Thèse (Ph. D.) -- Université Laval, 1998. / Bibliogr.: f. [254]-278. Publié aussi en version électronique.

Cette thèse de doctorat est un projet franco-polonais en co-tutelle entre le Département du Fonctionnement des Ecosystèmes Marins (l'Université de Gdansk, Pologne) et le laboratoire DIMAR (l'Université de la Méditerranée, France). La variation physiologique et la structure génétique des populations d’une espèce lagunaire, le bivalve, Cerastoderma glaucum, ont été étudiées. C. glaucum est une espèce sessile avec une phase larvaire planctonique. Elle est présente surtout dans les bassins isolés ou semi-isolés sans marée, comme les lagunes, les estuaires, les baies et les lacs. Ces habitats sont extrêmes de par des changements de conditions environnementales à court terme plus importants que dans le milieu marin. Ils sont souvent isolés, le flux de gènes est limité et des adaptations locales sont attendues. C. glaucum a révélé une forte variabilité des paramètres morphométriques et physiologiques entre les 3 populations de la Mer Baltique, la Mer du Nord et la Méditerranée. Les coques de la Mer Baltique sont beaucoup plus petites que celles des autres populations et leur taux de respiration est le plus élevé, ce qui est probablement provoqué par le stress osmotique. Les populations de l’Europe du nord ont un pattern de la reproduction monocyclique, tandis que la population de la Méditerranée peut se reproduire tout au long de l’année. Les changements saisonniers dans la composition biochimique sont corrélés avec les changements de condition trophique et avec le cycle reproductif. / This PhD is a Polish-French project between the Department of Marine Ecosystems Functioning (University of Gdansk, Poland) and DIMAR laboratory (Université de la Méditerranée, France). Physiological variation and genetic structure of the populations of lagoon specialist, the bivalve, Cerastoderma glaucum, have been studied. C. glaucum is a sessile species with a planctonic larval stage. It inhabits mainly non-tidal areas, like lagoons or brackish lakes. Those habitats are extreme, because they are much more subject to short-term variations in environmental conditions than marine habitats. They are also often isolated and as a consequence the gene flow among populations is limited and local adaptations are expected. The lagoon cockle revealed a strong interpopulation variability of morphometric and physiological parameters among 3 populations studied: from the Baltic Sea, the North Sea, and the Mediterranean Sea. The cockles from the Baltic Sea were much smaller than those from other populations and they exhibited the highest respiration rate, probably due to osmotic stress. The populations from the northern Europe had a monocyclic reproductive pattern, whereas the Mediterranean population seemed to reproduce throughout the year. Seasonal changes in biochemical components contents appeared to be correlated with changes in trophic conditions and the reproductive cycle. High respiration rates in populations from the northern Europe in spring and autumn could have resulted from gamete development (in spring) and phytoplankton blooms (in spring and autumn).

Les interactions entre les océans, l'atmosphère et les calottes glaciaires constituent la clé de voûte de la compréhension du système climatique global. Deux méthodes croisées sont possibles afin de dénouer les fils de cette trame complexe : la modélisation des processus et l'étude des fluctuations passées. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la seconde alternative et, plus précisément, aux interactions entre les marges glaciaires et les changements climatiques et océanographiques du dernier cycle glaciaire. La reconstitution et la compréhension de la dynamique des marges glaciaires exigent une connaissance précise de leur instabilité dans le temps afin d'appréhender les processus intrinsèques. Cependant, l'érosion des traces géologiques directes des fluctuations des marges glaciaires contraint à l'étude d'empreintes indirectes, les sédiments marins, comme unique source d'information. La localisation de la séquence sédimentaire étudiée ici (HU2008-029-016PC) est idéale puisque le régime sédimentaire du site a été influencé par la dynamique des calottes glaciaires régionales (i.e., laurentidienne, innuitienne et groenlandaise) durant les dernières glaciations. Cependant, l'analyse de cette archive sédimentaire présente des difficultés de datation. En effet, les méthodes traditionnelles chronostratigraphiques, telles que la stratigraphie isotopique (δ18O sur les tests de foraminifères) ou la datation par le radiocarbone (14C), ne permettent pas l'établissement de modèles d'âges concluants dans cette région. L'approche paléomagnétique utilisée dans cette thèse a dès lors été guidée par cette problématique chronostratigraphique, avant de permettre une lecture environnementale de la variabilité des lithofaciès sédimentaires et de leurs origines. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous proposons une chronostratigraphie originale sur base de mesures paléomagnétiques, plus précisément à partir de l'enregistrement de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre par les sédiments. Toutefois, l'identification d'une modulation lithologique (e.g., taille des grains, concentration) des propriétés magnétiques nous a obligé à filtrer les données pour éliminer la composante "environnementale" du signal magnétique. Pour ce faire, nous avons conduit des analyses détaillées afin de caractériser les minéraux magnétiques présents. Les résultats nous ont permis de définir que l'aimantation rémanente naturelle était portée majoritairement par des grains de magnétite dans une gamme de taille adéquate pour un enregistrement optimal du champ magnétique terrestre existant au moment de leurs dépôts. Aussi, ces analyses ont permis l'identification de certaines couches non représentatives, ayant surtout enregistré une lithologie particulière; elles ont dès lors été écartées de l'enregistrement paléomagnétique proprement dit. Nous avons reconstruit le signal de paléointensité relative en normalisant l'aimantation rémanente naturelle par l'aimantation rémanente anhystérétique induite, afin de réduire significativement l'empreinte magnétique environnementale secondaire. Le signal obtenu se compare avec succès aux enregistrements et compilations existants ce qui a permis de dériver un modèle d'âge fiable couvrant le dernier cycle glaciaire (depuis 115 ka BP). La reconstruction des directions du champ magnétique terrestre a permis notamment l'identification de 2 excursions géomagnétiques (i.e., de Laschamp et de la mer de Norvège-Groenland) déjà bien connues et datées, renforçant ainsi la confiance dans le modèle d'âge proposé. Dans le second chapitre, nous avons mis à profit le nouveau cadre chronostratigraphique afin d'interpréter l'origine des dépôts carbonatés. Sur base d'analyses minéralogiques des carbonates associées à des données granulométriques, de microfluorescence X et aux propriétés magnétiques des grains, nous avons identifié 14 couches carbonatées grossières. La composition minéralogique a permis de lier l'origine de ces dépôts aux glaciers du nord de la baie de Baffin (i.e., Laurentidien et Innuitien), tandis que les couches de sédiments fins riches en titane ont été associées à d'autres sources (Groenland et/ou est de l'île de Baffin). Le chronométrage des couches carbonatées a permis d'associer ces dépôts à la dynamique des glaciers nordiques, sensibles aux oscillations climatiques (ou océanographiques) de haute fréquence de type Dansgaard-Oeschger (dépôt bref, <1.5 ka), ou avec des avancées majeures (suivis pas des retraits progressifs) des glaciers nordiques à différentes périodes glaciaires (dépôt long, 3-6 ka). Nous concluons que ces dépôts sont distincts des événements de Heinrich enregistrés dans l'Atlantique Nord. Dans le troisième chapitre, nous avons étudié les lithofaciès sédimentaires et les assemblages minéralogiques afin de retracer précisément les apports sédimentaires en provenance des marges groenlandaises et de l'île de Baffin. Pour ce faire, nous avons utilisé le programme SedUnMix afin d'estimer statistiquement les sources ayant contribué aux assemblages minéralogiques observés. Les sédiments en provenance de l'île de Baffin sont caractérisés par des dépôts rapides de sédiments grossiers transportés par la glace de mer et/ou des icebergs. Ils présentent également un synchronisme avec les dépôts carbonatés, ce qui suggère des réponses similaires des glaciers nordiques et de l'ouest de la baie de Baffin aux fluctuations et réorganisations océaniques de haute fréquence. Les sédiments en provenance du grand complexe glaciaire d'Uummannaq ont été mis en place durant de longs intervalles correspondant à des niveaux marins plus bas. Notamment, la signature sédimentaire singulière du dernier maximum glaciaire suggère une étendue de la marge glaciaire groenlandaise jusqu'à la marge du plateau continental. Des avancées plus réduites sur le plateau continental groenlandais ont également été identifiées durant les stades isotopiques 5b, 5d et 4. Globalement, les résultats de cette thèse permettent de confirmer l'installation rapide de larges glaciers couvrant la région innuitienne immédiatement après le dernier interglaciaire, comme le suggèrent de récents efforts de modélisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Baie de Baffin, Dernier cycle glaciaire, Sédiments glaciomarins, Couches carbonatées, Paléocéanographie, Glaciers, Multi-proxy

Les glaciers des Alpes françaises subissent un recul généralisé depuis la fin du Petit Âge Glaciaire (PAG). Dans le contexte actuel d'élévation de la température et du fait des nombreux enjeux auxquels ils sont associés, l'amélioration de leur suivi apparaît indispensable. Avant ce travail, il n'existait pas d'étude exhaustive récente concernant l'ensemble des glaciers des Alpes françaises, les travaux de Mougin et de Vivian datant respectivement du milieu des années 1920 et 1970. L'objectif de ce travail est de dresser un inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises et de leurs marges proglaciaires. Les données de cet inventaire servent ensuite de base à l'étude des modalités du retrait glaciaire depuis la fin du PAG et à l'établissement de méthodes pour détecter les secteurs susceptibles d'être affectés par des instabilités. L'inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises est réalisé à 3 dates : (i) 2006-2009 à partir des orthophotographies récentes de l'IGN, (ii) 1967-1971 à partir des premières éditions des cartes topographiques 1 :25 000 de l'IGN, et (iii) la fin du PAG (pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins), en croisant documents anciens et données géomorphologiques acquises sur le terrain et par photo-interprétation. Les données sont organisées dans un Système d'Information Géographique (SIG) qui permet d'associer cartographie et base de données. La superficie des glaciers était de 275 km² en 2006-2009, 369 km² en 1967-1971 et 544 km² à la fin du PAG pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins. A l'échelle régionale, les glaciers ont perdu 25 % de leur superficie depuis la fin des années 1960 et 50 % de leur superficie depuis la fin du PAG. La rétraction des glaciers est environ 2,5 fois plus rapide entre 1967-1971 et 2006-2009 qu'entre la fin du PAG et 1967-1971. A l'échelle individuelle, les glaciers ont perdu en moyenne 52 % de leur superficie entre 1967-1971 et 2006-2009, et 115 ont même disparu. A l'échelle régionale comme individuelle, le retrait glaciaire présente des tendances différentes selon les massifs, la taille des glaciers et leur exposition Des méthodes simples, basées sur les données des inventaires des glaciers et des marges proglaciaires sont établies afin d'identifier les lacs potentiellement instables, les secteurs englacés favorables à la formation de futurs lacs, au déclenchement d'avalanches de séracs ou susceptibles d'être déstabilisés en masse, et les marges proglaciaires favorables à l'occurrence de glissements ou de laves de débris. / French alpine glaciers are retreating since the end of the Little Ice Age (LIA). In the context of the increasing air temperature and because of issues that they represent, it is necessary to improve glacier monitoring. Before the present study, the only two inventories covering the entire French Alps were made by Mougin (1925) and Vivian (1975). The main goal of this study is to realise a multi-temporal glacier inventory of glaciers in the French Alps and of their proglacial margins. Data from this inventory are used to study glacial retreat since the end of the LIA and to develop methods to detect sector that could be affected by instabilities. Multi-temporal inventory of French Alpine glacier glaciers is made for 3 dates: (i) 2006-2009, based on IGN recent orthophotographs, (ii) 1967-1971, based on 1: 25 000 IGN topographic maps, and (iii) the end of the LIA (for Mont Blanc, Vanoise and Ecrins massifs), crossing old documents and geomorphologic data based on field work and interpretation of orthophotographs. Data are integrated in a Geographical Information System (GIS), combining mapping and data base. Glaciers in the French Alps covered 275 km² in 2006-2009, 369 km² in 1967-1971 and 544 km² at the end of the LIA for Mont Blanc, Vanoise and Ecrins massifs. At a regional scale, glaciers lost 25 % of their 1967-1971 area and 50 % of their LIA area. Glacier shrinkage between 1967-1971 and 2006-2009 is about 2.5 times higher than between the end of the LIA and 2006-2009. At an individual scale glaciers lost 52 % of their area between 1967-1971 and 2006-2009, and 115 disappeared. At regional or individual scale, different trends in glacier shrinkage are observed according to the massifs, size and aspect of the glaciers. Simple methods, based on glaciers inventory and proglacial margins data, are developed in order to identify potential unstable lakes, glaciated sectors prone to glacier lake formation, ice avalanche triggering or mass destabilization, and proglacial margins where sliding or debris flows could occur.

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Pour les besoins de l'étude, la région est divisée en cinq domaines physiographiques: la plaine, le piedmont, les contre- forts, les crêtes des Notre-Dame et le secteur au sud des crêtes. Ces domaines forment des bandes de terrain parallèles d'orientation sud-ouest - nord-est. Dans cette recherche, plusieurs types de données ont fait l'objet d'une étude attentive; les indices glaciaires relevés et les méthodes utilisées comprennent: - Les indices d'écoulements glaciaires (nervures, stries); - L'arrangement de la moraine de fond; - La lithologie des galets ramassés dans les dépôts; - La morphométrie des galets de certains matériaux; - Les formes empruntées par les dépôts et leur organisation; - L'inclinaison des lits dans les matériaux fluvio-glaciaires; - Les analyses granulométriques des divers types de sédiments. Tous ces indices ont permis en faisant des recoupements de différencier l'action de deux glaciers sur la région étudiée. Le premier, le glacier laurentien (l'inlandsis), après s'être avancé vers le sud-sud-est, retraita sur la façade septentrionale des Appalaches en y abandonnant des masses de glace dont une sur les crêtes et les contreforts de la région. Cette scission de l'inlandsis d'un bloc appalachien s'effectua sur le piedmont dans une zone de 5 km entre St-Néré et St-Néré-Station. Ce glacier, avant de libérer complètement la rive sud du fleuve, réavança sur le piedmont et recula de nouveau en y déposant des nappes de matériaux de types fluvio-glaciaire très grossiers et très mal triés. Ces nappes s'alignent entre elles et marquent une première position d'arrêt du front glaciaire sur le piedmont. Puis le glacier laurentien retraita d'environ 4 km vers le nord- ouest pour y déposer une 2e moraine terminale laquelle est constituée de bourrelets qui renferment des matériaux fluvio-glaciaires grossiers, mal stratifiés comme dans le 1er front, ainsi que des matériaux typiquement morainiques. Ce dernier alignement de formes se trouve dans le prolongement de la moraine de St-Antonin mise en place vers 12720 i 170 BP. Subséquemment à ce retrait du glacier laurentien, la mer de Goldthwait envahit la plaine jusque dans le bas piedmont à 203m d'altitude. Elle remania en surface les matériaux de la moraine frontale (St-Antonin) en les façonnant sous forme de plages, de cordons littoraux et d'anses, aplatissant ainsi des sections de bourrelets morainiques composés de matériaux fluvio-glaciaires. Puis, elle déposa ailleurs dans les dépressions, par-dessus la moraine de fond, des sédiments limoneux et argileux. C'est dans cette mer, à une étape de son retrait, que la Rivière du Sud ériga le delta de St-Raphaël, à la limite du piedmont et de la plaine. Le glacier appalachien, masse glaciaire née de la scission de l'inlandsis laurentien évolua différemment selon trois (3) milieux: les contreforts du côté nord des Notre-Dame, dans les crêtes elles-mêmes, et du côté sud des Notre-Dame.Dans les contreforts, la fonte sur place aurait été achevée vers 12640 (plus ou moins) 190 ans BP. Cette décrépitude des glaces résulta en de nombreux dépôts fluvio-glaciaires ou apparentés, lesquels sont bien triés, bien stratifiés, surtout sableux et gravelleux, se présentant en particulier sous forme d'eskers dont la disposition est nettement contrôlée par la topographie régionale et locale. Les glaces demeurées dans les crêtes fondirent en reculant vers les plus hauts sommets laissant des eskers dans les vallées et sur les flancs des montagnes. Ainsi, ce n'est que vers 11,100 ans i 180 BP que les crêtes furent presqu'entièrement libérées des glaces. Enfin, les glaciers appalachiens plus au sud s'avancèrent vers le nord, mais ils furent vraisemblablement bloqués par les crêtes de la région et dévièrent vers le nord-nord-est, épargnant ainsi le versant septentrional des Notre-Dame.

La modélisation de la dynamique glaciaire passe par la compréhension et la reproduction des processus physiques responsables des déplacements observés à la surface des glaciers. Certains de ces processus, et en particuliers ceux qui oeuvrent à la base des glaciers, sont moins bien maîtrisés. Ainsi, même si le glissement à la base des glaciers à été observé dès le début du XXe siècle sa modélisation reste un problème actuel. La majorité des modèles de dynamiques glaciaires utilisent des lois de frottement uniquement basées sur la contrainte basale tangentielle pour déterminer les vitesses de glissement. Il est alors nécessaire de faire varier en temps et en espace le paramètre de la loi de frottement pour obtenir un champ de vitesse comparable aux données mesurées. Par ailleurs, de nombreuses études ont montré que la pression et donc le volume d'eau à la base des glaciers jouait un rôle important sur la vitesse de glissement des glaciers. L'objectif de cette thèse est de mettre en place un modèle capable de calculer la pression d'eau à la base des glaciers et de le coupler à un modèle d'écoulement glaciaire par l'intermédiaire d'une loi de frottement. On utilise pour cela une approche utilisant des milieux poreux analogues représentant les deux composantes (inefficace et efficace) du système de drainage. Les expériences de sensibilité présentées montrent que cette méthode permet de reproduire les spécificités d'un système de drainage sous-glaciaire. Enfin, la reproduction qualitative d'un phénomène glaciologique extrême de jökulhlaup (vidange de lac sous-glaciaire) a permis de vérifier la robustesse du modèle.

Le cours inférieur des rivières des basses terres de la baie James expose de nombreuses unités glaciaires et nonglaciaires qui ont enregistré les étapes importantes de l'évolution de l'inlandsis Laurentidien au cours du Quaternaire. Les séquences sédimentaires de ces différentes rivières présentent de nombreuses similarités, tant du point de vue de la composition que de la succession stratigraphique des unités. La distinction du nombre d'unités glaciaires et nonglaciaires, et par conséquent la chronologie relative des différents avancées et retraits glaciaires, reposent en grande partie sur l'obtention de datations fiables sur les unités nonglaciaires. Ces sédiments étant généralement trop vieux pour la méthode de datation au radiocarbone, des méthodes alternatives doivent être utilisées. Ce projet de maîtrise se penche sur la stratigraphie des sédiments quaternaires exposés le long de la rivière Nottaway et a comme objectif principal d'apporter de nouvelles contraintes géochronologiques dans le but de raffiner le cadre chrono-stratigraphique régional. Les travaux indiquent que les coupes stratigraphiques de ce secteur exposent au moins 3 unités de till qui reposent sur une unité nonglaciaire de plus de 5 mètres d'épaisseur renfermant de nombreux macrorestes ainsi que des bois anciens comprimés. Les bois de cette unité ont été datés par la méthode de radiocarbone et par la méthode Uranium-Thorium (Th/U) en utilisant la spectrométrie de masse (TIMS). Les sables fluviatiles-lacustres de l'unité nonglaciaire ont été soumis à un programme de datation par luminescence optiquement stimulée. De plus, le contenu paléoécologique (pollens et macrorestes) de la séquence organique a été analysé afin de préciser le contexte climatique de mise en place de cette unité. Enfin, le contenu pétrographique, minéralogique, et géochimique des tills a été aussi analysé afin d'obtenir des informations supplémentaires sur les roches sources des tills, et par conséquent renforcer les indices d'écoulements glaciaires déduits à partir de méthodes sédimentologiques. La datation au radiocarbone de deux échantillons de bois de la séquence a révélé des âges non fini. Les résultats Th/U indiquent qu'il y eu une seule phase principale de fixation de l'uranium et les âges obtenus varient principaiement entre 100 et 110 ka (âge moyen de: 103 ± 5 ka). La datation OSL des sables nonglaciaires révèle un âge de 96 ± 10 ka. Les résultats paléoécologiques indiquent une végétation de type boréal qui s'est développée sous un climat fort probablement aussi chaud qu'à l'actuel. Ces résultats tendent à confirmer que ces sédiments ont été mis en place au cours du dernier interglaciaire, tout juste à la fin du stade isotopique 5e. Les séquences glaciaires Wisconsiniennes qui reposent stratigraphiquement sur la séquence nonglaciaire sont représentées par un till sableux contenant exclusivement du matériel provenant de la Province du Lac Supérieur, et pour lesquels les directions d'écoulement sont globalement vers le sud-ouest. Le sommet de la séquence glaciaire consiste en deux tills silto-argileux qui contiennent jusqu'à 20% de matériel provenant de la plate-forme Paléozoïque de la baie d'Hudson et qui montrent des écoulements vers l'est et vers le sud-est. Ces tills ont fort probablement été mis en place au cours des récurrences du glacier d'Hudson.

Le Nunavut Central renferme la région où s'est développé l'un des principaux centres de dispersion glaciaire de l'inlandsis Laurentidien au cours de la dernière glaciation, soit le Dôme du Keewatin. La présence d'une forte couverture de sédiments glaciaires complique l'exploration minérale de ce territoire qui possède un fort potentiel économique, notamment en ce qui concerne les gisements aurifères. L'utilisation des dépôts de surface comme méthode de prospection représente donc une alternative prometteuse dans la recherche de gisements, mais cette approche est compliquée par une histoire glaciaire complexe caractérisée par des mouvements glaciaires variés découlant de migrations importantes de la ligne de partage des glaces du Keewatin (Keewatin Ice Divide-KID). Le but de ce projet était de vérifier la validité des méthodes de prospection glacio-sédimentaire comme outils pour l'exploration minérale. Les retombées de ce projet ont permis de fournir des contraintes sur les modes de transport glaciaire prévalant dans une région affectée par des multiples écoulements glaciaires. Les nombreuses réorganisations du KID ont eu des répercussions sur le patron de dispersion des dépôts de surface, ainsi que sur la dispersion aurifère. L'étude du contenu géochimique, pétrographique et minéralogique des tills de surface a été effectuée, et jumelée à une cartographie de détails des sédiments de surface et des mouvements glaciaires apparents. Nous avons documenté de nombreux écoulements glaciaires dont le principal est orienté vers le N-NNO. Plusieurs anomalies ainsi que des traînées de dispersion aurifères ont pu être détectées par la géochimie et le comptage des grains d'or visibles. Ces méthodes ont également permis d'établir des estimations sur les distances de transport pour les secteurs couverts par la campagne d'échantillonnage du till. Des traînées présentant des palimpsestes ont été répertoriées soulignant l'importance des remaniements causés par cet ancien centre de dispersion glaciaire. Des variations de la géomorphologie du territoire ont été documentées, par la présence d'un corridor composé de linéations glaciaires de taille variable, suggérant l'existence de variations au sein de la dynamique glaciaire locale et sur le transport glaciaire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Dôme du Keewatin, prospection glacio-sédimentaire, dispersion aurifère, transport glaciaire, anomalie géochimique.