La péninsule de Fildes (Île du Roi-George, Îles Shetland du Sud) est le théâtre d'une occupation humaine permanente depuis la construction de la station Bellingshausen en 1968. Depuis ce temps, on y a construit six bases scientifiques et militaires. Ces bases font de la région celle qui a la population la plus dense sur le continent avec une population permanente de 125 personnes et un pic estival de 300 personnes. De nombreuses infrastructures ont été installées afin de supporter ces bases incluant un aéroport, des routes, des pipelines ainsi que des génératrices au diesel. Dans cette recherche, utilisant une approche paléolimnologique, il a été question d'étudier une série de lacs dans le but d'en savoir davantage sur la façon dont ceux-ci ont été affectés par la présence humaine des 60 dernières années et par les changements climatiques connus au cours de la même période. Le projet visait l'analyse de carottes de sédiments extraites de six lacs de la péninsule : cinq qui sont situés à proximité des bases et un qui est plus éloigné. Les diatomées ont été utilisées comme indicateur biologique pour déterminer comment les communautés aquatiques ont évolué à travers le temps, en réponse aux changements observés. Des analyses de microfluorescence X (µ-XRF) ont aussi été utilisées pour observer l'évolution géochimique des lacs. Les résultats démontrent que l'évolution des lacs en réponse aux activités anthropiques dépend grandement de leur proximité avec ces activités. Deux des six lacs à l'étude ont montré une réponse à l'enrichissement en métaux lourds issu des activités humaines. Le lac témoin, qui est situé dans un secteur plus éloigné, a plutôt montré une évolution reliée aux effets des changements climatiques vécus dans la région. Les trois autres lacs ont, quant à eux, montré une certaine stabilité en ne réagissant pas aux effets des activités humaines ou aux changements climatiques. Les conclusions de cette étude seront un outil dans la surveillance des impacts causés par la présence humaine en Antarctique. Les connaissances acquises serviront à mieux comprendre comment les activités humaines et les changements climatiques ont affecté le paysage local et comment les écosystèmes de la région répondront aux changements à venir. / The Fildes Peninsula (King George Island, South Shetland Islands) has been the site of yearround human presence since the construction of Bellingshausen Station in 1968. There are now six permanent bases on the peninsula, implying one of the densest concentrations of humans in Antarctica with a permanent population of 125 and a summer peak of 300. Substantial infrastructure has been installed to support these bases, including an airport, roads, pipelines, and diesel generators. This project proposes to study a series of lakes of the Fildes Peninsula using a paleolimnological approach to assess the degree to which they have been impacted by anthropogenic activities and climate change during the last 60 years. Therefore, the project aims the analysis of sediment cores extracted from six lakes of Fildes Peninsula: five of which are near the bases and one is farther on the peninsula. Diatoms are used as a biological indicator to determine how aquatic communities have changed over time in response to those changes. Micro-X-Ray fluorescence has also been used to observe the geochemical evolution of the lakes. The results demonstrate that the recent evolution of the lakes greatly depends on their proximity to human activities. Two of the six studied lakes have shown a response to the enrichment in heavy metals coming from human activities. On the other side, the control lake has shown a response to the effects of climate change. The three other studied lakes have shown a relative stability while not reacting to human activities nor climate change. The results of this study will be an important step in the environmental monitoring of the impacts of Fildes Peninsula bases on the environment. The insights gained will serve to better understand how the changing intensity of human activities has affected the local landscape, and therefore to predict how the region's ecosystems may respond to future changes.

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

Depuis les trente dernières années, le champ d'étude de l'éthique de l'environnement est en construction constante. La situation mondiale actuelle, caractérisée par des problématiques environnementales à la fois locales et globales, amène les philosophes à penser la relation éthique de l'être humain à la nature. Envisagée comme un questionnement sur la valeur de la nature, ou sur nos obligations envers elle, l'éthique de l'environnement cherche à offrir des solutions à ces problèmes qui concernent autant la pollution, la perte de biodiversité que la transformation de la nature et de l'être humain. Cette thèse vise à mettre en lumière l'influence structurante de la dichotomie nature-culture dans la philosophie moderne de l'éthique de l'environnement et d'y opposer une méthode de réflexion qui se construit hors de ce cadre dichotomique. En effet, un grand nombre des problèmes environnementaux semblent provenir de la société moderne elle-même et de ses pratiques techniques appliquées dans la nature, lesquelles sont tributaires d'une vision dichotomique du monde. Dans la pensée moderne, le monde est conceptualisé en sphères autonomes que sont la nature et la culture. Le concept de milieu humain est le point de départ d'une philosophie pensée en termes relationnels qui permet de poser des problématiques environnementales et tout autant culturelles, éthiques et politiques en échappant aux catégories dichotomiques de la pensée moderne. Le milieu étant l'entité relationnelle émergeante de la rencontre entre la nature et la culture, il permet d'ouvrir des possibilités de concevoir une éthique de l'environnement qui incorpore les sphères de la nature et de la culture dans une pensée qui se déploie autant en termes éthiques que politiques.

Cette recherche doctorale a comme but principal l’étude de la dynamique anthropo-environnementale à Barbuda grâce à une approche archéobotanique multidisciplinaire. À la base de ce projet se trouve une démarche méthodologique, celle de combiner l’analyse des graines, du charbon de bois, des grains d’amidon et des phytolithes pour rendre compte de l’évolution des relations anthropo-environnementale. Cette thèse repose sur l’analyse de six sites archéologiques datant des premières occupations humaines sur l’île en couvrant la période archaïque jusqu’au XIXe siècle. Les analyses archéobotaniques sont peu nombreuses dans la région caribéenne, surtout celles combinant plusieurs types de restes. Ainsi, il a d’abord fallu évaluer le potentiel de préservation des macro-et microrestes botaniques sur l’île calcaire de Barbuda. Les données ont révélé un potentiel d’analyse variable selon les sites et les types de restes. Les graines recueillies sont peu nombreuses, alors que les charbons de bois sont omniprésents sur l’ensemble des sites. La principale découverte est la présence de phytolithes et de grains d’amidon autant dans les résidus prélevés sur les artéfacts que dans les échantillons de sédiments. Au cours des années, les populations archaïques, saladoïdes, post-saladoïdes et britanniques, en plus des esclaves, se sont succédéessur l’île. Chacune d’entre elles possédait un mode de vie spécifique et des besoins particuliers, ce qui a laissé une succession d’empruntes sur la végétation. Les données recueillies démontrent leur tentative degestion de la ressource végétale, l’introduction et la culture d’espèces botaniques pour l’alimentation, ainsi que le changement progressif du couvert végétal initial vers une végétation secondaire. L’arrivée des Britanniques, sous la direction de la famille Codrington, a joué un rôle clé dans la création du paysage environnemental actuel de l’île. Ce projet est un premier pas vers une compréhension rigoureuse de la dynamique anthropo-environnementale à Barbuda et à travers les îles caribéennes. / The primary goal of this doctoral research is to examine human-plant dynamics on the island of Barbuda using multiple methods of archaeobotanical analyses. This research is thus a methodological contribution combining the analysis of seeds, charcoal, starch grains and phytolithes in order to study the evolution of human-plant relationships. Six archaeological sites were analysed dating from the first human occupation on the island by Archaic populations until the 19th century. Archaeobotanical analyses are scare throughout the Caribbean region, especially those that combine the study of several types of botanical remains. The analytical potential of botanical macro-and microremains on the limestone island of Barbuda was evaluated for all sites. The ensuing results varied greatly depending on the site and the type of remains analysed. Seeds were very few in number, while charcoal is omnipresent on all sites. The most important discovery was the preservation of phytoliths and starch grains on artefact residues and in soil samples. Over 2000 years, Archaic, Saladoid, post-Saladoid, British, and enslaved peoples lived on the island. Each population had varying needs for subsistence resulting in different vegetation signatures. Data recovered suggests attempts at vegetation management, the introduction of new plant species for cultivation and consumption, as well as a progressive transition from the initial vegetation cover to a secondary forest. The British arrival on the island, under the management of the Codrington Family played a key role in the creation of the island’s current landscape. This research project is thus a first step towards a more rigorous and comprehensive understanding of human-plant dynamicson Barbuda and in the region.

Les régions côtières des estuaires sont le siège de nombreuses activités anthropiques terrestres ou aquatiques comme l'agriculture, le transport maritime ou l'aquaculture. Ces différentes activités engendrent des facteurs de stress, communément appelés stresseurs, qui affectent la structure et le fonctionnement des communautés benthiques. Avec l'augmentation des activités humaines, deux scénarios principaux ont été notés : i) le chevauchement spatio-temporelle de plusieurs facteurs de stress, et ii) l'intensification de stresseurs uniques. Dans un premier temps, la superposition spatiotemporelle de plusieurs stresseurs peut mener à l'interaction entre ceux-ci, où la présence d'un stresseur accentue (synergie) ou, au contraire, atténue l'effet d'un autre (interaction antagoniste). Dans un deuxième temps, l'intensification de stresseurs uniques peut mener à l'apparition de points de bascule, correspondant à des réorganisations substantielles dans la structure et le fonctionnement d'un écosystème. L'interaction de stresseurs et les points de bascule ont de profondes implications sur les écosystèmes; ils sont souvent très difficiles à prévoir, et peuvent occasionner des changements importants au sein de communautés naturelles, à un point tel que le retour à l'état initial est parfois impossible. Ces deux concepts ont largement été étudiés de façon exclusive. Toutefois, très peu d'études ont cherché à combiner ces deux concepts. C'est à la lumière des activités humaines et de leurs impacts sur les écosystèmes aquatiques, notamment ceux de l'estuaire du Saint-Laurent, que se justifie mon projet doctoral. Plus précisément, l'objectif général de cette thèse est de comprendre l'effet de multiples stresseurs d'origine anthropique sur les écosystèmes aquatiques en intégrant différents compartiments biologiques (c.-à-d. individus, populations, communautés, écosystèmes). Cette thèse s'articule autour de deux objectifs principaux, divisés en cinq chapitres. Le premier objectif est de déterminer les scénarios d'interaction entre plusieurs stresseurs et leurs effets sur les communautés benthiques à l'aide d'approches expérimentales en laboratoire et in-situ (Chapitres 1 et 2). Le deuxième objectif est d'identifier des points de bascule lorsque les communautés sont exposées à différentes intensités et combinaisons de stresseurs à l'aide d'une revue de littérature et d'une expérience en laboratoire (Chapitres 3, 4 et 5). Mon premier chapitre s'est concentré sur l'effet individuel et combiné d'un enrichissement en nutriments, d'une variation de salinité et une augmentation de la température de l'eau sur la moule bleue, Mytilus spp., la telline de la Balthique, Limecola balthica, et sur le microphytobenthos. Pour répondre à ces objectifs, nous avons effectué une expérience de manipulation en laboratoire de trois mois où la mortalité, le contenu énergétique des tissus et la minéralisation des coquilles ont été évalués chez Mytilus spp. et chez L. balthica, ainsi que les pigments microphytobenthiques. La variation de salinité et l'enrichissement en nutriments, séparément, ont eu d'importants effets sur la mortalité, le niveau de minéralisation des coquilles, le contenu énergétique des tissus, et la biomasse microphytobenthique et leur effet variait dans le temps. Au contraire, l'augmentation de la température de l'eau n'a eu aucun effet. Ces résultats démontrent une prévalence d'interactions antagonistes pour les réponses évaluées et l'importance de considérer l'effet de stresseurs uniques et combinés dans le temps. Sur la même thématique, mon deuxième chapitre a cherché à caractériser in situ l'effet de vagues de chaleur et d'un enrichissement en nutriments sur les bancs de moules et l'écosystème qu'elles créent. Nous avons mené une expérience où la mortalité et le contenu énergétique chez Mytilus spp., l'activité microbienne, et la concentration sédimentaire en chlorophylle a et en phaeopigments ont été évalués au cours du temps. L'enrichissement en nutriments et les vagues de chaleur, de manière individuelle et combinée, ont eu des effets positifs et négatifs sur le contenu énergétique des tissus chez Mytilus spp., sur les phaeopigments ainsi que sur le ratio chlorophylle a/phaeopigments. En ce qui concerne les autres réponses d'intérêt, aucun effet n'a été observé, suggérant que les stresseurs influencent de manière différente les différents compartiments biologiques et écosystémiques étudiés. Ce chapitre démontre que l'effet individuel et combiné des stresseurs environnementaux diffère à travers le temps et illustre l'importance de combiner plusieurs approches expérimentales pour cerner la complexité derrière l'interaction entre stresseurs multiples. Pour mon troisième chapitre, à l'aide d'une revue de la documentation scientifique, nous avons (1) développé une perspective actuelle et historique sur les points de bascule dans les écosystèmes terrestres et aquatiques; (2) décrit l'effort de recherche dans différents habitats aquatiques; (3) exploré les résultats d'études expérimentales axés sur les points de bascule mesurés aux échelles individuelles, des populations, des communautés, et des services/fonctions écosystémiques dans un contexte de stresseurs uniques et multiples. Le nombre d'études portant sur les points de bascule augmente annuellement, mais très peu d'études ont pour objectif spécifique de les identifier (32.6%). Encore moins d'études examinent comment l'ajout d'un stresseur additionnel peut modifier un point de bascule. Aussi, plusieurs études s'intéressent à de multiples réponses, mais seulement 25% se concentrent sur de multiples échelles biologiques. Ces résultats démontrent que le concept de point de bascule est très actuel, mais nous avons identifié certaines pistes de solution afin de renouveler ce concept dans un contexte de stresseurs multiples. Dans le cadre de mon quatrième et cinquième chapitre, nous avons mené une expérience afin d'étudier les effets d'une intrusion sporadique d'eau salée le long d'un gradient d'enrichissement en nutriments sur une communauté d'eau douce composée de périphyton, de microorganismes hétérotrophes, et d'individus de moule zébrée Dreissena polymorpha. Nous cherchions à (1) caractériser l'effet individuel et combiné des deux stresseurs sur les réponses d'intérêts et identifier des interactions synergiques ou antagonistes; (2) identifier un point de bascule le long du gradient d'enrichissement en nutriment en absence et présence d'une intrusion sporadique d'eau salée; puis, (3) identifier l'effet de la présence d'un stress osmotique sur l'atteinte d'un point de bascule. Nous nous sommes intéressés à la mortalité (Chapitre 4) et au taux métabolique chez D. polymorpha, à l'activité microbienne, et au périphyton (chlorophylle a, phaeopigments) (Chapitre 5). Les deux stresseurs ont eu des effets individuels (c.-à-d. dominances) et combinés (c.-à-d. interactions) sur toutes les variables réponses, et nous avons observé un changement au niveau du type d'interaction le long du gradient. La présence d'un stress osmotique a eu pour effet de devancer le point de bascule pour la mortalité et de créer un point de bascule pour le taux métabolique chez D. polymorpha. Nos résultats mettent en évidence que le type d'interaction peut varier le long d'un gradient environnemental et que la présence de plusieurs stresseurs peut devancer un point de bascule. Cette thèse de doctorat contribue à l'amélioration de notre compréhension théorique des concepts d'interactions entre stresseurs et les points de bascule et combine, pour une des premières fois à notre connaissance, les deux concepts écologiques à différents échelles biologiques (individu, communauté, écosystème) Ce projet, qui s'intéresse tant à la portion d'eau douce qu'à la portion marine du Saint-Laurent, apportera également des informations importantes quant à la capacité de tolérance des écosystèmes face à l'empreinte humaine. En intégrant plusieurs composantes de l'écosystème, nous souhaitons mettre en lumière que l'évaluation de l'empreinte humaine sur les écosystèmes aquatiques doit être effectuée en intégrant plusieurs composantes afin de bien comprendre la complexité derrière le concept d'interactions entre stresseurs et de points de bascule. Ultimement, en apportant des informations et pistes de solutions quant à la vulnérabilité des communautés benthiques à plusieurs facteurs et intensités de stresseurs, ce projet contribuera à une meilleure gestion écosystémique des communautés benthiques du Saint-Laurent. / The coastal regions of estuaries are heavily affected by terrestrial and aquatic anthropogenic activities such as agriculture, fisheries, aquaculture and shipping. These activities lead to a diversity of environmental stressors that affect the structure, dynamics and functioning of benthic communities and will have impacts at different scales of the biological hierarchy, from the individual to the community. With increasing human activities, two main scenarios have been observed: i) the spatio-temporal overlap of multiple stressors, and ii) the intensification of single stessors. First of all, the spatio-temporal superposition of multiple stressors can lead to their interactions, where the presence of one stressor will accentuate (i.e. synergy) or attenuate (i.e. antagonism) the effect of another. Second of all, the intensification of single stressors can lead to tipping points, corresponding to substantial reorganizations in the structure and functioning of an ecosystem. Stressor interactions and tipping points have profound implications on ecosystems: often very difficult to predict, they can cause significant changes within communities, to such an extent that a return to initial states is sometimes impossible. These two concepts have been widely studied individually. However, very few studies have attempted to combine both concepts. The justification to carry out this doctoral project resides in the need to address the challenge of the increase of human activities and their impacts of aquatic ecosystems, particularly those in the estuary and gulf of the St. Lawrence River. More specifically, the objective of this thesis is to understand the effect of multiple anthropogenic stressors on marine and freshwater ecosystems by integrating multiple biological compartments. The thesis is structured around two main objectives divided into five chapters. The first objective is to characterize the scenarios of interaction between multiple stressors and their effects on benthic communities using experimental approaches in the laboratory or in situ (Chapters 1 and 2). The second objective is to identify tipping points when communities are exposed to different intensities and combinations of stressors using a literature review and a laboratory experiment (Chapters 3, 4 and 5). The objective of my first chapter is to characterize the individual effects of nutrient enrichment, salinity variation and increased water temperature on different biological responses measured at the individual level in two bivalve species (Mytilus spp. and Limecola balthica) and on microphytobenthos. We carried out a laboratory experiment with two exposure times (one and three months) and evaluated mortality levels, energy content and mineralization levels in Mytilus spp. and L. balthica as well as microphytobenthic pigments. Salinity variation and nutrient enrichment, individually and combined, had significant effects on mortality, shell mineralization, tissue energy content and sediment chlorophyll a concentration and more interestingly, their effect varied through time. On the contrary, increased water temperature had no effects on the investigated responses. These results suggest a prevalence of antagonistic interactions for the evaluated responses and the importance of considering the effect of single and combined stressors over time. Similarly, my second chapter has for objective to characterize in situ the effect of heat waves and nutrient enrichment on mussel beds and their associated ecosystem. More specifically, we carried out a three months experiment where mortality and energy content in Mytilus spp, microbial activity and sediment chlorophyll a and phaeopigment concentration were assessed multiple times over the duration of the experiment. Nutrient enrichment and heat waves, individually and in combination, affected tissue energy content in Mytilus spp., phaeopigments and the chlorophyll a/phaeopigments ratio. Regarding the other responses, no significant effect was detected, suggesting that stressors influence the compartments differently. This chapter demonstrates that the individual and combined effect of environmental stressors differ over time and illustrates the importance of combining several experimental approaches to understand the complexity behind the interaction between multiple stressors. My third chapter seeks, through a literature review, to (1) develop a historical perspective of tipping point studies in terrestrial, freshwater and marine ecological systems; (2) portray the research effort in different aquatic habitats; and (3) explore the results of experimental studies focusing on tipping points measured at the individual, communities, ecosystem level (incl. ecosystem functions and services) in a context of single and multiple stressors. The number of studies mentioning tipping points increases every year, but surprisingly very few have had to date as specific objective that to actually identify them (32.6%). Even fewer studies examine how adding an additional stressor may alter a tipping point. Also, several studies are interested in multiple responses, but only 25 % of these focus on multiple biological scales. These results allowed us to identify some shortcoming in the field and some potential solutions in order to renew this concept in a context of multiple stressors. In my fourth and fifth chapter, we conducted an experiment to study the effect of pulses of saltwater intrusion along a nutrient enrichment gradient on a freshwater community composed of periphyton, heterotrophic microorganisms, and the zebra mussel Dreissena polymorpha. We sought to (1) characterize individual and combined effect of the two stressors on the investigated responses; (2) identify a tipping point along the nutrient enrichment gradient in the absence and presence of pulses of saltwater intrusion and; (3) identify the effect of osmotic stress on the presence, timing or intensity of a tipping point. We evaluated mortality levels (chapter 4) and metabolic rates in D. polymorpha, microbial activity and periphyton biomass (chapter 5). Both stressors had individual and combined effects on all response variables, and we observed a change in the type of interaction along the gradient. The presence of osmotic stress along the gradient had for effect that to create a tipping point (metabolic rate) or to create an earlier tipping point (mortality). Our results highlight that the type of interaction can vary along an environmental gradient and the presence of multiple stressors may create of outpace a tipping point. In general, this doctoral thesis contributes to improving our theoretical critical understanding of the concepts of stressors' interactions and tipping points, individually and, for the first time to our knowledge, combined and this, considering multiple levels of biological compartments (individual, communities, ecosystems). More specifically, this project focuses on both the freshwater and marine portion of the St. Lawrence River, and provides essential information on the tolerance of ecosystems within the context of an increasing human footprint. By integrating several components of the ecosystem, we wish to highlight that the human impact on aquatic ecosystems must be assessed by integrating several components to fully understand the complexity behind the concept of stressors' interactions and tipping points. Ultimately, by providing information and possible solutions regarding the vulnerability of benthic communities to multiple drivers and intensities of stressors, this project will contribute to a better ecosystem management of benthic communities in the St. Lawrence.

Afin de documenter la relation Homme-environnement dans le nord du Labrador, des études paléoenvironnementales et paléoécologiques ont été entreprises sur les sites archéologiques Oakes Bay 1, situé à Dog Island, et Koliktalik 6, situé sur l'île Koliktalik et dans leurs environs. Quatorze terrasses marines étagées ont été identifiées à la baie Oakes dont la plus ancienne, Tl aurait été édifiée vers 9000 ans BP alors que la plus récente, T14, aurait émergé vers 2000 ans BP. Les données sporopolliniques mettent en évidence trois périodes de développement du couvert végétal à partir de 5700 ans étal. BP : 1) une toundra arbustive, 2) une transition d'une toundra arbustive vers une toundra forestière, 3) une ouverture du couvert végétal. Les données macrofossiles en provenance de la tourbe échantillonnée à la surface des terrasses paludifiées révèlent qu'il y a eu exploitation intensive de la forêt et de la tourbe par les Thuléens et les Inuit afin de construire et chauffer leurs habitations.

Les régions côtières des estuaires sont le siège de nombreuses activités anthropiques terrestres ou aquatiques comme l'agriculture, le transport maritime ou l'aquaculture. Ces différentes activités engendrent des facteurs de stress, communément appelés stresseurs, qui affectent la structure et le fonctionnement des communautés benthiques. Avec l'augmentation des activités humaines, deux scénarios principaux ont été notés : i) le chevauchement spatio-temporelle de plusieurs facteurs de stress, et ii) l'intensification de stresseurs uniques. Dans un premier temps, la superposition spatiotemporelle de plusieurs stresseurs peut mener à l'interaction entre ceux-ci, où la présence d'un stresseur accentue (synergie) ou, au contraire, atténue l'effet d'un autre (interaction antagoniste). Dans un deuxième temps, l'intensification de stresseurs uniques peut mener à l'apparition de points de bascule, correspondant à des réorganisations substantielles dans la structure et le fonctionnement d'un écosystème. L'interaction de stresseurs et les points de bascule ont de profondes implications sur les écosystèmes; ils sont souvent très difficiles à prévoir, et peuvent occasionner des changements importants au sein de communautés naturelles, à un point tel que le retour à l'état initial est parfois impossible. Ces deux concepts ont largement été étudiés de façon exclusive. Toutefois, très peu d'études ont cherché à combiner ces deux concepts. C'est à la lumière des activités humaines et de leurs impacts sur les écosystèmes aquatiques, notamment ceux de l'estuaire du Saint-Laurent, que se justifie mon projet doctoral. Plus précisément, l'objectif général de cette thèse est de comprendre l'effet de multiples stresseurs d'origine anthropique sur les écosystèmes aquatiques en intégrant différents compartiments biologiques (c.-àd. individus, populations, communautés, écosystèmes). Cette thèse s'articule autour de deux objectifs principaux, divisés en cinq chapitres. Le premier objectif est de déterminer les scénarios d'interaction entre plusieurs stresseurs et leurs effets sur les communautés benthiques à l'aide d'approches expérimentales en laboratoire et in-situ (Chapitres 1 et 2). Le deuxième objectif est d'identifier des points de bascule lorsque les communautés sont exposées à différentes intensités et combinaisons de stresseurs à l'aide d'une revue de littérature et d'une expérience en laboratoire (Chapitres 3, 4 et 5). Mon premier chapitre s'est concentré sur l'effet individuel et combiné d'un enrichissement en nutriments, d'une variation de salinité et une augmentation de la température de l'eau sur la moule bleue, Mytilus spp., la telline de la Balthique, Limecola balthica, et sur le microphytobenthos. Pour répondre à ces objectifs, nous avons effectué une expérience de manipulation en laboratoire de trois mois où la mortalité, le contenu énergétique des tissus et la minéralisation des coquilles ont été évalués chez Mytilus spp. et chez L. balthica, ainsi que les pigments microphytobenthiques. La variation de salinité et l'enrichissement en nutriments, séparément, ont eu d'importants effets sur la mortalité, le niveau de minéralisation des coquilles, le contenu énergétique des tissus, et la biomasse microphytobenthique et leur effet variait dans le temps. Au contraire, l'augmentation de la température de l'eau n'a eu aucun effet. Ces résultats démontrent une prévalence d'interactions antagonistes pour les réponses évaluées et l'importance de considérer l'effet de stresseurs uniques et combinés dans le temps. Sur la même thématique, mon deuxième chapitre a cherché à caractériser in situ l'effet de vagues de chaleur et d'un enrichissement en nutriments sur les bancs de moules et l'écosystème qu'elles créent. Nous avons mené une expérience où la mortalité et le contenu énergétique chez Mytilus spp., l'activité microbienne, et la concentration sédimentaire en chlorophylle a et en phaeopigments ont été évalués au cours du temps. L'enrichissement en nutriments et les vagues de chaleur, de manière individuelle et combinée, ont eu des effets positifs et négatifs sur le contenu énergétique des tissus chez Mytilus spp., sur les phaeopigments ainsi que sur le ratio chlorophylle a/phaeopigments. En ce qui concerne les autres réponses d'intérêt, aucun effet n'a été observé, suggérant que les stresseurs influencent de manière différente les différents compartiments biologiques et écosystémiques étudiés. Ce chapitre démontre que l'effet individuel et combiné des stresseurs environnementaux diffère à travers le temps et illustre l'importance de combiner plusieurs approches expérimentales pour cerner la complexité derrière l'interaction entre stresseurs multiples. Pour mon troisième chapitre, à l'aide d'une revue de la documentation scientifique, nous avons (1) développé une perspective actuelle et historique sur les points de bascule dans les écosystèmes terrestres et aquatiques; (2) décrit l'effort de recherche dans différents habitats aquatiques; (3) exploré les résultats d'études expérimentales axés sur les points de bascule mesurés aux échelles individuelles, des populations, des communautés, et des services/fonctions écosystémiques dans un contexte de stresseurs uniques et multiples. Le nombre d'études portant sur les points de bascule augmente annuellement, mais très peu d'études ont pour objectif spécifique de les identifier (32.6%). Encore moins d'études examinent comment l'ajout d'un stresseur additionnel peut modifier un point de bascule. Aussi, plusieurs études s'intéressent à de multiples réponses, mais seulement 25% se concentrent sur de multiples échelles biologiques. Ces résultats démontrent que le concept de point de bascule est très actuel, mais nous avons identifié certaines pistes de solution afin de renouveler ce concept dans un contexte de stresseurs multiples. Dans le cadre de mon quatrième et cinquième chapitre, nous avons mené une expérience afin d'étudier les effets d'une intrusion sporadique d'eau salée le long d'un gradient d'enrichissement en nutriments sur une communauté d'eau douce composée de périphyton, de microorganismes hétérotrophes, et d'individus de moule zébrée Dreissena polymorpha. Nous cherchions à (1) caractériser l'effet individuel et combiné des deux stresseurs sur les réponses d'intérêts et identifier des interactions synergiques ou antagonistes; (2) identifier un point de bascule le long du gradient d'enrichissement en nutriment en absence et présence d'une intrusion sporadique d'eau salée; puis, (3) identifier l'effet de la présence d'un stress osmotique sur l'atteinte d'un point de bascule. Nous nous sommes intéressés à la mortalité (Chapitre 4) et au taux métabolique chez D. polymorpha, à l'activité microbienne, et au périphyton (chlorophylle a, phaeopigments) (Chapitre 5). Les deux stresseurs ont eu des effets individuels (c.-à-d. dominances) et combinés (c.-à-d. interactions) sur toutes les variables réponses, et nous avons observé un changement au niveau du type d'interaction le long du gradient. La présence d'un stress osmotique a eu pour effet de devancer le point de bascule pour la mortalité et de créer un point de bascule pour le taux métabolique chez D. polymorpha. Nos résultats mettent en évidence que le type d'interaction peut varier le long d'un gradient environnemental et que la présence de plusieurs stresseurs peut devancer un point de bascule. Cette thèse de doctorat contribue à l'amélioration de notre compréhension théorique des concepts d'interactions entre stresseurs et les points de bascule et combine, pour une des premières fois à notre connaissance, les deux concepts écologiques à différents échelles biologiques (individu, communauté, écosystème) Ce projet, qui s'intéresse tant à la portion d'eau douce qu'à la portion marine du Saint-Laurent, apportera également des informations importantes quant à la capacité de tolérance des écosystèmes face à l'empreinte humaine. En intégrant plusieurs composantes de l'écosystème, nous souhaitons mettre en lumière que l'évaluation de l'empreinte humaine sur les écosystèmes aquatiques doit être effectuée en intégrant plusieurs composantes afin de bien comprendre la complexité derrière le concept d'interactions entre stresseurs et de points de bascule. Ultimement, en apportant des informations et pistes de solutions quant à la vulnérabilité des communautés benthiques à plusieurs facteurs et intensités de stresseurs, ce projet contribuera à une meilleure gestion écosystémique des communautés benthiques du Saint-Laurent. / The coastal regions of estuaries are heavily affected by terrestrial and aquatic anthropogenic activities such as agriculture, fisheries, aquaculture and shipping. These activities lead to a diversity of environmental stressors that affect the structure, dynamics and functioning of benthic communities and will have impacts at different scales of the biological hierarchy, from the individual to the community. With increasing human activities, two main scenarios have been observed: i) the spatiotemporal overlap of multiple stressors, and ii) the intensification of single stessors. First of all, the spatio-temporal superposition of multiple stressors can lead to their interactions, where the presence of one stressor will accentuate (i.e. synergy) or attenuate (i.e. antagonism) the effect of another. Second of all, the intensification of single stressors can lead to tipping points, corresponding to substantial reorganizations in the structure and functioning of an ecosystem. Stressor interactions and tipping points have profound implications on ecosystems: often very difficult to predict, they can cause significant changes within communities, to such an extent that a return to initial states is sometimes impossible. These two concepts have been widely studied individually. However, very few studies have attempted to combine both concepts. The justification to carry out this doctoral project resides in the need to address the challenge of the increase of human activities and their impacts of aquatic ecosystems, particularly those in the estuary and gulf of the St. Lawrence River. More specifically, the objective of this thesis is to understand the effect of multiple anthropogenic stressors on marine and freshwater ecosystems by integrating multiple biological compartments. The thesis is structured around two main objectives divided into five chapters. The first objective is to characterize the scenarios of interaction between multiple stressors and their effects on benthic communities using experimental approaches in the laboratory or in situ (Chapters 1 and 2). The second objective is to identify tipping points when communities are exposed to different intensities and combinations of stressors using a literature review and a laboratory experiment (Chapters 3, 4 and 5). The objective of my first chapter is to characterize the individual effects of nutrient enrichment, salinity variation and increased water temperature on different biological responses measured at the individual level in two bivalve species (Mytilus spp. and Limecola balthica) and on microphytobenthos. We carried out a laboratory experiment with two exposure times (one and three months) and evaluated mortality levels, energy content and mineralization levels in Mytilus spp. and L. balthica as well as microphytobenthic pigments. Salinity variation and nutrient enrichment, individually and combined, had significant effects on mortality, shell mineralization, tissue energy content and sediment chlorophyll a concentration and more interestingly, their effect varied through time. On the contrary, increased water temperature had no effects on the investigated responses. These results suggest a prevalence of antagonistic interactions for the evaluated responses and the importance of considering the effect of single and combined stressors over time. Similarly, my second chapter has for objective to characterize in situ the effect of heat waves and nutrient enrichment on mussel beds and their associated ecosystem. More specifically, we carried out a three months experiment where mortality and energy content in Mytilus spp, microbial activity and sediment chlorophyll a and phaeopigment concentration were assessed multiple times over the duration of the experiment. Nutrient enrichment and heat waves, individually and in combination, affected tissue energy content in Mytilus spp., phaeopigments and the chlorophyll a/phaeopigments ratio. Regarding the other responses, no significant effect was detected, suggesting that stressors influence the compartments differently. This chapter demonstrates that the individual and combined effect of environmental stressors differ over time and illustrates the importance of combining several experimental approaches to understand the complexity behind the interaction between multiple stressors. My third chapter seeks, through a literature review, to (1) develop a historical perspective of tipping point studies in terrestrial, freshwater and marine ecological systems; (2) portray the research effort in different aquatic habitats; and (3) explore the results of experimental studies focusing on tipping points measured at the individual, communities, ecosystem level (incl. ecosystem functions and services) in a context of single and multiple stressors. The number of studies mentioning tipping points increases every year, but surprisingly very few have had to date as specific objective that to actually identify them (32.6%). Even fewer studies examine how adding an additional stressor may alter a tipping point. Also, several studies are interested in multiple responses, but only 25 % of these focus on multiple biological scales. These results allowed us to identify some shortcoming in the field and some potential solutions in order to renew this concept in a context of multiple stressors. In my fourth and fifth chapter, we conducted an experiment to study the effect of pulses of saltwater intrusion along a nutrient enrichment gradient on a freshwater community composed of periphyton, heterotrophic microorganisms, and the zebra mussel Dreissena polymorpha. We sought to (1) characterize individual and combined effect of the two stressors on the investigated responses; (2) identify a tipping point along the nutrient enrichment gradient in the absence and presence of pulses of saltwater intrusion and; (3) identify the effect of osmotic stress on the presence, timing or intensity of a tipping point. We evaluated mortality levels (chapter 4) and metabolic rates in D. polymorpha, microbial activity and periphyton biomass (chapter 5). Both stressors had individual and combined effects on all response variables, and we observed a change in the type of interaction along the gradient. The presence of osmotic stress along the gradient had for effect that to create a tipping point (metabolic rate) or to create an earlier tipping point (mortality). Our results highlight that the type of interaction can vary along an environmental gradient and the presence of multiple stressors may create of outpace a tipping point. In general, this doctoral thesis contributes to improving our theoretical critical understanding of the concepts of stressors' interactions and tipping points, individually and, for the first time to our knowledge, combined and this, considering multiple levels of biological compartments (individual, communities, ecosystems). More specifically, this project focuses on both the freshwater and marine portion of the St. Lawrence River, and provides essential information on the tolerance of ecosystems within the context of an increasing human footprint. By integrating several components of the ecosystem, we wish to highlight that the human impact on aquatic ecosystems must be assessed by integrating several components to fully understand the complexity behind the concept of stressors' interactions and tipping points. Ultimately, by providing information and possible solutions regarding the vulnerability of benthic communities to multiple drivers and intensities of stressors, this project will contribute to a better ecosystem management of benthic communities in the St. Lawrence.

Cette étude a comme objectif principal 1) de retracer les principaux changements d'exploitation et de perception humaines du haut-marais reliant l'Isle-aux-Grues et l'Isle-aux-Oies, et ce, depuis le XVIIe siècle et 2) d'identifier les différents types de changements des conditions environnementales locales ayant affecté cet écosystème situé dans l'estuaire moyen du fleuve Saint-Laurent. Une approche originale combinant des méthodes de la géographie historique et de la géographie physique a permis d'atteindre ces objectifs. Les archives notariales, les recensements et les sources orales ont, entre autres, démontré que l'utilisation intensive des marais a favorisé l'agriculture locale. Cet accès aux marais et l'exploitation du foin de mer étaient donc un avantage économique pour l'Isle-aux-Grues par rapport à d'autres paroisses, permettant de posséder et de nourrir plus d'animaux. Les changements environnementaux provoqués par l'Homme sur le haut marais de l'Isle-aux-Grues, révélés par la paléoécologie, ont été subtils et montrent une utilisation durable de l'environnement local.

Dans la présente recherche, l’influence humaine et climatique des 1500 dernières années sur quatre lacs de Nouvelle-Angleterre (États-Unis) a été reconstituée par l’analyse des diatomées fossiles provenant des sédiments. Différentes méthodes ont été testées pour inférer certaines variables environnementales à l’aide des diatomées. Les méthodes des moyennes pondérées et de la probabilité maximale se sont avérées les plus appropriées pour la reconstitution des variables du gradient principal, tandis que les réseaux neuronaux artificiels et la probabilité maximale sont préférables pour les variables du gradient secondaire. Différentes transformations des données sont appropriées pour chacune des méthodes. Les diatomées fossiles des lacs ont enregistré un patron régional propre à la déforestation suite à la colonisation par les Européens. Malgré le rétablissement des forêts autour des sites depuis 1900 AD, trois lacs montrent à l’état actuel des conditions qui ne correspondent pas à celles de la période avant-perturbation. Ceci est dû aux caractéristiques locales des sites, tels que l’évolution naturelle des lacs, les perturbations naturelles (ouragans), ainsi que le développement des marais. Pour rétablir l’état « naturel » théorique envisagé dans la restauration, il est donc important de tenir compte de l’évolution naturelle des lacs. Au lac Walden Pond (Massachusetts), un enrichissement accéléré en nutriments a été inféré suite à l’usage récréatif intensif depuis env. 1950 AD. Depuis 1975 AD, le taux d’eutrophisation a diminué grâce aux mesures de gestion. L’état naturel du lac reconstitué par notre étude représente un bon guide pour les futurs mesures de gestion. Au lac Levi Pond (Vermont), une tendance accrue à l’humidité pendant les dernières 2000 années, qui correspond au refroidissement global du Néoglaciaire, a été inférée par les diatomées. Les diatomées sont donc d’une utilité potentielle pour les études paléohydrologiques dans les régions tempérées. L’analyse mensuelle de la flore diatomifère dans Bates Pond (Connecticut), a indiqué que les assemblages sont liés à la stratification, ce qui a permis d’identifier une période de mélange prolongée dans le passé à partir des assemblages fossiles. Le maximum de productivité diatomifère en automne indique que c’est la saison privilégiée pour l’échantillonnage d’eau en vue du développement des modèles d’inférence. Cette thèse apporte des nouvelles connaissances sur l’évolution et l'écologie des lacs en Nouvelle-Angleterre, et sur deux aspects méthodologiques pertinents pour la discipline de la paléolimnologie. / The human and climatic impact on four New England lakes was reconstructed by analysis of fossil diatoms preserved in lake-bottom sediments. Different diatom-based methods for the reconstruction of environmental variables (pH, total phosphorus, alkalinity) were tested. Weighted averaging and Gaussian logit regression were the most appropriate methods for the reconstruction of variables representing the principal gradient, whereas artificial neural networks and Gaussian logit regression performed better for secondary gradient variables. It was shown that different data transformations may be useful for different reconstructions. Fossil diatom assemblages of the sites recorded a regional pattern of deforestation and agricultural activity following European settlement. Despite the re-establishment of forests in the lake watersheds since 1900 AD, three lakes did not return to pre-disturbance conditions. This is due to local site characteristics, such as natural lake evolution, local natural disturbance patterns (hurricanes), and peatland development. It is therefore important to consider the natural dynamics of lakes when establishing the theoretical « natural » state for restoration purposes. At Walden Pond, Massachusetts, an accelerated nutrient enrichment was inferred from 1950 AD onwards, related to intensive recreational use of the lake. Since 1975 AD, the rate of eutrophication has diminished after management measures were implemented. The natural state of the lake reconstructed by this study represents a useful benchmark for future management decisions. In Levi Pond, a trend of increasing humidity during the past ca. 2000 years has been inferred by diatoms, corresponding to the period of Neoglacial cooling. This result indicates that diatoms may be a useful tool for future paleohydrological studies in temperate regions. The seasonal study of diatoms in Bates Pond, Connecticut, indicated that diatom assemblages are strongly influenced by stratification, which helped to identify a period of prolonged full-circulation in the past based on the fossil assemblages of the same lake. The maximum diatom productivity in autumn indicated that this is the most appropriate season for taking water samples for diatom inference model development. This thesis has provided new knowledge of the evolution of New England lakes before and after European settlement and on two pertinent methodological aspects of paleolimnologic study.

Le réchauffement climatique est un sujet brûlant d'actualité, dont l'impact peut être ressenti différemment selon l'endroit où nous vivons sur Terre. Probablement l'un des continents de la civilisation occidentale où les changements climatiques se font le plus sentir, l'Australie s'est réchauffée beaucoup plus rapidement qu'à bien des endroits sur la planète. Ce mémoire tentera de démontrer en quoi les phénomènes climatiques extrêmes, qui sont amplifiés par les changements climatiques actuels, sont générateurs de réactions et d'adaptations en Australie et sont aussi une source de problèmes socio-économiques. En plus de la variabilité naturelle du milieu, vient s'ajouter le défi des changements climatiques. De plus, ce mémoire se penchera sur la vulnérabilité de ce continent face aux changements climatiques et aux sécheresses de plus en plus récurrentes. Les résultats de ce mémoire permettent de mettre en évidence que l'Australie est soumise à une dynamique fort complexe comparativement à d'autres entités géographiques et que les activités humaines rendent l'environnement beaucoup plus fragile aux changements.