La méthode de reconstitution de l'histoire de la température à la surface du sol (HTSS) à partir de profils de température mesurés dans des forages est présentée et mise en application afin d'apporter quelques éléments de réponse à des questions portant sur les changements climatiques passés. La thèse est divisée en trois chapitres dont le premier porte principalement sur des aspects méthodologiques et les deux autres sur des problèmes de détermination des changements de températures de surface auxquels la méthode fournit des solutions. Le premier chapitre porte sur la sélection de profils de température lors de reconstitutions régionales de l'HTSS. Différents procédés de reconstitutions d'HTSS régionales à partir d'ensembles de profils de température sont comparés afin de déterminer quels avantages peut présenter une sélection de profils de température non contaminés par des perturbations non climatiques par rapport à une analyse globale de tous les profils mesurés. Les résultats montrent que la résolution ainsi que la stabilité des résultats sont grandement améliorées par une sélection minutieuse des profils de température. Non seulement l'inversion simultanée de profils très bruités n'améliore pas la résolution de la solution, mais l'inclusion de ces profils cause de fortes instabilités et peut fausser les résultats. Même si le nombre de profils non contaminés est généralement faible (par exemple, seuls 13 des 73 forages mesurés au Manitoba et en Saskatchewan sont considérés non contaminés), il est toujours préférable de sélectionner les profils afin d'obtenir une HTSS stable, fiable et ayant une bonne résolution. Si les profils contaminés par des perturbations non climatiques ne peuvent être éliminés, le meilleur moyen d'obtenir une HTSS stable est de faire la moyenne des inversions individuelles de chacun des profils, cependant la résolution de la solution sera très faible. Le deuxième chapitre présente une HTSS des 400 dernières années au site minier Raglan, situé dans le nord de la péninsule d'Ungava, déterminée à l'aide de profils de température mesurés dans des forages creusés dans le pergélisol. Des écarts très prononcées par rapport à l'état stationnaire sont observés dans les 200 premiers mètres des profils de température mesurés et sont interprétés comme ayant été causés par les variations récentes de la température à la surface du sol. Seul un des profils de température n'est pas affecté par des perturbations non climatiques et est donc analysé en détail à l'aide de trois méthodes indépendantes, soit deux méthodes d'inversion et une méthode directe. Les résultats montrent un réchauffement de 1.4 K entre le milieu du 18e siècle et 1940. Ce réchauffement est suivi d'une période de refroidissement caractérisée par une chute des températures de surface d'environ 0.4 K dura entre 40 et 50 ans. Depuis les 15 dernières années, les températures de surface ont bondi de plus de 1.7 K dans la région. Le troisième chapitre présente des HTSS de plus de 30000 ans déterminés par l'inversion de profils de température très profonds (2000 mètres) situés à divers endroits au Canada. Ces HTSS permettent entre autre de déterminer les températures à la base du glacier Laurentidien (températures basales) au dernier maximum glaciaire. Pour ce faire, quatre nouveaux profils très profonds mesurés à Sudbury et Manitouwadge sont analysés et interprétés conjointement avec quatre profils profonds déjà publiés (Flin Flon, Thompson, Balmertown et Sept-Îles). Une ré-analyse complète de tous les profils déjà publiés est effectuée afin de permettre une comparaison objective de tous les résultats. Les résultats montrent que sous la portion sud du glacier Laurentidien, les températures basales avaient des valeurs entre 0 et -2 °C au dernier maximum glaciaire. Ces résultats sont en accord avec les prédictions des modèles isostatiques et des observations de surface qui suggèrent que les températures basales devaient être près du point de fusion de la glace afin de permettre un écoulement rapide de la glace basale. Les reconstitutions de l'HTSS permettent également d'étudier l'amplitude et la chronologie de l'optimum climatique de l'Holocène pour chacun des sites étudiés. Les valeurs obtenues sont en accord avec les résultats de multiples études utilisant différents proxies. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Paléoclimatologie, Géophysique, Inversions, Reconstitutions climatiques, Températures de surface, Forages, Anomalies de température, Flux de chaleur.

The successful application of crop processing on pull-type forage harvesters requires engineering analysis and experimentation in areas such as roll design, particle aerodynamic, vibration, power measurement and crop physical characterization. The first step of this research project was to design, build and evaluate two processing rolls integrated in an experimental pull-type forage harvester. With a 12.7 mm theoretical length of cut setting, the processing rolls were used to treat alfalfa at a 1 mm clearance between the rolls. Samples analyzed at an animal research centre showed that processing increased the effective ruminal degradability of corn by 3% but did not improve the degradability of alfalfa. / The presence of processing rolls in the forage harvester increased friction. The air inlet area had to be increased to improve particle flow and obtain maximum air outlet speed. The presence of crop processing rolls required an increase in blower speed of 10 to 20% to maintain the throwing capacity. / Critical speeds were analyzed by the Transfer Matrix Component Mode Syntheses (TMCMS) method and three classical approaches using analytical models to predict deflections in the shaft. Experiments showed that the TMCMS method was very reliable and predicted the critical speed with an error of about 4% compared to 8% or higher for classical methods. Modal analysis also proved to be a simple and practical way to measure critical speed. / A laboratory setup was built to investigate various mechanical adjustments: roll clearances of 4 and 6 mm for corn, and 1 and 3 mm for grass; eight peripheral speed ratios between 1.08 and 1.93; two levels of throughput (9 and 18 t fresh crop/h). Optimal adjustment will ultimately depend on animal response to various levels of crop breakage. / A hydrodynamic model of chopped forage processed between rolls was developed to determine crop properties using an experimental database and subsequently predict the power requirement as a function of the configuration. Forage specific area was estimated using an experimental micro-screening method. A program was developed to calculate mechanical stresses within each roll of the crop processor as a function of working conditions and steel properties. (Abstract shortened by UMI.)

Studies have shown that including perennial forages in cropping rotations can increase soil carbon (C) and lower nitrous oxide (N2O) emissions when compared to continuous annual cropping. Research is needed to evaluate the inclusion of a perennial forage in an annual crop rotation on net carbon dioxide (CO2) and N2O fluxes, natural and agronomic drivers of seasonal greenhouse gases (GHGs), and the possibility of using forages as a C sequestration-CO2 mitigation tool. A long-term field experiment site to determine GHG budgets for Red River Valley cropping systems in Manitoba, Canada was used. The site consisted of four plots with the same annual rotation management history. A perennial legume, alfalfa, was grown in 2008 and 2009 on two plots and spring wheat and industrial oilseed-rapeseed grown on the other two plots in 2008 and 2009, respectively. Nitrous oxide and CO2 fluxes were measured continuously using the flux gradient micrometeorological method. For the net study period, the perennial phase sequestered twice the atmospheric CO2 (2070 kg C ha-1) compared to the annual crops. The annual rotation emitted 3.5 times more N2O than the perennial legume phase. When accounting for harvest C removals and considering GHGs in CO2-equivalent (eq.), the perennial legume phase was a net sink of 5440 kg CO2-eq. ha-1 and the annual rotation was a net source of 4500 kg CO2-eq. ha-1 for the two year study period. Information gathered will help bridge missing data gaps in national emission trends and enhance development of Canadian GHG mitigation models.

Sequestering atmospheric carbon in soil is an attractive option for mitigation of rising atmospheric carbon dioxide concentrations through agriculture. Perennial crops are more likely to gain carbon while annual crops are more likely to lose carbon. A pair of eddy covariance towers were set up near Winnipeg Manitoba, Canada to measure carbon flux over adjacent fertilized long-term perennial grass hay fields with high soil organic carbon. In 2009 the forage stand of one field (Treatment) was sprayed with herbicide, cut and bailed; following which cattle manure was applied and the land was tilled. The forage stand in the other field (Control) continued to be cut and bailed. Differences between net ecosystem productivity of the fields were mainly due to gross primary productivity; ecosystem respiration was similar for both fields. When biomass removals and manure applications are included in the carbon balance, the Treatment conversion lost 149 g C m^(-2) and whereas the Control sequestered 96 g C m^(-2), for a net loss of 245 g C m^(-2) over the June to December period (210 days). This suggests that perennial grass converted for annual cropping can lose more carbon than perennial grasses can sequester in a season.

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Maintaining forage availability is challenging for managers of grazing systems, especially in spatially heterogeneous swards. Remote sensing may help to overcome this problem. The objectives of this study were to (i) determine a method by which NDVI may be calibrated to estimate biomass, (ii) determine if NDVI can be used to assess spatial variability of yield in extensive grasslands, and (iii) to determine if NDVI can be used to evaluate grazing systems. We found that the calibration of NDVI values for the estimation of biomass was better correlated with the destructive harvesting procedure (R2 = 0.68) but far more laborious and time-consuming than estimation of biomass from the rising plate meter (R2 = 0.54). Semivariograms revealed that sampling at a 0.76 m distance provided information about the spatial variability structure of NDVI values from grazed swards. Frequency distributions of sward biomass derived from NDVI reflected foraging strategies of cattle. Negative skewness and high kurtosis of histograms indicated selective grazing, while positive skewness and low kurtosis indicated the opposite. Histograms also allowed for estimation of available forage within each field. We concluded that grassland biomass may be derived from high resolution NDVI and RPM data and used to evaluate condition of grassland landscapes and aid decision-making of managed grazing systems.

Le forage de données, appelé également "Découverte de connaissance dans les bases de données" , est un jeune domaine de recherche interdisciplinaire. Le forage de données étudie les processus d'analyse de grands ensembles de données pour en extraire des connaissances, et les processus de transformation de ces connaissances en des structures faciles à comprendre et à utiliser par les humains. Cette thèse étudie deux tâches importantes dans le domaine du forage de données : la détection des anomalies et la recommandation de produits. La détection des anomalies est l'identification des données non conformes aux observations normales. La recommandation de produit est la prédiction du niveau d'intérêt d'un client pour des produits en se basant sur des données d'achats antérieurs et des données socio-économiques. Plus précisément, cette thèse porte sur 1) la détection des anomalies dans de grands ensembles de données de type catégorielles; et 2) les techniques de recommandation à partir des données de classements asymétriques. La détection des anomalies dans des données catégorielles de grande échelle est un problème important qui est loin d'être résolu. Les méthodes existantes dans ce domaine souffrnt d'une faible efficience et efficacité en raison de la dimensionnalité élevée des données, de la grande taille des bases de données, de la complexité élevée des tests statistiques, ainsi que des mesures de proximité non adéquates. Cette thèse propose une définition formelle d'anomalie dans les données catégorielles ainsi que deux algorithmes efficaces et efficients pour la détection des anomalies dans les données de grande taille. Ces algorithmes ont besoin d'un seul paramètre : le nombre des anomalies. Pour déterminer la valeur de ce paramètre, nous avons développé un critère en nous basant sur un nouveau concept qui est l'holo-entropie. Plusieurs recherches antérieures sur les systèmes de recommandation ont négligé un type de classements répandu dans les applications Web, telles que le commerce électronique (ex. Amazon, Taobao) et les sites fournisseurs de contenu (ex. YouTube). Les données de classements recueillies par ces sites se différencient de celles de classements des films et des musiques par leur distribution asymétrique élevée. Cette thèse propose un cadre mieux adapté pour estimer les classements et les préférences quantitatives d'ordre supérieur pour des données de classements asymétriques. Ce cadre permet de créer de nouveaux modèles de recommandation en se basant sur la factorisation de matrice ou sur l'estimation de voisinage. Des résultats expérimentaux sur des ensembles de données asymétriques indiquent que les modèles créés avec ce cadre ont une meilleure performance que les modèles conventionnels non seulement pour la prédiction de classements, mais aussi pour la prédiction de la liste des Top-N produits.

Capelin (Mallotus villosus) is the key forage fish in the north Atlantic. A short-term anomalous event in Newfoundland waters in the early 1990’s caused many changes to their biology, including excursions into alternate (subtidal) spawning habitats. Subtidal spawning sites have drastically different environmental conditions than the beach sites that they have been using since at least the 1940’s. This thesis examines various aspects of the reproductive biology of capelin to understand the mechanisms underlying the use of two environmentally divergent spawning habitats. Local adaptation in early life history stages was examined by raising artificially fertilized capelin eggs across three temperatures that capelin are likely to encounter at both spawning habitats. At cool to medium temperatures, larvae experienced higher hatching success, were larger at hatching and had more nutritional reserves relative to warm temperature conditions. There was no evidence of local adaptation, providing the first support for a facultative spawning strategy. The influence of global warming temperatures may be buffered through the utilization of either spawning habitat provided it is within this thermal optimum. A comparative analysis of adult body shape and condition between the two habitats provided further evidence that spawning habitat use in a given year is facultative. Patterns in fecundity drastically changed for capelin since it was last examined prior to the 1990’s. In addition to lower average population fecundity, a wide range of fecundities was also observed across all length-classes. I show that the strong relationship between length and fecundity in capelin has broken down in recent years, making easily collected size measurements an inappropriate proxy for the reproductive potential of this fish. Within-female variation in offspring size and developmental duration was higher when compared to among-female variation. This supports diversified bet-hedging in capelin, a strategy that would allow capelin to spawn in thermally available habitats without experiencing reproductive failure in exceedingly warm or cold years. It is likely that high variation in traits allow capelin to utilize alternate spawning habitats, ensuring that at least some larvae survive.

Studies have shown that including perennial forages in cropping rotations can increase soil carbon (C) and lower nitrous oxide (N2O) emissions when compared to continuous annual cropping. Research is needed to evaluate the inclusion of a perennial forage in an annual crop rotation on net carbon dioxide (CO2) and N2O fluxes, natural and agronomic drivers of seasonal greenhouse gases (GHGs), and the possibility of using forages as a C sequestration-CO2 mitigation tool. A long-term field experiment site to determine GHG budgets for Red River Valley cropping systems in Manitoba, Canada was used. The site consisted of four plots with the same annual rotation management history. A perennial legume, alfalfa, was grown in 2008 and 2009 on two plots and spring wheat and industrial oilseed-rapeseed grown on the other two plots in 2008 and 2009, respectively. Nitrous oxide and CO2 fluxes were measured continuously using the flux gradient micrometeorological method. For the net study period, the perennial phase sequestered twice the atmospheric CO2 (2070 kg C ha-1) compared to the annual crops. The annual rotation emitted 3.5 times more N2O than the perennial legume phase. When accounting for harvest C removals and considering GHGs in CO2-equivalent (eq.), the perennial legume phase was a net sink of 5440 kg CO2-eq. ha-1 and the annual rotation was a net source of 4500 kg CO2-eq. ha-1 for the two year study period. Information gathered will help bridge missing data gaps in national emission trends and enhance development of Canadian GHG mitigation models.

Sequestering atmospheric carbon in soil is an attractive option for mitigation of rising atmospheric carbon dioxide concentrations through agriculture. Perennial crops are more likely to gain carbon while annual crops are more likely to lose carbon. A pair of eddy covariance towers were set up near Winnipeg Manitoba, Canada to measure carbon flux over adjacent fertilized long-term perennial grass hay fields with high soil organic carbon. In 2009 the forage stand of one field (Treatment) was sprayed with herbicide, cut and bailed; following which cattle manure was applied and the land was tilled. The forage stand in the other field (Control) continued to be cut and bailed. Differences between net ecosystem productivity of the fields were mainly due to gross primary productivity; ecosystem respiration was similar for both fields. When biomass removals and manure applications are included in the carbon balance, the Treatment conversion lost 149 g C m^(-2) and whereas the Control sequestered 96 g C m^(-2), for a net loss of 245 g C m^(-2) over the June to December period (210 days). This suggests that perennial grass converted for annual cropping can lose more carbon than perennial grasses can sequester in a season.