De nombreux lacs boréaux et tempérés sont maintenant reconnus comme d'importants sites de stockage et d'émissions de carbone, d'où l'intérêt grandissant de déterminer leur rôle à plus grande échelle et d'inclure leur contribution dans les bilans de carbone régionaux. Les lacs tempérés et boréaux de l'hémisphère nord ont souvent deux composantes saisonnières distinctes, soit la période du couvert de glace et la stratification thermique estivale. Dans la littérature, les mesures de CO2 sont traditionnellement effectuées à la surface des lacs pendant la période libre de glace. Pourtant certaines études suggèrent qu'une quantité importante de CO2 s'accumule sous la glace et dans l'hypolimnion, c'est-à-dire dans la couche inférieure de la colonne d'eau lors de la période de stratification estivale. Dans la présente étude, nous avons quantifié l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans 1'hypolimnion estival de 13 lacs boréaux et de 4 lacs tempérés du Québec et nous avons exploré comment ces accumulations varient dans un gradient de morphométries, de statuts trophiques et de caractéristiques régionales. En deuxième lieu, nous avons étudié la dynamique des processus sous-jacents à l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans l'hypolimnion estival, plus spécifiquement l'importance des processus biotiques, la partition entre la respiration pélagique et benthique, les différentes sources de matière organique supportant la respiration et les coefficients respiratoires à l'échelle de l'écosystème. Nos résultats démontrent que les lacs couverts de glace et l'hypolimnion estival sont des lieus d'accumulation significative de CO2 puisque considérées ensemble, ces périodes contribuent en moyenne à 33% des émissions annuelles nettes de CO2 et cette proportion varie selon le statut trophique du lac et la morphométrie. Plusieurs indices recueillis suggèrent que la respiration est la source principale de CO2 pendant ces deux périodes et que la respiration benthique contribue de façon considérable à la production de CO2, particulièrement pendant la période du couvert de glace où la respiration benthique est responsable de plus de 50% de l'accumulation totale de CO2. L'importance relative des sources de matière organique qui alimentent la respiration changent saisonnièrement. Les analyses isotopiques en δ13C (méthode de Keeling) ont révélées l'importance du carbone organique d'origine planctonique pour alimenter la respiration dans l'hypolimnion alors que les signatures en δ13C pendant la période du couvert de glace suggèrent une augmentation de l'importance relative de sources terrestres et benthiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, émissions de CO2, métabolisme du lac, couvert de glace, hypolimnion, respiration pélagique, respiration benthique, sources de matière organique respirée, coefficient respiratoire.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science des Agroressources : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 143 réf.

Diss.--Philosophische Fakultät I--Zürich--Universität, 1990.

Thèse (Ph.D.) -- Université Laval, 2008. / Les chapitres 2 à 4 sont des articles scientifiques rédigés par l'auteur en anglais, accompagnés d'une introduction générale et d'une conclusion. Bibliogr.: f. [127]-135. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.Géogr.) -- Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 100-108. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.Géogr.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 février 2006). Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. [183]-196. Publié aussi en version électronique.

La rivière Chaudière, ce cours d'eau de la rive sud du Saint-Laurent à Québec, s'est vu être la source de multiples inondations dans l'histoire beauceronne. Une partie importante de ses colères est attribuable aux embâcles de glace et à l'inévitable débâcle qui les initie. La compréhension des causes de ces embâcles est nécessaire afin d'agir, pour le mieux, sur le phénomène d'embâcle et cette étude s'inscrit dans cette ligne de pensée. L'étude vise à décrire, caractériser et quantifier la dynamique spatio-temporelle de la débâcle et des embâcles de glace sur la rivière Chaudière par des observations de terrain au cours des hivers 2018-2019 et 2019-2020. Pendant ces hivers, des dizaines de caméras autonomes et de GPS-trackers ont été installés à des endroits stratégiques. Grâce à cette instrumentation, à l'emploi d'outils tiers (données hydrométriques; CEHQ et COBARIC, images satellites; Sentinel-HUB) et à sa présence sur le terrain, l'auteur a pu reconstruire en détail la chronologie spatio-temporelle des débâcles sur la rivière Chaudière. Les observations montrent que les débâcles printanières s'initient d'abord en Haute Chaudière, et ensuite en Moyenne et Basse Chaudière presque simultanément. La débâcle est d'abord complétée en Haute Chaudière, ensuite en Basse Chaudière et finalement vient la Moyenne Chaudière où des vestiges d'embâcles hivernaux ont retardé le départ des glaces entre Saint-Joseph et Beauceville. Dans le segment le plus amont, la Haute Chaudière, les glaces ont été mises en mouvement lorsque le débit a atteint entre 60 et 200 m³/s (station Saint-Georges) et à un indice de dégel entre 20 et 80 °C-J. Plus à l'aval, en Moyenne Chaudière, c'est entre 220 et 1000 m³/s (station Saint-Georges), lorsque l'indice de dégel se situait entre 110 et 180 °C-J, que la majorité des glaces se sont mises en mouvement. En Basse Chaudière, c'est plutôt entre 140 et 710 m³/s (station Saint-Georges), et lorsque l'indice de dégel variait autour de 125 °C-J, que les glaces ont été évacuées du cours d'eau. Lors de ces deux saisons d'observation seulement, 51 embâcles de glace ont été répertoriés, illustrant le caractère dynamique de la Chaudière. La forte majorité d'entre eux était contenue dans le segment de la Moyenne Chaudière, démontrant sa forte capacité pour la rétention des glaces. Les plus longs, et ceux ayant contribué à des inondations, se sont formés entre Beauceville et Saint-Georges, témoignant du risque élevé qui plane sur les riverains dans ce tronçon. Les îles, bifurcations du chenal et changements de pente représentent les styles géomorphologiques les plus susceptibles d'obstruer le passage des glaces. Les relâchements d'embâcles ont engendré des ondes d'eau voyageant à des célérités de l'ordre de 1.5 m/s à 7.0 m/s. Les plus élevées ont été estimées entre Beauceville et Saint-Georges. Plus en aval, dans la section des « eaux mortes » (Moyenne Chaudière), la plaine inondable amortit l'onde et tend à réduire sa vitesse de propagation. C'est dans cette section que les plus faibles valeurs ont été estimées. Les patrons spatio-temporels de la débâcle, les seuils hydrométéorologiques de mobilisations des glaces, les sites d'embâcles et les célérités d'ondes d'eau, tous identifiés dans ce mémoire, peuvent servir à la conception d'ouvrages du génie, ainsi que pour le développement d'un système d'alerte précoce. / The Chaudière River, located on the south shore of the Saint Lawrence River, Quebec, is well known for its frequent flooding events. An important part of those floods is caused by ice jams associated with the inevitable breakup that precedes them. In order to eventually alleviate the impacts of ice jam flooding events, knowledge must be acquired from observations of the breakup dynamics, which is the aim of this study. The goal of this study is to describe, characterize and quantify the spatiotemporal dynamics of the breakup events and ice jams along the Chaudière river. During the winters 2018-2019 and 2019-2020, tens of autonomous cameras and GPS-trackers were installed at strategic locations along the river. With this instrumentation, the use of third-party tools (hydrometric data; CEHQ and COBARIC, satellite images; Sentinel-HUB) along with his presence on the field, the author was able to reconstruct the detail of each breakup events. The resulting observations showed that spring breakups are initiated in upper reach of the river, the Haute Chaudière, and then after, almost simultaneously, in the Moyenne and Basse Chaudière segments. The breakup is usually first completed in the Haute Chaudière, then in Basse Chaudière, and lastly in Moyenne Chaudière where mid-winter ice jams have been seen to delay the ice clearing between Saint-Joseph and Beauceville. In the Haute Chaudière, ice movements began when the flow rate was between 60 and 200 m³/s (Saint-Georges station) and when the ice decay index was between 20 and 80 °C-J. In Moyenne Chaudière, it is when the discharge varied from 220 to 1000 m³/s (Saint-Georges station) and when the ice decay index was between 110 to 180 °C-J that the ice moved and eventually cleared. In Basse Chaudière, ice movements were observed between 140 m³/s and 710 m³/s (station Saint-Georges), and when the ice decay index was about 125 °C-J. During these two winter seasons, 51 ice jams were observed. The vast majority of them was found in the Moyenne Chaudière reach, demonstrating its strong capacity for ice retention. The longest jams, and those that contributed to flooding, were found between Beauceville and Saint-Georges, which translates a higher risk for the riparian residents along this reach. Islands, channel bifurcations and slope changes were the most susceptible geomorphological features to initiate ice jamming. Ice jam generated water waves ('Javes') that travelled at a celerity ranging from 1.5 m/s to 7.0 m/s. In the "eaux mortes" reach (Moyenne Chaudière), the floodplains dampened the waves and therefore reduced the velocities. The highest velocities were observed between Beauceville and Saint-Georges. Breakup patterns, hydrometeorological thresholds of ice mobilization, ice jam sites and javes celerity, all identified in this thesis, can serve as basis for engineering design, including the implementation of an early warning system.

Le réchauffement accéléré de l'Arctique mène à une débâcle de plus en plus hâtive de la banquise. La morue arctique (Boreogadus saida), une espèce pivot du réseau trophique, semble déjà répondre au rallongement de la période libre de glaces. Particulièrement, la plus forte productivité de l'écosystème, l'abondance de proies et les températures optimales associées à une débâcle hâtive contribueraient au recrutement automnal des jeunes morues en accélérant leur croissance larvaire et juvénile. Par la dissection de plus de 300 contenus stomacaux de larves et juvéniles de morues arctiques d'une variété d'écorégions, j'ai testé : 1) si les morues arctiques profitent de ces conditions optimales afin d'augmenter leur succès alimentaire lors d'une débâcle hâtive; 2) si les morues arctiques d'âge-0 ont un meilleur succès alimentaire lorsqu'elles consomment des proies plus nutritives d'origine typiquement Arctique. Le succès alimentaire augmentait rapidement avec la taille des poissons et l'abondance de proies. Toutefois, bien que la température était peu prédictive du succès alimentaire, des températures au-delà du seuil de tolérance des jeunes morues arctiques limitaient de manière importante les capacités de capture de proies, et ce même lors d'une abondance élevée de proies. Également, la nature des proies ingérées demeure un facteur déterminant du succès alimentaire. L'ingestion de proies très nutritives, tel que Calanus glacialis, favorisait particulièrement le succès alimentaire alors que la consommation de cyclopoïdes aux dépens d'autres espèces plus nutritives avait un effet délétère sur le succès alimentaire, semant un doute sur l'adaptabilité future de la morue arctique aux changements en cours. Bien que les changements de couverts de glace n'aient pour l'instant pas un impact direct sur le succès alimentaire des jeunes poissons, ils impacteront éventuellement la phénologie des espèces clés de zooplancton et leur présence simultanée avec les morues arctiques d'âge-0. Le succès alimentaire de la morue arctique dans ses stades les plus vulnérables pourrait donc être compromis à moyen terme. / Due to climate change, the whole Arctic Ocean could become free of ice during the summer as early as the 2030s. For now, sea-ice breakup already happens earlier almost year after year. Arctic cod (Boreogadus saida), a pivotal species of Arctic marine trophic networks, must cope with this lengthening of the ice-free season. Earlier studies suggest that age-0 Arctic cod recruitment is enhanced with an early sea-ice breakup. This could be explained by warmer temperatures promoting survival and by higherzooplankton biomass in areas of early sea-ice breakup. For this study, over 300 guts of larval and juvenile polar cod from various ecoregions of the Arctic were analyzed. I tested the hypothesis that young polar cods benefit from the lengthening of the ice-free season, optimal temperatures and higher abundance of nutritious preys by increasing their feeding success in those areas, which could in turn results in higher recruitment. Despite high inter-individual variability, feeding success increased with fish length and zooplankton abundance. Even though time since ice breakup and temperatures were not good predictors of feeding success, extreme temperatures as high as 10 °C led to a state close to starvation. Additionally, feeding success increased in fish feeding extensively on Calanus spp., while the consumption of cyclopoids such as Oithona similis decreased feeding success, raising concerns on the future adaptability of Arctic cod. Changes in sea ice regimes may not have a direct impact on age-0 Arctic cod feeding success on a short timescale, but they will eventually have important impacts on the phenology of key zooplankton species and their co-occurrence with age-0 Arctic cod. The feeding success of the vulnerable early life stages of Arctic cod could thus be jeopardized.

Ce mémoire offre une description des mesures d'affaiblissement préventif du couvert de glace qui ont été entreprises à Saint-Raymond de Portneuf, au Québec, au cours de cinq hivers consécutifs entre 2014 et 2019. La dynamique particulière de la rivière Sainte-Anne peut engendrer des accumulations massives de frasil au centre-ville de Saint-Raymond, pouvant mesurer plus de 4 mètres d'épaisseur par endroits et représenter plus de 120000 tonnes annuellement. Cela complique l'application et affecte l'efficacité de l'affaiblissement. L'objectif de ce projet est de déterminer les approches performantes et d'établir un protocole. Les rendements, selon la performance, la rentabilité et l'efficacité énergétique,des mesures d'atténuation mécaniques et thermiques ont été analysés selon le type de glace en présence .La progression des excavatrices amphibie (telles l'Amphibex et la pelle-araignée) est de deux à cinq fois plus lente dans une accumulation de frasil par rapport à un couvert flottant conventionnel. D'autres mesures, comme le forage d'un réseau de trous, le sciage du couvert, l'aéroglisseur et l'hélicoptère deviennent inefficaces en présence de frasil. Tout apport de chaleur est bénéfique une fois le couvert formé. Cependant, la forme de l'énergie injectée affecte la rentabilité de la mesure: contrairement à l'injection d'air chaud, l'injection de chaleur issue de la nappe phréatique est rentable et peut offrir un rendement appréciable si la charge calorifique est importante.Les différentes approches testées ont été comparées aux expériences réalisées sur d'autres rivières, afin de déterminer leurs limites d'application selon différents contextes de cours d'eau et de types glace. Sur un barrage de frasil ou un embâcle, la pelle-araignée munie d'un prototype de flotteurs offre la plus grande versatilité et une meilleure efficacité énergétique. Cette excavatrice a le potentiel d'excaver un chenal continu sur plus de six kilomètres de la rivière Sainte-Anne à Saint-Raymond en n'étant pas limitée par la présence de fosses, de hauts-fonds, d'un couvert consolidé ou flottant, d'une hauteur de dégagement contraignante sous les ponts ni de barrages. / This thesis describes preventive ice cover weakening measures that were undertaken in St.Raymond, QC, over five consecutive winters between 2014 and 2019. The specific dynamics of the St. Anne River can lead to massive accumulations of frazil in the downtown reach of St. Raymond, leading to an ice cover that can bemore than 4 metre-thick and formed by over 120,000 tons annually. This complicates the progression of the mitigation. The objective of this project is to identify the best ice weakening approaches and to establish a corresponding application protocol. The performance, cost-effectiveness and energy efficiency of mechanical and thermal mitigation measures were analyzed according to a variety of ice covers. The progression of amphibious excavators (such as Amphibex and spider excavator) is two to five times slower in thick frazil accumulations compared to that of a conventional floating ice cover. Other measures, such as drilling a network of holes, sawing the cover,or relying on a hovercraft or a helicopter to push and break the ice cover, become ineffective in the presence of frazil dam. Any heat input is beneficial once the cover is formed. However, the mean of energy injection affects the measure cost-efficiency: unlike hot air injection, ground water heat injection is cost-effective and can offer significant benefit if the heat load is high. Several different ice-weakening approaches were tested and compared, including experiments from other rivers,to determine their limits of application for different rivers and ice covers. On a frazil dam or ice jam, the spider excavator equipped with prototype floats offers the greatest versatility and energy efficiency. This excavator has the potential to dig a continuous open channel over more than six kilometre-long in the St. Anne River at St. Raymond without being limited by the presence of pools, shallows, consolidated or floating cover, a constraining clearance height under bridges,or dams