Des études ont démontré que du chlore organique est retenu dans les sols et serait formé par un processus de chloruration issu de l’activité microbienne des sols. Le but de cette étude est d’estimer les formes organiques de chlore dans des sols contrastés et de mettre en évidence l’évolution de ces formes de chlore selon certains paramètres environnementaux ou modalités d’incubations en fonction de l’activité des microorganismes. Les horizons organo-minéraux de sols contrastés ont été étudiés (i) in situ : Les quantités de chlore et les paramètres physico-chimiques et microbiologiques de sols ont été mesuré ; (ii) dans deux dispositifs d’incubations sous différentes modalités. Les mesures des teneurs en chlore entre le début et la fin de la première expérience ont été mesurées par analyseur d’AOX. Pour la deuxième expérience, les sols ont été enrichis en Na37Cl et les teneurs en 37Cl ont été mesurées par ICP MS HR. Des mesures par spectrométrie Xanes ont été réalisées pour préciser la spéciation du chlore des sols. Les teneurs en chlore organique non extractibles représentent presque la totalité du chlore. Les paramètres qui influencent la répartition des teneurs en chlore correspondent au couvert végétal, au pH, à la teneur en carbone organique et aux quantités de microorganismes. Les teneurs en chlore mesurées par analyseur d’AOX et par ICP MS HR ont permis de mettre en évidence une formation de chlore organique en relation avec les paramètres microbiologiques. Les mesures par ICP MS HR ont montré une formation de chlore organique en conditions abiotiques. Les analyses par spectrométrie XANES n’ont pas permis de mettre en évidence une formation de chlore organique / Recent studies have shown that organic chlorine is retained in the soil and is formed by a chlorination process mainly from the microbial activity of the soi still poorly documented. The aim of this study is to estimate the organic and inorganic forms of chlorine in contrasting soil and highlight the evolution of these forms according to certain environmental parameters or terms of incubations and to the activity of microorganisms. For this, the organo-mineral horizons of contrasting soil were studied (i) in situ: The amounts of chlorine and physico-chemical and microbiological parameters of soil were measured; (ii) in two experimental devices incubations under different conditions. Measurements of chlorine levels between the beginning and the end of the first experiment were measured by AOX analyzer. For the second experiment, the soil was previously enriched with Na37Cl and 37Cl levels were measured by HR ICP MS. Soil samples from these incubations were analyzed by Xanes spectrometry to identify the speciation of chlorine forms in soils. Soil non-extractable organic chlorine contents represent almost all of the chlorine. The parameters that influence the distribution of chlorine contents in soils correspond to vegetation cover, pH, organic carbon content and quantities of microorganisms. The chlorine contents measured by AOX analyzer and by HR ICP MS highlight an organic chlorine formation over time in relation to the microorganims in the soil. The measures carried out by HR ICP MS show also an organic chlorine formation in abiotic conditions. Conversely, XANES spectrometry measurements have show any organic chlorine formation

Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'industrie forestière québécoise fait actuellement face à une pénurie de sa main-d'œuvre sylvicole. Il importe alors de mieux saisir la réalité opérationnelle des travaux d'aménagement sylvicole. À cet effet, le traitement de dégagement de la régénération est sous étude depuis 2000 dans le but de comprendre la dynamique de l'effort du travailleur sylvicole dans un contexte de travail à forfait. L'instauration d'un modèle de rémunération à taux variable ($/ha = hr/ha x $/hr) fut recommandée afin de stabiliser l'effort des travailleurs, éviter des excès de fatigue et diminuer les risques d'accident. Toupin (2004) propose un modèle à trois variables pour expliquer la productivité des travailleurs : Productivité (hr/ha) = PO + pi x recouvrement + P2 x densité + [33 x obstacles. La présente étude démontre une façon efficace, simple et économique d'établir une mesure de la variable obstacle de ce modèle. L'hypothèse de recherche suggère la possibilité d'identifier des classes d'obstacles nuisibles aux débroussailleurs à partir d'indices reliés au site forestier à dégager. Des facteurs tels que le procédé de récolte, le type de préparation de terrain, le type écologique et les dépôts de surface fournissent des indices rendant possible l'identification indirecte des difficultés causées par les obstacles du terrain. Une telle approche évite l'exécution d'un inventaire terrain et limite par le fait même les coûts d'application du modèle de productivité. Deux méthodes sont proposées, une méthode par échantillonnage et une méthode par zonage. Celles-ci ont comme objectif commun de permettre l'estimation indirecte de classes de difficulté aux obstacles nuisibles aux travaux de dégagement. L'approche par échantillonnage vérifie la possibilité d'établir, par analyses statistiques, des classes de difficulté en fonction des attributs écologiques et opérationnels caractérisant les sites forestiers à dégager. L'approche dite « par zonage » consiste à établir des zones de difficulté à l'aide de l'information écologique disponible pour le territoire forestier québécois. Les résultats obtenus démontrent qu'il existe une différence significative entre le type de procédé de récolte, le type de dépôt de surface et les quantités d'obstacles observées. L'utilisation de la statistique spatiale du kriegage permit d'effectuer des regroupements de zones écologiques selon différents niveaux de contrainte aux obstacles. / The motor-manual cleaning operations of the Québec forest have been under study since 2000. The results obtained show that it is important to implement a variable piece-rate for this work in order to stabilize the workload of the brushcuters, avoid excess fatigue and reduce the risk of accidents. Toupin (2004) suggests the use of a mathematical model to predict the workers productivity: Effective work time (hr/ha) = PO + pi * vegetation cover + 02 * density + (33 * obstacles The present study proposes a method to include a variable to account for obstacles into this model. The research statement stipulates that it is possible to establish a relation between the number of physical obstacles and the history of the forest site subjected to cleaning. The cutting operations and the ecological and physical characteristics of a clear cut site could therefore provide good indicators of the level of difficulty of a forest site in relation to obstacles. The objective is to assess a difficulty class for the obstacles based on the forest site ecological and operational history. This approach avoids using an intensive and expensive field inventory and, as a result, lowers the cost of applying the model. Two methods are explored in order to establish a classification system for the obstacles. The first method uses statistical analysis to establish a relationship between a numbers of obstacles and the information on the forest site sampled. The second approach uses a geostatistical method to define different zones of difficulty based on the constraints caused by the physical obstacles of a forest site. These two methods allow assigning a difficulty level for forest sites at a low transactional cost. The results show that there is a relationship between the harvesting Systems used for operations, the surface deposit and the number of obstacles. Krigging spatial analysis permits the delimitation of the ground roughness of a region in relation with obstacles.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les pessières noires à mousses de la forêt boréale du Québec représentent près de 27% du territoire total québécois et se sont historiquement renouvelées selon un régime naturel de feux. Plus récemment, les coupes forestières totales ont graduellement laissé la place aux coupes avec protection de la régénération et des sols, qui limitent la circulation de la machinerie à des sentiers de débardage régulièrement espacés. Suite à l'ouverture du couvert forestier par la coupe forestière, les éricacées du sous-étage peuvent compromettre la régénération et la croissance de l'épinette noire. Dans le contexte de la recherche de stratégies d'aménagement forestier qui s'inspirent du régime des perturbations naturelles, l'objectif de cette thèse était de comparer les patrons spatiaux et temporels des propriétés physico-chimiques et microbiologiques du sol organique, de la taille, de la densité et de la régénération de l'épinette noire, et du recouvrement et de la biomasse aérienne des éricacées après feu et après coupe, dans la pessière noire à mousses. Nos résultats démontrent que les feux et les coupes ne laissent pas la même empreinte spatiale. Le feu est à l'origine des patrons à plusieurs échelles qui reflètent l'existence de zones brûlées à différentes intensités. La coupe impose une structure répétitive où les propriétés du sol et de la végétation sont différentes selon la zone occupée sur le parterre de coupe (i.e., sentiers de débardage ou zones de protection). En modifiant les processus et les propriétés du sol, ainsi qu'en affectant la distribution spatiale et la croissance de l'épinette noire selon les différentes zones d'occupation, les éricacées contribuent à maintenir les différences existantes (a) entre les sentiers et les zones de protection, et (b) à l'intérieur des zones de protection, entre les agrégats (i.e., patches) que les éricacées occupaient avant la coupe et les zones où le couvert forestier était fermé. Ces différentes signatures spatiales après feu et après coupe ne convergent pas à long-terme (62-98 ans). Cette thèse constitue un travail de recherche multidisciplinaire qui a apporté des connaissances originales concernant l'adéquation des méthodes numériques aux problématiques écologiques, l'écologie spatiale de la régénération des éricacées et la compréhension des régimes des perturbations naturelles et anthropogéniques, qui est une étape fondamentale au développement raisonné de l'aménagement écosystémique.

Nous avons étudié l'impact à moyen-terme du scalpage de l'horizon organique, de la fertilisation et de la pulvérisation d'herbicide, réalisés seuls ou combinés, sur la fertilité des sols et la croissance des plants de conifères. L'utilisation de la biomasse microbienne et du taux de minéralisation nette de l'azote comme indicateurs de la qualité des sols a permis d'identifier la pulvérisation d'herbicide comme étant le traitement le plus perturbateur. Ce traitement a entraîné une importante diminution des stocks d'éléments nutritifs et de l'activité enzymatique des horizons supérieurs du sol, ainsi qu'une augmentation de la croissance en hauteur et en diamètre des plants de conifère. L'augmentation de croissance pourrait s'atténuer dans les années à venir, en raison de la diminution des stocks dans les parcelles traitées. D'autre part, ce traitement, en uniformisant les conditions du milieu, a entraîné une diminution de la variabilité intrinsèque des sols et donc certainement une diminution de la biodiversité.

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.

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).

Les sols forestiers contiennent des stocks de C importants et la gestion de tels espaces naturels est donc cruciale dans le contexte du changement climatique. Ce travail s’attache à comprendre quels leviers (facteurs environnementaux, pratiques sylvicoles) contrôlent le fonctionnement microbien des sols de peuplements représentatifs de Provence calcaire en considérant différentes échelles spatiales. La hiérarchisation des facteurs modulant le fonctionnement des sols forestiers a mis en évidence une structuration des communautés fonctionnelles microbiennes à l’échelle régionale par les conditions bioclimatiques (bioclimats sub-humide vs. humide), et une modulation des activités enzymatiques à l’échelle locale par la MO définie par le peuplement (Quercus ilex et Pinus halepensis vs. Q. pubescens et P. sylvestris en composition pure ou mixte). Les effets de la mixité forestière (décrite via les surfaces terrières et les densités des troncs) sur le fonctionnement du sol a été évaluée dans les deux contextes bioclimatiques: la complémentarité des essences en peuplements mixtes sous bioclimat humide favorise le recyclage de la MO et induit une diminution des stocks de C et N, cet effet non-additif des essences n’est pas observé sous bioclimat sub-humide. L’addition de différents types de rémanents (feuilles/aiguilles vs. bois) a été testée en mésocosmes : les équilibres entre les populations fongiques et bactériennes sont conditionnés par le ratio C/N, lui-même dépendant du type de rémanents apporté. Ainsi, ces résultats indiquent que les pratiques sylvicoles pourraient orienter les dynamiques des flux de C dans les sols forestiers. / Since forest soils can store large carbon amounts, the management of such ecosystem is of major importance considering the forecasted climate change. This work aims at understanding which drivers (environmental factors and sylvicultural practices) control soil microbial functioning in forest stands of Provence (South of France) considering different spatial scales. The hierarchization of drivers showed that microbial functional diversity is driven at the regional scale by bioclimatic conditions (sub-humid vs. humid bioclimate) and enzyme activities at the local scale by the organic matter print defined by stand composition (Quercus ilex and Pinus halepensis vs. Q. pubescens and P. sylvestris in pure or mixed stand). Mixed forest composition and structure (described through basal area and density of trunks of pines and oaks) influenced soil functioning differently depending on the bioclimate: the complementarity of species in mixed stands in humid bioclimate favoured organic matter recycling and induced a decrease in C and N stocks, while an additive effect of tree species was found in sub-humid bioclimate. Amendments with different types of logging residues (leaves / needles vs. wood) were tested in mesocosms: the balance between fungal and bacterial populations was conditioned by the C to N ratio, C and N amounts varying with the type of residue. Thus, these results indicate that forest management - through the choice of adapted practices - has the potential to drive microbial functioning in forest soils.