L’objectif de ce mémoire est de quantifier la diagenèse de l’arsenic (As) dans les sédiments, d'utiliser ceux-ci comme archive environnementale et d’identifier les réactions clés de l’As. Huit lacs ont été visités en juin 2018 et mai 2019, le long d’un transect de 80 km au nord-ouest de la mine d’or Giant, à Yellowknife, dans les Territoires du Nord-Ouest, Canada, pour y prélever de l’eau de surface, des carottes de sédiments et de l’eau porale. Ces échantillons ont été analysés afin d’obtenir les concentrations dissoutes et solides de carbone organique, d’As, de fer (Fe), manganèse (Mn) et d'aluminium (Al) et des anions nitrate, sulfate, sulfure et chlorures. Les concentrations d’As dans l’eau porales ont été interprété à l’aide de la modélisation diagenétique inverse et de calculs thermodynamiques. L'historique des flux d’As solide déposés au fond des lacs a été calculé après correction pour l'influence de la diagenèse. Les flux diffusifs d’As à l’interface eau-sédiment en réponse à la contamination causée par l’activité minière ont été calculés pour les deux années d'échantillonnage. Les résultats montrent que la diagenèse est plus importante dans les lacs avec des taux de sédimentation plus faibles. Après correction, les données indiquent que les flux d'As maximaux coïncident avec la période d'activité de la mine. Néanmoins, les lacs près de la mine sont toujours sous l’influence d’apports importants d’As dissous depuis leur bassin versant, et montrent des flux diffusifs élevés d’As vers la colonne d’eau. Les calculs thermodynamiques de spéciation et des indices de saturations suggèrent que la mobilité de l'As est liée à celle des oxydes de fer et au soufre. Le sulfure de fer amorphe se forme dans les sédiments et l’As co-précipite ou s’adsorbe sur cette phase minérale. Enfin, le moment de la fonte du couvert de glace, qui permet l’arrivée de l’oxygène, semble déterminer la mobilité de l’As auprintemps. Dans le contexte où les changements climatiques influencent la durée du couvert de glace, une étude approfondie de l’effet du couvert de glace sur les conditions d’oxydoréduction est souhaitable. / The goal of this thesis is to quantify the diagenesis of arsenic (As) in the sediments, using them as environmental archives and identify the key reactions of As. Eight lakes have been visited in June 2018 and May 2019, along an 80 km transect northwest from the gold mine Giant, near Yellowknife in the Northwest Territories, Canada to collect surface water, sediment cores and porewater. These samples have been analyzed to obtain the dissolved and solid concentration of organic carbon, As, iron (Fe), manganese (Mn) and aluminium (Al) and anions (nitrate, sulfate, sulfide and chloride). As concentrations in porewater were interpreted using inverse diagenetic modeling and thermodynamics calculations. The history of the fluxes of solid As deposited at the bottom of the lakes was calculated after correction for the influence of diagenesis. Diffusive fluxes of As at the sediment-water interface in response to contamination from mining activity were calculated for the two years of sampling. The results show that diagenesis is greater in lakes with lower sedimentation rates. After correction, the data indicates that the maximum As fluxes coincide with the period of mine activity. Nonetheless, lakes near the mine are still influenced by large inputs of dissolved As from their watersheds, and show high diffusive fluxes of As to the water column. Thermodynamic calculations of speciation and saturation index suggest that the mobility of Asis related to that of iron oxides and sulfur. Amorphous iron sulfide forms in the sediment and As coprecipitates or adsorbs to this mineral phase. Finally, the timing of the melting of the ice cover, which allows the arrival of oxygen, seems to determine the mobility of As in the spring. In the context of climate change shortening the duration of ice cover, an in-depth study of the effect of ice cover on redox conditions is desirable.

Le Lac Wabush est un lac constamment influencé par un courant hyperpycnal créé par la décharge de résidus miniers. À l'aide de multiples levés bathymétriques, de données de sismique réflexion ainsi que de données provenant de campagnes d'échantillonnage des sédiments, l'évolution temporelle du Lac Wabush est décrite. L'analyse de ces données a entre autre permis de démontrer l'importance, pour le transport des sédiments, des chenaux sous-marins à la tête desquels une rupture de pente (knickpoint) est présente. L'analyse de plusieurs levés consécutifs permet de retracer l'évolution de ces knickpoints : ils montrent une migration vers l'amont, laquelle serait responsable de la formation de chenaux sous-marins. Les knickpoints sont habituellement décrits comme étant le résultat de forçage tectonique ou d'un changement de niveau de base local. Le contexte du Lac Wabush n'étant pas affecté par ces forçages, les processus responsables de la formation des chenaux, i.e. les knickpoints, ont été étudiés à l'aide d'un modèle physique du lac Wabush. Nos expériences permettent d'expliquer que la raison principale conduisant au développement des knickpoints et des chenaux provient d'un déséquilibre entre l'angle des lits frontaux du delta et l'angle de déposition du courant de turbidité coulant sur ces lits frontaux. Tel que décrit dans la littérature, la migration des knickpoints peut s'expliquer de manière hydraulique par l'érosion via un courant de turbidité. Par contre, nos expériences ont démontré que cette migration pouvait aussi être contrôlée par des instabilités géotechniques. Partant de ce constat, une étude de stabilité de certains knickpoints présents au Lac Wabush a été effectuée, laquelle a permis de démontrer que les glissements de terrain peuvent aussi contrôler, sous certaines conditions, la migration des knickpoints dans un environnement réel. Au lac Wabush, le haut taux de sédimentation, la faible perméabilité des résidus ainsi que la déposition dans un état lâche des résidus dans le lac sont des facteurs pouvant conduire à la liquéfaction statique de ces matériaux, engendrant un recul des knickpoints. En conclusion, il a été démontré que la migration des knickpoints, soit le mode de formation des chenaux sous-marins au Lac Wabush, est donc un phénomène autant hydraulique que géotechnique.

L'objectif de cette thèse est de caractériser la genèse, la croissance et la stabilisation de cheniers en contexte macrotidal. Ces cordons littoraux transgressifs, ancrés dans une séquence fine progradante, sont le résultat d'un équilibre entre apports de sédiments fins par une dynamique fluviale ou tidale, et remaniement de sédiment grossier par la houle. A travers l'exemple de la baie du Mont-Saint-Michel, la problématique est abordée par une approche intégrée et pluri-disciplinaire, du processus hydrodynamique (échelle de la seconde), à l'évolution d'un littoral et la construction d'un corps sédimentaire (plusieurs dizaines d'années). Etude en laboratoire (vitesse de chute, seuils de mise en mouvement) et modélisation en canal à houle ont mis en évidence l'importance de la forme plate des particules bioclastiques et de la forte perméabilité dans leur mise en suspension, leur transport, et leur structuration en lits sédimentaires. La prospection par géoradar sur le terrain et l'analyse de carottes (scanner à rayons X et perméabilité) ont dévoilé la structure interne et les caractéristiques géotechniques des cheniers, avec une description fine des faciès lithologiques. Enfin, les observations de terrain et la modélisation en canal à houle démontrent l'importance des niveaux de submersion dans la dynamique des cheniers, et permettent de proposer un modèle de dépôt contrôlé par les cycles tidaux à 4,5 et 18,6 ans, modulé par l'intensité de la houle.

Depuis le début de la période historique, la récurrence des processus de versant observée en Islande a causé plusieurs victimes et d’importants dommages aux infrastructures. Ces processus ont une forte capacité d’érosion et de transport et laissent leur marque dans le paysage notamment sous la forme d’accumulations sédimentaires au pied des versants dont l’étude permet de retracer la dynamique du versant et les extrêmes météorologiques passés. Ces travaux de maîtrise s’inscrivent dans un projet de recherche international visant à documenter la relation humain-environnement en Islande. L’objectif principal de cette étude est de documenter la dynamique de versants du nord-est de l’Islande; plus précisément, du mont Flautafell (522 m) qui constitue la limite nord-ouest de la vallée Svalbarðstunga (66°09’N, 15°45’O). Cette étude est basée sur une approche géomorphologique et chrono-stratigraphique complémentée par des recherches historiques dans les archives locales. Nos résultats démontrent que les avalanches de neige et les coulées de débris sont des processus de transport sédimentaires importants et répandus à l’ensemble du versant. L’étude des formes sur le versant montre une diminution de la distance de transport sédimentaire par les avalanches chargées les plus récentes. La chronologie établie grâce à la datation au radiocarbone (¹⁴C) et à la téphrochronologie démontre que le versant est caractérisé par une alternance de périodes de stabilité et d’activité depuis environ 3000 BP. La période du Petit Âge glaciaire a été active d’un point de vue géomorphologique et ce, sur l’ensemble du versant. Les registres fonciers rapportent également certains épisodes d’avalanche au cours de la même période. Nos résultats suggèrent que ces évènements auraient eu un impact important sur l’occupation de la ferme Flautafell, localisée au pied du versant. Ainsi, l’activité avalancheuse entre AD 1477 et AD 1703 aurait endommagé des champs et provoqué le déménagement d’une ferme située dans la zone d’étude.

L'érosion côtière affecte actuellement plus de 50% des côtes de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Dans ce contexte, il est important de comprendre le transfert sédimentaire vers le milieu marin puisque les sédiments sont exportés du système littoral et contribuent ainsi à la perte de sédiments sur la côte. L'objet de cette étude est donc de caractériser le transfert sédimentaire le long de la baie de la Boule vers le milieu marin via un système chenal-levée au large de la Pointe-aux-Basques (Sept-îles, Côte-Nord) afin de déterminer si ce système contribue présentement à transférer des sédiments côtiers erodes vers le large. Pour atteindre cet objectif, des données bathymétriques à haute résolution, de sonar à balayage latéral, de profileur acoustique de sous-surface, de magnétomètre marin et LiDAR ont été acquises dans la région de Sept-îles. De plus, huit carottes boîtes ont été prélevées de la colonne sédimentaire à même le système chenal-levée afin d'analyser les propriétés physiques et chimiques des sédiments ainsi que le profil de décroissance radioactive du 210Pb. Les résultats de cette étude confirment que la région est affectée par une dynamique sédimentaire côtière très active, où plus de 400 000 m3 de sédiments ont été transportés sur la côte entre 2006 et 2008. En milieu marin peu profond, les données granulométriques démontrent qu'un système de dunes prograde vers l'ouest. Ces dunes permettent de transférer les sédiments vers la Pointe-aux-Basques où le rétrécissement du plateau côtier engendre le débordement des sédiments et la formation de courants gravitaires. Ces courants gravitaires sont à l'origine du système chenal-levée et sont visibles sous la forme d'événements ponctuels dans les carottes de sédiments. Les données de sous-surface suggèrent également l'activité récente du système par la morphologie et la stratigraphie des chenaux. De plus, les analyses au 210Pb confirment que le système est présentement actif et affecté par des événements de sédimentation rapides et ponctuels. Les données provenant du magnétomètre marin et de la susceptibilité magnétique des carottes suggèrent quant à elles que les sédiments proviennent bel et bien du littoral, contribuant ainsi dans une certaine mesure, à une perte de sédiments sur la côte.

Cette thèse présente une étude du système érosion-transport-sédimentation en milieu de thermokarst dans un contexte de réchauffement climatique. La zone d’étude comprend le bassin versant de la rivière Sheldrake, 5 km au nord du village Umiujaq au Nunavik, ainsi qu’une zone de 15 km2 au large de son embouchure, dans le Passage de Nastapoka, en baie d’Hudson. Trois axes majeurs sont considérés: 1- l’étude des conditions de pergélisol et l’estimation quantitative des masses et volumes de sédiments et de carbone érodés à l’échelle du bassin versant ; 2- la mesure du régime hydrologique et sédimentaire du principal vecteur de transport, la rivière Sheldrake ; 3- la bathymétrie, la sédimentologie et la mesure des apports sédimentaires et organiques dans le milieu marin côtier au large de l’embouchure de la rivière. Dans le bassin versant de la rivière Sheldrake, le pergélisol s’est considérablement dégradé au cours des 50 dernières années, particulièrement dans la toundra forestière. La subsidence des lithalses, des palses, des plateaux de pergélisol et des plateaux palsiques engendre la formation de mares de thermokarst. De nombreux glissements de terrain et des ravins d’érosion sont également actifs et favorisent le rejet de sédiments dans le réseau fluvial. Avec la dégradation du pergélisol, la connectivité hydrologique augmente, ce qui facilite l’évacuation des sédiments et du carbone via le cours d’eau principal. Dans cet environnement thermokarstique, la charge sédimentaire fluviale en suspension est plus importante en été alors que les températures élevées de l’air commandent le dégel des sols, favorisant l’activation des ostioles et le déclenchement des glissements de terrain. Les pluies estivales permettent le transport et l’évacuation des sédiments en baie d’Hudson. Parvenus en mer, les sédiments et le carbone transportés en suspension subissent une forte dispersion à cause de l’intensité des courants marins du Passage de Nastapoka. Il en résulte l’absence d’une augmentation mesurable du taux de sédimentation. En revanche, la composition isotopique du carbone sédimentaire montre que la fraction terrigène a augmenté depuis le Petit Âge Glaciaire et que ce phénomène s’est considérablement accéléré vers la fin du 20ème siècle. Il est suggéré que la dégradation du pergélisol contribue à cette augmentation, quoique ce ne soit pas le seul facteur qu’on puisse invoquer. / This thesis studies the system erosion-transport-sedimentation in a thermokastic area, in a context of warming climate. The study area encompasses the catchment of the Sheldrake River, 5 km north of the village Umiujaq, Nunavik, and a 15 km2 area off its mouth, in the Nastapoka Sound, in Hudson Bay. Three main axes are considered: 1- study of permafrost conditions and quantitative estimate of the volumes and masses of eroded sediment and organic carbon at the scale of the catchment; 2- measurements of the hydrological and sedimentary regime of the main vector of transport, the Sheldrake River; 3- bathymetry, sedimentology and measurements of mineral and organic inputs in the coastal marine environment, off the river mouth. In the Sheldrake River catchment, permafrost has considerably degraded during the last 50 years, particularly in the forested tundra. Subsidence of lithalsas, palsas, permafrost plateaus and peat plateaus leads to the formation of thermokarst ponds. Many landslides and erosion gullies are also active and favor inputs of sediments in the fluvial network. Because of permafrost decay, hydrological connectivity increases, facilitating evacuation of sediment and carbon through the river. In this thermokarstic environment, the fluvial sedimentary load in suspension is more important during summer when high air temperatures provoke soils thawing, favoring frostboils activation and triggering of landslides. Summer rainfalls allow sediment transport and evacuation in Hudson Bay. Once in the sea, the sediments and carbon in suspension are dispersed because of the intensity of the marine currents in the Nastapoka Sounds. This results in an absence of a measurable increase of sedimentation rates. However, the isotopic composition of sedimentary carbon shows that the terrestrial fraction has increased since the Little Ice Age and that this trend has significantly accelerated since the end of the 20th century. It is suggested that permafrost decay contributes to this increase, although it is not the only proposed source.