulated Luminescence) ont permis de connaître l'âge de différents sédiments (éoliens, littoraux) post-datant la déglaciation. Enfin, les observations cartographiques sur la géomorphologie post-Mer de Champlain ont suggéré de nouveaux détails sur la transition entre le Lac-Lampsilis et le St-Laurent moderne. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Géologie, Quaternaire, Châteauguay, Basses-terres du St-Laurent, Covey Hill, Caribou, Effet réservoir, Mer de Champlain.

Des contraintes temporelles sont nécessaires à la compréhension de l'évolution cinématique des ceintures de plis et de chevauchements, de même qu'à celle des systèmes de rift. Cette thèse de doctorat porte sur la géologie du domaine allochtone des Appalaches et du système de rift du Saint-Laurent. L'absence de contraintes géochronologiques portant sur les failles supracrustales de cette zone d'étude limite l'interprétation de l'évolution cinématique de la marge laurentienne. De nouvelles contraintes temporelles géologiquement significatives sont rapportées ici. Ces contraintes ont été obtenues en utilisant une approche méthodologique multidisciplinaire combinant l'analyse structurale, la cartographie régionale et détaillée. L'approche analytique inclut la minéralogie, la morphologie et l'analyse isotopique (K-Ar) de fractions riches en argiles (<0.2 µm et 1-2 µm) de roches de failles et de leurs lithologies hôtes. Le premier chapitre documente l'évolution structurale du domaine allochtone des Appalaches (zone externe de Humber) où sont rapportées des structures de chevauchement taconiennes. Ces structures sont datées pour la première fois à environ 490, 465 et 450 Ma, par la méthode K-Ar. On rapporte une première évidence claire de structures d'extension synchrones (410 Ma) au développement de rétro-chevauchements, qui sont associés à un rétro-métamorphisme au sein des nappes de la zone externe. Ce sont là les premières évidences de déformations post-taconniennes documentées au sein de la zone externe de Humber. Ces déformations sont contemporaines aux failles syn-sédimentaires de la ceinture de Gaspé et à l'âge de la faille Saint-Joseph le long de la ligne Baie Verte-Brompton. Cela témoigne d'une phase d'extension intra-cratonique jamais documentée auparavant dans cette portion des Appalaches. La présence de déformations acadiennes est mise en évidence pour la première fois au sein de la zone externe de Humber, permettant: 1) de redéfinir l'étendue de cette déformation appalachienne et 2) de mettre en évidence la progression de l'orogénèse acadienne au Dévonien tardif vers l'avant-pays. L'évolution tardive (360 Ma) de ces déformations (relaxation des contraintes acadiennes) est associée à une période d'extension et d'hydrothermalisme contemporain de cette déformation. Le deuxième chapitre démontre la réactivation répétée du système de rift du Saint-Laurent à 436 ± 45 Ma et 406 ± 22 Ma. Ces réactivations sont contemporaines des périodes de subsidence régionales liées, dans le premier cas, au développement de bassins détritiques dans l'avant-pays taconnien et dans le second cas, à une période d'extension intra-cratonique dans les Appalaches adjacentes. La localisation des failles associées au rift du Saint-Laurent présente un contrôle structural induit par la réactivation de structures de plis et de systèmes de joints préexistants dans le socle. Le troisième chapitre documente un nouvel événement tectono-thermal tardidévonien, décrit pour la première fois dans la zone externe de Humber ainsi que dans la province de Grenville. Ce chapitre documente un magmatisme alcalin synchrone de l'hydrothermalisme dévonien au sein de la zone externe de Humber. Les données K-Ar dans les failles normales associées à de l'hydrothermalisme de la zone externe de Humber, le magmatisme alcalin et des roches de faille dans la faille Saint-Laurent définissent ensemble une isochrone à 360 ± 4 Ma. Cet événement semble donc contemporain à la réactivation de la faille Saint-Laurent dans le socle protérozoïque ainsi qu'aux déformations et à l'hydrothermalisme tardi-dévonien de la zone externe de Humber. Ces données nous permettent donc de suivre l'extension du système de rift Saint-Laurent au sein de la zone externe de Humber des Appalaches. Une relecture des cartographies géologiques disponibles permet de proposer une distribution possible des failles liées à cet événement tectono-thermal au sein de la zone externe de Humber. Finalement, les données Pb-Pb disponibles permettent d'envisager que cet événement tectono-thermal (socle-couverture) partage un réservoir isotopique commun avec les intrusions dévoniennes dans les Appalaches. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Orogénèse acadienne, Orogénèse laconienne, Zone externe de Humber, Système de rift Saint-Laurent, Grenville, Dévonien tardif, Métallotecte, Magmatisme dévonien, Géochronologie K-Ar, ilIite, Failles supracrustale.

Dans la séquence stratigraphique des Basses-Terres du St-Laurent, la discordance la plus importante serait celle qui existe entre les dolomies de Beekmantown (Ordovicien inférieur) et les calcaires de Chazy (Ordovicien moyen). Notre étude s'est intéressée à ce contact et aux carbonates adjacents, compte tenu de l'implication possible sur la métallogénie des Basses-Terres. De façon générale, les empilements de carbonates sous-jacents à des discordances forment des cibles de prédilection pour l'emplacement de gisements de plomb et de zinc. Les dolomies de Beauhamois présentent des lithofaciès à dominance intertidale et supratidale, témoignant d'environnements de platier de carbonates accumulés en milieu aride. Des corrélations effectuées sur six coupes montrant le contact dans la région de Montréal n'ont pas permis de mettre en évidence une surface d'érosion ou d'exposition aérienne au sommet du Beekmantown, et ce même à grande échelle. L'étude diagénétique de ces mêmes dolomies n'indique pas de dissolution de carbonates en profondeur susceptible d'exprimer une karstification en télodiagenèse. La dédolomitisation, seul phénomène pouvant réfléter une altération par des eaux météoriques superficielles, semble plutôt reliée à la diagenèse d'enfouissement, et plus spécifiquement à l'épisode de carbonatisation de sulfates. Suite à nos travaux, nous croyons que la discordance du Beekmantown dans les Basses-Terres du St-Laurent serait inexistante ou de faible magnitude dans la région étudiée.

Les fonctions écologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services écologiques utiles à la société, dont plusieurs sont critiques à notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacité à fournir ces biens et services écologiques. Incidemment, leurs fonctions écologiques sont dégradées. Elles représentent l’élément clef dans la démarche proposée pour évaluer l’état des milieux humides. Le projet a débuté par l’analyse des sites d’étude au Québec, soient les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour. Par la suite, les fonctions écologiques ont été sélectionnées (support d’habitats fauniques, régulation des débits de crues et rétention des sédiments) et caractérisées pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caractéristiques selon le développement durable. Une approche multiéchelle a été intégrée pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau stratégique) et cibler l’intervention (microbassin : niveau tactique). L’approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour différents horizons temporels : la situation historique de 1984, l’état actuel de 2011 et deux scénarios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant à la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont été combinées pour proposer un outil d’aide à la décision permettant de cibler des secteurs problématiques. En considérant les trois fonctions écologiques, une tendance générale est constatée pour chaque bassin versant. C’est à l’ouest de la rivière Yamaska, près de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivière Bécancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions écologiques procurées par les milieux humides sont en déficit. De plus, les fonctions du support d’habitats fauniques et de régulation des débits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs problématiques pour les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour, respectivement. Le développement d’indicateurs spatiaux selon des approches multiéchelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions écologiques procurées par les milieux humides. De plus, l’intégration de l’aspect de durabilité est un avantage considérable dans l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour les intervenants.

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Les fonctions ??cologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services ??cologiques utiles ?? la soci??t??, dont plusieurs sont critiques ?? notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacit?? ?? fournir ces biens et services ??cologiques. Incidemment, leurs fonctions ??cologiques sont d??grad??es. Elles repr??sentent l?????l??ment clef dans la d??marche propos??e pour ??valuer l?????tat des milieux humides. Le projet a d??but?? par l???analyse des sites d?????tude au Qu??bec, soient les bassins versants des rivi??res Yamaska et B??cancour. Par la suite, les fonctions ??cologiques ont ??t?? s??lectionn??es (support d???habitats fauniques, r??gulation des d??bits de crues et r??tention des s??diments) et caract??ris??es pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caract??ristiques selon le d??veloppement durable. Une approche multi??chelle a ??t?? int??gr??e pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau strat??gique) et cibler l???intervention (microbassin : niveau tactique). L???approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour diff??rents horizons temporels : la situation historique de 1984, l?????tat actuel de 2011 et deux sc??narios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant ?? la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont ??t?? combin??es pour proposer un outil d???aide ?? la d??cision permettant de cibler des secteurs probl??matiques. En consid??rant les trois fonctions ??cologiques, une tendance g??n??rale est constat??e pour chaque bassin versant. C???est ?? l???ouest de la rivi??re Yamaska, pr??s de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivi??re B??cancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions ??cologiques procur??es par les milieux humides sont en d??ficit. De plus, les fonctions du support d???habitats fauniques et de r??gulation des d??bits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs probl??matiques pour les bassins versants des rivi??res Yamaska et B??cancour, respectivement. Le d??veloppement d???indicateurs spatiaux selon des approches multi??chelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions ??cologiques procur??es par les milieux humides. De plus, l???int??gration de l???aspect de durabilit?? est un avantage consid??rable dans l?????laboration d???un outil d???aide ?? la d??cision pour les intervenants.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Le processus de boisement des tourbières est un phénomène en accélération depuis au moins les années 1950 dans les basses-terres du Saint-Laurent au Québec, et l'érable rouge (Acer rubrum) est l'un des arbres qui contribue le plus à ce phénomène. Cette étude vise à décrire et expliquer la progression de la couverture forestière d'une vaste tourbière ombrotrophe isolée au sein d'une matrice agricole dont les bordures sont caractérisées par la présence de peuplements mixtes composés de mélèze laricin (Larix laricina) et d'érable rouge. Les objectifs sont de (1) déterminer les patrons spatio-temporels de la colonisation forestière et (2) d'identifier les facteurs responsables de l'établissement et de la croissance des arbres en ayant recours à la fois à des analyses dendrochronologiques, de photographies aériennes et paléoécologiques. Bien que le mélèze soit présent localement depuis au moins quelques siècles, l'érable rouge s'est installé seulement au début du XXe siècle. Son expansion s'est accélérée dans les décennies 1930-1940, puis à nouveau dans les années 1980. Le rythme de progression du couvert forestier a varié d'un endroit à l'autre de la tourbière (0-23 m/an), mais il fut plus rapide dans les années 1960. Contrairement à ce qui était attendu, il ne semble n'y avoir aucun lien significatif entre les multiples variables analysées (épaisseur de la matière organique, altitude de la surface, indice d'humidité topographique, utilisation du sol en périphérie, drainage et climat) et la progression du couvert forestier. Les résultats exposent la complexité des relations qui existent entre la croissance des arbres sur tourbe et leur environnement. En combinant des méthodes permettant de couvrir plusieurs échelles temporelles et spatiales, il est possible d'obtenir un portrait plus précis de la dynamique végétale. Il est suggéré que le cadre méthodologique établi dans la présente étude soit adopté lors des recherches futures sur le boisement des tourbières. / A rapid tree encroachment phenomenon has been taking place on St-Lawrence Lowlands (SLL), southern Quebec peatlands since the 1950s, and red maple (Acer rubrum) is one of the most prolific tree species. Therefore, the purpose of this study is to describe and explain the progression of forest cover in a large, isolated ombrotrophic peatland within an agricultural matrix whose edges are characterized by the presence of mixed stands of tamarack (Larix laricina) and red maple. Our objectives were (1) to describe the spatio-temporal colonization patterns of the forest cover and (2) to identify factors that might explain tree establishment and growth using a combination of paleoecological, dendrochronological and aerial photograph analyses. Although tamarack has been present locally for at least a few centuries, red maple began to establish in the early XXᵗʰ century. Its expansion accelerated in the 1930s-1940s and again in the 1980s. The colonization rate of the forest cover varied across the peatland (0-23 m/yr) but was most rapid in the 1960s. Contrary to expectations, there appeared to be no significant relationship between the multiple analyzed variables (organic matter thickness, surface elevation, topographic moisture index, land use, drainage, and climate) and forest cover progression. Our results highlight the complexity of the relationships between tree growth on peat and their environment. By combining methods that cover several temporal (contemporary and a few centuries) and spatial (local and peatland) scales, it is then possible to obtain a precise picture of the vegetation dynamics that animate the peatland. We therefore suggest that the methodological framework established in the present study should be adopted by future studies of tree encroachment.

L’essor et le développement des sociétés mayas anciennes dans un environnement forestier tropical, longtemps réputé hostile, ont soulevé de nombreuses questions, pour la plupart restées sans réponse par manque de données empiriques. Les modèles relatifs à l'exploitation des forêts, à l’impact anthropique sur le milieu et aux stratégies d’adaptation aux changements environnementaux au cours des trois millénaires d'occupation maya, bien que fondés sur des données palynologiques et sédimentologiques, n'ont que rarement été validés par des données archéologiques ou archéobotaniques. En particulier, il n’existe que très peu d'études sur l’économie des bois de feu dans les sociétés mayas préhispaniques, alors que le bois, en tant que ressource de base, constitue assurément un important marqueur écologique et économique dans l’étude des sociétés préindustrielles. Notre projet doctoral avait donc pour objectif principal de reconstituer, par le biais d'une étude anthracologique systématique et diachronique, les stratégies d'acquisition et les usages des bois de feu sur un site maya, afin d'analyser l'impact réciproque entre les activités humaines et les changements du couvert ligneux local sur toute la durée de son occupation. Cette recherche a été menée sur le site de Naachtun, cité de la période classique (250-950 apr. J.-C.) situé à l'extrême nord du Guatemala. Son développement sur huit siècles (≈150-950/1000 apr. J.-C.), les dynamiques de population non linéaires qu'on y observe, ainsi que sa résilience face à la crise du Classique terminal, faisaient tout l'intérêt de Naachtun pour étudier les interactions entre les anciens Mayas et les forêts sur le temps long. Ce travail a nécessité au préalable la compilation d'une collection anatomique de référence des bois des Basses Terres centrales, qui compte aujourd'hui 231 taxons appartenant à 52 familles, matériels physiques et numériques compris. Deux autres thématiques de recherche ont été développées dans ce projet. La première traite de l'impact des processus taphonomiques sur la préservation des charbons archéologiques dans les sites mayas, à travers une étude expérimentale de la combustion de cinq essences de la forêt maya. La seconde a porté sur l'usage du feu et des cendres dans les pratiques rituelles des anciens Mayas. Les dépôts de cendres et de charbons résultant d'actions rituelles y sont examinés selon une approche spatiale de façon à restituer les gestes humains responsables de leur formation. À travers ces trois axes de recherches interdépendants, on démontre l'apport de l'anthracologie dans l'étude des dynamiques socio-environnementales et des comportements humains dans les Basses Terres mayas. / The rise and development of ancient Maya societies in the tropical forests of the Maya Lowlands, a demanding environment, have raised important questions, most of which remain unanswered due to a lack of empirical data. Models describing Maya forest exploitation, landscapes impact and adaptation to environmental changes over three millennia of occupation mostly rely on palynological and sedimentological data. Archaeological or archaeobotanical data has conversely very rarely been used to test these models. Specifically, no attempt has been made to reconstruct systematically the global wood economy of ancient Maya cities. Wood was an indispensable resource for the Maya, as for all pre-industrial societies, and thus constitutes a key economic and ecological indicator for understanding socio-environmental interactions over time. This doctoral study therefore aims to conduct a systematic and diachronic anthracological study at a Maya site, in order to reconstruct domestic firewood collection strategies and analyze cross relations between human activities and woodland changes throughout the whole length of the occupation. This research has been carried out at the site of Naachtun, a Classic period city (AD 250-950) located in northern Petén, Guatemala. The development of the city over eight centuries≈ ( AD 150 -950/1000), with non-linear population dynamics, and its resilience during the Terminal Classic crisis, made the site of Naachtun a relevant candidate for the study of the interactions between the ancient Maya and the forest on a long-term scale. This required beforehand the compilation of a wood reference collection for the Central Maya Lowlands, which now comprises 231 taxa belonging to 52 families, physical and numerical materials included. Two other lines of research have been developed in this project. The first focuses on the impact of taphonomic processes on the preservation of archaeological charcoal at Maya sites, by means of an experimental study of the combustion of five tree species of the Maya forest. The second one deals with the use of fire and ashes in the ritual practices of the ancient Maya. Ash and charcoal deposits resulting from ritual actions are examined through a spatial approach in order to reconstitute the human gestures that are responsible for their formation. These three interdependent lines of research allow us to demonstrate the usefulness of anthracology in the study of the socio-environmental dynamics and human behaviors in the Maya Lowlands.