Les tourbières holocènes des marais du Cotentin reposent sur des bassins sédimentaires sableux aquifères (K = 10-3 – 10-4 m.s-1) dont l'exploitation AEP crée des conditions hydrogéologiques variables dans le temps et dans l'espace sur un site donné. Deux années de suivi hydrogéologique et hydrochimique, ainsi qu'une modélisation hydrogéologique du fonctionnement de la zone humide ont permis de montrer que :<br />- Le fonctionnement hydrologique de la tourbière est contrôlé par celui de l'aquifère des sables et l'existence même de la tourbière est directement liée à sa présence ; <br />- Les conditions hydrologiques influencent directement la variabilité spatio-temporelle des conditions redox du milieu et donc les réactions biogéochimiques mises en jeu dans la tourbière ;<br />- La modélisation de la zone humide a mis en évidence la sensibilité et la vulnérabilité de ces écosystèmes à la pression anthropique (pompage) et/ou l'évolution globale du climat.

Avec les craintes actuelles sur la péjoration du climat, l'enjeu pour des tourbières<br />abandonnées après exploitation est d'y permettre la réinstallation d'une production végétale<br />susceptible d'y réassurer la pérennité de la séquestration du carbone à long terme. Dans cette<br />perspective, les objectifs de cette étude étaient d'identifier des indicateurs de la reprise des<br />processus d'accumulation de la matière organique (MO) dans des tourbières anciennement<br />exploitées, actuellement à des stades de régénération spontanée différents. Dans le but d'identifier<br />l'origine de la MO et d'appréhender les modalités de sa dégradation, une combinaison d'approches<br />micromorphologiques, géochimiques globales et moléculaires a été appliquée à des échantillons de<br />tourbe brute et de fractions fines (< 200μm), ainsi qu'à des végétaux-sources typiques. La MO<br />accumulée dans les niveaux superficiels montre une composition très contrastée (forts C/N,<br />prédominance des tissus hérités bien préservés, fortes teneurs en sucres...) par rapport à celle,<br />beaucoup plus humifiée, des compartiments sous-jacents. Ceci a permis de délimiter précisément la<br />tourbe régénérée de la tourbe du catotelm. Contrairement aux stades de régénération précoces (5-10<br />ans), la composition de la MO des stades plus avancés (30-40 ans) est comparable à celle de la zone<br />non exploitée (MO homogène, dominance des marqueurs de sphaignes, forts C/N). Une analyse en<br />composante principale (ACP) a permis de proposer des trajectoires de régénération distinctes pour<br />chacun des sites d'étude, en fonction de leur végétation et de leur mode d'exploitation.<br />Globalement, la bonne préservation des polysaccharides dans la tourbe, clairement mise en lumière<br />dans cette étude, en fait de bons indicateurs de régénération.

L’aréthuse bulbeuse (Arethusa bulbosa L.) est une orchidée tourbicole rare au Québec de par la petite taille de ses populations et les pressions qui pèsent sur son habitat. L’aréthuse est reconnue comme étant intolérante aux changements édaphiques de son habitat, notamment en regard du drainage. Afin de déterminer si l’aréthuse est une bonne espèce indicatrice de l’intégrité écologique des tourbières, cette étude compare des parcelles où l’espèce est présente et où elle est absente. Au cours des étés 2009 et 2010, 37 tourbières du Québec méridional ont été échantillonnées. Des analyses discriminantes ont mis en évidence les facteurs naturels ou d’origine anthropique qui expliquent le mieux la différence entre les quatre types de parcelles. Aussi, la recherche d’espèces indicatrices de la présence de l’aréthuse a été réalisée grâce à la méthode INDVAL. Les résultats montrent que l’aréthuse pousse principalement dans des tourbières présentant des conditions minérotrophes, ce qui est appuyé par le pH élevé et la présence de plantes indicatrices de minérotrophie dans les parcelles contenant l’aréthuse. Cette dernière semble aussi profiter d’une certaine atténuation de la lumière par des arbres dispersés ou par les strates plus basses. Finalement, certaines perturbations de faible ampleur semblent être bénéfiques pour l’aréthuse, ce qui ne permet pas d’affirmer qu’elle est une bonne espèce indicatrice de l’intégrité écologique des tourbières. / Arethusa bulbosa L. is a peatland orchid rare in Québec because of the small size of its populations and the pressures on its habitat. It is known to be intolerant to edaphic changes of its habitat, and particularly to drainage. To determine if A. bulbosa is a good indicator species of the ecological integrity of peatlands, this study compares plots where the species is present from plots where it is absent. During the summers of 2009 and 2010, 37 peatlands were surveyed in southern Québec. Discriminant analyses were performed to find which natural or anthropogenic factors best explain the difference between plots with or without the orchid. Also, indicator species of the presence of A. bulbosa were found using INDVAL analyses. Overall, the results suggest that A. bulbosa was mostly growing in peatlands characterized by minerotrophic conditions. Two evidences supported this point, the high pH values measured and the presence of indicator species of minerotrophy in plots with the orchid. It is likely that A. bulbosa is favored by a certain interception of light by scattered trees or species growing in lower strata. Finally, despite a high floristic quality assessment index (FQAI) in A. bulbosa plots, it is likely that the species takes advantage of small-scale disturbances in it habitat and is therefore not a good indicator species of peatlands ecological integrity.

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La Province Volcanique du Rungwe (PVR) en Afrique de l’Est abrite diverses archives continentales (séquence de loess-paléosols, tourbières, lacs) permettant d’étudier les changements environnementaux passés des zones tropicales continentales. Ce travail s’est intéressé à l’applicabilité des alkyl tetraéthers de glycérol (tetraéthers) et des n-alcanes comme biomarqueurs de ces changements passés. Leur analyse le long de transects altitudinaux a permis de rendre compte de la capacité des tetraéthers à enregistrer de faibles changements de température de l’air dans la région. En conséquence, une calibration régionale a été établie afin d’améliorer les reconstructions de température de l’air en Afrique de l’Est. Au contraire, il est apparu que la composition isotopique de l’hydrogène des n-alcanes (δ²Hwax) était impactée par des paramètres physiques et biologiques supplémentaires ce qui complique son utilisation pour suivre les changements de température à l’échelle régionale. L’étude des variations de ces deux biomarqueurs le long d’une carotte de tourbe et d’une carotte de sédiment lacustre prélevées dans la PVR a révélé l’existence synchrone d’une période climatique plus chaude au cours de l’Holocène tardif. Par ailleurs, il a été observé dans la carotte de tourbe une transition d’un lac à une tourbière il y a ca. 2000 ans BP. Le présent travail démontre donc que les tetraéthers et les n-alcanes sont des biomarqueurs prometteurs, notamment parce qu’ils sont sensibles à de faibles variation climatiques ; cependant, afin de les interpréter correctement, il est nécessaire d’adopter une approche multi-marqueurs. / The Rungwe Volcanic Province (RVP) in East Africa offers a wide diversity of continental archives (loess-paleosols sequences, peatlands, lakes), allowing the investigation of past environmental changes in tropical continents. This work focused on the validation of glycerol dialkyl glycerol tetraether- (GDGT) and n-alkane-derived proxies. Analyses of these two biomarkers along altitudinal transects allowed assessing their ability to record temperature changes in the region. GDGTs were found to be robust temperature proxies in East Africa, and a regional calibration was established to improve temperature reconstructions from soil archives. In contrast, investigation of n-alkane hydrogen isotopic composition (δ²Hwax) in surface soils revealed that its variations seemed to be impacted by additional biological and physical parameters than temperature, preventing its generalization at a regional scale. Application of GDGT and n-alkane proxies to continental archives revealed past environmental changes over the Late Holocene in the RVP. A late Holocene synchronous temperature maximum was especially observed in a peat core and sediment core from two sites of the RVP. A multi-proxy approach was applied to the peat core, revealing that an ecosystem change from a lake to a peatland occurred ca. 2000 yrs BP ago. The present work showed that GDGTs and n-alkanes are promising biomarkers because of their sensitivity to slight climate variations, but that they need to be combined with other proxies to accurately reconstruct environmental changes.

Les marges de tourbières sont des écotones marqués par la présence de communautés végétales et de conditions édaphiques singulières. Elles sont généralement étudiées sur des sites naturels ou légèrement perturbés. L’objectif de ce projet est de déterminer les fonctions et la structure de ces marges dans un contexte de perturbations anthropiques, notamment l’isolement des tourbières dans une matrice agricole. L’étude porte sur la végétation et le sol de 21 transects marge-centre répartis également entre trois tourbières des basses terres du Saint-Laurent (Lac-à-la-Tortue, Mer Bleue et Alfred) qui représentent un gradient de perturbations. Les tourbières moins perturbées comme Lac-à-la-Tortue et Mer Bleue ont une végétation et une biogéochimie similaires à ce qui est observé ailleurs sur d’autres sites non perturbés. Les marges de la tourbière Lac-à-la-Tortue ne présentent aucune communauté végétale particulière alors que les marges de Mer Bleue ont au moins une ou deux communautés végétales de transition. Néanmoins, la présence de certaines espèces exotiques envahissantes, comme Frangula alnus et Phragmites australis subsp. australis, indique que les marges de la tourbière Mer Bleue subissent malgré tout l’influence des activités anthropiques environnantes. D’autre part, les marges naturelles de la tourbière Alfred ont été détruites par les activités agricoles et les marges actuelles étaient représentatives de sites fortement perturbés avec un dépôt de tourbe plus épais et une nappe phréatique plus basse qu’attendu à la limite de la marge. Le drainage intense des marges d’Alfred semble favoriser la croissance d’arbres et d’arbustes non spécifiques aux milieux humides. Par ailleurs, les conditions sèches des marges laissent présager une diminution de la capacité de stockage du carbone dans cette tourbière. Ceci témoigne de l’importance que devraient occuper les marges des tourbières dans les projets de conservation et de restauration des tourbières. / Peatland margins are ecotones characterized by their unique plant communities and edaphic conditions. However, they are usually studied in locations where the pressure from anthropogenic activities is relatively low. The goal of this project is to evaluate the functions and structure of ombrotrophic peatland margins in the context of anthropogenic disturbance. This project is based on the analysis of data collected on 21 transects distributed across three peatlands of the Saint Lawrence valley region (Lac-à-la-Tortue, Mer Bleue, and Alfred) chosen to represent a gradient of disturbance. The vegetation composition and biogeochemistry of the least disturbed sites (Lac-à-la-Tortue, and Mer Bleue) are similar to other undisturbed sites. Lac-à-la-Tortue margins do not have any transitional vegetation community while Mer Bleue margins have either one or two transitional communities. Nevertheless, exotic species such as Phragmites australis subsp. australis and Frangula alnus found on Mer Bleue raise concern regarding the ongoing urbanisation and agricultural activities around the peatland. On the other hand, Alfred's natural margins were destroyed by anthropic activities in the surrounding landscape which explains why we measured a thicker peat layer and a deeper water table than expected at the margin limits. The severe drainage of Alfred margins due to agriculture around the peatland is also responsible for the higher tree coverage and non-wetland species encroachment on its margins. The effect of this disturbance raises concern about the capacity of the margins nay the peatland to retain its carbon sequestration capacity. This study emphasizes the importance of integrating the peatland margins in conservation and restoration projects.

Les tourbières représentent 2 à 3% des terres émergées et stockent entre 10 et 25% du carbone des sols. Les tourbières sont soumises à des contraintes anthropiques et climatiques importantes qui posent la question de la pérennité de leur fonctionnement en puits de C et de leur stock. Une meilleure compréhension de ces écosystèmes est nécessaire pour déterminer les facteurs et les effets et interactions de ces facteurs sur les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ce travail a consisté à suivre les émissions de GES et les facteurs contrôlant dans La tourbière de La Guette (Sologne) pour établir son bilan de C. En parallèle des expérimentations sur l’effet de l’hydrologie sur les flux ont été menées, enfin un suivi sur 4 sites a été réalisé pour étudier la variabilité à l’échelle journalière. Les résultats de ces travaux montrent que la tourbière de La Guette a fonctionné en source de C (-220 ± 33 gC m-2 an-1) et ce malgré un niveau de nappe élevé. Ils montrent également l’importance de la variabilité spatiale des flux estimés à l’échelle d’un site. Les expérimentations confirment l’importance de l’hydrologie et suggèrent à haut niveau de nappe d’eau des phénomènes liés au transport des gaz. Enfin l’étude de la variabilité journalière montre que la sensibilité de la respiration à la température peut être différente le jour et la nuit et que la synchronisation entre les températures du sol et la respiration peuvent améliorer la représentation de cette dernière. / Peatlands cover only 2 to 3% of the land area but store between 10 and 25% of the soil carbon. The outcome of the anthropic and climatic pressure on these ecosystems is uncertain regarding their functions and storage. A better understanding of these ecosystems is needed to determine the factors and their interactions on greenhouse gas (GHG) emission. This work consist in monitoring GHG emissions and controlling factors in a Sphagnum peatland to estimate its carbon balance. Experimentation on mesocosms were carried out to explore the effect of hydrology on the fluxes and a monitoring on 4 sites was made to study the daily variability. Results show that La Guette peatland was a carbon source (-220 ± 33 gC m-2 an-1) in spite of the high water table level. The importance of the spatial variability measured in the site was also demonstrate. The hydrology effect was confirmed by the mesocosms experiments and high water table level shows that gas transport might have an effect. Finally the study of the daily variability show that the temperature sensitivity of the respiration might be different between day and night and that synchronizing soil temperatures and respiration can improve the respiration representation.

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La région de Rouyn-Noranda est fortement touchée par la contamination en éléments traces (ET), tels que l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le cuivre (Cu) et le plomb (Pb), provenant des dépositions atmosphériques générées par les émissions de la fonderie Horne. Bien que des études aient démontré l’influence biogéochimique de la fonderie sur l’environnement, aucune recherche ne s’est penchée spécifiquement sur la distribution spatiale des ET dans les écosystèmes terrestres situés en périphérie de la fonderie. Ce mémoire vise donc à cartographier l’étendue spatiale des ET dans la région de Rouyn-Noranda et d’évaluer leurs distributions, spatialement au sein du territoire, mais également entre les composantes écosystémiques de tourbières exposées à des niveaux contrastants de déposition. À partir des concentrations analysées au sein du bryophyte Sphagnum fuscum, échantillonné dans 54 bogs jusqu’à 50 km à l’est de la fonderie, la modélisation de la distribution spatiale des ET a été réalisée par l’entremise d’interpolation spatiale par krigeage. La contamination en ET est plus importante près de la fonderie et diminue significativement dès que la distance augmente de cette dernière. De même, les niveaux d’ET dans la tourbe, l’eau interstitielle et les composantes (racine, tige et feuille) de quatre espèces végétales caractéristiques des tourbières, sont systématiquement plus importants dans les sites situés à 10 km de la fonderie que dans ceux à 25 km. Au sein des végétaux, la remobilisation verticale des ET est limitée et ces éléments s’accumulent en majorité dans les racines, qui sont exposées aux concentrations élevées d’ET dans la tourbe et l’eau interstitielle. Mes travaux ont démontré que l’étendue de la contamination environnementale en ET à Rouyn-Noranda est fonction de la distance à la fonderie Horne et que la mobilité des ET dans les tourbières se concentre à l’interface sol-eau-racine. / The Rouyn-Noranda region is strongly affected by trace element (TE) contamination, such as arsenic (As), cadmium (Cd), copper (Cu) and lead (Pb), from atmospheric deposition of the Horne copper smelter emissions. Although studies have demonstrated the biogeochemical influence of the Horne smelter on the environment, no research has particularly investigated the spatial distribution of TEs in the vicinity of the smelter. This thesis aims to map the spatial extent of TEs in the Rouyn-Noranda region and to evaluate their distribution between the ecosystem components of peat bogs exposed to contrasting levels of TE depositions. Based on the TE concentrations analyzed in the bryophyte Sphagnum fuscum, sampled in 54 bogs up to 50 km east from the smelter, we modelled the spatial extent of TE through spatial kriging interpolation. Trace element contamination is higher near the smelter and decreases with increasing distance from the latter. Consequently, TE levels in the peat, pore water, and components (roots, shoots, and leaves) of four plant species within bogs are consistently higher at sites 10 km from the smelter than at sites 25 km away. Within plants, the vertical translocation of TE is limited, and these elements accumulate specifically in the roots, which are exposed to considerable concentrations of TE in the peat and in the pore water. My work has shown that the extent of the environmental contamination of TEs in Rouyn-Noranda is a function of the distance from the Horne smelter and their mobility in peatlands is localized at the root-soil-water interface.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. Thèse de doctorat effectuée en cotutelle au Département de Géographie Université de Montréal et à l'Institut Méditerranéen d'Écologie et de Paléoécologie Université de Droit, d'Économie et de Sciences d'Aix-Marseille 111 / La tourbière de Mirabel (basses terres du St-Laurent, Québec méridional) a été étudiée dans le but de préciser l'influence exercée par les différents paramètres autogènes et allogènes sur l'accumulation postglaciaire du carbone. (l) Les dynamiques végétales régionales révèlent un contrôle climatique général, modulé localement par le contexte paléogéographique, la physiographie et les processus écologiques. (2) L'histoire postglaciaire du climat régional fut reconstituée par la méthode des analogues modernes, contrainte par les fluctuations du niveau du lac Hertel (Mont St-Hilaire). Les résultats obtenus témoignent d'un important réchauffement entre 13 000 et 11 000 cal. BP, d'un optimum thermique autour de 8000 cal. BP, et de deux périodes sèches (10 000-6500 et 5000-3000 cal. BP). (3) Les dynamiques postglaciaires internes de la tourbière furent indépendamment reconstituées en trois dimensions par l'analyse pluridisciplinaire de sept profils. Ces derniers montrent des successions végétales similaires, conformes au modèle de terrestrialisation, mais asynchrones. Ils témoignent en outre de conditions de surface très humides avant 6700 cal. BP, suivies de nombreuses fluctuations asynchrones sur l'ensemble du site. L'accumulation du carbone présente en revanche des tendances similaires dans tous les profils, caractérisées par de fortes accumulations avant 6200 cal. BP (moyennes de 7.1 à 19.1 gC.m .an'1) et de faibles accumulations depuis (moyennes de 2.7 à 6.3 gC.m'2.an ). (4) Les différentes conditions postglaciaires du développement de la tourbière sont confrontées. L'accumulation du carbone paraît avoir été essentiellement contrôlée par les interrelations entre la physiographie (alimentation minérotrophe initiale) et les processus autogènes, qui ont progressivement isolé la végétation tourbigène de la nappe phréatique. Notamment, ni le climat, ni les feux ne semblent avoir joué de rôle significatif. / Mirabel bog (St. Lawrence lowlands, southern Quebec) was studied with the aim to specify the influences exerted by the different autogenic and allogenic parameters on postglacial carbon accumulation. (1) Regional vegetation dynamics reveal a general climatic control, locally modified by the palaeogeographical context, physiography and ecological processes. (2) The postglacial history of the regional climate was reconstructed by the modem analogues method, constrained by the water level fluctuations of Lac Hertel (Mont St- Hilaire). Obtained results provide evidence for an important climate improvement between 13 000 and 11 000 cal. BP, a thermal optimum around 8000 cal. BP and two dry periods (10000-6500 and 5000-3000 cal. BP). (3) Postglacial internal dynamics were independently reconstmcted in three dimensions by the multidisciplinary analysis of seven profiles. They show similar plant successions, conforming to the terrestrialisation model but were asynchronous. They moreover attest the occurrence of very humid conditions prior to 6700 cal. BP, followed by numerous asynchronous fluctuations throughout the site. By contrast, carbon accumulation presents similar trends in all proiïles, characterised by high accumulation rates prior to 6200 cal. BP (averages from 7.1 to 19.1 gC.m .year ) and low rates since this date (averages from 2.7 to 6.3 gC.m'2.year-l). (4) The different postglacial conditions of peatland development arc coirfronted. Carbon accumulation appears to have been essentially controlled by the interplay between physiography (initial minerotrophic supply) and autogenic processes, which progressively isolated the peat-forming vegetation from groundwater. Notably, neither climate nor fire seem to have played a significant role.