L’usage des véhicules tout-terrain (VTT) est largement répandu en Minganie, municipalité régionale de comté reconnue pour ses grandes étendues de tourbières. Ce mémoire vise à comprendre les effets de cette perturbation linéaire en déterminant la distance d’influence des sentiers de VTT sur la végétation et les caractéristiques physiques des tourbières. De plus, il vise à déterminer l’ampleur de l’impact en fonction des caractéristiques des sentiers (largeur, profondeur et nombre de sillons). Répartis dans un rayon de 200 km autour de la municipalité de Havre-Saint-Pierre, 18 transects d’échantillonnage ont permis de constater un effet localisé et limité des sentiers de VTT sur la végétation et les variables abiotiques. Un sol dénudé et une plus grande densité de la tourbe ont été observés à l’emplacement du sentier. De plus, une couverture végétale plus faible a été constatée dans les sentiers, car près du quart des espèces ne résistent pas aux passages des VTT. Quatre espèces indicatrices associées aux placettes hors sentier (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina et S. fuscum) semblent partager des caractéristiques communes (p. ex. : forme érigée, branches basses et ligneuses, thalle friable) les rendant moins tolérantes aux passages des VTT. Certains sentiers couvrent des zones très étendues, surtout s’ils sont dans des zones fortement humides, de sorte que l'impact global du passage des VTT, bien que limité aux sentiers eux-mêmes, peut être très important localement. Puisque l'utilisation des VTT est une pratique en croissance dans la région, une gestion de leur utilisation dans les milieux sensibles ou une sensibilisation des utilisateurs de VTT sur les conditions des tourbières pourrait réduire les effets négatifs et assurer un usage durable pour maintenir les services écologiques fournis par les tourbières. / All-terrain vehicles (ATVs) are widely used in Minganie, a region known for its vast expanses of peat bogs. This thesis aims to understand the effects of this linear disturbance by determining the distance of influence of ATV trails on the vegetation and physical characteristics of the peatlands. In addition, it aims to determine the magnitude of the effect based on trail characteristics (width, depth, and number of ruts). Located within a 200 km radius of the municipality of Havre-Saint-Pierre, 18 sampling transects revealed a localized and limited effect of ATV trails on vegetation and abiotic variables. Bare soil and higher peat density were observed at the trail location. In addition, lower vegetation cover was observed on the trails, as nearly a quarter of the species did not survive the ATV passages. Four indicator species associated with the off-trail plots (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina, and S. fuscum) appear to share common characteristics that make them less tolerant of ATV traffic (i.e., erect form, base-branched woody stems, brittle thallus). Some trails cover wide areas, especially if they are in very wet areas, hence the global impact of ATV passage, while limited to the trails themselves, can be quite severe locally. Since ATV use is a growing activity in the region, managing ATV use in sensitive areas or awareness among ATV users about peatland conditions could reduce negative impacts and ensure sustainable use to maintain the ecosystem services provided by peatlands.

L’objectif de ce mémoire était d’évaluer l’influence de la latitude, de variables abiotiques et du type de tourbières (bog ou fen) sur la diversité des plantes vasculaires et des bryophytes. Des inventaires ont été réalisés dans 380 tourbières du nord-ouest du Québec (49° à 55° N). Les effets de la latitude, de la continentalité, du climat et de variables abiotiques locales sur la diversité α (richesse spécifique et dispersion fonctionnelle), la diversité β (indices LCBD) et la composition ont été évalués pour les deux groupes de plantes. La diversité α des bryophytes augmentait vers le nord, alors que la diversité α des plantes vasculaires présentait des patrons différents dans les bogs et les fens en réponse à la latitude. Il y avait une homogénéisation taxonomique et fonctionnelle vers le nord pour les deux groupes de plantes et dans les deux types de tourbières. Les variables environnementales avaient des effets différents sur les deux groupes de plantes, dépendamment de l’indicateur de biodiversité utilisé. La composition taxonomique et fonctionnelle des bryophytes et des plantes vasculaires étaient principalement structurées par les conditions locales contrastantes entre les bogs et les fens, tandis que les variations bioclimatiques le long du gradient latitudinal jouaient un rôle secondaire. Les futures études et politiques de gestion des milieux naturels devraient tenir compte de plus d’un indicateur de diversité et considérer les différences entre les deux écosystèmes et les deux groupes de taxons afin de planifier les efforts de conservation et afin d’évaluer les effets des changements environnementaux. / This study aimed to evaluate the influence of latitude, abiotic variables on vascular and bryophyte diversity in bogs and fens. Inventories were conducted in 380 peatlands in northeastern Québec (49° to 55° N). Changes in α-diversity (species richness and functional dispersion), β-diversity (LCBD indices) and composition in response to latitude, continentality, climate, and local abiotic variables were evaluated for both plant groups. Bryophyte α-diversity increased northward, while vascular α-diversity showed contrasting patterns in bogs and fens in response to latitude. Environmental variables had different effects on both species’ groups, and patterns varied depending on the diversity indicator used, as α- and β-diversity and functional and taxonomic diversity were often decoupled. There was taxonomic and functional homogenization with latitude for both groups of plants in both habitats. Bryophyte and vascular taxonomic and functional composition were primarily structured by contrasting local conditions in bogs and fens, while bioclimatic variations along the latitudinal gradient played a secondary role. These results highlight the contrasting biodiversity patterns in both peatland types and the importance of local habitat conditions in structuring vascular and bryophyte biodiversity. Therefore, future studies and policies should include more than one diversity indicator and consider the differences between ecosystems and taxon groups when evaluating the effects of environmental changes on biodiversity and planning conservation.

Les tourbières remplissent une importante fonction de régulation des cycles biogéochimiques. Elles sont très sensibles aux modifications du régime hydrologique qui résultent du climat ou de pressions anthropiques. Le travail présenté dans cette thèse applique une approche interdisciplinaire en combinant hydrologie, géophysique, hydrochimie, biologie et modélisation numérique. Le site d'investigation est une prairie tourbeuse située dans la presqu'île du Cotentin, en Normandie. L'approche par datation des eaux souterraines a permis d'acquérir une compréhension conceptuelle de l'aquifère. La modélisation met en évidence les interactions entre l'aquifère et la zone humide et prédit un impact important d'un accroissement du pompage et du changement climatique sur les niveaux d'eau pouvant provoquer un assèchement de la tourbe et sur les débits des cours d'eau. L'étude confirme que la vulnérabilité biochimique de la tourbe aux changements environnementaux, tel que l'état d'aération, est très dépendante de la qualité de la tourbe. Une tourbe plus dégradée, où les teneurs en nutriments et biomasse sont plus faibles, est plus sensible aux processus d'oxydation, qui entraînent une acidification importante, un relargage de sulfates et un lessivage de cations. Les résultats confirment que des conditions anaérobies doivent être favorisées dans la gestion des tourbières, mais qu'une légère fluctuation des niveaux n'altère pas son fonctionnement.

Les forêts boréales stockent de grandes quantités de carbone organique et jouent un rôle important dans le climat planètaire. Le climat est étroitement associé à la surface terrestre à travers les flux de gaz à effet de serre, d’énergie et de vapeur d’eau. Dans la zone de pergélisol sporadique nord-américaine, l’affaissement du sol attribuable au dégel provoque l’expansion de milieux humides sans pergélisol remplaçant des forêts avec pergélisol. Cependant, l’étendue spatiale de ces changements et leurs conséquences sur le climat sont inconnues. Dans cette étude, j’analyse les flux turbulents d’un paysage comprenant des forêts boréales et des milieux humides dans la partie sud de la Taïga des plaines, T.N.-O., Canada. J’associe ces flux avec la modélisation d’empreintes de flux, des données satellite, des données paléoécologiques, et des projections climatiques afin de caractériser l’impact des changements de la couverture terrestre sur les interactions entre la terre et l’atmosphère. Dans la Taïga des plaines, la perte de forêt boréale attribuable au dégel est d’une importance égale à celle due aux feux de forêt. La perte de forêt modifie les flux turbulents d’énergie à travers des changements dans les propriétés aérodynamiques et écophysiologiques de la surface terrestre. L’accroissement de l’albédo cause de petites réductions dans la somme des flux turbulents de chaleur sensible (H) et de chaleur latente (LE)). La diminution de la rugosité et l’augmentation de l’humidité de la surface augmentent toutefois LE tout en réduisant H, ce qui mènerait à une baisse des températures estivales et à une augmentation de l’humidité de l’air, d’après des simulations réalisées à l’aide d’un modèle de la couche limite planétaire. Contrairement à l’effet biophysique de refroidissement du climat régional dû à la perte de couvert forestier, l’expansion des milieux humides et l’augmentation des émissions de méthane (CH4) provoque un réchauffement du climat. L’expansion des milieux humides dans la partie sud de la Taïga des plaines entraîne une augmentation des émissions de 0.034 g CH4 m-2 a-1. Les taux d’absorption de CO2 caractéristiques de ces paysages sont trop faibles pour neutraliser le réchauffement du climat dû aux émissions de CH4 d’ici la fin du 21ème siècle. Tout en dégelant rapidement, ces paysages boréaux restent des puits de CO2, absorbant 74 g CO2 m-2 a-1. L’expansion des milieux humides n’affecte pas les émissions nettes de CO2, les changements de la productivité primaire brute (PPB) et de la respiration de l’écosystème (RE) étant d’une magnitude similaire. Les répercussions négligeables sur les flux nets de CO2 sont largement compensées par les répercussions climatiques directes d’un réchauffement de la température de l’air. Un scénario de réchauffement élevé mène à un accroissement de RE dépassant significativement l’accroissement de PPB. Dans la Taïga des plaines, le dégel du pergélisol a donc des répercussions climatiques qui s’opposent aux plans biophysiques et biogéochimiques. Dans un climat plus chaud, le dégel modifie la façon dont les paysages interagissent avec le climat, ce qui souligne la nécessité d’intégrer les changements dans la couverture terrestre attribuable au dégel dans les modèles du système Terre. / Boreal forests store large amounts of organic carbon and are an important component of the regional and global climate systems. Climate and land surface are closely coupled through the land-atmosphere exchange of greenhouse gases, such as CO2 and CH4, and of energy and water vapor. In lowlands of the North American sporadic permafrost region, thaw-induced surface subsidence leads to expansion of permafrost-free wetlands at the expense of boreal forests underlain by permafrost. However, the spatial extent of these land cover changes and their implications for land-atmosphere interactions are unknown. In this study, I analyze eddy covariance flux measurements from an organic-rich boreal forest-wetland landscape in the southern Taiga Plains, NT, Canada. I combine these measurements with flux footprint modeling, satellite remote sensing data, paleoecological records, and downscaled climate projections to characterize how thaw-induced land cover change affects land-atmosphere interactions and climate. In the Taiga Plains ecozone, thaw-induced boreal forest loss currently transforms the composition and structure of the boreal zone in North America and is of equal importance for tree cover dynamics as wildfire disturbance. Forest loss modifies landatmosphere energy fluxes through changes in aerodynamic and ecophysiological land surface properties. On the one hand, increasing albedo decreases total turbulent energy fluxes (i.e., sensible (H) and latent heat (LE) flux), and on the other hand decreasing surface roughness and increasing wetness enhances LE at the expense of H. The resulting maximum summer air temperatures and humidity would be substantially colder (1-2 C) and wetter (2 mmol mol-1) in a hypothetical permafrost-free wetland landscape, as indicated by planetary boundary layer model simulations. In contrast to the regional biophysical climate cooling impact of thaw-induced land cover change, wetland expansion and related increases in landscape CH4 emissions induce a net global biogeochemical climate warming impact. At the current rate of wetland expansion in the southern Taiga Plains of 0.26 % yr-1, landscape CH4 emissions increase by 0.034 g CH4 m-2 yr-1. Typical rates of long-term net CO2 uptake in these landscapes are too small to neutralize the associated climate warming effect until the end of the 21st century. The rapidly thawing boreal forest-wetland landscape still acts as a net CO2 sink taking up 74 g CO2 m-2 yr-1. Wetland expansion does not affect landscape-level net CO2 uptake as changes in gross primary productivity (GPP) and ecosystem respiration (ER) are of similar magnitude. The negligible thaw-induced effects on net CO2 fluxes are contrasted by larger direct climate change impacts of warming air temperatures and reduced incoming shortwave radiation. For a high warming scenario (RCP8.5), increases in modeled ER outpace the increasing GPP significantly. For a moderate warming scenario (RCP4.5), ER and GPP increase are of similar magnitude. Thaw-induced land cover change in the Taiga Plains causes thus biophysical and biogeochemical climate impacts of opposite sign and at contrasting scales of impacts (regional vs. global). In an increasingly warmer climate, thawing permafrost alters how boreal landscapes interact with climate highlighting the need to incorporate thaw-induced land cover changes into global Earth system models.

Les tourbières couvrent 3 % des surfaces continentales et jouent un rôle important dans le cycle du carbone en stockant le tiers du carbone des sols. L'accumulation de tourbe est liée au déséquilibre production primaire/décomposition du à une activité microbienne limitée par les conditions environnementales. L'infection et la lyse virale ont un impact sur la diversité et l'activité des communautés microbiennes, et influent sur le cycle du carbone. Cependant, le fonctionnement de ce compartiment viral n'avait jamais été pris en compte dans les études de fonctionnement des tourbières. Le but de ce travail de thèse était d'analyser et comprendre la dynamique spatiale et temporelle de l'abondance et de la diversité virale des tourbières à Sphagnum. L'analyse de l'abondance virale et procaryote et de 12 metaviromes en lien avec la physico-chimie d'une tourbière tempérée en France montre une forte variation saisonnière des communautés virales. Cette variation semble très liée aux conditions environnementales générées par la fluctuation de la nappe d'eau. Dans cette même tourbière, l'analyse de la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés de microorganismes présents (métagénomes) et métaboliquement actifs (métatranscriptomes) indique que la structure taxonomique est différente entre les des deux principaux stades, le fen et le bog, mais que ces communautés présentent une diversité fonctionnelle similaire, dont l'expression est liée aux changements des conditions environnementales avec la profondeur. L'abondance des particules virales étudiées dans 5 tourbières à Sphagnum réparties en Finlande, au Canada, en France, et sur l'île subantarctique d'Amsterdam varie fortement avec les sites. L'analyse de la diversité virale de la matrice et de l'eau de tourbe du Canada et de Finlande montre que la diversité virale est structurée par le site, puis le stade dynamique, puis la profondeur, avec un rôle important de la saturation en eau au niveau du site. Ces résultats valident le fonctionnement proposé du compartiment viral et de la communauté d'hôtes procaryotes. Ces connaissances ont été utilisées pour analyser le fonctionnement du compartiment microbien de tourbières à Sphagnum soumises à des perturbations d'origine anthropique. Les 31 métaviromes produits pour cette thèse constituent l'une des plus grandes bases de données sur la diversité virale des écosystèmes alors que la diversité virale des sols n'avait presque jamais été étudiée auparavant. / Peatlands cover 3 % of the continental surfaces but represent up to a third of the soil carbon stock. Peat accumulation results from the imbalance between primary production and decomposition due to the limitation of the prokaryote activity caused by the environmental conditions. Viral infection and lysis impact the diversity and the activity of the microbial communities and influence the carbon cycle. However, the functioning of the viral compartment had never been taken into account in peatlands. The aim of this thesis was to gain knowledge about the spatio-temporal dynamic of viral abundance and diversity in Sphagnum-dominated peatlands. Spatio-temporal analysis of viral and prokaryote abundance and of 12 metaviromes (viral diversity) in relation to the physico-chemical features in a temperate Sphagnum-dominated peatland in France revealed the high seasonal variability of the viral communities. This dynamic appeared mainly related to the environmental conditions shaped by the fluctuation of the water-table level. In the same peatland the taxonomic diversity of the present microorganisms (metagenomes) differed between the fen and the bog, but these communities present a similar functional diversity, which expression in selected in the same way in the two dynamic stages, in relation to depth-related environmental conditions. Viral abundance analyzed in 5 Sphagnum-dominated peatlands from Finland, Canada, France and subantarctic Amsterdam Isle presented a high geographical variability. Investigation of the diversity of the viral communities from the peat matrix and the pore-water in Finland and Canada emphasized the structuration of the viral communities by the site, then the dynamic stage, and finally depth. These results confirm the first hypotheses about the functioning of the viral compartment depending on environmental conditions and prokaryote activity. Effects of human-derived disturbances on viral ecology in peatlands were investigated based on this knowledge. While soil viral diversity was poorly documented at the start of this thesis, the collection of 31 metaviromes from Sphagnum-dominated peatlands produced for this project represents the second largest dataset representing the viral diversity from environmental samples.