Thèse (M.Sc.Géogr.) -- Université Laval, 2006. / Bibliogr.: f. 52-56. Publié aussi en version électronique.

La transition Crétacé inférieur-Crétacé supérieur (environ 100 millions d'années) marque une période cruciale pour l'évolution de certaines plantes à graines. Elle correspond à la rapide radiation des plantes à fleurs et à la réorganisation écologique des Angiospermes et des conifères. Cependant, notre connaissance des plantes à graines durant le Crétacé moyen et en Laurasie reste encore très partielle. Pendant la dernière décennie, la microtomographie synchrotron s'est avérée une technique d'imagerie très performante pour l'étude les structures internes de divers fossiles. Jusqu'à maintenant, les applications de cette technique n'ont été que très limitées en paléobotanique. C'est dans ce contexte que cette thèse s'est intéressée : (1) au développement de nouvelles approches d'imagerie par tomographie, utiles en paléobotanique, et sur différents types de préservation ; (2) à l'utilisation de ces nouvelles approches pour compléter notre connaissance de la morpho-anatomie, la systématique, la diversité, et l'écologie des plantes à graines laurasiatiques du Crétacé moyen. Ainsi, un peu plus d'une centaine de spécimens (e.g. inflorescences, fleurs, fruits, et grains de pollen d'Angiospermes ; cônes and axes feuillés de conifères) provenant de gisements paléontologiques français ont été étudiés par tomographie synchrotron. Pour la première fois, de nombreuses fleurs très diversifiées sont décrites dans les dépôts cénomaniens de Charente-Maritime et du Gard (Ouest et Sud-Est de la France). Dans certains cas, toutes les unités florales du périanthe, de l'androcée, et du gynécée sont préservées. Un nouveau protocole combinant microtomographie par contraste de phase de propagation et nano-holotomographie a été développé pour étudier des petits spécimens isolés tels que des fleurs préservées sous forme de fusain ou de lignite (taille de voxel proche de 50 nm). Les données tomographiques permettent de les décrire de la morphologie générale à la paroi des grains de pollen, in situ, dans les étamines. Ces fleurs sont majoritairement attribuées à des Lauraceae et des Platanaceae. De plus, des nodules siliceux, opaques, denses, et contenant des inclusions végétales sont ici signalés dans les dépôts cénomaniens de Charente-Maritime. Ils contiennent d'abondants restes de conifères. Ils sont préservés sous forme de perminéralisation siliceuse et en trois dimensions. Ce travail propose un protocole tomographique multi-échelles, haute résolution et haute énergie, utile à l'étude d'inclusions végétales contenues à l'intérieur de nodules rocheux de grande dimension. Le conifère Glenrosa est décrit pour la première fois, de la morphologie générale des structures végétatives et reproductives à l'histologie. Ce travail soutient que pendant le Cénomanien, les environnements les plus ouverts sur la mer étaient dominés par les conifères alors que les milieux littoraux plus internes et protégés montraient quant à eux des flores à dominante angiospermienne. / The Lower Cretaceous-Upper Cretaceous transition (about 100 million years ago) stands as a crucial period for the evolution of some seed plants. It consists of the brutal radiation of flowering plants and an ecological reorganisation of Angiosperms and conifers. However, our knowledge of mid-Cretaceous Laurasian seed plants remains partial. During the last decade, synchrotron microtomography has successfully been employed for non-destructively imaging inner structures of various types of fossil remains. To date, the applications of this technique in palaeobotany are still limited. This thesis focuses on: (1) developing new tomographic imaging approaches at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble, France), relevant to palaeobotany, and especially for investigating various kinds of plant preservations; (2) applying these approaches to improve our knowledge about the morpho-anatomy, the systematics, the diversity, and the ecology of Laurasian seed plants during the mid-Cretaceous. Hundreds of unique or rare mid-Cretaceous fossil plant specimens (e.g. inflorescences, flowers, fruits, and pollen grains of Angiosperms; cones and leafy axes of conifers) from French Cretaceous deposits were imaged and investigated using several new synchrotron tomographic protocols. For the first time, abundant and diverse fossil flowers are described from the Cenomanian deposits of Charente-Maritime and Gard (western and southeastern France, respectively). In some cases, all floral units of the perianth, the androecium, and the gynoecium are preserved. A new tomographic approach combining propagation phase contrast X-ray microtomography and nano-holotomography was developed to image those small and isolated plant specimens such as charcoalified/lignitized fossil flowers (up to 50 nm of voxel size). This allows the description of fossil flowers, from their gross morphology to the micromorphology of the exine of in situ pollen grains inside stamens. They are mainly and unambiguously ascribed to Lauraceae and Platanaceae. In addition, large, opaque and dense silica-rich flint nodules containing plant inclusions are reported from the Cenomanian deposits of Charente-Maritime. They contain abundant hidden conifer. These Cenomanian conifers are exceptionally well-preserved in three dimensions and consist of siliceous permineralisation. We propose a multiscale, high resolution and high energy tomographic protocol useful for the study of plant inclusions contained inside large rocky nodules. We study the partially unexplored extinct conifer Glenrosa, from the gross morphology to the histology of its vegetative and reproductive structures. This work supports that during the Cenomanian and in coastal areas, on the one hand, palaeoenvironments which were highly influenced by marine inputs were probably dominated by conifers. On the other hand, innermost and protected palaeoenvironments showed Angiosperm-dominated floras.

L'objectif principal de cette thèse est de déterminer les facteurs environnementaux responsables de la dynamique des arbres dans les milieux humides, afin d'aider à la prévision des réponses possibles de ces populations aux changements climatiques futurs. À notre connaissance peu d'études ont abordé ce sujet sous l'angle du dynamisme des populations et celui du développement des tourbières, et ce à des échelles temporelles annuelle à millénaire. La réponse des marges forestières de milieux tourbeux du Haut- Boréal aux changements climatiques, aux perturbations, mais aussi suivant l'accumulation de la tourbe a été reconstituée grâce à la comparaison de deux petites tourbières ombrotrophes semi-forestières en Jamésie. Notre raisonnement en trois volets a été guidé par la nécessité d'analyser la dynamique forestière de ces milieux humides suivant différentes échelles temporelles et suivant les processus d'accumulation latérale et verticale de la tourbe, et ce, afin de détecter les variables environnementales qui influencent la succession végétale. Dans un premier temps, la question principale était de savoir si la variabilité des conditions d'humidité de la tourbe jouait un rôle dans la structuration récente des écosystèmes forestiers de milieux tourbeux. L'analyse dendroécologique comparative des populations d'arbres de deux tourbières, l'une très humide et l'autre plus sèche, a permis de montrer que leur dynamique récente était le résultat de l'influence du bilan hydrique saisonnier et des feux. La résilience des populations d'arbres après feu dépend de la disponibilité des micro-habitats non saturés en eau. Une fois installées, les populations d'arbres résistent aux variations d'humidité. Dans une tourbière où l'excès d'eau est fréquent, les mélèzes abondent et les épinettes ont une croissance radiale influencée par de hauts niveaux de nappe phréatique. Dans une tourbière mieux drainée, le pin gris peut coloniser les zones les plus sèches et la croissance radiale de l'épinette noire est influencée par les températures estivales. Dans un deuxième temps, l'expansion latérale des tourbières étant un processus lent qui transforme le milieu bien drainé environnant et les conditions locales de drainage, il était logique de s'attarder à connaître les liens possibles entre les facteurs environnementaux favorisant l'expansion latérale la tourbe et ceux contrôlant la dynamique forestière. La dynamique des marges forestières durant le développement latéral des deux tourbières a été reconstituée grâce à l'analyse macrofossile de la base de la tourbe datée au radiocarbone. Il a été démontré que les conditions qui favorisent le développement latéral de la tourbe (accumulation de la tourbe, topographie et drainage déficient) sont différentes de celles qui influencent la dynamique des marges forestières (feux, conditions hydriques saisonnières). Le retrait épisodique des arbres des tourbières (4500-4000 cal. BP et 3000-2500 cal. BP) est intervenu simultanément avec la formation de paléosols initiée par les feux. Enfin, nous avons examiné l'influence de l'historique des feux sur la dynamique végétale des tourbières. L'évaluation de la résilience après feu des marges forestières implique de connaître l'état de la végétation avant et après chaque perturbation. La dynamique de la végétation des deux tourbières a donc été reconstituée depuis le début de l'entourbement, soit depuis environ 5500 cal. BP en utilisant l'analyse macrofossile à haute résolution (cm) et l'anthracologie. Les données montrent que la végétation des tourbières n'est pas en équilibre avec le climat. A l'échelle des siècles, le développement des tourbières est épisodiquement freiné les feux. Des périodes d'ouverture du couvert forestier des tourbières (4500-4000 cal. BP et 1500-1300 cal. BP) étaient associées à l'ouverture plus généralisée des bassins versant, initiée par les feux, combinée peut-être à un climat plus froid. Des périodes d'abondance des arbres dans les tourbières (5500-5000 cal. BP et autour de 900 cal. BP) accompagnaient des taux d'accumulation de tourbe élevés lors de périodes chaudes et humides. Dans l'ensemble, on a démontré que les populations d'arbres dans les tourbières ne sont pas en équilibre avec le climat. Le bilan hydrique saisonnier estival, résultat du bilan entre les apports en eau, sous forme de neige et de pluie, et la perte en eau par drainage et évapotranspiration, sont des variables clefs, aussi bien dans le succès de régénération des arbres dans les tourbières que dans leur croissance. Le feu est un élément déclencheur de l'ouverture généralisée du couvert forestier, aussi bien dans les tourbières que dans le milieu bien drainé avoisinant. Enfin, suivant un climat chaud et humide, la paludification et le développement des arbres dans les tourbières peuvent augmenter tant que l'évapotranspiration limite le degré de saturation en eau et permet l'occurrence d'étés secs favorables aux feux et à la régénération.