L’usage des véhicules tout-terrain (VTT) est largement répandu en Minganie, municipalité régionale de comté reconnue pour ses grandes étendues de tourbières. Ce mémoire vise à comprendre les effets de cette perturbation linéaire en déterminant la distance d’influence des sentiers de VTT sur la végétation et les caractéristiques physiques des tourbières. De plus, il vise à déterminer l’ampleur de l’impact en fonction des caractéristiques des sentiers (largeur, profondeur et nombre de sillons). Répartis dans un rayon de 200 km autour de la municipalité de Havre-Saint-Pierre, 18 transects d’échantillonnage ont permis de constater un effet localisé et limité des sentiers de VTT sur la végétation et les variables abiotiques. Un sol dénudé et une plus grande densité de la tourbe ont été observés à l’emplacement du sentier. De plus, une couverture végétale plus faible a été constatée dans les sentiers, car près du quart des espèces ne résistent pas aux passages des VTT. Quatre espèces indicatrices associées aux placettes hors sentier (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina et S. fuscum) semblent partager des caractéristiques communes (p. ex. : forme érigée, branches basses et ligneuses, thalle friable) les rendant moins tolérantes aux passages des VTT. Certains sentiers couvrent des zones très étendues, surtout s’ils sont dans des zones fortement humides, de sorte que l'impact global du passage des VTT, bien que limité aux sentiers eux-mêmes, peut être très important localement. Puisque l'utilisation des VTT est une pratique en croissance dans la région, une gestion de leur utilisation dans les milieux sensibles ou une sensibilisation des utilisateurs de VTT sur les conditions des tourbières pourrait réduire les effets négatifs et assurer un usage durable pour maintenir les services écologiques fournis par les tourbières. / All-terrain vehicles (ATVs) are widely used in Minganie, a region known for its vast expanses of peat bogs. This thesis aims to understand the effects of this linear disturbance by determining the distance of influence of ATV trails on the vegetation and physical characteristics of the peatlands. In addition, it aims to determine the magnitude of the effect based on trail characteristics (width, depth, and number of ruts). Located within a 200 km radius of the municipality of Havre-Saint-Pierre, 18 sampling transects revealed a localized and limited effect of ATV trails on vegetation and abiotic variables. Bare soil and higher peat density were observed at the trail location. In addition, lower vegetation cover was observed on the trails, as nearly a quarter of the species did not survive the ATV passages. Four indicator species associated with the off-trail plots (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina, and S. fuscum) appear to share common characteristics that make them less tolerant of ATV traffic (i.e., erect form, base-branched woody stems, brittle thallus). Some trails cover wide areas, especially if they are in very wet areas, hence the global impact of ATV passage, while limited to the trails themselves, can be quite severe locally. Since ATV use is a growing activity in the region, managing ATV use in sensitive areas or awareness among ATV users about peatland conditions could reduce negative impacts and ensure sustainable use to maintain the ecosystem services provided by peatlands.

Le réservoir de carbone de sol est un élément clé du cycle global du carbone et donc du système climatique. Les sols et le carbone organique qu'ils contiennent constituent le plus grand réservoir de carbone des écosystèmes terrestres. Ce réservoir est également responsable du stockage d'une grande quantité de carbone prélevé de l'atmosphère par les plantes par la photosynthèse. C'est pourquoi les sols sont considérés comme une stratégie de mitigation viable pour réduire la concentration atmosphérique de CO2 dûe aux émissions globales de CO2 d'origine fossile. Malgré son importance, des incertitudes subsistent quant à la taille du réservoir global de carbone organique de sol et à ses dynamiques. Les modèles de biosphère terrestre sont des outils essentiels pour quantifier et étudier la dynamique du carbone organique de sol. Ces modèles simulent les processus biophysiques et biogéochimiques au sein des écosystèmes et peuvent également simuler le comportement futur du réservoir de carbone organique de sol en utilisant des forçages météorologiques appropriés. Cependant, de grandes incertitudes dans les projections faite par les modèles de biosphère terrestre sur les dynamiques du carbone organique de sol ont été observées, en partie dues au problème de l'équifinalité. Afin d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone organique de sol, cette recherche visait à optimiser les paramètres du schéma de carbone de sol contenu dans le modèle de schéma canadien de surface terrestre incluant les cycles biogéochimiques (CLASSIC), afin de parvenir à une meilleure représentation de la dynamique du carbone organique de sol. Une analyse de sensibilité globale a été réalisée pour identifier lesquels parmis les 16 paramètres du schéma de carbone de sol, n'affectaient pas la simulation du carbone organique de sol et de la respiration du sol. L'analyse de sensibilité a utilisé trois sites de covariance des turbulences afin de représenter différentes conditions climatiques simulées par le schéma de carbone de sol et d'économiser le coût calculatoire de l'analyse. L'analyse de sensibilité a démontré que certains paramètres du schéma de carbone de sol ne contribuent pas à la variance des simulations du carbone organique de sol et de la respiration du sol. Ce résultat a permis de réduire la dimensionnalité du problème d'optimisation. Ensuite, quatre scénarios d'optimisation ont été élaborés sur la base de l'analyse de sensibilité, chacun utilisant un ensemble de paramètres. Deux fonctions coûts ont été utilisées pour l'optimisation de chacun des scénarios. L'optimisation a également démontré que la fonction coût utilisée avait un impact sur les ensembles de paramètres optimisés. Les ensembles de paramètres obtenus à partir des différents scénarios et fonctions coûts ont été comparés à des ensembles de données indépendants et à des estimations globales du carbone organique de sol à l'aide de métrique tel la racine de l'erreur quadratique moyenne et le bias, afin d'évaluer l'effet des ensembles de paramètres sur les simulations effectuées par le schéma de carbone de sol. Un ensemble de paramètres a surpassé les autres ensembles de paramètres optimisés ainsi que le paramétrage par défaut du modèle. Ce résultat a indiqué que la structure d'optimisation était en mesure de produire un ensemble de paramètres qui simulait des valeurs de carbone organique de sol et de respiration du sol qui étaient plus près des valeurs observées que le modèle CLASSIC par défaut, améliorant la représentation de la dynamique du carbone du sol. Cet ensemble de paramètres optimisés a ensuite été utilisé pour effectuer des simulations futures (2015-2100) de la dynamique du carbone organique de sol afin d'évaluer son impact sur les projections de CLASSIC. Les simulations futures ont montré que l'ensemble de paramètres optimisés simulait une quantité de carbone organique de sol 62 % plus élevée que l'ensemble de paramètres par défaut tout en simulant des flux de respiration du sol similaires. Les simulations futures ont également montré que les ensembles de paramètres optimisés et par défaut prévoyaient que le réservoir de carbone organique de sol demeurerait un puits de carbone net d'ici 2100 avec des sources nettes régionales. Cette étude a amélioré globalement la représentation de la dynamique du carbone organique de sol dans le schéma de carbone de sol de CLASSIC en fournissant un ensemble de paramètres optimisés. Cet ensemble de paramètres devrait permettre d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone du sol. / The soil carbon pool is a vital component of the global carbon cycle and, therefore, the climate system. Soil organic carbon (SOC) is the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. This pool stores a large quantity of carbon that plants have removed from the atmosphere through photosynthesis. Because of this, soils are considered a viable climate change mitigation strategy to lower the global atmospheric CO2 concentration that is presently being driven higher by anthropogenic fossil CO2 emissions. Despite its importance, there are still considerable uncertainties around the size of the global SOC pool and its response to changing climate. Terrestrial biosphere models (TBM) simulate the biogeochemical processes within ecosystems and are critical tools to quantify and study SOC dynamics. These models can also simulate the future behavior of SOC if carefully applied and given the proper meteorological forcings. However, TBM predictions of SOC dynamics have high uncertainties due in part to equifinality. To improve our understanding of SOC dynamics, this research optimized the parameters of the soil carbon scheme contained within the Canadian Land Surface Scheme Including Biogeochemical Cycles (CLASSIC), to better represent SOC dynamics. A global sensitivity analysis was performed to identify which of the 16 parameters of the soil carbon scheme did not affect simulated SOC stocks and soil respiration (Rsoil). The sensitivity analysis used observations from three eddy covariance sites for computational efficiency and to encapsulate the climate represented by the global soil carbon scheme. The sensitivity analysis revealed that some parameters of the soil carbon scheme did not contribute to the variance of simulated SOC and Rsoil. These parameters were excluded from the optimization which helped reduce the dimensionality of the optimization problem. Then, four optimization scenarios were created based on the sensitivity analysis, each using a different set of parameters to assess the impact the number of parameters included had on the optimization. Two different loss functions were used in the optimization to assess the impact of accounting for observational error. Comparing the optimal parameters between the optimizations performed using the different loss functions showed that the loss functions impacted the optimized parameter sets. To determine which optimized parameter set obtained by each loss function was most skillful, they were compared to independent data sets and global estimates of SOC, which were not used in the optimization using comparison metrics based on root-mean-square-deviation and bias. This study generated an optimal parameter set that outperformed the default parameterization of the model. This optimal parameter set was then applied in future simulations of SOC dynamics to assess its impact upon CLASSIC's future projections. These future simulations showed that the optimal parameter set simulated future global SOC content 62 % higher than the default parameter set while simulating similar Rsoil fluxes. The future simulations also showed that both the optimized and default parameter sets projected that the SOC pool would be a net sink by 2100 with regional net sources, notably tropical regions.

L’industrie minière de l’amiante a profondément transformé les paysages du sud du Québec, laissant environ 800 millions de tonnes de résidus miniers sous la forme de haldes près des villes minières telles Thetford Mines et Black Lake. Certains enjeux environnementaux découlant de ces paysages, notamment l’érosion des haldes par le vent et l’eau, ont été atténués avec succès sur certains sites en les recouvrant de technosols composés d’un mélange de matières résiduelles fertilisantes, puis en les ensemençant avec des graminées. Cependant, aucune tentative de boisement n’avait été faite jusqu’à présent, car ces milieux étaient considérés comme trop contraignants pour l’établissement et la croissance des arbres. Dans cette étude, nous avons développé deux plantations expérimentales dans une mine d’amiante en déclassement dans le sud du Québec, sur des stériles et sur des résidus miniers, dans lesquelles a été comparée la performance de huit espèces d’arbres, clones et provenances plantés sur deux types de technosols, tous deux construits à partir d’un mélange de biosolides municipaux et de boues de désencrage aménagés en andains. Les propriétés physiques et chimiques des technosols, comme l’état hydrique et l’activité ionique du sol, ainsi que la survie et la croissance des arbres, ont été évaluées. La nutrition foliaire et l’utilisation de l’eau ont également été étudiées pour trois clones de peupliers hybrides au cours de leur troisième saison de croissance. Les clones de peupliers hybrides avaient une survie significativement plus élevée (87 à 94 %) après trois ans que toutes les espèces de conifères (10 à 56 %) testées. L'espèce résineuse présentant les taux de survie les plus élevés était l'épinette blanche (46 à 56 %). Les conditions sèches lors de la mise en terre peuvent en partie expliquer les taux de mortalité plus élevés des conifères. Les taux de croissance moyens des peupliers hybrides étaient de 45 cm an-1, alors que certains arbres atteignaient plus de 300 cm de hauteur après trois ans. Le phosphore et le potassium étaient les nutriments qui limitaient le plus la croissance. Le clone DN×M-915508 semble être le plus tolérant à la sécheresse. Bien qu'il y ait peu de différences entre les technosols, les résultats suggèrent que l'ajout de sols contaminés de classe B au mélange de matières résiduelles fertilisantes a des avantages pour la survie et la croissance des arbres, probablement en raison du volume de sol plus élevé. Notre étude a démontré une technologie prometteuse pour la remise en état par le boisement des mines d’amiante du sud du Québec. Certains traitements devraient être ajoutés pour limiter la concurrence des plantes au cours des premières années afin d'augmenter la survie et la croissance des arbres, alors qu'un volume limité de technosol et donc une faible disponibilité en humidité et en nutriments pourraient compromettre la croissance à moyen et long terme des arbres. / The asbestos mining industry has deeply transformed the landscapes of southern Quebec, leaving about 800 million tons of tailings and waste rock in large piles near former mining towns such as Thetford Mines and Black Lake. Some of the environmental issues arising from these landscapes (e.g. wind and water erosion) have been successfully addressed at some sites by covering the piles with a mixture of by-products as the technosol and then seeding with grasses. However, no attempt for afforestation had been made thus far because these environments were thought to pose too many constraints on tree establishment and growth. In this study, we developed two experimental plantations at a decommissioned asbestos mine in southern Quebec, on waste rocks and on tailings, as a means to test the performance of eight tree species/clones/provenances planted on two types of technosols, both mainly constructed from the mixing of municipal biosolids and deinking sludge and configured in small windrows. Physical and chemical properties of technosols, including soil water availability and ionic activity, and seedling survival and growth were assessed. Foliar nutrition and water use were also evaluated for three hybrid poplar clones during the third growing season. Hybrid poplar clones had significantly higher survival (87 to 94%) after three years than all conifer species (10 to 56%) tested, although dry conditions at planting could have had adverse effects on conifers. The conifer species exhibiting the highest survival rates was white spruce (46 to 56%). Average growth rates of hybrid poplars were 45 cm y-1, whereas some trees reached over 300 cm in height after three years. Clone DN×M-915508 is believed to be more drought tolerant than the other hybrid poplar clones tested. Phosphorus and potassium were the most growth-limiting nutrients. Although there were few differences between the technosols, results suggest that the addition of Class B contaminated soils to the main mixture of by-products has benefits regarding tree survival and growth, likely because of its larger volume. Our study demonstrated a promising technology for reclamation through afforestation of asbestos mines in southern Quebec. Some treatments should be added to limit plant competition within the first few years as a means to increase survival and growth, whereas limited technosol volume and thus low moisture and nutrient availability could compromise mid- to long-term growth of trees.

Depuis le début de la période historique, la récurrence des processus de versant observée en Islande a causé plusieurs victimes et d’importants dommages aux infrastructures. Ces processus ont une forte capacité d’érosion et de transport et laissent leur marque dans le paysage notamment sous la forme d’accumulations sédimentaires au pied des versants dont l’étude permet de retracer la dynamique du versant et les extrêmes météorologiques passés. Ces travaux de maîtrise s’inscrivent dans un projet de recherche international visant à documenter la relation humain-environnement en Islande. L’objectif principal de cette étude est de documenter la dynamique de versants du nord-est de l’Islande; plus précisément, du mont Flautafell (522 m) qui constitue la limite nord-ouest de la vallée Svalbarðstunga (66°09’N, 15°45’O). Cette étude est basée sur une approche géomorphologique et chrono-stratigraphique complémentée par des recherches historiques dans les archives locales. Nos résultats démontrent que les avalanches de neige et les coulées de débris sont des processus de transport sédimentaires importants et répandus à l’ensemble du versant. L’étude des formes sur le versant montre une diminution de la distance de transport sédimentaire par les avalanches chargées les plus récentes. La chronologie établie grâce à la datation au radiocarbone (¹⁴C) et à la téphrochronologie démontre que le versant est caractérisé par une alternance de périodes de stabilité et d’activité depuis environ 3000 BP. La période du Petit Âge glaciaire a été active d’un point de vue géomorphologique et ce, sur l’ensemble du versant. Les registres fonciers rapportent également certains épisodes d’avalanche au cours de la même période. Nos résultats suggèrent que ces évènements auraient eu un impact important sur l’occupation de la ferme Flautafell, localisée au pied du versant. Ainsi, l’activité avalancheuse entre AD 1477 et AD 1703 aurait endommagé des champs et provoqué le déménagement d’une ferme située dans la zone d’étude.

Le Haut-Arctique est caractérisé par de nombreux phénomènes climatiques et géomorphologiques extrêmes. Les températures très froides, les faibles précipitations et la couverture végétale disparate permettent une pénétration en profondeur du froid dans le sol. Ceci, combiné à un grand nombre de cycles de gel et de dégel, donne naissance à différentes formes de surface qui affectent les dynamiques d’évolution du pergélisol et induisent une variabilité verticale et latérale de la distribution des teneurs en glace dans le sol. Ce mémoire porte sur l’influence d’un lobe de solifluxion de type rocheux sur les dynamiques d’évolution du pergélisol sur l’île Ward Hunt, Nunavut (Canada). En utilisant une approche cryostratigraphique, les objectifs sont de caractériser la cryostratigraphie d’un lobe de solifluxion, ce qui permettra de proposer un modèle d’évolution du pergélisol en lien avec le déplacement de matériel par solifluxion. L’analyse cryostratigraphique a révélé que la formation du lobe de solifluxion a mené au développement syngénétique d’une couche de pergélisol avec une teneur en glace variant en fonction de la morphologie du lobe, et à l’enfouissement et la préservation d’un corps de glace massive préexistant en bas de pente. La succession verticale et latérale des cryofaciès fait état du déplacement du lobe et de l’impact que ce dernier a sur la variabilité spatiale et temporelle du pergélisol, et ce, tant sur les aspects d’aggradation liés à l’accumulation de matériel en surface que sur les aspects de dégradation associés aux réchauffements climatiques actuels. / The high Arctic is characterized by many extreme climatic and geomorphologic phenomena. Very cold temperatures, low precipitation and sparse vegetation cover, permit a deep penetration of cold in the soil. The latter, combined with a great number of freeze-thaw cycles, give rise to different surface features which in turn affect permafrost evolution dynamics and induce a vertical and lateral variability of the ice content distributions in the soil. This thesis focusses on the influence of a stone-banked solifluction lobe on permafrost evolution dynamics on Ward Hunt Island, Nunvut (Canada). By using a cryostratigraphic approach, the objectives are first, to characterize the cryostratigraphy of a solifluction lobe and second, to propose an evolution model of permafrost in reaction to the downslope displacement of material by solifluction. The cryostratigraphic analysis revealed that the solifluction lobes formation lead to the development of a syngenetic layer of permafrost with an ice content that varied according to the morphology of the lobe, and to the burial and preservation of a pre-existing body of massive ice at the base of the slope. The vertical and lateral sequence of the cryofacies presents the displacement of the lobe and its impact on spatial and temporal variability of the permafrost, that being, the aspects of aggradation related to the accumulation of material at the surface as well as degradation due to the actual climatic warming.

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence. / This thesis is a study of the role of space in the organization and dynamics of multi-species ecological communities. Two weaknesses can be identified from previous theoretical studies concerned with the spatial dimension of ecological communities: the scarcity of multi-species models based on a spatially explicit representation of space, and the lack of attention toward positive interspecific interactions, such as mutualism, despite the recognition of their ubiquity in ecological systems. This thesis explores this problematic by adopting a theoretical framework based on complex system theory and statistical mechanics. Following this approach, ecological communities can be viewed as complex systems whose global properties emerge from the local interactions between the organisms that composed them, and between the organisms and their environment. The first objective of this thesis is to develop a multi-species metacommunity model which is spatially explicit, individual-based, and centered on a general interspecific interaction web containing exploitation, competition as well as mutualism. In this model, local communities are created by an assembly process whereby species are drawn from a regional pool. Population growth is restricted by a carrying capacity and its dynamics is driven by simple reproduction and dispersal mechanisms acting at the level of single individual. These mechanisms depend on the biotic and abiotic conditions of the local communities and their effect varies with species, time and space. The second objective of this thesis is to determine the impact of an increasing spatial connectivity on the dynamics, and structural and functional properties of this metacommunity. More precisely, we set out to evaluate different community properties under changes in the level of species dispersal: i) the similarity in local community composition and its patterns of spatial correlations, ii) the local and regional diversity and the local species abundance, iii) the local and regional biomass, productivity and dynamical stability, and iv) the structure of the local interaction webs. These properties are examined under two spatial schemes. First, we employ a homogeneous environment, and second we employ a heterogeneous environment whereby the carrying capacity of local communities evolves along a gradient. In general, our results reveal that spatially distributed ecological communities are extremely sensitive to the modes and levels of species dispersal. Their spatiotemporal dynamics as well as their structural and functional properties can undergo profound changes in the form of significant transitions under slight changes of the level of dispersal. These changes are also highlighted by the emergence of spatiotemporal patterns in the spatial distribution of the populations, which are characteristics of phase transition generally observed in physical systems. The metacommunity presents two dynamical regimes. In the first regime, corresponding to weak levels of species dispersal, the assembly dynamics promotes the emergence of species-poor but stable communities made of abundant and strongly mutualistic species. The metacommunity has a high regional diversity since weakly connected communities conserve a distinct assemblage of species. On the other hand, in the second regime, corresponding to strong dispersal rates, regional diversity decreases at the benefit of an increase in local diversity. Local communities are more productive but their stability is reduced due to the important migration of individuals. This regime is also characterized by assemblages containing a richer diversity of interspecific interactions. These results suggest that an augmentation in the level of species dispersal permits organisms to couple local communities together which increases local coexistence and promotes the organization of richer and more complex ecological communities. Finally, our results suggest that mutualism is fundamental to the organization and persistence of ecological communities. Mutualistic species dominate in habitats characterized by a restricted carrying capacity and serve as ecological engineer by facilitating the establishment of competitors, predators and opportunists which benefit from their presence.

En rivière à lit de graviers, le transport des sédiments en charge de fond est un processus intermittent qui dépend de plusieurs variables du système fluvial dont la prédiction est encore aujourd’hui inexacte. Les modèles disponibles pour prédire le transport par charriage utilisent des variables d’écoulement moyen et la turbulence n’est généralement pas considérée malgré que les tourbillons contenus dans les écoulements possèdent une quantité d’énergie importante. L’utilisation de nouvelles approches pour étudier la problématique du transport par charriage pourrait nous permettre d’améliorer notre connaissance de ce processus déterminant en rivière alluviale. Dans ce mémoire, nous documentons ces composantes de la dynamique fluviale dans un cours d’eau graveleux en période de crue. Les objectifs du projet de recherche sont : 1) d’examiner l’effet du débit sur les variables turbulentes et les caractéristiques des structures turbulentes cohérentes, 2) d’investiguer l’effet du débit sur les caractéristiques des événements de transport de sédiments individuels détectés à l’aide d’un nouvel algorithme développé et testé et 3) de relier les caractéristiques de l’écoulement turbulent aux événements de transport de sédiments individuels. Les données de turbulence montrent qu’à haut niveau d’eau, l’écoulement décéléré est peu cohérent et a une turbulence plus isotrope où les structures turbulentes cohérentes sont de courte durée. Ces observations se distinguent de celles faites à faible niveau d’eau, en écoulement accéléré, où la plus grande cohérence de l’écoulement correspond à ce qui est généralement observé dans les écoulements uniformes en rivières graveleuses. Les distributions de fréquence des variables associées aux événements de transport individuel (intensité de transport moyenne, durée d’événement et intervalle entre événements successifs) ont des formes différentes pour chaque intensité de crue. À haut niveau d’eau, le transport est moins intermittent qu’à faible débit où les événements rares caractérisent davantage les distributions. L’accélération de l’écoulement à petite échelle de temps joue un rôle positif sur le transport, mais surtout lorsque la magnitude de la crue mobilisatrice est en dessous du niveau plein bord. Les résultats de l’étude montrent que les caractéristiques de la turbulence ainsi que les liens complexes entre l’écoulement et le transport par charriage sont fonction du débit. / In gravel-bed rivers, bedload transport is an intermittent process related to many variables of the fluvial system whose prediction is still unreliable. Available models for prediction of bedload transport use mean hydraulics variables and generally do not consider turbulence even if coherent turbulent flow structures in rivers are highly energetic. New approaches to bedload transport investigation can shed light on this very important process in alluvial channels. In this thesis, we document these components of the fluvial system in a gravel-bed river during a flood. The objectives of the research are to: 1) investigate the effect of discharge on turbulent variables and turbulent coherent flow structures, 2) investigate the effect of discharge on bedload transport events statistics detected with a newly developed and tested algorithm and 3) link turbulent flow characteristics to individual bedload transport events. Turbulence data shows that at high water level, the decelerated flow has a low coherency and an isotropic turbulence where coherent turbulent flow structures have a short duration. These observations differ from those made at low water level where the accelerated flow corresponds to what is generally observed in uniform flows of gravelly channels. Frequency distributions of bedload transport events variables (mean bedload transport rate, event duration and time interval between successive bedload events) have different shapes for the two investigated flood intensity. At high water level, bedload transport is less intermittent that at low discharge where distributions are more characterised by rare events. Flow velocity acceleration on a short time scale has a positive effect on bedload transport, but mainly when the mobilizing flood is under bankfull stage. Results from the study show that turbulence properties and complex relationships between turbulence and bedload transport are a function of discharge.

No description available.

Cette thèse se propose d’analyser la ville contemporaine à partir des cas de Caen et Rennes et du prisme récréatif nocturne, dans une perspective morphogénétique, polémologique et dimensionnelle. Au travers de méthodes qualitatives et quantitatives spatialisées et temporalisées, ce sont les mobilisations des « sortants », « commerçants », « cohabitants » et institutions pour l’appropriation de l’espace-temps hypercentral nocturne qui ont fait l’objet d’analyses. Une première partie donne à voir l’importance de l’usage récréatif au sein des hypercentres de Caen et Rennes la nuit. Attribut central de la jeunesse, les sorties récréatives – plus que « festives » – sont dûment polarisées par une offre commerciale dédiée hypercentrale dense. Autour et à proximité parfois immédiate, sont amenés à cohabiter pour bonne part ces jeunes sortants une fois rentrés chez eux, mais aussi d’autres populations beaucoup plus insérées socialement. Ainsi, une « situation tensionnelle » entre usages reproductifs récréatif et biologique se dessine au sein des hypercentres durant le temps de la nuit. Une seconde partie insiste sur la manière dont certains sortants et commerçants se mobilisent au travers de l’usage récréatif nocturne, les uns dans la manière de se sociabiliser entre pairs au sein de bars et discothèques dûment sélectionnées, les seconds du fait de leur souci à attirer les premiers au sein de leurs établissements, mais aussi à les gérer. Ponctuellement, ces mobilisations quotidiennes cèdent le pas à des mobilisations politiques collectives, dès lors que l’appropriation récréative nocturne de certaines rues et place chez les sortants d’une part, la continuité de l’activité commerciale chez les commerçants de l’autre, sont menacées. Une troisième partie s’intéresse aux mobilisations des cohabitants autour de cet usage récréatif nocturne. Une fois la division sociale des hypercentres établie, différents caractères ont été mis en évidence pour expliquer l’inégal ressenti notamment sonore de cet usage, caractères aussi bien acoustiques et liés à l’exposition, que sociologiques. Sans doute davantage que ces deux premiers facteurs, il apparaît que l’appréciation des sorties récréatives nocturnes avoisinantes a fortement à voir avec l’évolution au sein des cycles de vie, l’ancienneté et la propriété allant notamment de pair avec l’expression d’une plus forte gêne. Cette dimension cognitive se double d’un volet actionnel : si ceux qui entretiennent un rapport encore intime avec lesdites sorties se limitent à s’adapter à leur marquage sonore ou à confronter leur bruiteur, le recours aux institutions et l’action collective semblent le propre de ceux qui s’en distancient. Enfin, une ultime partie s’intéresse à la manière dont les institutions gouvernent ces différentes mobilisations « ordinaires ». Si les années 2000 ont été marquées à Rennes et même à Caen par la répression policière et administrative des commerçants et surtout des sortants, si le détour des décennies 2000/2010 l’a notamment été par la contractualisation avec les premiers et la « sanitarisation » surtout communicationnelle des seconds, un changement semble se dessiner ces dernières années. Dans un contexte de restrictions budgétaires étatiques mais aussi municipales croissantes, les commerçants semblent de plus en plus considérés par les institutions tels des auxiliaires d’ordre et de santé publics, utiles pour gouverner à moindre coût la déviance des sortants, plutôt que comme les catalyseurs de cette dernière. Relativement peu suivis par les institutions, les cohabitants mobilisés font parfois même l’objet de dispositifs spécifiques conduisant à leur neutralisation. Se dessine le passage progressif de l’économie fordiste où la nuit servait à reproduire la force de travail diurne à une économie post-fordiste 24h/24, où la nuit devient un vecteur permettant de satisfaire aux besoins eux aussi reproductifs et nocturnes, mais récréatifs, du capitalisme devenu aussi cognitif. / Through the examples of Caen and Rennes (France) and the night-time recreational prism, this PHD aims at analysing contemporary city, in a morphogenetic, polemological and dimensional way. Through both spatialised and temporalised qualitative (interviews, speech analysis, press review, archives ans institutional documents) and quantitative (especially statistical approach of censuses and questionnaires) methods, we focus on the mobilisations of night owls, bar owners, residents and institutions who try to appropriate city-center at night. In a first section, the importance of recreational use in the city centers of Caen and Rennes is depicted. As a central attribute of young persons, recreational (more than festive in fact) customs are polarised by a central and abundant commercial offer. Around and sometimes very closely, residents, who are mostly young night owls once they have come back home, but also populations who are much more socially integrated (professionaly, parentally and residentially), have to live with those customs. Therefore, a tension appears between both récrational and biological reproductive uses of city centers at night. A second section highlights the fact that both night owls and bars owners are mobilised through recreational use, the firsts by socialising one another in bars and night clubs which are duly selected ; the seconds by polarising but also managing the firsts. Sometimes, these daily mobilisations become both political and collective ones, the moment recreational and nocturnal appropriation of streets on one hand, commercial activity on the other hand, are threatened. The third section develops the link between recreational and nocturnal customs and residential mobilisations. The social division of urban centers once established, several characteristics have been highlighted so that to explain sound perceptions, such as acoustic and exposure ones, but also sociological ones. Perhaps more than the fists, the latest explains the differents ways of perceiving recreational and nocturnal sounds, the evolution throughout « cycles of life » – that is to say professional insertion and above all experience and property – being most important. This cognitive division goes with an actional one : on one hand, those who are still linked with recreational and nocturnal customs mainly get used to the noise or confront those who are responsible for their sound annoyance (mostly neighbours) ; on the other hand, those who are gradually distancing themselves from these customs do not hesitate to resort to institutions or even to engage in collective action. Eventually, a fourth section deals with the way institutions govern the night owls, the bar owners and the residents who are mobilised. After the administrative and police repression of the night owls but also the bar owners during the 2000’s in Rennes and even in Caen, after the contractualisation with the latests and the health handling of the firsts around 2010, a rupture have occurred these last few years. With increasing budgetary restrictions, bar owners seem to be considered today by the institutions more as order and health auxiliaries useful so as to restrain night owls’ deviance than as persons responsible for it. Seldom listened by institutions, residents who are mobilised are also being neutralised throughout dedicated devices. On the whole, this research shows the transition from fordist economy which considers night time as a mean to reproduce diurnal workforce to post-fordist one, in which 24/7 city has also to fulfil cognitive capitalism needs.

Les infrastructures de transport est essentielle au maintien et à l'expansion des activités sociales et économiques dans les régions circumpolaires. À mesure que le climat se réchauffe, la dégradation du pergélisol sous les remblais a entraîné de graves dommages structuraux à la route, entraînant une augmentation importante des coûts d'entretien et une réduction de la durée de vie des infrastructures. Pendant ce temps, l'advection de chaleur déclenchée par les écoulements d’eau souterrains peut altérer le bilan énergétique du remblai et du pergélisol sous-jacent et modifier le régime thermique des remblais routiers. Cependant, peu de recherches ont été effectuées pour comprendre la synergie entre les processus thermiques de surface et souterrains des remblais routiers des régions froides. L'objectif de cette recherche était de comprendre les interactions thermiques entre l'atmosphère, le remblai routier, les écoulements d’eau et le pergélisol dans le contexte du changement climatique. Cette base, de connaissances est nécessaire pour la conception technique, l'entretien des routes et l'évaluation de la vulnérabilité des infrastructures. Les travaux de recherche ont permis de développer de nouvelles méthodes d'analyse thermique pour caractériser et identifier le rôle de l'advection thermique sur le changement de température d'un remblai routier expérimental au Yukon (Canada) en termes d’intensité, de vitesse et de profondeur de l'impact thermique. Les résultats montrent que l'augmentation de la température due aux flux de chaleur advectifs déclenchés par l’écoulement d'eau peut être jusqu'à deux ordres de grandeur plus rapide qu'en raison du seul réchauffement atmosphérique. La recherche a ensuite présenté un bilan énergétique de surface pour quantifier la quantité d'énergie entrant dans le centre et la pente du remblai avec des épaisseurs et des propriétés de neige variables. Le tout a été appuyé par des observations géothermique de plusieurs années et une grande quantité de données météorologiques. Les résultats illustrent que le bilan énergétique de surface est principalement contrôlé par le rayonnement net et moins par le flux de chaleur sensible. Le flux de chaleur transmis à la pente du remblai diminue de façon exponentielle avec l'augmentation de l'épaisseur de la neige et diminue de façon linéaire avec l’installation du couvert de neige et la longueur de la période d’enneigement. De plus, un modèle de bilan énergétique de surface et un modèle cryohydrologique entièrement couplé ont été développés pour étudier l'impact thermique de l'advection de chaleur associée à l'écoulement de l'eau souterraine sur le dégel du pergélisol et le développement de taliks (c.-à-d. zone perpétuellement non gelée dans les zones de pergélisol). Le modèle couplé a réussi à reproduire la tendance à la hausse du plafond du pergélisol (erreur absolue moyenne <0,2 m) au cours de la période 1997-2018. Les résultats montrent que l'advection de chaleur a fourni une source d'énergie supplémentaire pour accélérer le dégel du pergélisol et a doublé le taux d’augmentation de l’épaisseur de la couche active 0,1 m·a-1 à 0,19 m·a-1, par rapport au scénario où aucun écoulement d'eau ne se produit. Le talik s'est initialement formé et développé en fonction du temps sous l’effet combiné des écoulement d’eau, de l'isolation de la neige, de la construction de la route et du réchauffement climatique. Le débit d'eau souterraine a relié des corps isolés de talik et a amené le remblai de la route dans un état thermique irréversible, en raison de la rétroaction de l'eau liquide (effet de chaleur latente) piégée dans le talik. Ces résultats montrent l'importance de l'advection de chaleur induite par l'écoulement d'eau sur le régime thermique de la sous-couche (c.-à-d. la couche de matériau de remblai) et du sous-sol (c.-à-d. le matériau natif sous un remblai) du remblai lorsque le remblai routier intercepte le drainage local. De plus, les résultats obtenus soulignent la nécessité de coupler les processus thermiques de surface et souterrains dans le but d'évaluer la stabilité thermique des routes subarctiques. / Transportation infrastructure is crucial to maintaining and expanding the social and economic activities in circumpolar regions. As the climate warms, degradation of the permafrost causes severe structural damages to the road embankment, leading to large increases in maintenance costs and reductions in its lifespan. Meanwhile, heat advection triggered by mobile water flow can alter energy balance of the embankment and underlying permafrost and modify the thermal regime of road embankments. However, little research has been done to understand the synergy between surface and subsurface thermal processes of cold region road embankments. The overall goal of this research was to elucidate thermal interactions between the atmosphere, the road embankment, mobile water flow, and permafrost within the context of climate change. This knowledge is needed for engineered design, road maintenance, and infrastructure vulnerability assessment. The research first used new thermal analysis to characterize and identify the role of heat advection on temperature change of an experimental road embankment, Yukon, Canada in terms of magnitude, rate and thermal impact depth. It shows that soil temperature increase due to advective heat fluxes triggered by mobile water flow can be up to two orders of magnitude faster than due to atmospheric warming only. The research then presented a novel surface energy balance to quantify the amount of ground heat flux entering the embankment center and slope with varying snow depth and properties, supported by multi-year thermal and meteorological observations. My results illustrate that the surface energy budget is mainly controlled by net radiation, and less by the sensible heat flux. The ground heat flux released at embankment slope exponentially decreased with the increase of snow depth, and was linearly reduced with earlier snow cover and longer snow-covered period. A fully integrated surface energy balance and cryohydrogeological model was implemented to investigate the thermal impact of heat advection associated with subsurface water flow on permafrost thaw and talik (i.e., perennially unfrozen zone in permafrost areas) development. The integrated model successfully reproduced the observed increasing trend of the active layer depth (mean absolute error < 0.2 m) over the 1997-2018 period. The results show that heat advection provided an additional energy source to expedite permafrost thaw, doubling the increasing rate of permafrost table depth from 0.1 m·a-1 to 0.19 m·a-1, compared with the scenario where no water flow occurs. Talik formation and development occurred over time under the combined effect of subsurface water flow, snow insulation, road construction and climate warming. Subsurface water flow connected isolated talik bodies and triggered an irreversible thermal state for the road embankment, due to a local feedback mechanism (latent heat effect) of trapped, unfrozen water in talik. These findings elucidate the importance of heat advection induced by mobile water flow on the thermal regime of embankment subbase (i.e., a layer of fill material) and subgrade (i.e., the native material under an embankment) when the road embankment intercepts the local drainage. Furthermore, the obtained results emphasize the need to couple surface and subsurface thermal processes to evaluate the thermal stability of sub-Arctic roads.