Big Bone Lick (BBL) is a late Pleistocene and Holocene fossil locality in the Ohio River valley of Kentucky. This study utilized stable isotopes (δ13C, δ18O, and 87Sr/86Sr) in tooth enamel to reconstruct mobility and diet in Bison, as well as diet in Bootherium bombifrons. Isotopic results from seven Bison and two B. bombifrons are reported. Results suggest Pleistocene Bison and Bootherium occupied different dietary niches. Although both had C3-dominated diets, Bison occupied more open environments than B. bombifrons. Two bison from the late Holocene deposit had diets that consisted of more C3 vegetation than Pleistocene bison, which may indicate these individuals occupied a closed C3 landscape. However, one specimen previously identified as late Holocene had diet and mobility patterns consistent with Pleistocene bison, which could indicate temporal mixing. Pleistocene and Holocene Bison have 87Sr/86Sr values that suggest they spent most of their time in places other than BBL.

L’étude de la composition isotopique de l’oxygène de l’émail des dents de vertébrésconstitue une méthode fiable de reconstitution des paléotempératures, grâce àl’interdépendance entre le δ18O de l’apatite des dents, le δ18O des fluides corporels, del’eau ingérée et la température du milieu. L’amélioration et la miniaturisation des techniquesanalytiques a permis d’augmenter la résolution du signal reconstitué, depuis les variations detempérature sur de grandes échelles de temps jusqu’aux variations saisonnières durant laformation de la dent. Cependant, ces variations du δ18O de la dent ne sont pas uniquementdépendantes des variations de température du milieu, mais peuvent également êtreaffectées par d’autres paramètres climatiques, comme la répartition des précipitations aucours de l’année, ou biologique, comme le mode de minéralisation de la dent, l’alimentation,la physiologie de l’animal ou des migrations.Les paramètres biologiques peuvent être estimés dans le cas de taxons possédantdes parents proches dans la faune actuelle. Par exemple, la connaissance des processus deformation et de minéralisation des dents de bovinés actuels permet d’interpréter le signalisotopique de l’oxygène enregistré dans les dents de bovinés fossiles. Ainsi, l’analyse dedents de Bison priscus provenant de l’aven de Coudoulous (Lot, France) a permis dereconstituer les variations saisonnières de température au cours de l’avant-dernier épisodeglaciaire (MIS 6) au Pléistocène moyen, lorsque la région servait de terrain de chasse àHomo neanderthalensis. Le climat était à cette époque plus froid de 4°C en moyenne, maisavec des saisons nettement plus contrastées. Ainsi, si les températures estivales étaientidentiques aux valeurs actuelles, les températures hivernales étaient plus basses de 6-7°C.En milieu marin, les variations saisonnières de température affectent uniquement leseaux de surface. Les plaques dentaires de myliobatidés, un groupe de raies pélagiquesvivant principalement entre 0 et 100 mètres de profondeur, sont un outil potentiel pourreconstituer la paléosaisonnalité. L’étude de plaques dentaires de Myliobatis et deRhinoptera actuels montre que la composition isotopique des dents de ces animauxenregistre des variations de température et de δ18O des eaux de surface. Ainsi, il est doncpossible de reconstituer les caractéristiques des masses d’eau traversées par l’animal. Cetoutil a également un intérêt paléoécologique car il permet de mettre en évidence d’éventuelscomportements migratoires, comme chez certains myliobatidés actuels. L’étude despécimens d’Aetomylaeus provenant du Pliocène de Montpellier (Hérault, France) montredes températures 5°C plus élevées par rapport aux v aleurs actuelles. / The oxygen isotopic composition of the vertebrate tooth enamel is a reliable proxy toreconstruct paleotemperatures based on the dependence of the δ18O of the tooth apatite onthe δ18O of body fluids, on the δ18O of the drinking water, and on the environmentaltemperature. The improvement and the miniaturization of the analytical procedures allowedincreasing the resolution of the reconstructed signal, from paleotemperature variations overgeological times to seasonal variations during the tooth growth. However seasonal variationsof the enamel δ18O do not only depend on temperature variations but can also be influencedby other climatic parameters such as rainfall distribution over the year, or by biological andecological parameters such as tooth mineralization process, diet, physiology or migratorypatterns.Biological parameters can be estimated based on the study of extant relatives inmodern faunas. For example, data on tooth formation and mineralization processes inmodern bovids allow a better understanding of the oxygen isotopic signal recorded in fossilbovid teeth. Thus reconstruction of seasonal variations of temperature during the penultimateglacial episode (MIS 6) has been made possible from the analysis of Bison priscus teethfrom the aven of Coudoulous (Lot, France). Climate was 4°C colder during the middlePleistocene when Europe was still Homo neanderthalensis hunting ground, and seasonswere more contrasted than today. Summer temperatures were similar to modern values, butwinter temperatures were 6-7°C colder.In marine environments, seasonal variations of temperature only affect surfacewaters. Myliobatids are pelagic rays living mostly between 0 and 100 m depth, thus theoxygen isotopic composition of myliobatid dental plates is a potential proxy to reconstruct thepaleoseasonality. The isotopic analysis of modern Myliobatis and Rhinoptera samplesconfirmed that variations of the sea-surface temperature (SST) and the δ18O of seawater arerecorded in the δ18O of myliobatid teeth. Thus it is possible to reconstruct the variations ofseawater temperature during a part of the animal’s life, but it also allows pointing outmigratory patterns in some myliobatid species. Reconstructions of seasonal variations ofSST during the middle Pliocene in Montpellier (Hérault, France) from the δ18O of myliobatiddental plates yielded paleotemperatures 5°C higher than modern values.

Cette étude visait à déterminer quelle devise nutritionnelle, parmi les gains journaliers en énergie digestible, les gains instantanés en énergie digestible, en phosphore ou en sodium, expliquait le mieux la répartition du bison (Bison bison) dans les prairies canadiennes. Nous avons caractérisé la sélection de l'habitat des bisons du parc national du Canada des Prairies à l'hiver et au printemps 2007 et interprété cette sélection dans le contexte des gains attendus pour chacune des quatre devises. En toutes saisons, les communautés végétales fournissant les gains instantanés les plus rapides en énergie digestible étaient les plus fortement sélectionnées. Cette sélection s'effectuait au détriment des autres devises. Ces résultats viennent appuyer des observations obtenues dans des écosystèmes boréaux. La recherche de gains rapides en énergie constitue donc un des mécanismes prépondérants de la répartition du bison, et du coup, cette devise devrait permettre d'anticiper sa répartition malgré des changements dans les écosystèmes.

La connectivité de l'habitat est un déterminant important de la répartition spatiale des animaux. Cette connectivité dépend de leurs comportements face aux diverses composantes de l'habitat. Notre étude évalue les mécanismes de connectivité fonctionnelle chez les bisons sauvages. Nous avons déterminé que la sélection du prochain pré visité était influencée par ses caractéristiques intrinsèques (p. ex. disponibilité des plantes) et son accessibilité (p. ex. distance). Les bisons atteignaient le prochain pré sous l'influence de la persistance directionnelle et en orientant leurs déplacements vers les trouées forestières et le pré d'arrivée. De plus, la connectivité fonctionnelle variait durant l'année. Par exemple, ils préféraient des prés offrant davantage de biomasse végétale en hiver. Notre approche permet de quantifier la probabilité d'utilisation des prés et d'établir le chemin probable pour les atteindre. Ceci permet, en retour, de définir la connectivité fonctionnelle des prés, une étape nécessaire pour mieux comprendre la connectivité du paysage.

Le travail réalisé au cours de cette thèse aborde la thématique complexe de la place des espèces de la faune sauvage dans des habitats qui sont de plus en plus modifiés par les activités humaines. Nous prenons pour modèle d’étude la population de bisons des prairies (Bison bison bison) établie dans le parc national de Prince Albert (Canada) qui utilisent les terres agricoles exploitées bordant le parc. Dans un premier temps, nous démontrons que ce sont les gains énergétiques qui guident principalement la sélection d’habitat des bisons au détriment d’autres facteurs contribuant à la valeur adaptative, tels que le risque de mortalité lié à la chasse. Les parcelles agricoles constituent alors pour cette population un piège écologique, soit un habitat qui est préféré ou également préféré à d’autres habitats disponibles pourtant de meilleure qualité. L’utilisation des parcelles se diffuse parmi la population grâce aux décisions collectives prises au sein du groupe sur la base de l’expérience passée des membres du groupe. La diminution de la taille de la population est concomitante à la diffusion de ce comportement. Nos résultats nous renseignent sur les effets négatifs que peut avoir l’utilisation des milieux anthropisés et sur comment des mécanismes adaptatifs en milieu naturel, comme l’apprentissage social, peuvent se révéler délétères dans des milieux perturbés par l’homme. Nous étudions ensuite les stratégies comportementales mises en œuvre par les bisons pour échapper aux menaces constituées, à la fois, par leur prédateur naturel (le loup gris, Canis lupus) et par les activités humaines. Les bisons réagissent à la proximité du loup gris quand ils sont dans une prairie naturelle uniquement de nuit en écourtant leur temps de résidence. Alors qu’ils sélectionnent les parcelles agricoles principalement la nuit quand les activités humaines sont au plus bas. Ces stratégies divergentes nous renseignent sur les capacités des bisons à intégrer des informations nouvelles et à ajuster leur comportement en fonction de leur expérience passée. Le déclin de la population nous indique toutefois que ce type de stratégie, certainement efficace pour maximiser le temps passé sur les parcelles agricoles tout en minimisant le risque de perturbations, reste largement insuffisant pour prémunir les bisons contre la mortalité induite par la chasse. Pour mieux comprendre les déplacements des bisons et guider la gestion de la population, nous explorons les propriétés du réseau de sentiers créés et entretenus par les bisons pour se déplacer entre les prairies naturelles. Le réseau est très redondant avec de nombreux sentiers indépendants connectant la même paire de prairies. Le nombre de sentiers et de connexions diminue en même temps que le nombre d’individus. Ces résultats nous renseignent sur la capacité de résistance du réseau aux perturbations, mais également sur l’influence de la taille de la population sur la connectivité fonctionnelle. L’utilisation des milieux anthropisés par les espèces de la faune peut également avoir des impacts sur les écosystèmes. Nous décrivons une situation souvent négligée dans le domaine de la conservation: le conflit de conservation, situation au cours de laquelle un objectif de conservation entre en conflit avec un ou plusieurs objectifs d’un autre programme. Les bisons des prairies, espèce au statut vulnérable, transportent un grand nombre de graines d’espèces de plantes non indigènes acquises sur les parcelles agricoles et qui sont potentiellement envahissantes. Ils favorisent l’installation de ces espèces en créant des conditions favorables, comme au niveau des «wallows» (zone dépourvue de végétation en son centre créée par les bisons en se roulant au sol) ou des sentiers créés au cours leurs déplacements. Les bisons en tant que vecteurs d’espèces non indigènes représentent un danger pour la restauration des prairies à fétuques, objectif de conservation prioritaire pour Parcs Canada. En conclusion, ce travail apporte des éléments de compréhension sur le comportement des animaux face à des contraintes émergentes dans les milieux anthropisés et sur les conséquences pour les animaux et les écosystèmes. Il soulève la question de la pérennité de certaines populations animales dans ces milieux anthropisés en l’absence de mesures de gestion adaptées.

L'objectif de cette étude consistait à déterminer dans quelle mesure des changements dans la taille du groupe influencent la sélection des ressources à plusieurs échelles spatiotemporelles chez le bison des plaines (Bison bison bison) du parc national de Prince Albert, Saskatchewan. Nous avons évalué la sélection de l'habitat à trois échelles spatiales au cours de l'été 2005 et de l'hiver 2006. Nos résultats ont révélé que la répartition spatiale du bison à chacune des échelles spatiales était influencée à la fois par des facteurs abiotiques (e.g., route, couvert de neige, pente) et biotiques (e.g., biomasse et espèce végétale), et que l'effet de ces facteurs variait en fonction de l'abondance des individus. Notre étude suggère que la sélection de l'habitat par le bison des plaines est un processus influencé par les compromis entre l'acquisition des ressources de haute qualité, les coûts associés aux déplacements et le risque de prédation, et ce, à différentes échelles spatiales. De plus, les résultats mettent en évidence que la nature de ces compromis change en fonction de la taille du groupe. / This study had for objective to evaluate whether habitat selection by plains bison (Bison bison bison) in Prince Albert National Park (Saskatchewan) was influenced by group size at multiple spatio-temporal scales. We evaluated habitat selection at three spatial distinct scales during summer 2005 and winter 2006. Our results revealed that both abiotic (e.g., road, snow cover, slope) and biotic (e.g., biomass of plants, plant species) factors influenced the spatial distribution of bison at each of the three spatial scales, and that the effects of these factors on resource selection changed with the abundance of individuals. Our study suggests that pattern of habitat selection by bison is affected by trade-offs between the intake of high-quality resources, movement costs and predation risk at different spatial scales. Moreover, our results showed that the nature of the trade-offs varies with group size.

This study aims to improve the modeling of partial SCRAM in the BISON plant model for the Forsmark 2 nuclear reactor after power uprate. Validation of the BISON model against tests performed from March to May in 2013 have shown that this is one of the areas in which there is room for improvement. After partial SCRAM is performed, the model underestimates the reactor power, recirculation flow and steam flow when compared to the measurement data. In BISON the partial SCRAM is modeled using a relative control rod effect vector (ASC vector). The aim is to replace the old values in this vector to improve the model. The new model was shown to give an improved result for the reactor power, recirculation flow and steam flow. The study gives recommendations on how to apply the new model and what values of the relative control rod effect vector that can be used in the future.

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Doctor of Philosophy / Division of Biology / Walter K. Dodds / Tallgrass prairie evolved with fire-grazer interactions. Fire and grazing are vital processes for maintaining grasslands and cattle production, and therefore will be continued as land management schemes. The effects of fire and grazers on prairie streams are understudied, but may significantly influence stream ecology. This dissertation examined how prescribed burning, bison grazing, and patch-burn grazing (by cattle) influence water quality, stream biota, and riparian amphibians and reptiles at Konza Prairie, Kansas, or Osage Prairie, Missouri. Using Global Positioning System, we monitored bison and cattle distribution throughout watersheds. The immediate effects of prescribed burning were examined at both Konza and Osage Prairies. The impacts of bison on water quality were determined by using a long-term dataset from Konza Prairie and compared watersheds with and without bison. Amphibian and reptile assemblages were monitored for two years at Osage, and assemblage data were analyzed using redundancy analysis, permuted analysis of variance, and occupancy modeling. A patch-burn grazing experiment occurred for 5 years at Osage (2 years pretreatment data and 3 years of treatments) and was analyzed using a before-after, control-impact design. Prescribed burning had minimal effects on water chemistry. At Konza Prairie, bison did not alter water quality likely because they spent negligible time (<5%) in streams. Contrarily, cattle at Osage Prairie significantly increased stream concentrations of total suspended solids, nutrients, Escherichia coli bacteria, algal biomass, and primary production. Unlike bison, cattle spent significant time (~21%) in streams if allowed access to riparian zones. In watersheds with cattle excluded from streams by riparian fencing, water quality contaminant concentrations increased significantly, but not to the magnitude of unfenced streams. Amphibian abundance and richness were not different among patch types; instead, they were restricted to specific basins. However, reptiles displayed preference for certain patch-types, and had the highest abundance and richness in watersheds with fire and grazing. These results have implications for natural resource management. Riparian fencing of cattle may be a useful practice in areas where water resource protection is the priority. However, overland flow may alter water quality in watersheds with grazers despite fencing. Land managers will need to define management objectives and accept trade-offs in water quality, amphibian and reptile habitat, and cattle production.

Bison spp. (bison) fossils are scarce on the Colorado Plateau, especially within the greater Grand Canyon region. Because of the poor fossil record for bison on the plateau and in Grand Canyon National Park, various resource managers have surreptitiously designated bison a nonnative and human-introduced species. The lack of evidence for bison seems to be the result of collection bias rather than a true lack of bison remains. Today, Grand Canyon National Park has a neighboring herd of 350 bison that have meandered unwantedly onto National Park lands from neighboring Forest Service and State of Arizona lands. This study spatiotemporally illustrates bison are recently native to the greater Grand Canyon area based on previously misidentified specimens in archaeological collections. Data here may require resource managers to reconsider whether or not bison should be reconsidered a native species to the Grand Canyon National Park and elsewhere on the Colorado Plateau.