Les modèles hydrologiques traditionnels n’imposent pas la contrainte de conservation d’énergie à la surface. Lorsque soumis à des températures plus élevées, ils ont le potentiel de surestimer l’évapotranspiration. Le modèle de surface physique CLASS est couplé au modèle de routage RAPID, basé sur la méthode de Muskingum, pour former un modèle hydrologique plus robuste en contexte de réchauffement global. CLASS-RAPID est implanté sur le bassin versant du Haut-Montmorency (47.4°N, 71.1°O). CLASS est calibré et validé à l’aide d’observations hydrométéorologiques à la Forêt Montmorency ; RAPID est optimisé d’après les observations de débits de la Direction d’expertise hydrique du Québec. Des projections climatiques provenant des modèles CanESM2, CNRM-CM5, GFDL-ESM2M et MPI-ESM du Projet d’intercomparaison des modèles couplés et des scénarios climatiques RCP 4.5 et RCP 8.5 sont fournies en entrées à CLASS-RAPID afin de réaliser des simulations hydrologiques pour la période future de 2041 à 2070. Des projections climatiques provenant des mêmes modèles pour la période de référence de 1981 à 2005 sont également utilisées par CLASS-RAPID afin de générer une séquence de débits pouvant être comparée à celle de la période future. CLASS-RAPID obtient un score de NSE = 0, 66 au critère de performance de Nash-Sutcliffe. Le modèle reproduit fidèlement la séquence des évènements hydrologiques, mais sous-estime systématiquement les pointes de crue. Les simulations de CLASS-RAPID réalisées en condition de changements climatiques projettent que les crues printanières se produisent plusieurs dizaines de jours à l’avance pour la période future de 2041 à 2070 en comparaison à la période de référence. Pour les quatre modèles à l’étude, les simulations en condition de changements climatiques permettent de prévoir une diminution moyenne des débits d’étiage d’été de 40% pour le scénario climatique RCP 4.5 et de 50% pour le scénario climatique RCP 8.5. Pour les mêmes scénarios climatiques, l’Atlas hydroclimatique du Québec, qui repose sur une modélisation hydrologique traditionnelle, prévoit une diminution des débits de respectivement 37% et 45%. / Typical hydrological models do not impose energy conservation at the surface. Therefore, under higher temperatures they may overestimate evapotranspiration. Physical land surface model CLASS is paired to Muskingum based routing model RAPID in order to create a functional hydrological model under global warming context. CLASS-RAPID is set up on the Haut-Montmorency watershed (47.4°N, 71.1°W). The model is calibrated and validated with the ERA5 reanalysis and the flowrates observations from the Direction d’expertise hydrique du Québec. Climate projections from CanESM2, CNR-CM5, GFDL-ESM2M and MPI-ESM and climate scenarios RCP 4.5 and RCP 8.5 are given as entries to CLASS-RAPID in order to simulate flowrates for 2041 to 2070. Climate projections from the same models and for the benchmark period of 1981 to 2005 are used by CLASS-RAPID in order to obtain hydrological simulations that can be compared to the flowrates of 2041 to 2070. CLASS-RAPID has a Nash-Sutcliffe coefficient of NSE = 0, 66. The model tends to replicate hydrological events sequence correctly but underestimate flood peaks. CLASS-RAPID simulations under climate changes conditions foresee that spring floods will tend to happen sooner in the years for 2041 to 2070 when compared to the benchmark period. For the four climate models, climate changes simulations foresee reductions of summer flowrates of 40% for climate scenario RCP 4.5 and of 50% for climate scenario RCP 8.5. For the same climate scenarios, the Atlas hydroclimatique du Québec foresees a reduction of the flowrates of respectively 37% and 45%.

Les travaux de recherche de ce mémoire portent sur l'évaluation des performances de la méthode de la couverture saturée pour la prévention du drainage minier acide face aux conséquences anticipées des changements climatiques au Canada. Deux principaux impacts ont été étudiés dans le cadre de cette maîtrise, soit l'augmentation de la variabilité des régimes de précipitation et l'augmentation de la fréquence des cycles de gel et de dégel. Les conditions des essais encourus sont basées sur les caractéristiques physico-chimiques observées au site de Lower William Lake, en Ontario, qui a été restaurée au moyen de la méthode de la couverture saturée. Afin de valider l'hypothèse selon laquelle les changements climatiques pourraient nuire à la qualité des eaux de drainage sur les sites réhabilités par des recouvrements monocouches avec contrôle du niveau d'eau, deux différentes approches ont été utilisées pour quantifier les performances de la méthode de la couverture saturée. D'abord, l'impact de l'augmentation de la variabilité des régimes de précipitation sur la cinétique d'oxydation de résidus générateurs d'acide recouvert par une monocouche inerte a été étudiée en utilisant une approche géochimique, au moyen d'essais en colonnes de lixiviation. La composition chimique du lixiviat collecté et l'évaluation des caractéristiques physiques, chimiques et minéralogiques des résidus, mesurés avant et après l'essai, ont été utilisé comme indicateurs de performance. Ensuite, l'impact d'une hausse des cycles de gel-dégel sur le flux diffusif d'oxygène qui traverse un matériel de recouvrement inerte a été évalué en utilisant une approche physique, au moyen d'une cellule de diffusion à chambre double adaptée pour les températures de gel. L'efficacité du matériel de recouvrement à limiter la diffusion de l'oxygène a été quantifié en évaluant l'évolution du coefficient de diffusion de l'oxygène et des caractéristiques géotechniques du recouvrement en condition partiellement saturée en fonction du nombre de cycle de gel. / This thesis investigates the performances of saturated covers as a waste management strategy for the prevention of acid mine drainage in the context of climate change in Canada. Two anticipated impacts of climate change were studied, namely the increase in precipitation regime variability and the increase in freeze and thaw cycles frequency. It is believed that climate change could adversely impact water quality on sites rehabilitated with saturated covers. To validate this hypothesis, two different approaches were used. Testing conditions for the experiment described in this thesis were based on the physical and chemical characteristics historically measured at the Lower William Lake site in Ontario. First, the impact of an increased precipitation regime variability on the oxidating kinetic of acid generating tailings rehabilitated using the saturated cover method was investigated from a geochemical point of view, using trickle leach columns. The chemical composition of the leachate and the evaluation of the physical, chemical and mineralogical characteristics of the tailings, measured before and after the column study, were used as performance indicators. Secondly, the impact of an increase in freeze and thaw cycles on the diffusive flux of oxygen passing through an inert material cover was evaluated using a physical approach, using a double chamber diffusion cell adapted for freezing conditions. The efficiency of the cover material to prevent oxygen diffusion was quantified by evaluating the evolution of the oxygen diffusion coefficient and the geotechnical properties of the partially saturated cover material as a function of the number of freeze and thaw cycles applied.

Les changements climatiques ont entraîné une augmentation de la productivité végétale à l'échelle des régions circumpolaires. Ce phénomène, appelé verdissement, est documenté par des données de télédétection démontrant une augmentation de l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et est principalement attribuable au phénomène d'arbustation. Le verdissement et l'arbustation suscitent un intérêt grandissant pour l'étude de la réponse des espèces arbustives aux changements climatiques et des facteurs responsables de l'hétérogénéité du verdissement. L'étude de la réponse des espèces arbustives nécessite toutefois des méthodes dendrochronologiques adaptées à leur forme de croissance particulière. De plus, peu d'études se sont concentrées sur la réponse différentielle des espèces arborescentes et arbustives aux changements climatiques. Les deux objectifs principaux de ce projet de recherche étaient donc de déterminer si la conversion des largeurs de cernes en surface peut être utilisée comme méthode de standardisation en dendrochronologie des arbustes et de déterminer si une réponse différentielle des espèces arbustives et arborescentes aux changements climatiques pourrait être à l'origine de l'hétérogénéité du verdissement des régions nordiques. L'utilisation des surfaces de cernes au lieu des largeurs standardisées de façon conventionnelle nous a permis d'obtenir des résultats de sensibilité climatique plus robustes et constants et de diminuer l'écart de sensibilité entre les branches et les collets. Nos résultats démontrent aussi que les arbres et les arbustes présentent des différences de réactivité aux changements climatiques et que la contribution aux augmentations de NDVI d'une espèce peut varier spatialement. Ce projet représente une contribution majeure au domaine de l'écologie nordique en adaptant les méthodes en dendrochronologie des arbustes et en améliorant notre compréhension du verdissement des régions circumpolaires. / Climate change has triggered an increase in plant productivity across circumpolar regions that can be seen on satellite images through increases in the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). This Arctic greening, mainly linked to shrub expansion, has triggered a growing interest in studying the response of shrub species to global warming as well as the factors responsible for the Arctic greening heterogeneity. To study the response of shrubs, dendrochronological methods need to be adapted to the particular growth form of shrub species. Moreover, very few studies have focused on the differential response of trees and shrubs species to climate change. Therefore, the two main objectives of this project were to determine if the conversion of ring width into ring area is an appropriate detrending method when shrub stems are used in dendrochronological studies and to determine whether differential responses of shrub and tree species to climate change could partially explain the greening heterogeneity of the Arctic and subarctic regions. We obtained more robust and consistent climate sensitivity results and a reduced sensitivity gap between stems and root collars of shrubs when using ring areas instead of conventionally standardized ring widths. Our results also showed that trees and shrubs differ in their response to climate change and that the contribution of a given species to the NDVI may vary spatially. This project represents a major contribution to the field of northern ecology by adapting methods in shrub dendrochronology and by improving our understanding of the greening of circumpolar regions.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Étant l'une des provinces possédant la plus grande superficie forestière au Canada, le Québec fait l'objet de nombreux projets forestiers visant à lutter contre les changements climatiques. Cependant, de nombreuses études suggèrent que la non prise en compte des changements de l'albédo de surface en foresterie peut entraîner des erreurs importantes dans les évaluations d'impact climatique et conduire à l'approbation de projets ayant des effets contre-productifs sur le climat. De plus, l'albédo de surface peut être fortement influencé par la présence de neige au sol, ce qui augmente encore plus l'incertitude liée à la non prise en compte de l'albédo dans les régions boréales comme le Québec. Cependant, les évaluations de l'impact climatique de la plupart des projets forestiers sont actuellement basées sur la seule étude des flux de gaz à effet de serre (GES). Cette étude visait à évaluer la pertinence de considérer les changements d'albédo de surface dans les évaluations d'impact climatique de l'aménagement forestier au Québec, en comparant l'effet climatique d'un changement d'albédo de surface à celui des flux de CO₂ et en calculant leur effet combiné pour différents scénarios d'aménagement forestier. Nous avons utilisé le territoire du massif du lac Jacques-Cartier (région écologique 5e), dans le sous-domaine bioclimatique boréal de la sapinière à bouleau blanc de l'Est, comme zone d'étude pour développer des modèles statistiques permettant d'estimer l'albédo de surface de peuplements monospécifiques pour les espèces les plus communes dans la région, à savoir l'épinette noire (Picea mariana, Mill.,Britton, Sterns & Poggenb.,1888), le sapin baumier (Abies balsamea, (L.) Mill., 1768) et le bouleau blanc (Betula papyrifera, Marshall 1785), en utilisant des caractéristiques forestières et météorologiques. Nous avons ensuite simulé les changements de l'albédo de surface (à l'aide de nos modèles statistiques) et des flux de carbone (à l'aide du Modèle du bilan du carbone du secteur forestier canadien, CBM-CFS3) pour différents scénarios, dont : (i) le boisement de terres auparavant non boisées, et (ii) l'aménagement des peuplements existants pour l'approvisionnement en bois par la coupe totale et la régénération. Nous avons observé que l'augmentation de l'albédo après une coupe totale a le potentiel de contrebalancer une grande partie de l'effet de réchauffement des émissions post-coupe, ce qui suggère que l'utilisation des coupes totales pour l'approvisionnement en bois pourrait fournir des avantages climatiques supplémentaires pour lutter contre les changements climatiques. Nous avons également observé que l'effet de réchauffement dû à la diminution d'albédo de surface observée après le boisement de zones non boisées a le potentiel de compenser en grande partie l'effet de refroidissement produit par la séquestration du carbone causée par la croissance du nouveau peuplement. Cela suggère que les projets de boisement sur des terres naturellement non boisées pourraient ne pas être en mesure de produire un effet de refroidissement climatique aussi important qu'anticipé pour les régions boréales. Ces observations plaident en faveur de l'intégration de l'albédo de surface dans les méthodes d'évaluation d'impact climatique afin d'accroître leur justesse et leur niveau de complétude, et ainsi augmenter les chances que les objectifs en matière de lutte contre le changement climatique soient atteints. / As one of the provinces with the largest forest area in Canada, Quebec is subject to numerous forestry projects aimed at fighting climate change. However, numerous studies suggest that failure to account for surface albedo in forestry can lead to important errors in climate impact assessments and result in the approval of projects with counterproductive effects on climate. Moreover, surface albedo can be strongly influenced by the presence of snow on the ground, which further increases the uncertainty due to the non-accounting of albedo in boreal regions such as Quebec. However, climate impact assessments of forestry projects are still based on the sole study of greenhouse gas (GHG) fluxes. In this study, we aimed to evaluate the relevance of considering surface albedo changes in climate impact assessments of Quebec's forest management practices, by comparing the climatic effect of surface albedo change with that of CO₂ fluxes and by calculating their combined effect for different forest scenarios. We used the territory of Lake Jacques-Cartier Massif (ecoregion 5e) in the Eastern balsam fir-white birch boreal bioclimatic subdomain as a study area to develop statistical models to estimate the surface albedo of monospecific stands for the most common species in the region, namely black spruce (Picea mariana, Mill.,Britton, Sterns & Poggenb.,1888), balsam fir (Abies balsamea, (L.) Mill., 1768), and white birch (Betula papyrifera, Marshall 1785), using forest and weather characteristics. We then simulated changes in surface albedo (using our statistical models) and carbon fluxes (using the Carbon Budget Model of the Canadian Forest Sector, CBM-CFS3) for different forest management scenarios, including: (i) afforestation of previously non-forested land, and (ii) management of existing stands for wood supply through clearcutting and regeneration. We observed that the increase in surface albedo after clearcutting has the potential to counteract much of the warming effect of post-cutting CO₂ emissions, suggesting that the use of clearcuts for wood supply and production could provide additional climate benefits. We also observed that the warming effect due to the loss of albedo observed after afforestation of a non-forested area has the potential to offset most of the cooling effect produced by the carbon sequestration of the forest. This suggests that afforestation projects on naturally non-forested land may not be able to produce a cooling effect as large as expected. These observations support the integration of surface albedo in climate impact assessment methods to ensure that the estimations are correct and that objectives in terms of the fight against climate change are met.

Le feu de forêt est une perturbation naturelle extrêmement répandue sur la planète. Au Québec, les incendies de forêt ont affecté entre 1990 et 2013 une moyenne de 330 000 hectares par année contre une moyenne de 2,3 millions d’hectares pour le Canada. À l’heure des changements climatiques, dont les conséquences sont annoncées comme très coûteuses pour les sociétés humaines, il est important de développer des stratégies d’adaptations aux changements climatiques le plus tôt possible afin de minimiser les coûts, les impacts environnementaux et les impacts sur nos sociétés. Le climat et la météo influencent fortement les patrons spatiaux et temporels de l’activité des incendies de forêt. La couverture terrestre joue également un rôle important à court terme en modulant l’influence des conditions climatiques sur l’activité des feux et à plus long terme par des changements de composition dans la matrice forestière, graduels (succession forestière, changements climatiques) ou rapides (perturbations). Ainsi, il devient urgent de développer des projections fiables de l’activité future des incendies de forêt tout en réduisant l’incertitude autour de ces projections. Malgré le fait que ces besoins ont été identifiés depuis plus d’une décennie, les méthodes nécessaires à l’élaboration de ces projections restaient à être développées. La capacité de prédire ou de prévoir comment un système peut se comporter à l'avenir a toujours représenté un formidable défi pour la communauté scientifique. Dans mes deux premiers chapitres, j’ai modélisé l’influence des changements climatiques et de végétation sur la fréquence et la distribution des tailles des incendies de forêt à l’aide de modèles statistiques. Mon troisième et dernier chapitre utilise les modèles développés dans les deux premiers pour projeter de quelle manière l’activité des incendies de forêt évoluera dans un contexte où le climat (ou la météo) et la végétation (ou la couverture terrestre) sont dynamiques. Grâce à ces travaux on peut aujourd’hui projeter quelle sera l’activité future des incendies de forêt dans un contexte de changements dans la matrice forestière et climatiques. / Abstract Wildfire is an extremely widespread natural disturbance on the planet. In Quebec, forest fires have affected between 1990 and 2013 an average of 330,000 hectares per year against an average of 2.3 million hectares for Canada. In these times of climate change, whose effects are reported as very costly to human societies, it is important to develop adaptation strategies to climate change as soon as possible to minimize costs, environmental impacts and impacts on our societies. Climate and weather strongly influence the spatial and temporal patterns of forest fires activity. Land-cover plays an important role in the short term by modulating the effect of weather on fire activity and longer-term changes in forest composition matrix, gradual (forest succession, climate change), or rapid (disturbances). Thus, it is urgent to develop reliable projections of future activity of forest fires while reducing the uncertainty surrounding these projections. Despite the fact that these requirements have been identified for more than a decade, the methods for the preparation of these projections remained to be developed. The ability to forecast or predict how a system might behave in the future has always been a formidable challenge for the scientific community. In my first two chapters, I modeled the influence of climate change and vegetation on the frequency and size distribution of forest fires using statistical models. My third and final chapter uses models developed in the first two to project how the activity of forest fires will evolve in a context where the climate (or weather) and vegetation (or land-cover) are dynamic. Thanks to this work, we can now project what will be the future activity of forest fires in the context of climate and forest changes.

« Situé au cœur des Plateaux Centraux, le Dak Lak est la plus grande province du Vietnam. Celle-ci couvre une superficie de 1 980 000 hectares, ce qui représente 6,2% de la superficie du Vietnam. Comme partout au Vietnam et tout particulièrement dans les Plateaux Centraux, la superficie de la forêt au Dak Lak a elle-même été fortement réduite depuis les années soixante. La forêt est remplacée par différents types de couverts végétaux dont, principalement, des plantations de caféier et d'hévéa. Encore de nos jours, la croissance de la population et les besoins en terre pour cultiver le caféier et l'hévéa continuent à mener à la destruction des superficies forestières au Dak Lak. Cette recherche s'inscrit dans le domaine de la climatologie... Plus précisément, l'étude porte sur la relation entre la déforestation et le climat. Mais le lien entre déforestation et changement climatique n'est pas toujours évident. Dans ce mémoire, nous nous concentrons sur le lien entre la déforestation et le changement de la température à l'échelle locale. La finalité de cette recherche est donc de fournir une évaluation de l'évolution du couvert forestier, une étude des changements de la température au Dak Lak et une connaissance des différences de températures sous divers couverts : forêt, caféier et friches. »--Page ii

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les écosystèmes d'eau douce des latitudes extrêmes sont confrontés à une série de menaces liées à des changements climatiques rapides, dépassant les seuils écologiques. Toutefois, l'hétérogénéité des paysages et le manque de données de surveillance à long terme empêchent de prédire avec précision les réactions biotiques au changement climatique. Compte tenu de la diminution prévue de la couverture de glace, la compréhension limitée des réponses biotiques sur de longues périodes dans les lacs de l'Arctique devient évidente. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse comprennent la reconstitution des conditions environnementales de la fin de l'Holocène dans trois lacs situés le long des franges côtières du bras Clements Markham (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), sur le nord de l'île d'Ellesmere, et l'établissement d'une taxonomie complète des diatomées dans la région étudiée. L'influence présumée de la diminution de la couverture glaciaire a probablement amélioré la disponibilité de la lumière et diversifié les microhabitats récemment dans chaque lac de recherche. Cela se reflète dans la structure des assemblages de diatomées de chaque lac, les diatomées étant manifestement absentes dans la plupart des enregistrements jusqu'aux intervalles les plus élevés. Les premiers assemblages de diatomées de l'Arctique étaient principalement constitués de fragilarioïdes benthiques, qui se sont considérablement diversifiés au cours des 80 dernières années. Ce changement floristique a inclus des espèces planctoniques centrées, représentatives d'une plus grande stabilité thermique résultant de saisons prolongées sans glace. L'émergence et la diversification des diatomées correspondent à des pics notables de la teneur en matière organique et à des hausses de température dans l'Arctique, ce qui corrobore ce nouveau régime écologique. Collectivement, cette recherche élargit la documentation limitée des apparitions récentes de diatomées sur l'île d'Ellesmere, découvrant un changement récent et supplémentaire qui a initié une plus grande diversification des espèces en raison de changements environnementaux récents et rapides. / Freshwater ecosystems at extreme latitudes face a range of threats from rapid climatedriven changes, surpassing ecological thresholds. However, landscape heterogeneity and limited long-term monitoring data hinders accurate predictions of biotic responses to climate change. Given the projected declines in ice cover, the limited understanding of biotic responses over extended timeframes in Arctic lakes becomes evident. Within this context, the objectives of this thesis include reconstructing late-Holocene environmental conditions of three lakes along the coastal fringes of the Clements Markham Inlet (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), on northern Ellesmere Island and to establish a comprehensive diatom taxonomy in the study region. The presumed influence of declining ice cover likely enhanced light availability and diversified microhabitats recently in each research lake. This was reflected in the diatom assemblage structures, as diatoms were conspicuously absent throughout most of the records until the uppermost intervals. Early Arctic diatom assemblages primarily consisted of benthic fragilarioids, culminating in a substantial diversification over the last ~80 years. This floristic shift included planktonic centric species, representative of greater thermal stability resulting from prolonged ice-free seasons. The emergence and diversification of diatoms corresponded with notable spikes in organic matter content and temperature rises across the Arctic, further corroborating this novel ecological regime. Collectively, this research broadens the limited documentation of recent diatom appearances on Ellesmere Island, uncovering a recent, additional shift that has initiated a wider species diversification due to recent and rapid environmental changes.

Svalbarðstunga est un nom de lieu historique et officiel qui identifie le territoire entre les rivières Svalbarðsá et Sandá (nord-est de l’Islande). En aval du bassin versant de Svalbarðsá, se situe la ferme principale de la région, la ferme Svalbarð, qui est en activité depuis plus de 1000 ans. Depuis sa mise en place, de nombreuses fermes satellites, associées à la ferme Svalbarð, se sont établies dans la région Svalbarðstunga. La quasi-totalité des fermes fut abandonnée à divers moments et les motifs d’abandon restent nébuleux. Ils pourraient être associés à des facteurs naturels (p. ex.: changements climatiques, volcanisme) et/ou humains (p. ex.: dégradation des terres par le surpâturage, épidémies). L’objectif principal de cette étude est de documenter l’impact des changements climatiques et des activités humaines sur l’environnement de la vallée Svalbarðstunga. Pour atteindre cet objectif, nous nous sommes basées sur l’étude d’archives sédimentaires collectées au sein d’un étang et d’une tourbière, situés à proximité de vestiges d’anciennes fermes. Ces travaux de recherche incluent des analyses macrofossiles, diatomifères, géochimiques et sédimentologiques. La tourbière étudiée s'est mise en place rapidement après la déglaciation, vers 9190 ans étal. BP; les conditions locales étaient minérotrophes riches. Le site s’est ensuite relativement asséché et il est revenue à des conditions plus humides vers 470 ans étal. BP. D’autre part, l’étang étudié présente des signes de perturbations majeures entre 1000 et 1350 AD, telles que la déposition d’un niveau de tourbe non décomposée au sein d’une séquence sédimentaire constituée de gyttja entre 1100 et 1350 AD. En tenant compte de la localisation du site d’étude, l’élevage de bétails, principalement de moutons, aurait pu entraîner une déstabilisation des sols du bassin versant par le surpâturage des buttes de dépôt fluvio-glaciaire et glaciaire qui entourent l’étang, ce qui aurait provoqué une forte accumulation sédimentaire dans l’étang. / Svalbarðstunga is a historic and official region that spans the territory between the Svalbarðsá and Sandárivers (northeastern Iceland). The principal farm of the region is known as Svalbarð’s farm. It is located downstream of the Svalbarðstunga watershed and has been a functioning farm for over 1000 years. Many secondary farms were established in the regiona as satellites of Svalbarð’s farm. The majority of this farms site was abandoned at various times, but the reasons for that are still unknow. Natural factors (e.g.,climate change, volcanism) and/or human factors (e.g., land degradation from overgrazing, epidemics) were the most likely causes of abandonment. The principal goal of this research is to document the impact of climate change and human activities on the environment in Svalbarðstunga. To achieve this aim, we studied the sedimentary record in a pond and in a wetland situated near the ruins of the ancient farms. The research includes the study of macrofossils, diatoms, geochemicals and sedimentary analysis. The wetland in the study was established soon after deglaciation, by 9190 years cal. BP. The local conditions were rich minerotrophicat that time. Subsequently, the site became relatively dry, but wet conditions were re-established by 470 years cal. BP. On the other hand, the pond in the study shows evidence of major perturbations between 1000 and 1350 AD such as deposition of a non-decayed peat level in a sedimentary sequence formed by gyttja. Taking into account the location of the study site, the practice of livestock breeding (mainly sheep) would have destabilized the land on the wathersed due to the overgrazing of the fluvioglacial and glacial deposits knolls that surround the pond. This process would have caused significant sedimentary accumulation in the pond.

Les changements climatiques ont entraîné une augmentation de la productivité végétale à l'échelle des régions circumpolaires. Ce phénomène, appelé verdissement, est documenté par des données de télédétection démontrant une augmentation de l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et est principalement attribuable au phénomène d'arbustation. Le verdissement et l'arbustation suscitent un intérêt grandissant pour l'étude de la réponse des espèces arbustives aux changements climatiques et des facteurs responsables de l'hétérogénéité du verdissement. L'étude de la réponse des espèces arbustives nécessite toutefois des méthodes dendrochronologiques adaptées à leur forme de croissance particulière. De plus, peu d'études se sont concentrées sur la réponse différentielle des espèces arborescentes et arbustives aux changements climatiques. Les deux objectifs principaux de ce projet de recherche étaient donc de déterminer si la conversion des largeurs de cernes en surface peut être utilisée comme méthode de standardisation en dendrochronologie des arbustes et de déterminer si une réponse différentielle des espèces arbustives et arborescentes aux changements climatiques pourrait être à l'origine de l'hétérogénéité du verdissement des régions nordiques. L'utilisation des surfaces de cernes au lieu des largeurs standardisées de façon conventionnelle nous a permis d'obtenir des résultats de sensibilité climatique plus robustes et constants et de diminuer l'écart de sensibilité entre les branches et les collets. Nos résultats démontrent aussi que les arbres et les arbustes présentent des différences de réactivité aux changements climatiques et que la contribution aux augmentations de NDVI d'une espèce peut varier spatialement. Ce projet représente une contribution majeure au domaine de l'écologie nordique en adaptant les méthodes en dendrochronologie des arbustes et en améliorant notre compréhension du verdissement des régions circumpolaires. / Climate change has triggered an increase in plant productivity across circumpolar regions that can be seen on satellite images through increases in the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). This Arctic greening, mainly linked to shrub expansion, has triggered a growing interest in studying the response of shrub species to global warming as well as the factors responsible for the Arctic greening heterogeneity. To study the response of shrubs, dendrochronological methods need to be adapted to the particular growth form of shrub species. Moreover, very few studies have focused on the differential response of trees and shrubs species to climate change. Therefore, the two main objectives of this project were to determine if the conversion of ring width into ring area is an appropriate detrending method when shrub stems are used in dendrochronological studies and to determine whether differential responses of shrub and tree species to climate change could partially explain the greening heterogeneity of the Arctic and subarctic regions. We obtained more robust and consistent climate sensitivity results and a reduced sensitivity gap between stems and root collars of shrubs when using ring areas instead of conventionally standardized ring widths. Our results also showed that trees and shrubs differ in their response to climate change and that the contribution of a given species to the NDVI may vary spatially. This project represents a major contribution to the field of northern ecology by adapting methods in shrub dendrochronology and by improving our understanding of the greening of circumpolar regions.

« La thèse présentée ici vise à retracer l'impact géomorphologique de la neige sur la formation de sept cônes de déjection torrentiels de la région du lac Guillaume-Delisle en relation avec les variations climatiques holocènes. Le cadre temporel a été établi en mettant à jour la courbe d'émersion des terres pour la période de ca. 4500 ans à nos jours. L'émersion se serait effectuée selon un taux de 5,6 m/siècle entre 8500 et 4500 années cal. BP, puis de 1,2 m/siècle après 4500 années cal. BP. La chronologie de l'activité des cônes de déjection, établie sur la base de 22 dates ¹⁴C, a montré que l'activité torrentielle s'est intensifiée après ca. 3500 années cal. BP. Des hivers plus neigeux et des étés plus frais auraient favorisé la persistance de congères résiduelles tout au long de l'été et de l'automne. Lors de fortes pluies, l'apport des eaux de fonte aurait abaissé le seuil de précipitation nécessaire au déclenchement d'un événement catastrophique amenant la formation d'un cône de déjection. Pendant cette période d'intensification, trois courts épisodes particulièrement actifs pour la formation de tels cônes ont été identifiés entre 2950 et 2750, 1900 et 1400 ainsi que 800 et 300 années cal. BP. Pendant les longs épisodes de stabilité intervenant entre les brefs événements torrentiels, les sols et les paléosols subarctiques sableux, bien drainés et soustraits à l'influence des combes à neige, se sont principalement formés par l'accumulation dans l'horizon B de matière organique humifiée combinée à de l'aluminium et du fer, suivant un processus de podzolisation. L'enrichissement de l'horizon B en fer et en aluminium se fait lentement suivant une fonction linéaire. La durée de pédogenèse requise pour obtenir le seuil minimal (Fep+Alp) de 0,4 % pour l'horizon Bf d'un Podzol, seuil fixé par le Système canadien de classification des sols, serait d'environ 12 400 années. Bien que théorique, cette durée indique à quel point les conditions nécessaires à la formation des podzols sont difficiles à réunir dans les sols subarctiques où la végétation demeure basse et le couvert nival peu épais. »--Page ii