Les buttes cryogènes, formées dans les tourbières par l'aggradation de la glace de ségrégation, ont une couche supérieure riche en matière organique associée à des dépôts de mercure inorganique (IHg) provenant de sources naturelles et anthropiques. La dégradation du pergélisol peut modifier les conditions environnementales qui contrôlent la méthylation du IHg, un processus microbien qui convertit le IHg en sa forme organique et toxique, le méthylmercure (MeHg). Or, la variation de la concentration de MeHg au cours de l'évolution géomorphologique et écologique liée au dégel du pergélisol reste peu explorée. À Kangiqsualujjuaq, Nunavik, des champs de palses et lithalses se dégradent rapidement et créent des mosaïques évolutives de conditions environnementales grâce à l'affaissement progressif des buttes cryogènes, aux formations thermokarstiques et à la revégétalisation. Cette étude vise à déterminer si l'évolution géomorphologique et écologique d'un tel champ de buttes de pergélisol en dégradation crée des conditions environnementales propices à la méthylation du IHg. Les conditions hydrologiques et écologiques ont été évaluées selon les toposéquences de dégradation et de revégétalisation (n=90). Cent-cinquante échantillons de sol ont été prélevés afin de mesurer les concentrations de mercure total (THg), de MeHg et des paramètres chimiques du carbone, azote et soufre total (C, N, S). La fraction méthylée du THg (% MeHg) était plus élevée dans les mares thermokarstiques (4.8 %) que dans les buttes cryogènes (0.57 %). La production nette de MeHg la plus importante était associée à une phase temporaire, qui était la première phase évolutive des mares thermokarstiques à eau libre (6.7 %), puis diminuait avec la terrestrialisation (2.6 %). L'analyse des photographies aériennes indiquait une évolution rapide du paysage, soulignant la prédominance actuelle de la terrestrialisation sur la création de nouvelles mares thermokarstiques. Cette étude interdisciplinaire combine la géomorphologie du pergélisol et la biogéochimie du Hg pour mieux relier l'évolution des paysages pergélisolés aux impacts du réchauffement climatique sur le cycle du Hg. / Frost mounds, formed in peatlands by the aggradation of segregated ice, are widespread in the discontinuous permafrost zone, and their organic, carbon-rich upper layer is associated with inorganic mercury (IHg) deposited from natural and anthropogenic sources. Permafrost degradation may change the environmental conditions that control IHg methylation, an anaerobic microbial process that converts IHg to its toxic organic form, methylmercury (MeHg). However, the variation in MeHg concentrations during the geomorphic and ecological evolution associated with progressive permafrost thaw and stabilization remains poorly understood. In Kangiqsualujjuaq, Nunavik, palsa and lithalsa fields are rapidly degrading, creating an evolving mosaic of environmental conditions through progressive subsidence of frost mounds, thermokarst evolution, and revegetation. This study aims to determine whether the geomorphic and ecological evolution of such a degrading permafrost mound field creates environmental conditions conducive to IHg methylation. Hydrological and ecological conditions were assessed using the toposequence of degradation and revegetation (n=90). A total of 150 soil samples were collected to measure total mercury (THg), MeHg and chemical parameters of carbon, nitrogen and sulfur (C, N, S). The methylated fraction of THg (% MeHg) was higher with permafrost mound degradation, where thermokarst ponds are more conducive to methylation (4.8%), than with intact frost mounds (0.57%). Specifically, the highest net MeHg production is associated with a temporary phase which is the first stage of thermokarst succession, with open water and submerged dead *Betula glandulosa* (6.7%). This production decreased with the colonization of the ponds by *Cyperaceae* (4.8%), and further with terrestrialization by *Sphagnum* spp. (2.9%). Analysis of aerial photographs showed a rapid evolution of the landscape, underlining the current dominance of terrestrialization over the creation of new thermokarst ponds. This interdisciplinary study combines permafrost geomorphology and Hg biogeochemistry to better link permafrost landscape evolution to the impacts of warming on Hg cycling.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015 / Les régions arctiques et subarctiques connaissent un réchauffement deux fois plus rapide que la moyenne mondiale depuis les années 1980. Ces changements climatiques exercent une pression significative sur les environnements des hautes latitudes, et cette menace ne cesse de croître. L'augmentation des températures atmosphériques, le dégel du pergélisol, les variations des précipitations et l'élévation du niveau de la mer perturbent les géosystèmes, entraînant des dommages physiques et chimiques aux écosystèmes et infrastructures humaines, tout en menaçant le patrimoine culturel et archéologique. Le dégel du pergélisol supportant les sites archéologiques peut entraîner leur altération, menaçant ainsi l'intégrité des archives culturelles et leur contexte de déposition. Or, on connait très peu sur la répartition du pergélisol au sein des habitations archéologiques inuites, lesquelles se présentent sous forme de dépressions ovales, creusées dans les sédiments meubles. Au Labrador (Canada), se trouvent des centaines de sites archéologiques inuits et pré-inuits, situés principalement sur des côtes pergélisolées. La présente étude vise, par l'entremise d'une approche géophysique multi-méthodes, à caractériser les conditions géocryologiques actuelles de deux sites archéologiques côtiers situés sur deux îles distinctes de l'archipel de Nain (Labrador). En juillet 2022, des relevés géophysiques ont été réalisés au sein du site Oakes Bay 1 (Dog Island) et du site South Aulatsivik 6 (South Aulatsivik Island), en utilisant trois méthodes complémentaires : la tomographie de résistivité électrique (ERT), le géoradar (GPR) et l'induction électromagnétique (EMI). Les profils des zones clés des sites ont été analysés en fonction de leur contexte géomorphologique et archéologique. Les résultats obtenus ont permis de déterminer la variabilité spatiale du pergélisol à l'échelle des sites. En effet, l'ERT et le GPR ont permis d'évaluer l'épaisseur de la couche active et l'hétérogénéité des propriétés du sous-sol selon la microtopographie de surface des structures archéologiques. Par exemple, dans le centre des maisons semi-souterraines en dépression, le pergélisol est plus mince et moins riche en glace, tandis que les bourrelets périphériques abritent un pergélisol plus épais et riche en glace. Les zones proches de la côte et des étangs thermokarstiques sont presque dépourvues de pergélisol. Les zones couvertes par de la végétation arbustive sont exemptes de pergélisol alors que celles dominées par les lichens et les mousses comprennent des noyaux de pergélisol riche en glace. Il a aussi été révélé que la forte résistivité observée par endroits est due à la présence de sol gelé et de sédiments grossiers, ce qui influence la profondeur de pénétration de l'ERT et du GPR, alors que les données de conductivité électrique mesurées par l'EMI étaient parfois trop basses pour la résolution de l'appareil. Un modèle conceptuel découlant des trois analyses géophysiques synthétise le contexte géocryologique complexe d'Oakes Bay 1, mettant en évidence la dégradation thermique subie par le pergélisol due à la conduction et à l'advection. Le pergélisol du site est classifié comme climato-protégé, ne pouvant se régénérer dans les conditions climatiques actuelles et donc très sensible au réchauffement. Les analyses géophysiques effectuées à South Aulatsivik ont révélé la présence d'une mince couche discontinue de pergélisol résiduel sur le tombolo hébergeant le site archéologique, tout en documentant la formation postglaciaire du tombolo. La dégradation du pergélisol soutenant le site archéologique de South Aulatsivik 6 est déjà à un stade avancé. En somme, ce projet représente une avancée significative dans l'exploration des conditions géocryologiques de sites archéologiques subarctiques de l'est du Canada. Il a permis d'évaluer la situation du patrimoine inuit en réponse aux variations climatiques tout en promouvant l'utilisation d'une méthode relativement rapide et non invasive. / Arctic and subarctic regions have been warming at twice the global average since the 1980s. These climate changes exert significant pressure on high-latitude environments, and this threat continues to grow. Rising atmospheric temperatures, permafrost thaw, changes in precipitation, and sea-level rise are disrupting geosystems, causing physical and chemical damage to ecosystems and human infrastructure, while also threatening cultural and archaeological heritage. The thawing of permafrost that supports archaeological sites can lead to their deterioration, thus threatening the integrity of cultural archives and their depositional context. However, very little is known about the distribution of permafrost within Inuit archaeological habitations, which typically appear as oval depressions dug into loose sediments. In Labrador (Canada), hundreds of Inuit and pre-Inuit archaeological sites are primarily located on permafrost-affected coasts. This study aims to characterize the current geocryological conditions of two coastal archaeological sites on two distinct islands in the Nain Archipelago (Labrador) using a multi-method geophysical approach. In July 2022, geophysical surveys were conducted at the Oakes Bay 1 site (Dog Island) and the South Aulatsivik 6 site (South Aulatsivik Island) using three complementary methods: electrical resistivity tomography (ERT), ground-penetrating radar (GPR), and electromagnetic induction (EMI). Profiles and key areas of the sites were analyzed according to their geomorphological and archaeological context. The results revealed the spatial variability of permafrost at the site scale. Indeed, the ERT and GPR allowed the assessment of the active layer thickness and the heterogeneity of subsurface properties according to the surface microtopography of the archaeological structures. For example, in the depressed center of the semi-subterranean houses, the permafrost is thinner and less ice-rich, while the peripheral walls contain thicker and ice-rich permafrost. Areas close to the coast and thermokarst ponds are almost devoid of permafrost. Shrub-covered areas are free of permafrost, whereas those dominated by lichens and mosses contain ice-rich permafrost zones. It was also revealed that the high resistivity observed in some places is due to the presence of frozen soil and coarse sediments, which influences the penetration depth of ERT and GPR, while the electrical conductivity data measured by the EMI were sometimes too low for the device's resolution. A conceptual model derived from the three geophysical analyses synthesizes the complex geocryological context of Oakes Bay 1, highlighting the thermal degradation of permafrost due to conduction and advection. The permafrost at the site is classified as climate-protected, unable to regenerate under current climate conditions, and therefore very sensitive to warming. Geophysical analyses carried out at South Aulatsivik revealed the presence of a thin discontinuous layer residual permafrost on the tombolo hosting the archaeological site, while also documenting the tombolo's postglacial formation. The degradation of the permafrost supporting the South Aulatsivik 6 archaeological site is already at an advanced stage. In summary, this project represents a significant advancement in the exploration of geocryological conditions of subarctic archaeological sites in eastern Canada. It has allowed for an assessment of Inuit heritage in response to climatic variations while promoting the use of a relatively quick and non-invasive method.

Les tourbières ombrotrophes se trouvent à être, à quelques exceptions près, les seuls écosystèmes de la Baie de James, Québec nordique (53° / 54° N - 77° / 78° O), possédant du pergélisol. L'utilisation de transects d'inventaire écologique au sein de 7 tourbières et de transects aériens couvrant la région d'étude a permis une description de la dynamique récente du pergélisol dans les tourbières ombrotrophes de la région, ainsi que les principaux facteurs qui en sont responsables. Les tourbières ombrotrophes lichéniques montrant des traces de la présence passée de pergélisol couvrent la zone du 52e jusqu'au 55e parallèle nord. Les tourbières ombrotrophes pergélisolées sont peu nombreuses actuellement et leur limite sud de répartition se trouve au sud du lac Yasinski (53° 10' N), ce qui correspond à une régression du pergélisol d'environ 130 km. La grande sensibilité au climat et tout particulièrement l'impact mineur de la fonte de ces petites palses sur les conditions hydrologiques du milieu s'expliquent principalement par leur faible contenu en glace. La dynamique reliée à la formation et à la dégradation des buttes pergélisolées est déterminée par différents facteurs locaux tels que la végétation et le couvert nival. Ce dernier, influencé par le vent et la topographie de la tourbière, est le principal facteur abiotique qui contrôle le développement et le maintien du pergélisol. Le rôle du feu dans la dynamique des tourbières ombrotrophes pergélisolées semble être limité à la succession de la végétation post-incendie. La présence de buttes pergélisolées peut toutefois permettre au feu de brûler une plus grande superficie au sein des tourbières ombrotrophes. Sans la présence de ces buttes sèches, le feu est bien souvent limité aux bordures de la tourbière, les conditions humides environnantes empêchant sa progression vers le centre.

Cette étude porte sur la participation des processus hydrologiques dans le régime thermique et la dégradation du pergélisol. L'eau emmagasinée dans les lacs de thermokarst est une source importante de chaleur qui accélère la dégradation du pergélisol. Les buttes cryogènes encore présentes dans l'environnement peuvent empêcher le réseau de drainage de se développer normalement. L'élaboration d'un modèle numérique bidimensionnel permet de simuler le développement rapide d'un talik occasionné par une mare de thermokarst adjacente à une butte cryogène. En raison de l'importante modification de la macrostructure d'un sol fin riche en glace au moment de la fusion, l'infiltration d'eau est susceptible de devenir une variable thermiquement importante. L'application d'un terme source qui évalue différentes valeurs de conductivité hydraulique du pergélisol en fusion au contact d'une mare permet d'estimer dans quelle mesure ce processus encore peu observé ou testé en laboratoire pourrait contribuer à la fonte accélérée du pergélisol.