Sediments rich in sulfide were deposited in the Littorina sea in an environment that was shallow, anoxic,and reductive. The sediments were brought above sea level by isostatic uplift and can now be foundalong the coast of the Baltic sea. These sulfide rich sediments oxidize when they are exposed to air whenthe water table is lowered due to uplift, anthropogenic activities, or hydrological droughts. Oxidation ofsulfate soils will lower the pH and mobilize metals in the soil that will leach into adjacent rivers and willimpact the water chemistry and damage ecosystems. A few studies have noted that leaching increasesin sulfate soils after drought which has resulted in fish death. The impact of droughts on leaching from sulfate soils were investigated in nine rivers (Flarkbäcken,Hertsångerälven, Kvismare canal, Kyro river, Närpes River, Persöfjärden, Storbäcken, Tjuståsaån, andToby river) by looking at time series of sulfate concentrations and drought periods. The impact on riversafter a drought was studied by plotting the deviation from median specific discharge in summer andautumn against the deviation from median concentration of SO42-, a suite of metals and pH the followingseason with high discharge e.g. spring. The metals that were examined in the river were Aluminum (Al),Cadmium, (Cd), Cobalt (Co), Cupper (Cu), Iron (Fe), Manganese (Mn), Nickle (Ni), Zinc (Zn).TheKendall’s τ was then used to determine if the relationship between discharge and leached compoundconcentration was significant and which direction it had. In the sulfate timeseries the hydrological droughts generally coincided with low SO42- and werefollowed by SO42- peaks. The sulfate concentrations increased significantly after droughts, and theincrease in SO42- lasted for 1-3 years for most rivers. In two Finnish rivers the SO42- remained higher alonger time of 5 years in Kyro river and Närpes river after multiyear droughts. In Kvismare canal, Kyroriver, Närpes river and Tjuståsaån the SO42- concentration was higher in the mid-1900s which could bedue to changes in ditching activity, the acid sulfate soils transitioning to post active sulfate soils afterthe ditching activity stopped in the regions, or SO42- air deposition historically being greater. SO42-, Co, Ni, and Zn had negative significant correlations in a majority of the rivers, while pH, Fe,and total organic carbon had significant positive correlations a majority of rivers. A negative correlationindicates high concentrations of the leached compound after a drought while positive correlationsindicate low concentrations of the leached compound after a drought. Al, Cd, Cu, and Mn did not havea significant correlation in a majority of the rivers which could be due to their dependence on pH whichwill not always change in the rivers in spring due to acidic water leaching from acid sulfate soils sincethe acidic water will be diluted by meltwater. / Efter senaste istiden var vattnet i havet syrefritt och reducerande vid havsbotten, vilket ledde till attsulfidmineral avsattes. Dessa sulfidrika sediment har hamnat ovanför havsytan på grund avlandhöjningen och finns i kustnära områden runt östersjön. Sulfidsedimenten oxiderar om de kommer ikontakt med syre vilket kan ske på grund av landhöjning, mänskliga aktiviteter, eller torka som sänkergrundvattennivåerna. När sulfatjordarna oxiderar sänks pH i jorden och metaller frigörs vilka sedanlakas ur jorden och påverkar närliggande vattendrag och ekosystem. Lakning av metaller har i någrastudier setts öka efter extrem torka vilket i vissa fall har lett till fiskdöd. I nio vattendrag (Flarkbäcken, Hertsångerälven, Kvismare kanal, Kyro älv, Närpes å, Persöfjärden,Storbäcken Tjuståsaån och Toby å) undersöktes hur torka påverkar urlakning från sura sulfatjordar. Deämnen som undersöktes var Aluminium (Al), Kadmium (Cd), Kobolt (Co), koppar (Cu), Järn (Fe),Mangan (Mn), Nickel, (Ni), Totalt Organiskt Kol (TOC), och Zink (Zn). Sambandet mellanvattenföringens avvikelse från medianen under de sommar samt höst och avvikelsen avkoncentrationerna av urlakade ämnen från medianen följande årstid med högt flöde plottades för attundersöka hur sambandet såg ut. De statistiska testerna Kendalls τ användes för att utvärdera om enkorrelation existerade och i vilken riktning den gick. Sulfatkoncentrationerna var generellt sett väldigt låga under torrperioder men ökad snabbt efter atttorkan avtagit. Den förhöjda sulfatkoncentrationen varade generellt sett i 1-3 år för de flesta vattendrag.Det fanns däremot två undantagsfall då sulfatkoncentrationerna var förhöjda i Kyro älv och Närpes åunder 5 år efter en torrperiod som varat i flera år. I Kvismare kanal och Tjuståsaån varsulfatkoncentrationerna, högre under mitten av 1900-talet. De högre koncentrationerna av sulfat kanbero på att det var mer dikning, eller större mängd luftföroreningar under denna period. Sambanden för sulfat, Co, Ni och Zn visade att efter torra perioder var koncentrationerna högre i enmajoritet av vattendrag än normalt. pH, Fe och TOC visade på ett motsatt samband. Efter torrperiodersjönk därmed koncentrationen Fe och TOC i en majoritet av vattendragen. Al, Cd Cu, och Mn hadesignifikanta samband i mindre än 50 % av vattendragen vilket kan vara till följd av att de är beroendeav pH som själv inte hade en tydlig korrelation i alla vattendrag. pH sjunker i många fall inte särskiltmycket till följd av en torka då vattnet som lakas ut från sulfatjorden späds ut av smältvatten undervåren.

Shore displacement has largely affected both the natural landscape and the humans within. This is especially true for Västergarn parish on Gotland, where low-lying plains make up large parts of the domain. Yet, the land–sea interaction of Västergarn, has not been studied closely for a long time. Through a comprehensive study, as well as a reexamination, of different sources and materials, this study aims to shed new light on the spatial distribution and chronology of Västergarn. To understand this, we need to get a scope of the extent of the sea. Previous research (e.g. Ilves & Darmark 2011; Mikołajczyk et al. 2015) has showed that phosphate analysis may help indicate the position of former shorelines. How can this, methodologically, be applied to phosphate-mapping carried out well over 50 years ago? This thesis does not aim to completely answer this question, but rather to analyze what went into determining a shore-level for 1000 AD during earlier research (e.g. Lundström 1979, 1981). Moreover, this study aims to critically examine the interplay between historical shore-levels and the built world within Västergarn. The Västergarn defensive wall and Paviken bay constitute the two main areas of study, owing to the pursuit of understanding the interplay between these two sites. Västergarn cannot be fully understood without also including the Kronholmen peninsula (formerly island, as the name suggests), why some attention is also directed towards this area. / Strandförskjutningen har till stor del påverkat både naturlandskapet och människorna inom. Detta stämmer i synnerhet för Västergarns socken på Gotland, där i princip hela området är att betrakta som synnerligen låglänt. Ändå har relationen mellan land och hav i Västergarn, inte utforskats närmare på länge. Genom att inkludera och ompröva ett flertal olika källor och material, syftar denna studie till att på nytt belysa Västergarns rumsliga fördelning och kronologi. Tidigare forskning (se Ilves & Darmark 2011; Mikołajczyk et al. 2015) har visat på att analys fosfatvärden kan bära med sig insikt i forna strandlinjenivåer. Hur kan denna kunskap metodologiskt tillämpas på fosfatkarteringar som genomfördes för mer än 50 år sedan? Denna uppsats syftar inte till att fullständigt besvara denna fråga, men däremot att närma sig vad som legat till grund för att fastställa en strandnivå för 1000 e.Kr. under tidigare forskning (se Lundström 1979, 1981). Huvudfokus för denna studie är att kritiskt granska samspelet mellan historiska strandlinjenivåer och bebyggelse i Västergarn. Västergarnsvallen och Paviken utgör, i strävan efter att förstå relationen mellan dessa två platser, de huvudsakliga studieområdena. Västergarn kan dock inte förstås till fullo utan att även blicka mot halvön Kronholmen (tidigare ö, som namnet vittnar om), varför en viss uppmärksamhet också riktas mot detta område.

Les vagues de bateau ajoutent une pression supplémentaire sur les berges de rivières et doivent être considérées dans les modèles de prédiction des taux de recul des berges. L’objectif de cette étude est d’examiner le rôle des vagues de bateau sur l’écoulement et le transport en suspension le long des berges en milieu fluvial. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons un transect perpendiculaire à la berge de quatre courantomètres électromagnétiques (ECMs) mesurant deux dimensions de l’écoulement et deux turbidimètres (OBSs) placés dos à dos, orientés vers la berge et le large pour mesurer les conditions moyennes et turbulentes de l’écoulement longitudinal et vertical ainsi que les flux de sédiments en suspension provoqués par les vagues. Une chaloupe à moteur de 16 pieds, équipée d’un moteur 40 hp, a été utilisée afin de générer des vagues. Nous avons mesuré l’effet de trois distances à partir de la berge (5, 10, 15 m) et trois vitesses de bateau (5, 15 et 25 km/h) et cinq répliques de chaque combinaison de distance et de vitesse ont été réalisées, totalisant 45 passages. Nous avons caractérisé la variabilité des conditions d’écoulement, de vagues et de transport de sédiments et nous avons réalisé des analyses spectrales afin de séparer les portions oscillatoire et turbulente de l’écoulement généré par les vagues de bateau. L’effet de la distance et de la vitesse du bateau sur le transport de sédiments est non-linéaire et la réponse sédimentaire induite par les passages de bateau montre une variabilité importante entre les répliques et les deux sondes OBS, ce qui suggère un changement morphologique induit par les vagues de bateau. Les corrélations entre les variables d’écoulement et de transport montrent l’importance des relations entre le cisaillement et la puissance de la portion turbulente de l’écoulement avec le transport de sédiments. Cette étude a permis de quantifier les relations entre la dynamique des vagues et les flux de concentrations de sédiments en suspension, ce qui représente une contribution importante au développement de mesures de mitigation dans les environnements fluviaux où les berges sont fragilisées par le trafic plaisancier. / Boat induced waves generate additional stress on banks and should be included in bank erosion predictive models. The objective of this study is to investigate the role of boat generated waves on near bank flow in a fluvial environment. We used a longitudinal array of four bi-directional eletromagnetic current meters (ECMs) perpendicular to the bank and two optical backcattering sensors (OBSs) set back to back, one facing the river bank (inner looking) and the other towards the river (outer looking) to measure mean and turbulent properties of the horizontal and vertical flow velocities and suspended sediment fluxes generated by the waves. The waves were generated using a 16 ft long boat equipped with a 40hp motor. The effect of three different distances between the bank and sailing line (5, 10, 15 m) and of three different speeds of the vessel (5, 15 and 25 km/h) was evaluated. Five replicates of each combination of distance and speed were realized for a total of 45 passages. Variability of flows conditions, wave characteristics and turbidity properties were characterized and spectral analyses were performed to separate oscillatory and turbulent flow induced by boat generated waves. An important variability in suspended sediment response to the passages of boat wave is observed between replications and the effect of speed and distance of sailing line is nonlinear. It was often unbalanced between the inner and outer looking OBS suggesting that the bank changed its morphology. Cross-correlation between hydraulic and turbidity variables show the significance of the relation between shear stress and suspended sediment transport variables. This study provides quantitative relations between wave dynamics and plumes of suspended sediment that could help to develop mitigation measures in fluvial environments where vessel traffic represents a major issue for bank erosion and retreat.

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques. / Northern regions underlain by permafrost will largely be affected by the projected increase in air temperature. A growing number of structures that were once built with great confidence on perennially frozen soils are already starting to show signs of deterioration. Processes caused by permafrost degradation can cause significant damages to infrastructure and require high costs of repair. The current climatic context therefore commands that the implementation of projects in permafrost regions follows a well-thought planning in order to account for the potential impacts of permafrost degradation. This thesis focuses on the use of geographic information systems (GIS) applied to the identification of the development potential of communities located in permafrost regions. Using a GIS approach, the goal is to develop a methodology to produce risk-assessment maps to help northern communities better plan their built environment. A multi-scale analysis of the landscape is necessary and should include the investigation of surficial deposits, topography, as well as permafrost, vegetation and drainage conditions. The complexity of all the interactions that shape the landscape is such that it is virtually impossible to account for all of them or to predict with certainty the response of the system following disturbances. This research also presents some of the limitations to the use of GIS in this specific context and explores an innovative method for quantifying uncertainty in risk-assessment maps.

Les sols forestiers constituent un réservoir considérable d’éléments nutritifs disponibles pour soutenir la productivité forestière. Ces sols contiennent aussi une quantité, encore inconnue à ce jour, d’éléments traces biodisponibles provenant de sources anthropiques ou naturelles. Or, plusieurs de ces éléments recèlent un potentiel toxique pour les organismes vivants. Ainsi, la quantification de la concentration et du contenu total en éléments traces des sols forestiers s’avère nécessaire afin d’évaluer les impacts des perturbations sur la qualité des sols. Les objectifs de ce projet de recherche sont: 1) de mesurer le contenu total en éléments traces en phase solide (Ag, As, Ba, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Tl, V, Y, Zn) des divers horizons de sols d’écosystèmes forestiers du Québec méridional; 2) d’établir des liens significatifs entre la fraction soluble dans l’eau des éléments traces et les propriétés des horizons de sols et; 3) d’évaluer le rôle de la proximité d’un centre urbain sur les contenus en éléments traces. Pour répondre à ces objectifs, quatre profils de sols situés dans la région de St-Hippolyte et deux situés dans la région de Montréal furent échantillonnés jusqu'à l'atteinte du matériel parental. Les résultats de ce projet de recherche ont révélé que le contenu total en éléments traces présents dans les profils de sols se retrouve en grande partie dans les fragments grossiers du sol. Il a été démontré que la teneur en carbone organique, les complexes organométalliques et les oxydes de fer et d’aluminium dictent la distribution en profil de la majorité des éléments traces étudiés. Finalement, il fut prouvé que la région de Montréal présente des niveaux de contamination en éléments traces (Ag, As, Ba, Cu, Mn, Pb, Rb, Se, Sr, Tl et Zn) supérieurs à ceux rencontrés dans les Laurentides. / Forest soils represent an important stock of nutrients available to sustain forest productivity. They also contain an amount, still unknown, of trace elements inherited from natural or anthropogical sources. Many of these trace elements can be toxic to living organisms. Thereby, quantification of the concentration and the total content of trace elements in forest soils is necessary to asses the impact of these elements on soil quality. The specific objectives of this research project are: 1) to measure the total content of trace elements in solid phase (Ag, As, Ba, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Tl, V, Y, Zn) of various soil horizons in two forest ecosystems of southern Quebec, 2) to establish significant correlations between the bioavailable fraction (water-soluble) of trace elements and soil horizons properties and 3) to compare the trace element stock of two Canadian Shield’s forest soil with those of similar soils situated in the Montreal area. To achieve these goals four soil profiles situated in the pristine region of St-Hippolyte and two in the urban area of Montréal, were excavated down to the parent material. The results of this research have established that the trace element’s total stock is mainly concentrated in coarse fragments of the soil. Multivariate statistical analyses revealed significant links between organic carbon, organometallic complexes as well as Fe-Al oxides and the distribution of trace element in soil profiles. Finally, it was proved that Montreal’s soil contained more trace element (Ag, As, Ba, Cu, Mn, Pb, Rb, Se, Sr, Tl et Zn) than Canadian Shield’s soils.

Au Nunavik, l’augmentation des températures atmosphériques en lien avec les changements climatiques influence la capacité portante du sol en modifiant le régime thermique de la couche active et du pergélisol. Selon la nature du sol et des cryostructures, les processus de fluage et tassement différentiel du sol peuvent être considérables. La forte croissance démographique au Nunavik nécessite la construction de plusieurs nouvelles unités d’habitation. La présente étude a produit des outils pour permettre un aménagement durable du territoire par l’interprétation géomorphologique du paysage et l’étude des propriétés géotechniques des cryofaciès qui compose la cryostratigraphie des unités géomorphologiques de Puvirnituq afin d’estimer le comportement du pergélisol au dégel. Trois unités géomorphologiques principales ont été distinguées sur le territoire. Le socle rocheux est stable au dégel ainsi que les dépôts minces qui le recouvrent puisqu’ils sont contenus dans la couche active (unité P1). Le till remanié est dominé par du sable pauvre en glace, lui conférant une stabilité, mais les moraines de De Geer pourraient incorporer des dépôts marins riches en glace à l’intérieur d’un till remanié (unité P2). Les dépressions comblées de dépôts marins et littoraux sont probablement situées sur du till remanié mais contiennent une zone de transition riche en glace entre ~0,9 et 1,7 m de profondeur, excluant les possibilités de construction (unité P3). La principale contribution à l’aménagement du territoire découlant de cette étude a été la production de deux cartes. La première présente la distribution des unités géomorphologiques sur l’ensemble du territoire, permettant d’identifier rapidement le potentiel d’aménagement de l’environnement de Puvirnituq; la seconde carte montre l’emplacement des moraines de De Geer au-delà du village. Ces données trouveront des applications dans l’évaluation de substrats pour l’expansion de l’environnement bâti de Purvinituq et de granulats non-gélifs pour la construction des infrastructures construites sur remblais. Cette carte souligne l’importance de l’histoire Quaternaire sur les conditions actuelles de pergélisol. / In Nunavik, a sustained increase of surface temperatures linked to climate change, affects the bearing capacity of the permafrost by modifying its thermal regime. Depending on the nature of the soil as well as its cryostructures, creep and differential thaw-settlement processes can be significant. The rapid demographic growth in Nunavik requires the construction of several new housing units. In order to estimate the behaviour of permafrost to thaw, this study has contributed to a sustainable land-use planning by the geomorphological interpretation of the landscape and the study of geotechnical properties of the different cryofacies that compose the geomorphological units of Puvirnituq. Three main geomorphological units were distinguished within the territory. The bedrock is thaw-stable as well as the veneer of surficial deposits since they are contained within the active layer (P1 unit). The reworked till is dominated by ice-poor sand, providing a certain stability, but the De Geer moraines could incorporate ice-rich till and ice-rich thaw sensitive marine deposits (P2 unit). The depressions, filled with marine and littoral deposits, probably contain stable reworked till at the bottom but the presence of an ice-rich transition zone between ~0,9 and 1,7 m depth, makes this geomorphological unit improper for construction (P3 unit). The principal contribution to landuse planning of this study is the production of two maps. The first presents the distribution of the geomorphological units over the entire territory, allowing for a quick identification of potential areas to support the development of Puvirnituq; the second map shows the location of De Geer moraines beyond the study area to extrapolate the result of this study to the landscape scale.

Myrmarker har en stor roll i regleringen av den globala kolbalansen och koncentrationerna av koldioxid och metan i atmosfären, vilket gör dem till speciellt viktiga ekosystem ur ett klimatförandringsperspektiv. Förändringar av myrmarker genom naturlig utveckling eller antropogen påverkan kan därför få långtgående störningar av myrars klimatreglerande funktion. Mikroorganismer har en avgörande roll i biogeokemiska processer genom att t ex bryta ned organisk material i mark och därmed styra kolets kretslopp. För att förstå hur myrsystemen reagerar på störningar är det därför väsentligt att veta hur mikroorganismsamhällena reagerar genom förändringar i sammansättning och biogeokemisk aktivitet. Målet för studierna, som ligger till grund för denna avhandling, var att undersöka hur mikroorganismsamhällen i myrar reagerar på uppvärmning genom klimatförändring och ökade kväve- (N) och svavel- (S) halter i nederbörd. High through-put sekvensering användes för att studera taxonomiska och funktionella egenskaper hos mikroorganismerna i myrar och quantative PCR användes för att mer specifikt studera de metanbildande arkeorna. Två fältkampanjer vardera omfattande tre ombrotrofa myrar med olika klimatförhållanden och olika mängder N och S inederbörden användes för att undersöka lokala och storskaliga effekter på myrars mikrobiella samhällen. Resultaten visade att latudinell variation i geoklimatologiska förhållanden (temperatur ochnederbördsmängd) och deposition av näringsämnen hade en påverkan på sammansättningen av de mikrobiella samhällena och aktiva metanbildare förr än variationen i den kemiska miljön inom varje specifik myr. Myrväxtsamhällenas sammansättning för en specifik myr visades sig i stor utsträckning styra sammansättningen av motsvarande mikrobiella samhälle i torvprofilen. Detta framgick klart av i en analys av samexisterande nätverk av mikroorganismsamhällen och motsvarande växtsamhällen i en studie av tre geografiskt skilda myrar med olika kvävedeposition. Effekterna av klimatförändring och nederbörd med olika mängder av N och S studerades mer specifikt genom att analysera de mikrobiellasamhällena i  ett långliggande (18 år) försök. Påverkan av var och en av dessa manipulationer antingen förstärktes eller minskades, när de förekom i kombinationer. Ökad kvävedeposition var den faktor som hade starkast effekt. De långvariga störningarna medförde stora förändringar i den mikrobiella taxonomin inom samhällena. Detta återspeglades dock inte i den fysiologiska kapaciteten, vilket visar att det finns en stark buffring i myrarnas mikrobiella funktion. Detta tyder på att framtida utveckling av myrar i relation till olika störningar sannolikt inte kommer att påverka myrarnas roll för kolbalans och växthusgasutbyte med atmosfären. / Peatlands play a substantial role in regulating the global carbon balance and concentrations of the greenhouse gases CO2 and CH4 in the atmosphere, and are thus of utmost importance from a climate change perspective. Any changes of peatland functions due to natural or anthropogenic perturbations may result in changes in these ecosystem services. Soil microbial communities are essential drivers of biogeochemical processes, including the carbon cycle. In order to fully understand the effect of environmental perturbations on peatland functions, it is essential to understand how microbial communities are affected. The aim of the research presented in this thesis was to investigate the responses of the peat microbial communities to climate change and increased precipitation of nitrogen(N) and sulfur (S) compounds. High-throughput sequencing approaches were used to investigate the taxonomic and functional composition of microbial communities, and quantitative PCR was used to specifically target the methanogen community. Two field studies including three ombrotrophic peatlands each that differed in climatological conditions and atmospheric N and S depositions, were used to investigate and compare the effect of large- and local-scale environmental conditions on microbial communities. The results show that the variation in geo-climatological (temperature and precipitation) and atmospheric deposition conditions along the latitudinal gradient modulate the peat microbial community composition and the abundance of active methanogens to a greater extent thansite-related microhabitats. Furthermore, a tight coupling between the plant community composition of a site and the composition of its microbial community was observed, and was found to be mainly driven by plants rather than microorganisms. These co-occurrence networks are strongly affected by seasonal climate variability and the interactions between species in colder areas are more sensitive to climate change. The long-term effects of warming and increased N and S depositions on the peat microbial communities were further investigated using an 18-year in-situ peatland experiment simulating these perturbations. The impacts of each of these perturbations on the microbial community were found to either multiply or counteract one another, with enhanced N deposition being the most important factor. While the long-term perturbations resulted in a substantial shift in the taxonomic composition of microbial communities, only minor changes occurred in genome-encoded functional traits, indicating a functional redundancy. This could act as a buffer maintaining ecosystem functioning when challenged by multiple stressors, and could limit future changes in greenhouse gases and carbonexchange.

Dans un bassin versant, la connectivité hydrologique constitue un état hydrologique qui lie le versant à la zone riveraine. Ses impacts sur la production du débit et le transfert des éléments dissous vers le cours d’eau sont présumés substantiels. L’étude vise à 1) détecter les hydrotopes et les connexions hydrologiques à l’aide d’un réseau de puits qui permet la mesure des fluctuations de la nappe phréatique (NP); 2) identifier la variabilité spatio-temporelle et la signature géochimique des sources potentielles en eau à l’aide des éléments majeurs et traces et 3) examiner la contribution spatio-temporelle respective des sources en eau du bassin lors d’un événement de précipitation. L’étude s’effectue dans un bassin versant forestier du Bouclier canadien (l’Hermine). Nous démontrons l’existence de quatre hydrotopes représentant un gradient de convergence de l’eau, soulignant la diversité de comportement de NP. Les connexions hydrologiques se caractérisent par des coefficients de Spearman élevés des relations entre la profondeur de la NP et le débit, dans leur partie en aval, et s’enclenchent par le fill and spill. Le comportement de NP est influencé par la distance aux limites du bassin, l’horizonation du sol et la topographie souterraine. En somme, trois sources en eau se connectent à partir du versant vers la zone riveraine durant l’événement pluvial de manière chronologique: 1) les horizons B et la NP de l’ensemble du bassin (Sr); 2) les horizons LFH des zones de convergence (Ba et Zn) et 3) une dépression de sol humide sur le versant nord (Co et Mn). / In watersheds, hydrologic connectivity consists of a hydrologic state that links the upper part of a hillslope to the riparian zone. Its impacts on streamflow generation and transfer of dissolved elements towards the stream are considered substantial. This study aims to 1) detect hydrotops and hydrologic connections with a network of wells that allow measurements of water table (WT) fluctuations; 2) identify spatial and temporal variability and the geochemical signature of potential sources of water with major and trace elements and 3) examine the spatial and temporal contribution of sources of water within the watershed during a storm event. The study takes place in a small forested watershed of the Canadian Shield (the Hermine). We demonstrate the existence of four hydrotops representing a water convergence gradient, highlighting diversity of behavior of the WT. Hydrological connections are characterized by high Spearman coefficients of the relationship between WT depth and streamflow in their downstream portion. Some hydrological connections are engaged by the fill and spill mechanism. WT behavior is influenced by the distance limits of the basin, soil horizonation and subsurface topography. In sum, three water sources connect the hillslope to the riparian zone during the storm event in chronological order: 1) WT and B horizons of the entire basin (Sr), 2) LFH horizons of convergence zones (Ba and Zn) and 3) a depression of wet soil on north hillslope (Co and Mn).

L'objectif ultime en géomorphologie fluviale est d'expliquer les formes des cours d'eau et leur évolution temporelle et spatiale. La multiplication des études nous a mené à la réalisation que les systèmes géomorphologiques sont complexes. Les formes observées sont plus que la somme des processus individuels qui les régissent en raison d’interactions et de rétroactions non-linéaires à de multiples échelles spatiales et temporelles. Dans ce contexte, le but général de la thèse est de proposer et de tester de nouvelles avenues de recherche afin de mieux appréhender la complexité des dynamiques fluviales en utilisant des approches méthodologiques et analytiques mettant l’accent sur les interactions entre l’écoulement, le transport de sédiments en charge fond et la morphologie du lit en rivière graveleuse. Cette orientation découle du constat que les paradigmes actuels en géomorphologie fluviale n’arrivent pas à expliquer adéquatement la variabilité naturelle du transport en charge de fond ainsi que des formes du lit qui en résultent. Cinq pistes de réflexion sont développées sous forme d’articles basés sur des études de cas : 1. L'intégration des échelles de variation de l'écoulement permet d’insérer la notion de structures turbulentes dans des pulsations de plus grande échelle et d'améliorer la compréhension de la variabilité du transport de sédiments. 2. La quantification des taux de changement de l’écoulement (accélération /décélération) au cours d’une crue permet d’expliquer la variabilité des flux de transport en charge fond autant que la magnitude de l’écoulement. 3. L’utilisation de techniques de mesures complémentaires révèle une nouvelle dynamique du lit des rivières graveleuses, la dilatation et la contraction du lit suite à une crue. 4. La remise en cause du fait généralement accepté que le transport en charge de fond est corrélé positivement à l'intensité des modifications morphologiques en raison d’un problème associé aux échelles différentes des processus en cause. 5. L’approche systémique des dynamiques fluviales par l’utilisation d’analyses multivariées permet d’appréhender la complexité des dynamiques de rétroactions linéaires et non-linéaires dans l’évolution d’un chenal et d’illustrer l’importance de l’historique récent des changements géomorphologiques en réponse aux crues. Cette thèse se veut une avancée conceptuelle issue d'une profonde réflexion sur les approches classiques que l'on utilise en géomorphologie fluviale depuis plusieurs décennies. Elle est basée sur un jeu de données unique récolté lors du suivi intensif de 21 évènements de crue dans un petit cours d’eau à lit de graviers, le ruisseau Béard (Québec). Le protocole expérimental axé sur la simultanéité des mesures de l’écoulement, de la morphologie du lit et du transport de sédiments en charge de fond a permis de centrer la recherche directement sur les interactions entre les processus plutôt que sur les processus individuels, une approche rarement utilisée en géomorphologie fluviale. Chacun des chapitres illustre un nouveau concept ou une nouvelle approche permettant de résoudre certaines des impasses rencontrées actuellement en géomorphologie fluviale. Ces travaux ont des implications importantes pour la compréhension de la dynamique des lits de rivières et des habitats fluviaux et servent de point de départ pour de nouveaux développements. / The overarching objective in fluvial geomorphology is to explain river morphology and its temporal and spatial evolution. The multiplication of studies led to the realization that geomorphic systems are complex and difficult to understand. The observed river morphology is more than the sum of the individual processes which govern them because of the superimposition of process interactions and non-linear feedback loops at multiple scales. In this context, the goal of this thesis is to explore new avenues of research in order to comprehend more accurately the complexity of gravel-bed river dynamics by using methodological and analytical approaches focusing on the interactions between the flow, transport of sediments as bedload and the bed morphology. This orientation of the thesis is in line with the fact that current paradigms in fluvial geomorphology have not succeeded in explaining adequately the natural variability of the sediment transport and its consequences on the river bedforms. Five avenues are developed in the form of articles based on case studies: 1. The study of the scales of variation of the flow allows us to integrate the turbulent flow structures into flow pulsations at larger scales and to potentially improve our understanding comprehension of bedload sediment transport variability. 2. The quantification of the rates of change of the flow magnitude (acceleration /deceleration) during a flood explains as much the variability of bedload transport fluxes as the flow intensity itself. 3. The use of complementary measurement techniques of bedload processes can reveal new river bed dynamics in gravel-bed rivers: the dilation and contraction of the bed resulting from a flood. 4. The investigation of the generally accepted fact that bedload sediment transport is correlated with the intensity of the morphological changes reveals that the two processes do not relate directly due to their different characteristic scales. 5. The systemic approach of river dynamics based on the use of multivariate analytical techniques is better suited for the study of complex linear and non-linear interactions and feedbacks in the evolution of a river channel. This analysis has shown the importance of the recent history of the morphological changes in response to a flood. The conceptual orientation of this thesis results from a deep reflection on the traditional approaches previously used for several decades in fluvial geomorphology. It is based on a single very extensive data set collected during 21 flood events in a small gravel-bed river, Béard creek (Quebec). The experimental protocol aimed at the simultaneity of processes measurements in order to focus the analysis on the interactions between the flow, the channel morphology and the bedload sediment transport rather than on the individual processes, an approach seldom used in fluvial geomorphology. Each chapter reports on a new concept or a new approach making it possible to resolve some of the issues met in fluvial geomorphology. This work has important implications for the understanding of river bed dynamics and fluvial habitats and is a starting point for new developments.

L’érosion des berges est un processus clé de la dynamique fluviale. Elle influence considérablement la charge sédimentaire des rivières et contrôle l’évolution latérale des chenaux. Les méthodes de caractérisation des mécanismes et des variables affectant l’érosion des berges sont toutefois imprécises et difficiles à appliquer. Ce projet a pour objectif de caractériser la dynamique actuelle des berges de deux tributaires contrastés du Saint-Laurent : les rivières Saint-François et Batiscan. Le premier objectif vise à quantifier les caractéristiques géotechniques de deux tronçons des rivières à l’étude près de l’embouchure avec le Saint-Laurent en décrivant la stratigraphie à différents sites typiques et en recueillant des échantillons de sédiments afin de mesurer différentes variables géotechniques (granulométrie, limites d’Atterberg, résistance à l’érosion mécanique, résistance à l’érosion fluviale). Le second objectif vise à quantifier les principales caractéristiques hydrodynamiques (précipitations, débits, cisaillements, vitesses) des deux sections de rivière. Le troisième et dernier objectif cherche à mesurer les taux d’érosion à l’échelle saisonnière en utilisant des relevés GPS et des chaînes d’érosion et à identifier les mécanismes d’érosion qui opèrent sur les rivières. Les résultats montrent une érosion importante des berges sur chacun des tributaires, mais les mécanismes qui la cause diffèrent. La Batiscan possède des berges dont le matériel est cohésif et ses berges sont principalement marquées par des ruptures de masse. La Saint-François présente des berges peu cohésives ce qui favorise l’érosion fluviale. Le taux de recul sur la rivière Saint-François est de l’ordre de 1 à 3 m/an dans certaines sections de la rivière. Une nouvelle méthode de mesure du cisaillement critique d’érosion fluviale à l’aide d’un chenal expérimental a été élaborée. Les cisaillements critiques obtenus se situent entre 1,19 et 13,41 Pa. Les résultats montrent que les facteurs jouant sur l’érosion des berges ont une variabilité intrinsèque et systémique difficile à mesurer. Le protocole expérimental développé dans ce projet s’est toutefois avéré utile pour étudier les principales variables qui influencent l’érosion des berges, tout en quantifiant les taux d’érosion et les mécanismes d’érosion de berge de deux tributaires importants du fleuve Saint-Laurent. Ce protocole pourrait être utile dans d’autres contextes. / Bank erosion is a key process in fluvial dynamics. It affects sedimentary load in rivers and controls channel lateral evolution. Until now, the methodology used to characterize bank erosion mechanisms and other controlling factors is still imprecise and difficult to apply in many cases. The aim of this project is to characterize bank dynamics in two contrasted Saint-Lawrence tributaries: the Batiscan and Saint-François rivers. The first objective of this study is to quantify geotechnical properties of a section on each river. To achieve this objective, we have described stratigraphic sections at different sites and collected bank material samples in order to measure geotechnical variables in the laboratory (grain size analysis, Atterberg limits, mechanical strength, erosional strength). The second objective is to quantify the hydrodynamic characteristics (precipitations, discharge, shear stress, velocity) of the two river sections. The third and last objective is to measure bank erosion rates with GPS data and erosion pins at a seasonal scale and to identify bank erosion mechanisms occurring in the studied reaches. The results show a high erosional sensitivity of the banks on each tributary, but the observed mechanisms differ from on river to the other. Bank material on the Batiscan River is cohesive and is more susceptible to mass failure. Bank material on the Saint-François River is less cohesive and is mainly affected by fluvial erosion. Bank erosion rates measured on Saint-François River are between 1 to 3 m/year in some sections of the studied reach. A new method of measuring fluvial erosion critical shear stress has been developed with a flume. The critical shear stresses are estimated to be between 1,19 and 13,41 Pa. The results demonstrate the high variability of the response of banks to erosional processes and the difficulty of measuring the intrinsic and systemic factors acting on bank erosion. The experimental protocol developed in this project for the study of the main variables that determine erosion bank, erosion rates and bank mechanisms in two tributaries of the Saint-Lawrence could be applied successfully to other rivers.