Les régions arctiques se réchauffent à une vitesse alarmante. Cependant, dans l’Arctique canadien, l’ampleur de ces changements climatiques n’est pas de la même intensité dans toutes les sous-régions. Pendant que l’Ouest et le Nord se réchauffent à une vitesse rapide depuis de nombreuses décennies, l’Est de l’Arctique canadien a connu une certaine stabilité jusqu'au tournant du dernier siècle. Cette thèse consiste en une étude paléolimnologique et hydrologique de la région Est de l’Arctique canadien, plus précisément du sud-ouest de l’île de Baffin et des régions côtières de la Baie d’Hudson au Nunavik (Québec nordique, Canada). L’étude des assemblages de diatomées provenant de deux carottes et la caractérisation sédimentaire de quatre carottes prises dans le lac Nettilling (l’île de Baffin) ont permis la reconstruction des changements environnementaux de la région du lac à l’échelle millénaire. Les signaux isotopiques de l’oxygène préservés dans les frustules de diatomées ont permis la reconstruction paléoclimatique et paléohydrologique de la région. Les analyses isotopiques à haute résolution combinées à l’étude de la composition spécifique des assemblages de diatomées étaient un ajout important aux reconstructions paléoenvironnementales de la région du lac Nettilling démontrant l’histoire postglaciaire, qui a débuté avec une transgression marine (ca. 8300 ans cal. avant le présent-AP) suivi d’une phase transitoire d’eau saumâtre (ca. 7300 ans cal. AP) vers un environnement lacustre (ca. 6000 ans cal. AP) qui perdure encore de nos jours. L’étude des lacs thermokarstiques (lacs issus de la fonte du pergélisol) a évalué l'influence de la température, des précipitations et la dégradation du pergélisol sur le bilan hydrologique actuel de 86 lacs thermokarstiques au Nunavik. Un modèle de bilan de masse isotopique a été utilisé pour la région d’étude afin d’établir la source des eaux et d’estimer la perte de vapeur spécifique à chaque lac. Les résultats obtenus suggèrent que ces lacs sont très sensibles aux variations de précipitations et de la température de l’air. Certains lacs en milieu de pergélisol sporadique sont sensibles à l'évaporation puisque la quasi-absence de dégel du pergélisol ne fournit plus une source d'eau qui pourrait compenser pour l'effet de l'évaporation dans un territoire où le pergélisol est moins dégradé et plus riche en glace. / The Arctic regions are warming at an alarming rate. However, the magnitude of climate change in the Canadian Arctic is not of the same intensity in all its sub-regions. While the West and North are warming rapidly, the eastern Canadian Arctic experienced climate stability until the turn of the last century. This thesis is a paleolimnological and hydrological case study of the eastern Canadian Arctic region, more specifically of southwestern Baffin Island and of the coastal regions of Hudson Bay in Nunavik (Northern Quebec, Canada). Studies of diatom assemblages from two cores and sedimentary characterization of four cores taken from Nettilling Lake (Baffin Island) allowed for the paleolimnological reconstruction of the region. Stable oxygen isotope signals preserved in diatom frustules allowed for the paleoclimatic and paleohydrological reconstruction of the region. High-resolution isotope analysis combined with the study of the specific composition of diatom assemblages were an important addition to paleoenvironmental reconstructions in the Lake Nettilling region showing that the postglacial history began with a marine transgression (ca. 8300 yrs cal. before present-BP), followed by a transitional brackish phase (ca. 7300 yrs cal. BP) leading to the freshwater lake environment (ca. 6000 yrs cal. BP) which persists to the present-day. The study of thermokarst lakes (permafrost thaw lakes) evaluated the influence of temperature, precipitation and permafrost degradation on the current water balance of 86 sites in Nunavik. A model of isotopic mass balance was used in the study area to establish the lake-specific input water sources and evaporation rates. The results suggest that these lakes are very sensitive to variations in precipitation and air temperature. Some lakes located in sporadic permafrost terrain are susceptible to evaporation as the near absence of permafrost thaw no longer provides a source of water that could compensate for the effect of evaporation in a landscape where permafrost is less degraded and richer in ice.

Située dans la région de la rivière Biscarat au Nunavik, l'étude a été réalisée grâce à 18 profils de sols situés sous les sillons de polygones de toundra, un profil au géoradar, deux forages et les données climatiques d'une station automatique locale. Cinq phases de développement du réseau polygonal ont été reconstituées: 1. émersion et fissuration thermique initiale du sol (1041 ans cal. BP); 2. interruption de la fissuration et sédimentation localisée entre 900-700 cal. BP ; 3. réactivation de la fissuration entre 700-50 ans cal. BP ; 4. interruption de la fissuration (1900-1950); 5. fissuration sporadique (depuis 1960). Ces données permettent de mieux définir les conditions régissant l'activité des coins de glace actifs présents sous les sillons des réseaux dans une région climatiquement à la limite méridionale favorable du développement de ces formes. Malgré le réchauffement actuel, le climat demeure propice à une fissuration sporadique du réseau polygonal.

Cette étude a été réalisée dans la région du détroit de Fury et Hecla (Nunavut), entre la péninsule de Melville et le nord-ouest de l’Ile de Baffin. L’analyse de carottes de sédiments de lacs situés sur la rive sud du détroit nous a permis de reconstituer l’histoire environnementale régionale depuis la dernière déglaciation. Les enregistrements biostratigraphiques et géochimiques témoignent tout d’abord d’un retrait glaciaire accompagné d’une transgression marine à partir de 8200 années cal. BP, suivant l’ablation graduelle du dôme de Foxe lors de l’optimum climatique de l’Holocène. Au cours de cette période, la connexion entre les océans Atlantique et Pacifique se serait établie et le relèvement glacio-isostatique en cours aurait initié l’isolement progressif des bassins lacustres de l’influence marine. Des analyses multivariées appliquées aux données biologiques et géochimiques nous indiquent également que les conditions climatiques chaudes se seraient maintenues entre 6000 et 3900 années cal. BP, avant que la région ne plonge dans un épisode de refroidissement associé au Néoglaciaire, tel que reflété par une diminution de la biomasse et une augmentation de l’oxygénation des bassins. Plus encore, en tenant compte des datations au 14C des unités d’isolement et de l’altitude actuelle des deux lacs, cette étude propose un modèle de relèvement glacio-isostatique régional et suggère une nouvelle limite marine ayant atteint 204 m au nord-est de la Péninsule de Melville suivant la déglaciation. / This study was conducted in the Fury and Hecla Strait region (Nunavut), between Melville Peninsula and northwestern Baffin Island. Sedimentological records of two lakes located on the southern shore of the strait allowed us to reconstruct the regional environmental history since deglaciation. Biostratigraphic and geochemical profiles initially reveal a regional deglaciation and marine transgression around 8200 cal. yr BP, following the gradual breakup of the Foxe Ice Dome during the Holocene Thermal Optimum. At that time, the connection between the Atlantic and Pacific oceans must have been established and the glacial isostatic adjustment gradually isolated the lacustrine basins from marine influence. Multivariate analyses conducted on the biological and geochemical datasets indicate that climatic conditions remained relatively warm throughout the 6000-3900 cal. yr BP interval, before significantly cooling during the Neoglacial period, as inferred from a decrease in biomass and increase in bottom water oxygenation. Moreover, based on the 14C-dated isolation contacts and threshold elevations of the two lakes, this study proposes a regional land emergence model and suggests a new marine limit that reached 204 m in northeastern Melville peninsula following deglaciation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le recul de la marge glaciaire sur la côte ouest de la baie d'Ungava permit à la mer d'Iberville d'envahir les terrains déprimés par la charge glacio-isostatique. Le relèvement du socle suivant la déglaciation a ensuite mené à la régression forcée des eaux marines. Dans un tel contexte, cette étude a pour objectif de comprendre l'évolution géomorphologique et stratigraphique postglaciaire le long du cours inférieur de la rivière Bérard. La photo-interprétation, l'étude de coupes stratigraphiques de même que des analyses granulométriques et radiochronologiques ont été utilisées afin de caractériser l'évolution holocène de la vallée. Les résultats obtenus montrent que la vallée a été libérée des glaces il y a plus de 7 190 ± 130 ans cal. BP. L'émersion des terres qui a suivi fut ponctuée de dix périodes de stabilité temporaire du niveau marin relatif. Enfin, cinq unités stratigraphiques distinctes et d'importantes surfaces d'érosion caractérisent la vallée de la Bérard.

Afin d'identifier les facteurs ayant causé le développement différentiel de deux champs de palses d'une même tourbière de la région de Whapmagoostui-Kuujjuarapik (Québec subarctique), des analyses macrofossiles de la tourbe et des relevés topographiques des deux champs (nommés ici, champs 3 et 4) ont été effectués. Les résultats indiquent une évolution temporelle quasi synchrone des deux milieux, qui aurait été engendré par le climat. À titre d'exemple, le refroidissement du Néoglaciaire aurait favorisé l'ombrotrophication des sites et celui du Petit Âge glaciaire, la formation de palses. La topographie du fond de la tourbière a également influencé les conditions hydrologiques du site. Une légère pente vers le nord-ouest a engendré un appauvrissement trophique plus rapide dans le champ 4. Par ailleurs, à l'emplacement du champ 3, l'apport important en eau de ruissellement a favorisé le maintien des conditions humides et riches et ainsi une grande diversité écologique, une accumulation importante de tourbe et la formation de palses hautes.

L'acquisition de données géophysiques à haute résolution dans le secteur sud du détroit de Nastapoka (Umiujaq, côte est de la baie d'Hudson) a permis de reconstituer l'évolution morphostratigraphique des dépôts holocènes depuis le retrait de l'Inlandsis laurentidien (~8,4-8,2 cal ka BP) et ce, dans un contexte de régression forcée. Six unités sismostratigraphiques ont été définies à partir de l'analyse de profils de sous-surface: des lentilles de till isolées (unité 1), des dépôts glaciomarins (unité 2), un dépôt de comblement de bassin (unité 3), des dépôts d'origine paraglaciaire (unités 4 et 5) et une unité de sédiments postglaciaires homogènes (unité 6). La géométrie des dépôts paraglaciaires et postglaciaires ainsi que des méga-rides de courants témoignent l'action des courants de fond. Les âges ¹⁴C montrent que les vitesses de sédimentation moderne dans la partie sud du détroit de Nastapoka sont en moyenne de 0,6 mm/an depuis ~1,3 cal ka BP.

Les tourbières ombrotrophes furent souvent considérées comme des barrières à la propagation des feux en raison de leur faible biomasse et de leur humidité élevée. Toutefois, la présence d'horizons carbonisés en surface et dans la stratigraphie de la tourbe indique que ces écosystèmes furent affectés par le feu dans le passé. Le premier objectif est de reconstituer la chronologie des feux ayant eu lieu dans trois tourbières près de Radisson au Québec nordique (53°N ; 77°0) à l'aide de l' analyse des charbons macroscopiques (> 0,5 mm) de profils de tourbe et de la datation 14C SMA de charbons. Le second objectif est de retracer les successions végétales après-feu par l'analyse des macrorestes végétaux. L' analyse sporopollinique précise la dynamique végétale pour l'un des sites. La fréquence des feux dans ces tourbières est nettement moindre qu'au sein des forêts régionales mais semblable à celle d' autres tourbières ombrotrophes boréales. Les communautés végétales post-incendies ( e.g. mousses) se sont parfois maintenues plusieurs siècles. Enfin, les feux ont parfois provoqué des diminutions drastiques de l'accumulation organique.

L'objectif de ce travail est d'améliorer la connaissance des marqueurs biologiques (ou proxies) des changements hydrologiques dans le Golfe de Gascogne (G de G) au cours de l'Holocène. L'analyse des archives sédimentaires du Sud Est (SE) du G de G a démontré que cet environnement, en marge de la circulation thermohaline océanique et sous l'influence directe de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), enregistre à la fois la variabilité climatique Holocène globale, et une variabilité régionale sous l'influence du climat sur le continent adjacent. Dans ce contexte, des carottes courtes (1 à 3 m) ont été prélevées sur quatre stations situées le long d'un transect bathymétrique NW-SE dans le SE du G de G. Les paramètres sédimentologiques, les assemblages de foraminifères planctoniques (FP) et benthiques (FB), les assemblages de coccolithes, les ratios isotopiques de l'oxygène et du carbone des tests de foraminifères ainsi que l'évolution des tailles des tests de FP ont été étudiés tous les 0,5 à 10 cm. De 13 000 cal ans BP à l'actuel, le G de G a rencontré des perturbations environnementales relatives aux variations des forçages globaux (insolation, circulation atmosphérique et océanique). Les FP se sont révélés de bons proxies des variations de températures et de stratification de la colonne d'eau, forcées par les variations court-, moyen- et long- terme de l'insolation, permettant de distinguer des périodes à saisons estivales chaudes, ou des périodes à production primaire (PP ; bloom de printemps) intense. La présence d'espèces allochtones d'origine subtropicale révèle de longues périodes d'intrusions d'eaux chaudes et salées (courant Navidad) jusqu'au fond du G de G, configuration observée actuellement en conditions de NAO négative. Couplée à l'augmentation du niveau marin, l'influence continentale affecte l'environnement benthique, caractérisé par des transports sédimentaires intenses, jusqu'aux environs de 8 000 ans cal BP. Au-delà, les FB répondent directement aux variations de la PP ainsi qu'aux apports latéraux de matière organique par les panaches fluviatiles. L'ensemble des données permet de corréler les événements climatiques détectés sur le continent adjacent avec leurs conséquences locales en mer bordière, comme le couplage de l'augmentation des précipitations détectées sur la péninsule ibérique avec un surcroît d'apports d'éléments nutritifs dans le G de G, ou l'impact du déplacement de l'embouchure de l'Adour sur l'eutrophisation de l'environnement benthique adjacent.

Comprendre la complexité des relations entre nature et sociétés a toujours constitué un défi pour les recherches dans le domaine de l'environnement. A l'ère de la compilation de données dans de nombreuses disciplines, la modélisation constitue l'une des options les plus attractives pour comprendre et traduire les évolutions du milieu naturel. Les objectifs principaux de ce travail de recherche sont 1) de restituer la structure du couvert végétal régional et d'en retracer les évolutions au cours de l'Holocène au sein de deux régions du nord-ouest de la France, le Bassin parisien et le Massif armoricain, et 2) de les interpréter en termes de relations entre les sociétés pré- et protohistoriques et leur milieu naturel. Pour cela, nous avons mis en place une démarche méthodologique visant à 1) redéfinir le cadre chronologique des séquences polliniques rassemblées pour les deux régions, 2) tester, adapter puis appliquer un modèle de reconstitution quantitative du couvert végétal, 3) définir une histoire de la végétation estimée relative à chaque aire géographique modélisée, 4) comparer ces histoires régionales et 5) les confronter aux informations disponibles en matière de densités de sites archéologiques et de proximité de ces sites aux points de sondages polliniques. Des cadres structurant l'évolution du couvert végétal pour chacune des deux régions étudiées ressortent les grandes étapes de la mise en place des paysages au cours de l'Holocène. Des spécificités régionales ont cependant pu être identifiées, tant en matière de chronologie de l'évolution de la végétation estimée qu'en matière de proportions relatives des taxons présents. Une certaine singularité doit donc être reconnue à l'évolution des paysages holocènes de chacune de ces deux parties du nord-ouest de la France. On remarque notamment des dynamiques et des niveaux d'anthropisation tout à fait distincts entre Bassin parisien et Massif armoricain de la fin du Mésolithique à celle du Néolithique. A l'inverse, on retrouve de part et d'autre une certaine similarité entre les proportions estimées des taxons marqueurs d'anthropisation entre la fin du Néolithique et celle de l'âge du Bronze. Des liens évidents entre les variations de l'impact anthropique enregistré et celles de la densité des occupations reconnues ont par ailleurs pu être observés. / Understanding the complex relationship between nature and societies has always been a challenge for environmental sciences. With the growing impact of databases in many disciplines, the modelling appears as one of the most attractive methods for understanding and describing environmental changes. The main objectives of this research work are 1) to reconstruct the structure of the regional vegetation cover and to determine its trends during the Holocene in two regions of north-western France, the Paris Basin and the Armorican Massif, and 2) to interpret them in terms of relationships between the pre- and proto-historic societies and their environment. Thus, we set up a methodological approach aimed at 1) redefining the chronological framework of pollen sequences collected for both regions, 2) testing, adapting and then applying a model in order to produce quantitative estimates of vegetation cover, 3) defining a history of the estimated vegetation for each area modelled, 4) comparing these regional results and 5) confronting them to the available informations in terms of densities of archaeological sites and proximity of these sites to the pollen samples locations. From the general framework structuring the vegetation cover changes for both study areas stand out the major steps of the development of natural landscapes during the Holocene. Nevertheless, regional distinctive features were identified; both in terms of chronology of the vegetation cover changes, than in terms of relative proportions of taxa in the vegetation estimates. Some singularity must be recognized in the Holocene landscape evolution for each of these two parts of north-western France. We noticed distinct rates and rhythms, concerning the anthropogenic impact on the Paris Basin and the Armorican Massif estimated vegetation covers, from the late Mesolithic to the late Neolithic. On the other hand, we found similarities between both areas concerning the estimated proportions for anthropogenic markers taxa between the late Neolithic and the late Bronze Age. Clear links between changes observed in human impact on the vegetation cover estimates and those recorded in the density of archaeological sites were also noticed.

Dans le contexte du réchauffement climatique, les enregistrements paléoclimatiques à différentes échelles temporelles et spatiales apparaissent essentiels pour comprendre les mécanismes du climat. La Patagonie Chilienne (41°S à 56°S) parcourue du Nord au Sud par les Andes représente une contrainte topographique majeure sur les circulations atmosphériques et océaniques. Cette région est la seule qui intercepte la totalité de la ceinture des vents d'ouest austraux et constitue donc une zone clé pour étudier les changements paléoenvironnementaux et comprendre les mécanismes océan-atmosphère et leurs interactions aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère sud. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) de tester l’analyse pollinique dans les sédiments marins de cette région, (2) d’étudier les modifications des paléoenvironnements continentaux au cours des 20 000 dernières années à partir de deux carottes océaniques de la campagne "PACHIDERME" (MD07-3088 et MD07-3104) et (3) de déterminer leurs liens avec l’activité des vents d’ouest et avec l’influence de ces vents dans l’hémisphère sud et donc sur le climat à l’échelle globale. Les analyses polliniques dans les sédiments marins de surface à l’intérieur et à l’extérieur des fjords de la Patagonie reflètent fidèlement la végétation actuelle développée sur le continent le plus proche, ce qui prouve la validité de la palynologie marine dans cette région. Au niveau de la péninsule de Taitao (46°S), l’expansion des forêts nord patagoniennes après 17.6 ka marque le début de la déglaciation. Cette dernière est interrompue par un évènement froid et humide, l’Antarctic Cold Reversal (ACR) qui s’exprime ici par le développement des tourbières de Magellan et est lié à l’intensification des vents d’ouest. Le développement de taxons héliophiles à ~11 ka illustre le début de l’Holocène sous des conditions plus chaudes et plus sèches qui sont également enregistrées autour du Fjord de Reloncavi (41°S). Ces conditions persistent jusqu’à ~8-7 ka, puis les changements de végétation aux cours de l’Holocène montrent une variabilité climatique plus importante évoluant vers un climat plus froid et plus humide qui se renforce au nord de la Patagonie après ~6-5 ka puis pendant l’Holocène supérieur. La comparaison de nos résultats avec les données paléoclimatiques de la région souligne les déplacements de la ceinture des vents d’ouest. Après une descente rapide vers le sud au début de la déglaciation, cette ceinture des vents d’ouest remonte vers le nord pendant l’ACR avant de redescendre à nouveau vers le sud à l’Holocène proche de sa position actuelle. Ce phénomène appuie l’hypothèse d’un lien entre les variations du CO2 atmosphérique et la ceinture des vents d’ouest jusqu’au début de l’Holocène. A partir de l’Holocène moyen et supérieur, la ceinture des vents d’ouest s’élargit avec un léger retour vers le nord probablement lié à la mise en place d’El Niño au niveau de l’océan Pacifique tropical. / In the context of global warming, paleoclimate records at different time and spatial scales appear critical to understand climate mechanisms. Chilean Patagonia (41°S to 56°S), crossed by the Andes from north to south, represents a major topographic constraint on ocean and atmospheric circulation. It is the only region that intercepts the entire southern westerly wind belt. Thus it represents a key-area for the study of paleoenvironmental changes in the southern hemisphere and the understanding of ocean-atmosphere mechanisms and their interactions from the mid- to high-latitudes of the southern hemisphere. In this context, the purposes are: (1) to test the pollen analysis on marine surface sediments in this region, (2) to study the continental changes of paleoenvironments during the last 20,000 years from two oceanic cores of the "PACHIDERME" campaign (MD07-3088 and MD07-3104) and (3) to evaluate their links with southern westerly wind belt activity and with the influence of these winds on the southern hemisphere and with the climate at a global scale. The pollen analyses of marine surface sediments in fjords or offshore from Chilean Patagonia reflect the present-day vegetation from the nearby continental area. At the Peninsula of Taitao (46°S), the North Patagonian forest expansion after 17.6 kyr shows the beginning of the deglaciation. This last (period) is interrupted by a wet and cool event, the Antarctic Cold Reversal (ACR), that was expressed here by development of the Magellanic moorland linked to the southern westerly wind intensification. The expansion of heliophytic taxa at ~11 kyr illustrates the beginning of the Holocene under warmer and drier conditions that are also recorded around the fjord of Reloncavi (41°S). These conditions persisted until ~8-7 kyr, and then the vegetation changes during the Holocene show a larger climate variability toward a cooler and wetter climate that enhances in northern Patagonia later ~6-5 kyr during the Late Holocene. Our results compared with the regional paleoclimatic data highlight the shifts of the southern westerly wind belt. After a rapid southward shift at the beginning of the deglaciation, the southern westerly wind belt returns northward during the ACR before reaching southern latitudes near to their present-day position. This scheme strengthens the inference of the link between atmospheric CO2 variability and the southern westerly wind belt up to the Early Holocene. From the mid and late Holocene, the southern westerly wind belt was displaced northward with a slight return probably linked to the beginning of El Niño recorded in tropical Pacific Ocean.