L'eutrophisation est une des principales menaces pesant sur les écosystèmes aquatiques. Cette thèse a pour objectifs de déterminer le rôle des paramètres abiotiques liés à l'eutrophisation, notamment la concentration en phosphore total, sur 1) la composition chimique des communautés végétales aquatiques, 2) leur décomposition et 3) les flux de C dans les zones humides. 1. Trois espèces aquatiques représentatives des trois stratégies adaptatives de Grime (i.e. compétitive, rudérale et stress tolérante) sont sélectionnées dans des zones humides distribuées le long d'un gradient de phosphore. Les espèces compétitives et rudérales ont une concentration en lignine significativement plus faible que l'espèce stress tolérante. Pour une même espèce, la teneur en eau augmente avec la concentration en phosphore de l'habitat et l'allocation en composés carbonés (amidon et/ou lignine) varie également significativement. 2. La composition des plantes aquatiques a un fort effet sur leur décomposition, les espèces rudérales et compétitives se décomposant plus vite, d'autant plus si elles se sont développées dans des sites riches en nutriments. 3. Dans les milieux eutrophes, les communautés végétales contribuent à l'augmentation des émissions de CH4 et diminuent les émissions de CO2 mesurées pendant la journée, probablement directement, au travers de leur qualité, de leur vitesse de décomposition, et des quantités de matières produites, et indirectement, au travers de leur position dans la lame d'eau. Le niveau d'eutrophisation des écosystèmes doit donc être pris plus explicitement en compte dans les modèles d'estimation des flux de carbone des milieux aquatiques d'eau douce / Eutrophication is a current threat for wetlands. This phD thesis aims at determining the role of the abiotic parameters of eutrophication, mainly the phosphorus content, 1) on aquatic plant quality, 2) on aquatic plant decomposition, and 3) on carbon fluxes. 1. Three aquatic plant species representative of the Grime strategies, i.e. competitive, ruderal and stress tolerant, were collected in wetlands dispatched along a phosphorus gradient. For the three species, water content of populations increased with the nutrient content of the habitat. Carbon allocation (starch and/or lignin) also varied according to habitat. 2. The three species were collected and decomposed in wetlands dispatched along a nutrient gradient. Aquatic plant quality significantly affected their decomposition, in particular the ruderal and competitive species were more rapidly decomposed when they grew in nutrient rich sites. 3. Daytime CO2 and CH4 fluxes were measured in 6 floristic zones. Daytime CO2 emissions were negatively correlated with net primary productivity and CH4 emissions were positively correlated. The abundance of floating vegetation also increased CH4 emissions probably because macroalgae and to a lower extent vascular plants with floating leaves favor anoxic conditions. Eutrophication may affect aquatic plant chemical composition and increase their decomposition rate. Moreover, in eutrophic wetlands, floating vegetation may affect carbon fluxes because of their quality, their decomposition rate and the quantities produced, and indirectly because of their location in water column. Therefore the eutrophication should be taken into account in the global C budgets of softwater ecosystems

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Les industries minières génèrent vraiment des quantités importantes de déchets et de sous-produits qui peuvent contenir des éléments traces et des métaux lourds. Ces sous-produits et déchets sont des sources importantes de pollution de l'air, de l'eau et du sol, qui peuvent finalement affecter les ressources en eau. Diverses techniques physiques et chimiques sont employées pour éliminer les polluants du sol et de l'eau ; cependant, ces méthodes s'avèrent souvent coûteuses, laborieuses et peuvent altérer la composition des micro-organismes du sol. La phytoremédiation, une technologie verte, est une méthode rentable pour éliminer les métaux lourds des sols et des eaux contaminés. Les objectifs de cette thèse étaient : (i) d'examiner le rôle des macrophytes des zones humides dans la bio accumulation des métaux lourds comme moyen de décontamination des écosystèmes aquatiques ; (ii) d'évaluer le biochar produit par pyrolyse de la biomasse de macrophytes des zones humides et de inoculant microbiens comme bio-amendements de rejets miniers aurifères alcalins, et (iii) d'évaluer l'opinion et les perceptions des experts quant à l'acceptabilité sociale de la technologie d'hydrophytoremédiation par l'utilisation des plantes des zones humides au Canada, ainsi que la gestion de la gestion de la biomasse après récolte. Dans le chapitre 1, nous avons cherché à évaluer le potentiel de trois types de macrophytes émergents pour effectuer la phytofiltration du Cu à partir de sédiments contaminés par le Cu et de l'eau avec des concentrations variables de Cu (0, 50, 100, 150 et 200 μM). Pour simuler un écosystème naturel de zone humide, nous avons mené une étude en mésocosme en serre en utilisant des conditions expérimentales semi-hydroponiques et hydroponiques. Nous avons sélectionné trois types de plantes indigènes au Québec, Canada : Typha latifolia, ainsi que Phragmites australis, sous-espèce americanus (Phragmite indigène au Canada) et Phragmites australis, sous-espèce australis (phragmite exotique). Nous avons obtenu dans ces plantes un facteur de translocation (FT) de Cu <1 et un facteur de bioconcentration (FBC) >1. De plus, nous avons observé une relation inverse entre des doses croissantes de Cu et la biomasse moyenne aérienne et souterraine, ainsi que la hauteur et la longueur des racines des plantes sélectionnées dans des conditions hydroponiques. Nos résultats suggèrent que ces macrophytes des zones humides pourraient potentiellement éliminer les métaux lourds des sédiments contaminés par le Cu et des eaux enrichies en Cu. Pour le chapitre 2, nous avons mené des recherches pour explorer l'efficacité de l'utilisation d'une approche globale pour phytocapter les résidus de la mine d'or de Desmaraisville. Plus précisément, cette approche consistait à amender les résidus fins (RF) et les résidus grossiers ou stériles (RG) avec du biochar, ainsi que des inoculants microbiens. La biomasse aérienne de P. australis récoltée lors d'une expérience semi-hydroponique a été convertie en biochar par pyrolyse. L'étude a été menée dans un environnement de serre contrôlé, où des conteneurs mésosomes ont été utilisés pour cultiver des semis d'arbres (Populus tremuloides ; Picea glauca) et des graines herbacées (Lotus corniculatus ; Festuca rubra). Pour étudier l'efficacité des amendements de biochar, trois types d'amendements de biochar ont été appliqués : Le biochar préparé à partir de P. australis (PB), le biochar commercial d'écorce d'érable Award-Maple-700 (CB) et un traitement contrôlé sans biochar (WB). Ces amendements ont été appliqués avec (IN) et sans (WI) inoculation microbienne et testés sur deux substrats distincts, à savoir les stériles (WR) et les résidus fins (FT). Sur la base de notre étude, l'utilisation d'amendements de biochar, en combinaison avec l'inoculation microbienne, pour la plantation d'espèces végétales spécifiques pourrait offrir une solution pratique pour la revégétalisation des résidus alcalins de mines d'or. Enfin, le chapitre 3 présente la perception des experts sur l'acceptabilité sociale de la technologie d'hydrophytoremédiation, à travers une enquête par questionnaire auprès des experts. Cette étude a utilisé la méthode Delphi pour recueillir les opinions des experts sur la faisabilité de l'utilisation des plantes des zones humides pour l'hydrophytoremédiation dans l'élimination de la contamination des métaux lourds des plans d'eau causée par les activités minières. Bien que la phytoremédiation soit une technique rentable et respectueuse de l'environnement, peu de recherches ont été menées sur son acceptabilité sociale. Selon les experts, l'utilisation de plantes de zones humides dans l'hydrophytoremédiation pour l'élimination des métaux lourds de l'eau affectée par l'exploitation minière est perçue comme une stratégie viable et efficace. En outre, tous les experts s'accordent à dire que les organismes de réglementation devraient être responsables de la protection des zones humides et de la gestion raisonnée de la biomasse contaminée après la récolte. Dans l'ensemble, la phytoremédiation pourrait être une approche prometteuse pour l'élimination des contaminants, qui nécessite des recherches supplémentaires pour assurer sa mise en œuvre sûre et socialement acceptable. En utilisant des techniques post-récolte appropriées, la phytoremédiation peut être une stratégie efficace pour remédier à la contamination par les métaux lourds dans les masses d'eau résultant des activités minières. / Mining industries generate significant amounts of waste and by-products that may contain trace elements and heavy metals. These by-products and wastes are significant sources of air, water and soil pollution, which can ultimately affect water resources. Various physical and chemical techniques are used to remove pollutants from soil and water; however, these methods are often costly, time-consuming and can alter the composition of soil microorganisms. Phytoremediation, a green technology, is a cost-effective method for removing heavy metals from contaminated soil and water. The objectives of this thesis were: (i) to examine the role of wetland macrophytes in the bioaccumulation of heavy metals as a means of decontamination of aquatic ecosystems; (ii) to evaluate biochar produced by pyrolysis of wetland macrophyte biomass and microbial inoculants as bio-amendments of alkaline gold mine tailings, and (iii) to assess expert opinion and perceptions of the social acceptability of hydrophytoremediation technology using wetland plants in Canada, as well as the management of post-harvest biomass. In Chapter 1, we sought to evaluate the potential of three types of emergent macrophytes to perform Cu phytofiltration from Cu-contaminated sediments and water with varying Cu concentrations (0, 50, 100, 150 and 200 μM). To simulate a natural wetland ecosystem, we conducted a greenhouse mesocosm study using semi-hydroponic and hydroponic experimental conditions. We selected three plants varieties occurring in Quebec, Canada: Typha latifolia, as well as Phragmites australis, subspecies americanus (native to Canada) and Phragmites australis, subspecies australis (exotic). We obtained in these plants a translocation factor (TF) of Cu <1 and a bioconcentration factor (BCF) >1. In addition, we observed an inverse relationship between increasing concentrations of Cu and the average above-ground and below-ground biomass, as well as root height and length of selected plants under hydroponic conditions. Our results suggest that these wetland macrophytes could potentially remove heavy metals from Cu-contaminated sediments and Cu-enriched waters. For Chapter 2, we conducted research to explore the effectiveness of using a comprehensive approach to phytocaping the Desmaraisville gold mine tailings. Specifically, this approach consisted of amending fine tailings (FT) and coarse tailings or waste rock (WR) with biochar, as well as microbial inoculants. Aboveground biomass of P. australis harvested in a semi-hydroponic experiment was converted to biochar by pyrolysis. The study was conducted in a controlled greenhouse environment, where mesocosm containers were used to grow tree seedlings (Populus tremuloides, Picea glauca) and herbaceous seeds (Lotus corniculatus; Festuca rubra). To study the effectiveness of biochar amendments, three types of biochar amendments were applied: Biochar prepared from P. australis (PB), commercial maple bark biochar Award-Maple-700 (CB), and a control treatment without biochar (WB). These amendments were applied with (IN) and without (WI) microbial inoculation and tested on two separate substrates, WR and fine tailings FT. Based on our study, the use of biochar amendments, in combination with microbial inoculation, for the planting of specific plant species could offer a practical solution for the revegetation of alkaline gold mine tailings. Finally, Chapter 3 presents the experts' perception of the social acceptability of the hydrophytoremediation technology, through a questionnaire survey of the experts. This study used the Delphi method to collect the experts' opinions on the feasibility of using wetland plants for hydrophytoremediation in removing heavy metal contamination from water bodies caused by mining activities. Although phytoremediation is a cost-effective and environmentally friendly technique, little research has been conducted on its social acceptability. According to experts, the use of wetland plants in hydrophytoremediation for the removal of heavy metals from water affected by mining is seen as a viable and effective strategy. In addition, all experts agree that regulatory agencies should be responsible for wetland protection and the sound management of contaminated biomass after harvesting. Overall, phytoremediation may be a promising approach for contaminant removal, which requires further research to ensure its safe and socially acceptable implementation. Using appropriate post-harvest techniques, phytoremediation can be an effective strategy to address heavy metal contamination in water bodies resulting from mining activities.

Dans le nord du golfe du Saint-Laurent, l'oursin vert, Strongylocentrotus droebachiensis, est l'herbivore dominant en zone infralittorale rocheuse. Son impact sur la structure et la dynamique des communautés de macrophytes est toutefois peu connu. Le but de mon étude était de caractériser la dynamique de répartition des macrophytes de la zone infralittorale rocheuse de l’archipel de Mingan, puis d’examiner les mécanismes de défense permettant à certains macrophytes dominants de résister au broutage de l’oursin. Des observations et expériences sur huit sites sur des périodes couvrant jusqu’à deux ans ont indiqué que la position de la limite inférieure des ceintures de laminaires variait grandement dans le temps et entre les sites et était principalement contrôlée par le broutage de l’oursin. L'abrasion par les glaces et la formation de barrières algales limitant le déplacement des oursins ont vraisemblablement affecté cette variation. En zone dénudée, une grande stabilité temporelle caractérisait la distribution et l’abondance de la phaéophycée pérenne Agarum cribrosum. L’agrégation d’A. cribrosum en plaques résilientes à de faibles perturbations favorisait le recrutement algal, dont la rhodophycée Ptilota serrata. L’évitement du broutage de l’oursin par les juvéniles d’A. cribrosum reposait sur leur association avec la phaéophycée annuelle Desmarestia viridis. Pour les juvéniles évoluant sous un couvert de D. viridis, le coût d’une perte de croissance était nettement compensé par le bénéfice d’une réduction du broutage. Des expériences en laboratoire ont établi que la répulsion de l’oursin par D. viridis était principalement due au mouvement de balayage de l’algue, résultat de l’effet combiné de sa délicate morphologie et de l’action des vagues puis, dans une faible mesure, de sa composition chimique. Les attaques de l’oursin sur D. viridis augmentaient avec la densité de l’oursin mais diminuaient avec l’augmentation du mouvement de l’eau. / In the northern Gulf of St. Lawrence, the green sea urchin, Strongylocentrotus droebachiensis, is the dominant herbivore in the rocky subtidal zone. Its impact on the structure and dynamics of algal communities is, however, poorly known. The objective of my study was to characterize the dynamics in the distribution and abundance of macrophytes in the rocky subtidal zone in the Mingan Islands, and to examine the mechanisms of defense that allow dominant macrophytes to resist urchin grazing. Observations and experiments at eight sites over periods of up to two years indicated that the position of the lower limit of the kelp beds varied markedly through time and among sites and was largely controlled by urchin grazing. Ice souring and the formation of algal barriers that reduced urchin displacement likely affected this variation. In the barrens zone, there was a high temporal stability in the distribution and abundance of the perennial phaeophyte Agarum cribrosum. The aggregation of A. cribrosum into patches resilient to small disturbances enhanced algal recruitment, notably that of the rhodophyte Ptilota serrata. The avoidance of urchin grazing by juveniles of A. cribrosum was related to their association with the annual phaeophyte Desmarestia viridis. For juveniles, the cost of a reduced growth under a D. viridis canopy was clearly outweighed by the benefit of reduced urchin grazing. Laboratory experiments established that the repulsion of urchins by D. viridis was primarily due to the sweeping motion of the alga resulting from the interaction between its delicately-branched morphology and wave action and, to a lesser extent, by its chemical make-up. Urchin attacks on D. viridis increased with urchin density, but decreased with increased water motion.

Le myriophylle à épis (Myriophyllum spicatum) est une plante aquatique exotique envahissante présente dans près de 200 plans d'eau au Québec et ailleurs en Amérique du Nord. Cette plante aquatique submergée à des effets sur la biodiversité et nuit aux usages des lacs. Les objectifs d'une lutte contre le myriophylle ne visent pas l'éradication de la plante, mais plutôt la réduction de sa biomasse. J'ai émis l'hypothèse que dans le cas d'un lac de dimensions modestes, il est possible de réduire de 95 % la superficie couverte par le myriophylle en déployant une stratégie mettant à profit les techniques de bâchage et d'arrachage manuel. J'ai testé cette hypothèse en 2020 et en 2021 au lac des Abénaquis (région de Chaudière-Appalaches, Québec) où on trouvait (2019) près d'un hectare d'herbiers de myriophylle. Au lac des Abénaquis, un bâchage avec toiles en fibre de verre a éliminé la presque totalité des tiges de myriophylle (-99 %) et a favorisé le retour rapide des plantes vasculaires indigènes. L'arrachage a réduit également la densité des tiges de myriophylle (-88 %) et a permis de maintenir un couvert en plantes vasculaires indigènes qui, autrement, disparaîtrait au profit de l'envahisseur. Le choix d'une méthode de lutte (bâchage, arrachage avec sacs-filets ou arrachage avec système de remontée par succion) dépend de la densité et de la superficie des herbiers, mais aussi de la présence d'obstacles (roches, troncs d'arbre, etc.), de plantes aquatiques indigènes et de la distance à parcourir entre les plants à arracher. Des règles de décision sont proposées dans ce mémoire. Le myriophylle colonise de nouveaux sites dans un lac grâce à sa propagation végétative par élagage naturel. Même en très faible abondance, il peut produire des milliers de fragments. Au lac des Abénaquis, près de 30 % des fragments de tiges développent des racines avant ou après s'être détachés d'un plant - les possibilités de réenvahissement sont donc élevées. La lutte nécessite un investissement important lors des premières années (lutte intensive), ainsi qu'un investissement plus modeste, quoique récurrent, lors d'une deuxième phase de travaux (lutte de maintenance). La lutte efficace contre le myriophylle est possible, mais elle est coûteuse et doit être minutieusement planifiée pour se voir couronnée de succès.