Le projet de recherche doctorale porte sur la cartographie, modélisation tridimensionnelle, stratigraphie et lithostratigraphie des sédiments de surface des bassins versants des rivières Saint-François et Chaudière. Ce projet s'inscrivait dans une série de projets initiés par le Ministère du Développement Durable, des Parcs et de l'Environnement du Québec dont l'objectif ultime était de mieux connaître et protéger les eaux souterraines des bassins versants des rivières Chaudière et Saint-François, de la frontière internationale à sa confluence avec le fleuve Saint-Laurent, dans la région de la capitale nationale. Ainsi, la présente recherche constitue un projet d'étude sur la dynamique quaternaire du Sud-Est du Québec qui permet de comprendre la nature et la distribution des sédiments et des séquences quaternaires. Dans ce contexte, un des intrants majeurs dans la détermination des propriétés géologiques régionales est la compréhension de la distribution et de l'architecture tridimensionnelle des sédiments de surface. La compilation et la cartographie des formations superficielles de ces deux bassins versants ont été des objectifs incontournables et requis pour l'analyse tridimensionnelle. Dans les bassins considérés, des dizaines de coupes naturelles ont été analysées et compilées ainsi qu'un grand nombre d'exploitations anthropiques dont les informations s'ajoutent à des milliers de forages de sources diverses. Leur intégration à la stratigraphie existante a permis l'élaboration des cartes d'épaisseurs de dépôts meubles et de la construction d'un modèle tridimensionnel des unités quaternaires pour l'ensemble des deux bassins versants. Le développement du cadre chronologique vient compléter la thèse. Un outil de corrélation stratigraphique basé sur l'âge des dépôts est proposé dans cette étude. Ce programme a pour but de corréler et de distinguer les différentes unités glaciolacustres des Appalaches. Cette nouvelle approche est fondée sur la valeur des rapports Ln/Tn, qui sont l'expression de la luminescence naturelle sur la luminescence induite après irradiation en laboratoire. Malgré une remise à zéro partielle des sédiments, les âges sur les varves de la fin du Sangamonien (85 ± 2 ka), du Wisconsinien moyen (56 ± 6 ka) et du Wisconsinien supérieur (< 24 ± 2 ka) ont permis de situer les séquences glaciolacustres à l'intérieur des cycles connus (stades, interstades et interglaciaires) qui sont eux-mêmes basés sur des axiomes (stratigraphie isotopique océanique et stratigraphie continentale). Un autre objectif principal de cette étude visait à définir les principaux événements de la paléogéographie de cette région. La complexité de la séquence stratigraphique reflète des conditions uniques d'englaciation et de déglaciation dans un secteur caractérisé par des retraits glaciaires à contre-pente, permettant le développement de lacs proglaciaires et la préservation d'un volume de sédiments quaternaires antérieurs à la dernière glaciation. Ces sédiments sont essentiellement associés à l'épisode glaciolacustre de la Formation de Gayhurst. Un travail de synthèse sur l'extension et la caractérisation des sédiments associés à ce lac proglaciaire (Wisconsinien moyen) est proposé afin d'évaluer son extension dans les deux bassins versants. L'âge de 45 ± 5 ka obtenus sur un faciès deltaïque, dans le cadre du programme de datation, indique que cette séquence s'est déposée lors du Wisconsinien Moyen. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cartographie, stratigraphique quaternaire des Appalaches, Basses-Terres du Saint-Laurent, Modélisation géologique 3D, Inlandsis laurentidien, séquences et faciès glaciolacustres, géochronologie.

No description available.

L'ancienne cité maya d'Ucanal se situe à la frontière des grandes capitales et de leurs influences stylistiques pendant la majeure partie de son histoire. De plus, sa localisation sur la rivière Mopan en fait un lieu décisif pour les réseaux d'échanges puisqu'elle relie la mer des Caraïbes au golfe du Mexique. A ce titre, la ville fut convoitée par les grands centres afin de maîtriser les grands axes de communication. Cependant, ces centres n'ont jamais été assez forts pour contrôler complètement la ville d’Ucanal. Cette étude examine ces relations politiques et sociales et leurs changements du point de vue des céramiques d'Ucanal durant la période du Classique Récent (environ 600-810 DNÈ) au Classique Terminal (environ 810-950/1000 DNÈ). Nous avons établi un nouveau protocole méthodologique pour l'analyse chimique des pâtes céramiques à l'aide d’un instrument portable de Fluorescence par Rayons X (pXRF) et comparé les résultats sur les mêmes échantillons à l'aide de l’Analyse Instrumentale par Activation Neutronique (INAA), une méthode plus conventionnelle et plus précise pour les études de provenance chimique. Les résultats de ces comparaisons révèlent que le pXRF pourrait fournir des désignations de provenance préliminaires pour identifier les céramiques locales et non locales (article 1). Une analyse de la répartition des céramiques décorées et importées sur le site d'Ucanal comparant les maisonnées d'élite, de statut intermédiaire et non élite, a indiqué que les maisonnées de statut intermédiaire ont obtenu un accès croissant aux céramiques fines et importées durant le Classique Récent et le Classique Terminal, et que cette dernière était une période de grande mobilité sociale (article 2). À son tour, une analyse du point de vue des communautés de pratique des céramiques moulées de la période du Classique Terminal a révélé qu'Ucanal et sa région se trouvaient à un noeud important des réseaux de production et d'échange de céramique, ce qui a aidé à créer un paysage politique décentralisé mais fortement interconnecté (article 3). / The ancient Maya city of Ucanal sat at the frontier of larger political capitals and their stylistic influences throughout most of its history. Moreover, its localization alongside the Mopan River placed it in a decisive location for exchange networks between the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico. As such, the city was coveted by major centers in their attempted control of this major communication axis. However, these centers were never strong enough to completely control the city of Ucanal. This research project examines these social and political relationships from the perspective of Late Classic (ca. 600-810 CE) and Terminal Classic (ca. 810-950/1000 CE) period ceramics from Ucanal. It establishes a new methodological protocol for the chemical analysis of ceramics using a portable X-ray fluorescence instrument (pXRF) and comparing the same samples with Instrumental Neutron activation Analysis (INAA), a more established and precise chemical analysis method. The results indicate that pXRF analyses can provide preliminary provenience identifications of local and non-local ceramics (article 1). A distribution analysis of decorated and imported ceramics from Ucanal that compares elite, middle-status, and non-elite household contexts reveals that middle-status households had increasing access to decorated and imported ceramics between the Late Classic and Terminal Classic periods, and that the latter was a period of substantial social mobility (article 2). In turn, an analysis of molded Terminal Classic ceramics from the theoretical perspective of communities of practice demonstrates that Ucanal and its surrounding region were situated at an important nexus of ceramic production and exchange and helped forge a decentralized but highly interconnected political landscape (article 3).

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / L'amplification polaire du changement climatique, qui conduit les hautes latitudes à se réchauffer près de deux fois plus vite que les régions tempérées, entraîne la diminution progressive de certaines zones englacées du globe comme celle du pergélisol en Arctique. En profondeur, le dégel du pergélisol modifie le régime hydrologique du bassin-versant associé, impactant les ressources en eau et les écosystèmes aquatiques qui en dépendent. En surface, il se traduit par une augmentation de la couche active et une fragilisation de la stabilité du sol mettant en danger la durabilité des infrastructures locales. Dans ce contexte, il parait indispensable d'établir une carte de suivi long-terme de l'évolution du pergélisol à l'échelle de l'arctique afin d'anticiper les dangers associés à son dégel. Cependant, l'accès difficile et les conditions extrêmes de l'Arctique complexifient grandement l'observation directe, continue et à grande échelle du pergélisol. Si certaines cartes du pergélisol existent déjà, leur résolution est faible et elles restent statiques dans le temps. Cette thèse présente des méthodes indirectes de suivi annuel du dégel du pergélisol, à l'échelle de l'arctique et avec une résolution de l'ordre du bassin-versant puis du pixel. Ces méthodes sont l'analyse de récession de bassin-versant et l'interférométrie d'images radar de surface (InSAR), appliquées à des régions pergélisolées. D'une part, l'analyse de récession reflète, indirectement et à l'échelle du bassin-versant, la dynamique du pergélisol souterrain. En effet, selon Brutsaert (2005), le temps de récession d'un bassin-versant pergélisolé serait inversement proportionnel à la profondeur de dégel du pergélisol. Après analyse de 336 bassins arctiques, cette relation de proportionnalité se révèle complexifiée par l'étendu du pergélisol, les conditions climatiques du bassin, sa topographie et ses propriétés hydrauliques. Ces complexifications hydrologiques sont simulées avec Hydrogeosphere (HGS) à travers un model conceptuel 3D de bassin-versant arctique. Les simulations montrent que l'ouverture de tàlik sous le cours d'eau ainsi que la pente des berges du cours d'eau participent à l'augmentation de la verticalité et de la connectivité des écoulements souterrains ainsi qu'à la non-linéarité du réservoir. Ces résultats limitent l'applicabilité de la méthode d'analyse de récession basée sur le modèle de Brutsaert (2005) aux bassins-versants plats et sous-couverts de pergélisol continu uniquement. Pour les autres bassins-versants arctiques, d'autres modèles d'analyse de récession doivent être développés pour pouvoir en déduire la dynamique du pergélisol. Par ailleurs, la méthode InSAR permet de traduire la vitesse déformation du terrain arctique en vitesse de dégel du pergélisol souterrain. Cette étude s'appuie sur la méthode d'analyse de Daout et al. (2017), appliquée à plus large échelle, sur une région de 390,000 km² dans les basses terres de la baie d'Hudson. Pour cette région, l'étude estime une épaisseur de couche active de 64 cm et un taux d'affaissement de terrain de 2.5 mm/an sur 2015-2021. Si ces résultats nécessitent 15 ans de données satellites pour pouvoir être traduits en taux de dégel du pergélisol, la méthode InSAR a l'avantage d'être applicable pour n'importe quel terrain arctique et ce quel que soit l'étendu du pergélisol souterrain ou sa topographie. Chacune des méthodes offre des solutions prometteuses de cartographie haute résolution de la dynamique du pergélisol sur une large couverture spatiale et temporelle. Cette thèse donne les clefs de traduction d'un événement de récession ou d'une déformation de surface en un taux de dégel du pergélisol associé. Finalement, la transdisciplinarité de cette étude permet de confronter les résultats issus des différentes approches pour mieux les valider. Si la flexibilité et le réalisme du model 3D HGS nous ont permis de comparer les résultats issus des simulations avec ceux issus des analyses de récession des 336 bassins arctiques, il serait intéressant d'en faire de même pour les résultats issus de l'analyse InSAR. / Due to polar amplification of climate change, high latitudes are warming up twice as fast as the rest of the world. This warming leads to permafrost thawing, which modifies the subsurface hydrologic regime of draining watersheds, therefore affecting water resources and related aquatic ecosystems. At the surface, permafrost thawing increases the thickness of the overlying active layer, decreases soil stability, and jeopardizes local infrastructure sustainability. In this context, building a map of long-term permafrost evolution in Arctic regions is essential to anticipate such hazards. However, direct, continuous, and large-scale monitoring of permafrost in the Arctic is very challenging because of difficult access and unfavorable environmental conditions. Even though maps of permafrost exist, their resolution is low and they are static in time. This research presents indirect methodologies to annually update maps of Arctic permafrost at catchment or pixel scales. These methods are the recession analysis of permafrost-dominated catchments and the interferometry of Arctic-surface SAR images (InSAR). On the one hand, recession analysis allows to reflect permafrost thawing dynamics since recession slopes of Arctic catchment hydrographs are linearly related to permafrost thawing depth under Brutsaert (2005) assumptions. The recession analysis of 336 Arctic catchments reveals that the linear relationship may be complexified by the extent of the permafrost itself, the climatic conditions, the landscape topography as well as the hydraulic properties of the catchment. Hydrological complexifications and mechanisms involved when permafrost extent decreases and landscape hillslope increases are simulated with a Hydrogeosphere (HGS) 3D model of a conceptual Arctic catchment. Simulations show that river-tàlik opening and valley incision both clearly increase the verticality and the connections of subsurface flow paths as well as the non-linearity of the reservoir. These results limit the applicability of the recession analysis to flat catchments underlain by continuous permafrost only. For catchments with steeper slopes and with discontinuous permafrost, other models than Brutsaert (2005) should be used to interpret permafrost dynamics from recession analysis. On the other hand, InSAR analysis translates ground surface displacement into permafrost thawing rate. The proposed method is based on previous local studies and tested on the 390,000 km² region of the Hudson Bay Lowlands. For this region, the study reveals a median active layer thickness of 64 cm and a median rate of subsidence of 2.5 mm/yr over 2015-2021. While this method requires at least 15 years to translate active layer thickness and subsidence rate into permafrost thawing rate, the method has the advantage to be applicable to any type of permafrost extent or topography. Both methods provide great opportunities to map permafrost dynamics with large temporal and spatial coverage at a fine resolution. This research provides the keys to relate Arctic river hydrograph dynamics and Arctic surface deformation to permafrost thawing rate. Finally, the research transdisciplinarity allows for method comparison and validation. The flexibility and realism of the HGS model allow to compare permafrost-related outputs derived from both simulations and real-catchment hydrograph analysis. In the future, these outputs could be compared to InSAR results.

Les activités anthropiques (agriculture, urbanisation) ont fortement influencé la dynamique des tourbières depuis le début du XXe siècle dans la région physiographique des basses-terres du Saint- Laurent. En Montérégie, la vaste tourbière de Saint-Georges-de-Clarenceville est caractérisée par la présence de différents types de peuplements forestiers, notamment des peuplements feuillus dominés par l’érable rouge qui côtoient des peuplements conifériens, certains comportant du pin blanc. Ce projet avait pour objectifs 1) de dresser un portrait des peuplements forestiers de la tourbière pour les 100 à 200 dernières années, 2) de retracer leur dynamique à plus long terme, soit sur quelques millénaires et 3) de déterminer si l’établissement et la dynamique de la végétation forestière est d’origine anthropique ou naturelle. L’hypothèse qui a été testée est que la tourbière était autrefois colonisée naturellement par des peuplements forestiers à dominance coniférienne « typiques » des tourbières comme le mélèze laricin et l'épinette noire. En raison de perturbations anthropiques in situ, telles que la coupe forestière et le creusement de canaux de drainage, ces espèces auraient été graduellement remplacées par des peuplements arborescents à dominance feuillue et par des conifères « moins fréquents » dans de tels écosystèmes comme le pin blanc. Dans le but de documenter les différents peuplements forestiers, un portrait de la végétation arborescente fut réalisé le long d’un transect d’une longueur de 1 km. Pour six peuplements, des analyses dendrochronologiques ont été effectuées afin de dater les périodes d’établissement des arbres. Des profils de sol ont été creusés au sein de deux de ces sites afin de récolter, d’identifier et de dater des bois enfouis dans la tourbe. Plusieurs souches furent aussi échantillonnées et identifiées. Les résultats suggèrent que la présence du mélèze laricin, de l’épinette noire, du thuya occidental et du pin blanc sur la tourbière est naturelle et très ancienne (quelques milliers d’années). L’analyse des bois enfouis et des souches indique que le pin blanc est présent depuis au moins 3000 ans. En contrepartie, le développement en grande abondance d’espèces feuillues comme l’érable rouge et le bouleau jaune est plus récent et concorde, entre autres, avec des coupes forestières ayant lieu depuis de la seconde moitié du XIXe siècle par les différents propriétaires des lots de la tourbière. Ces perturbations auraient ainsi changé la dynamique forestière naturelle coniférienne vers des peuplements de plus en plus dominés par des espèces feuillues. L’érable rouge est présentement l’espèce la plus abondante au sein de la régénération et devrait éventuellement devenir l’espèce dominante.