Les relations unissant divers indices spectraux aux flux de CO2 et aux conditions hydriques ont été testées au sol pour une diversité de communautés végétales de tourbière ombrotrophe boréale. Les résultats indiquent que l'indice spectral NDVI est faiblement explicatif de la variation de l'échange écosystémique net et de la photosynthèse brute alors que les combinaisons d'indices NDVI/WI et NDVI*sPRI le sont modérément et que l'indice CI est le plus prometteur pour une caractérisation à plus grande échelle. En plus de permettre la correction de l'indice NDVI (c.-à-d. NDVI/Wl) dans la modélisation des flux de CO2, l'investigation des relations entre la réflectance spectrale et les conditions hydriques a permis de montrer que la réflectance spectrale au sol (WI) était indicatrice de la teneur en eau en surface dans les platières à sphaignes et de la profondeur de la nappe phréatique pour une plus grande gamme de communautés végétales.

La plantation d'arbres ou d'arbustes fruitiers figure parmi les options de réaménagement complémentaires à la restauration des tourbières résiduelles. Aucune étude n'avait toutefois été effectuée concernant le potentiel de telles plantations dans l'est du Canada. Le présent projet avait pour principal objectif de dresser un portrait des plantations existantes en tourbières résiduelles canadiennes, afin de connaître le potentiel de différentes essences forestières et d'une espèce d'arbuste fruitier (l'Aronia noir) à croître sur substrat tourbeux. Les essences forestières montrant de bonnes croissances sont l'Épinette noire et le Mélèze laricin. L'Érable rouge, le Pin gris, le Pin sylvestre et l'Aronia noir ont présenté certaines difficultés d'implantation ou de croissance, mais demeurent potentiellement intéressants. Les plantations de Peupliers hybrides sur tourbière résiduelle se sont avérées un échec. Une régie de la fertilisation comportant de faibles doses d'azote, de phosphore et de potassium est un atout pour des plantations forestières ou fruitières de ce type. Le présent projet a donc permis de mettre en évidence le réel potentiel d'établissement de certaines espèces forestières et fruitières en tourbières résiduelles dans l'Est du Canada.

Tableau d'honneur de la FÉSP / Les tourbières jouent un rôle important dans le cycle du carbone à l’échelle de la planète, principalement par la captation de dioxyde de carbone (CO₂) et l’accumulation de carbone dans la tourbe et par de considérables émissions de méthane (CH₄). Les activités d’extraction de tourbe horticole causent la dégradation des tourbières qui fournissent des services écologiques, dont la régulation du climat. Une méthode de restauration significative, robuste et efficace a été développée pour les tourbières acides dominées par les sphaignes. Il arrive toutefois que les conditions physico-chimiques de la tourbe résiduelle après extraction soient caractéristiques des tourbières minérotrophes (fens). Lorsqu’appliquée dans un contexte de restauration de fens, la méthode de restauration par transfert de la strate muscinale s’est avérée peu efficace pour le retour des espèces vasculaires et muscinales typiques des fens. Dans certains contextes, la technique de remouillage sans autre action de restauration pourrait s’avérer efficace pour restaurer les fens post-extraction. Le but de cette étude est d’évaluer l’efficacité du remouillage à rétablir la végétation caractéristique des fens, ainsi que leur fonction de séquestration du carbone, et cela une et dix saisons de croissance après remouillage. Le site à l’étude se trouve dans le sud-est du Manitoba, au Canada. Les données ont été récoltées durant les étés 2016 et 2017. Le remouillage peut rapidement mener à des échanges de CO₂ typiques des tourbières naturelles. Le remouillage a résulté en des écosystèmes dominés par des espèces vasculaires typiques des milieux humides et des tourbières minérotrophes et ombrotrophes. Dix saisons de croissance après remouillage, un tapis discontinu de mousses typiques des tourbières minérotrophes s’est rétabli. Le remouillage peut être utilisé de manière efficace pour la restauration de fens après extraction. La gestion des niveaux d’eau s’avère primordiale pour favoriser une structure de végétation semblable à celle retrouvée dans les fens naturels. De trop hauts niveaux d’eau sont à éviter pour empêcher de générer de très hautes émissions de CH₄ et maximiser la fonction de séquestration du carbone. Ce mémoire se divise en trois chapitres : une introduction générale au sujet, suivie d'un corps de mémoire sous forme d'article scientifique puis d’une courte conclusion

Dans le cas particulier des tourbières à sphaignes affectées par l'exploitation horticole par aspiration, l'objectif à long terme de la restauration écologique est de ramener l'écosystème à un état fonctionnel et autosuffisant, assurant entre autre le rétablissement du cycle des éléments nutritifs et permettant l’accumulation de nouvelle matière organique. Pour déterminer le succès de l'intervention il est donc nécessaire de se tourner vers une approche capable de relier les éléments structuraux et fonctionnels de l'écosystème et d'intégrer une dimension plus dynamique, dans l'espace et dans le temps. Durant mon doctorat, j’ai analysé le retour de ces fonctions dans la tourbière restaurée de Bois-des-Bel à l'aide de différentes approches. Tout d'abord, j'ai étudié l'évolution temporelle de la composition chimique de la tourbe, de l'eau et des tissus de trois espèces végétales (Chamaedaphne calyculata, Sphagnum spp., et Polytrichum strictum) pour les sept premières années suivant la restauration. J'ai établi que la restauration permet une recharge en élément nutritifs suffisante pour compenser les carences des terrains mis à nu par l'exploitation, tel que révélé par la composition chimique des tissus végétaux. J'ai ensuite caractérisé le compartiment microbien (taille, composition et activité) et la physico-chimie de la tourbe suivant la restauration, à travers deux études. La première a mis en évidence que la restauration amène une augmentation de la quantité d'éléments nutritifs, de la biomasse microbienne et de l'activité des micro-organismes dans les horizons supérieurs. Cependant la faible qualité du carbone composant la tourbe fortement décomposée ne permet pas un rétablissement des populations microbiennes aussi rapide que le retour de la végétation. La seconde étude montre que la production de CO2 et de CH4 en conditions anaérobies dans la tourbe de la section restaurée s'apparente davantage à celle de la tourbe non-restaurée qu'à celle de la tourbe naturelle. Enfin, j'ai complété une étude innovatrice sur les relations unissant la composition de la végétation en surface, les conditions environnementales; la structure du compartiment microbien et son potentiel pour la décomposition en tourbière restaurée. TI en ressort que le retour de la sphaigne et de certaines éricacées modifie la structure du compartiment microbien et son potentiel pour la décomposition. De plus, j'ai démontré que le potentiel de décomposition est largement influencé par les conditions environnementales, notamment la présence et l'épaisseur du tapis de sphaignes et la masse volumique apparente sèche, mais aussi par la structure du compartiment microbien. / In the particular case of cutover Sphagnum peatlands, the long-term objective of ecological restoration is to bring back the ecosystem to a functional and self-sustainable state. Among other, this means a system where the nutrient cycle is efficient, and where the organic matter can accumulate actively. Hence, in a long term perspective, it is necessary to find a monitoring approach capable of linking the structural and functional aspects of the ecosystem together, one that would integrate a more dynamic dimension to evaluate success. During my PhD, I evaluated the return of these functions in the Bois-des-Bel restored peatland, using different approaches. To begin with, I studied the temporal evolution of chemistry in the peat, the water and the tissues of three plant species (Chamaedaphne calyculata, Sphagnum spp., and Polytrichum strictum). I established that restoration allows a sufficient nutrient recharge to outcome the deficiencies visible in the cutover section, as reflected by plant tissue chemistry. Then, I characterized the microbial compartment (size, composition and activity) and the physicochemistry of the peat, following restoration through two studies. The first of two studies showed that restoration augments nutrient quantity, microbial biomass and microbial activity in the surface layers; however, the recovery of the microbial compartment is delayed in comparison with the return of a typical vegetation cover, as a consequence of the poor quality of carbon and organic matter in the highly decomposed peat. The second study demonstrated that under anaerobic conditions, restored peat is more similar to non-restored than natural peat in terms of CO2 and CH4 dynamics. Finally, 1 explored the relations linking above-ground vegetation composition, environmental conditions, below-ground microbial structure and. decomposition potential. This unique research work revealed that the return of mosses and ericaceous shrubs modifies the structure and the decomposition potential of the microbial community. Moreover, it highlighted that the latter was also greatly influencedby environmental factors, notably Sphagnum presence and thickness as well as peat bulk, density, but also by the structure of the microbial community.

L'utilisation de la minéralogie magnétique en tant que marqueur des changements environnementaux dans les tourbières a été envisagé dès 1986 (Richardson, 1986) mais n'a pas été réellement prise au sérieux jusque très récemment (Hutchinson and Armitage, 2009; Mighall et al., 2009). Notre étude se proposait d'abord de déterminer quelles techniques sont les plus adaptées à des mesures sur tourbe (acquisition progressive d'ARI et ARA associées à leurs désaimantations AF) et comment les mettre en place afin de garantir la qualité des mesures malgré les nombreuses contraintes : faiblesse du signal, évolution temporelle de la minéralogie, caractère meuble et instable des dépôts. Le protocole d'étude de la minéralogie magnétique a ensuite été appliqué à trois carottes prélevées dans le marais de la Trézence (Charente-Maritime, France) en parallèle d'analyses géochimiques à même de retracer l'histoire environnementale du site (analyse élémentaire, isotopes du plomb, rapport C/N,datations radiocarbones). A la confrontation des résultats, il apparaît qu'une partie des variations de minéralogie magnétique correspond aux indications environnementales apportées par les paramètres géochimiques. Les autres variations mises en exergues peuvent être interprétées en termes d'indicateurs de processus pédologiques non observable avec les paramètres géochimiques étudiés.

La présente étude s'est attardée à l'utilisation de semences comme une avenue potentielle pour l'élaboration d'une technique de restauration des plantes vasculaires associées aux bords de mares en tourbières. Dans un premier temps, différents types de lits de semences et de niveaux d'eau ont été évalués quant à leur capacité à favoriser la germination et la croissance de différentes espèces propres à ce milieu. En parallèle, une expérience sur l'effet de différentes conditions d'humidité et de température d'entreposage sur la viabilité des semences a été mise en oeuvre. Les résultats montrent que, malgré la présence de tendances générales, plusieurs espèces possèdent des besoins relatifs à leur germination et leur croissance qui leur sont propres, et des distinctions peuvent être établies pour d'éventuels usages en restauration. Bien que les résultats sur les conditions d'entreposage soient davantage mitigés, il semble néanmoins possible d'entreposer ces semences sur une période de temps relativement longue.

Svalbarðstunga est un nom de lieu historique et officiel qui identifie le territoire entre les rivières Svalbarðsá et Sandá (nord-est de l’Islande). En aval du bassin versant de Svalbarðsá, se situe la ferme principale de la région, la ferme Svalbarð, qui est en activité depuis plus de 1000 ans. Depuis sa mise en place, de nombreuses fermes satellites, associées à la ferme Svalbarð, se sont établies dans la région Svalbarðstunga. La quasi-totalité des fermes fut abandonnée à divers moments et les motifs d’abandon restent nébuleux. Ils pourraient être associés à des facteurs naturels (p. ex.: changements climatiques, volcanisme) et/ou humains (p. ex.: dégradation des terres par le surpâturage, épidémies). L’objectif principal de cette étude est de documenter l’impact des changements climatiques et des activités humaines sur l’environnement de la vallée Svalbarðstunga. Pour atteindre cet objectif, nous nous sommes basées sur l’étude d’archives sédimentaires collectées au sein d’un étang et d’une tourbière, situés à proximité de vestiges d’anciennes fermes. Ces travaux de recherche incluent des analyses macrofossiles, diatomifères, géochimiques et sédimentologiques. La tourbière étudiée s'est mise en place rapidement après la déglaciation, vers 9190 ans étal. BP; les conditions locales étaient minérotrophes riches. Le site s’est ensuite relativement asséché et il est revenue à des conditions plus humides vers 470 ans étal. BP. D’autre part, l’étang étudié présente des signes de perturbations majeures entre 1000 et 1350 AD, telles que la déposition d’un niveau de tourbe non décomposée au sein d’une séquence sédimentaire constituée de gyttja entre 1100 et 1350 AD. En tenant compte de la localisation du site d’étude, l’élevage de bétails, principalement de moutons, aurait pu entraîner une déstabilisation des sols du bassin versant par le surpâturage des buttes de dépôt fluvio-glaciaire et glaciaire qui entourent l’étang, ce qui aurait provoqué une forte accumulation sédimentaire dans l’étang. / Svalbarðstunga is a historic and official region that spans the territory between the Svalbarðsá and Sandárivers (northeastern Iceland). The principal farm of the region is known as Svalbarð’s farm. It is located downstream of the Svalbarðstunga watershed and has been a functioning farm for over 1000 years. Many secondary farms were established in the regiona as satellites of Svalbarð’s farm. The majority of this farms site was abandoned at various times, but the reasons for that are still unknow. Natural factors (e.g.,climate change, volcanism) and/or human factors (e.g., land degradation from overgrazing, epidemics) were the most likely causes of abandonment. The principal goal of this research is to document the impact of climate change and human activities on the environment in Svalbarðstunga. To achieve this aim, we studied the sedimentary record in a pond and in a wetland situated near the ruins of the ancient farms. The research includes the study of macrofossils, diatoms, geochemicals and sedimentary analysis. The wetland in the study was established soon after deglaciation, by 9190 years cal. BP. The local conditions were rich minerotrophicat that time. Subsequently, the site became relatively dry, but wet conditions were re-established by 470 years cal. BP. On the other hand, the pond in the study shows evidence of major perturbations between 1000 and 1350 AD such as deposition of a non-decayed peat level in a sedimentary sequence formed by gyttja. Taking into account the location of the study site, the practice of livestock breeding (mainly sheep) would have destabilized the land on the wathersed due to the overgrazing of the fluvioglacial and glacial deposits knolls that surround the pond. This process would have caused significant sedimentary accumulation in the pond.

Après leur restauration, les tourbières dont la tourbe a été récoltée par aspirateur conservent un relief uniforme dépourvu de mares, pourtant caractéristiques des bogs naturels. Même lorsque recréées artificiellement sur les sites restaurés, les mares ne contribuent pas à en accroître la diversité végétale. En effet, les espèces typiques des mares ne se réimplantent pas spontanément à leur pourtour, dû à une absence de graines ou de rhizomes dans le matériel végétal réintroduit. Le transfert ciblé de fragments de végétation de surface issus du pourtour de mares d'emprunt vers des mares artificielles ne permet pas non plus l'établissement des plantes vasculaires qui y sont présentes. L'érosion de la tourbe et les conditions instables du substrat prévalant près des mares comptent parmi les facteurs limitant la survie des plantules. Le premier objectif poursuivi dans le cadre de ce projet de recherche consiste à faciliter la recolonisation de bords de mares de tourbière par des sphaignes et des espèces d'herbacées typiques de ce milieu. La méthode employée vise à stabiliser le substrat près de mares artificiellement créées en utilisant des transplants de deux espèces d’éricacées : Andromeda glaucophylla Link et Vaccinium macrocarpon Aiton. Les résultats indiquent que le couvert d'arbustes favorisait la survie des sphaignes dans la zone située près de la ligne d'étiage des mares. Les arbustes, combinés ou non à des sphaignes, ont également limité le soulèvement gélival de la tourbe de surface. Enfin, la présence d'un couvert d'éricacées n’a pas influencé l’établissement ni la croissance de cinq espèces d'herbacées semées au pourtour des mares créées. Le second objectif consiste à évaluer le type de tapis de bryophyte qui favorise l’établissement de trois espèces récalcitrantes d’herbacées introduites par semis. Les espèces de Carex ont germé de façon similaire sur tous les types de tapis, alors que les tapis de Sphagnum cuspidatum ont avantagé la germination de Scheuchzeria palustris. Enfin, les plantules d’herbacées ont eu une meilleure croissance sur des tapis de bryophytes récemment restaurés constitués de fragments de sphaignes que sur des tapis déjà bien établis. À la lumière de ces résultats, il serait avantageux de transplanter des arbustes d’éricacées dans la zone d’étiage des mares afin de stabiliser le substrat et de favoriser l’établissement de sphaignes. Le semis d’espèces d’herbacées dans cette zone serait envisageable dès les premiers stades de restauration. / Restored peatlands are characterized by a uniform vegetation cover and a surface lacking open water bodies. Since pools are known to increase biodiversity in natural peatlands, their creation were investigated for restored sites. So far, we cannot rely on spontaneous recolonization for these created microhabitats. Mosses transfer from natural pool margins to artificial ones is a technique that failed to restore vascular plant communities associated with these microhabitats, although diaspores (rhizome, seeds, plants fragments) are transferred with mosses. Peat erosion and substrate instability around pool margins are factors affecting survival of seedlings. The main objective of this research project was to facilitate Sphagnum and vascular plants establishment around pool margins created in restored peatlands. One way to achieve this was through substrate stabilization using two species of shrubs (transplants of Andromeda glaucophylla Link and Vaccinium macrocarpon Aiton). Results show that ericaceous cover increased survival of Sphagnum along pool margins. Ericaceous shrubs -with or without mosses- also reduced frost heaving compared to the control but did not influence establishment or growth of five herbaceous species sowed around pool margin. The second objective was to evaluate different types of bryophyte seed beds to determine which one increase establishment of three herbaceous species sowed. Carex species have equally germinated on all seed beds, although Scheuchzeria palustris had a higher germination rate on Sphagnum cuspidatum seed beds. Finally, seedlings had a better growth rate on newly restored Sphagnum seed beds than on those well established. According to these results, we recommend transplanting ericaceous shrubs along pool margins as they stabilize substrate and promote Sphagnum growth. The best timing for herbaceous species sowing along pool margins would be in the first restoration process steps.

Maintenant que les méthodes optimales permettant la restauration des tourbières post-extraction du Québec sont connues et appliquées, il devient pertinent de s’intéresser aux écotones artificiels laissés en périphérie des sites restaurés. Ce projet visait à caractériser les écarts entre les gradients écohydrologiques d’écotones artificiels périphériques aux tourbières post-extraction et ceux d’écotones de référence dans des tourbières non perturbées et à tester des aménagements visant à amenuiser ces écarts. Des relevés hydrologiques, topographiques et de végétation effectués le long de transects traversant ces écotones ont été réalisés dans un fen et deux bogs post-extraction (Québec et Alberta). Nos résultats démontrent qu’une montée allant jusqu’à 119 cm dans le premier mètre et qu’une nappe phréatique profonde (jusqu’à -65 cm) dans les quatre premiers mètres bordant le canal sont présentes. Une strate arborescente dense (24 000 tiges/ha comparé à un maximum de 2 000 tiges/ha dans les écotones de référence) et une faible présence de mousses ont aussi été notées dans les premiers mètres en bordure de la lisière d’extraction. Ainsi, les perturbations éco-hydrologiques causées par l’extraction de la tourbe sur la tourbière adjacente sont importantes à 1 m du canal, toujours présentes à 8 m et nulles à 25 m. Des travaux d’aménagement ont été testés dans des écotones artificiels afin de réduire leurs écarts éco-hydrologiques avec les gradients des écotones de référence. Le canal de drainage périphérique a été complètement remblayé, la pente du sol aplanie et la végétation arborescente éliminée dans les premiers mètres adjacents à la tourbière post-extraction. Ces aménagements ont mené à une remontée de la nappe phréatique grâce à la diminution des écarts éco-hydrologiques entre les écotones artificiels en périphérie des tourbières post-extraction et les écotones de référence. Ces résultats permettent de suggérer l’intégration de ces étapes dans la restauration des tourbières postextraction. / Now that optimal restoration methods of cutover peatlands are known and applied, it becomes relevant to study the sharp ecotones left at the edge of these sites. This project aimed to characterize the eco-hydrological gradients of these artificial ecotones and to test restoration actions to reduce the eco-hydrological differences between these and reference ecotones. The topography, the hydrology and the vegetation have been characterized along transects extending into these ecotones in one cutover fen and two cutover bogs (Quebec and Alberta). Our results show sharp changes in the elevation of the soil surface and groundwater table, with height differences in soil surface up to 119 cm in the first meter next to the ditch and goundwater table as deep as 65 cm below the surface in the first four meters near the ditch. Tree density up to 24 000 stems/ha compared to a maximum of 2 000 stems/ha in the reference ecotones has been found along the edge in the first meters next to the ditch resulting in mosses coverage much lower than in reference ecotones. Thus, the impacts of horticultural peat extraction activities are important at one meter next to the contour ditch into the adjacent peatland, still present at 8 m and absent at 25 m. To reduce those eco-hydrological disturbances, restoration actions consisting in tree cutting, complete ditch filling and gradual leveling of the soil surface have been tested along the edge of the artificial ecotones. The topography and groundwater table in the managed ecotones showed more progressive gradients which suggests the return of eco-hydrological conditions that will favour a transition similar to the reference ecotones. On the basis of those results, we suggest integrating these steps to restore artificial ecotones as a regular action of restoration processes intended for post-extraction peatlands.

L’évolution récente des méthodes d’extraction de la tourbe laisse les tourbières dans un état près d’un stade historique de développement de type minérotrophe plutôt qu’ombrotrophe. Conséquemment, les tourbières industrielles post-exploitation sont fréquemment envahies de colonies monospécifiques de Scirpus cyperinus. Cette étude porte sur l’élaboration de nouvelles méthodes d’intervention visant l’intégration du S. cyperinus dans une biodiversité représentative d’un écosystème de référence. Pour ce faire, deux expériences en serre ont été réalisées. La première expérience évalue la performance de quatre couverts végétaux pour limiter la germination du Scirpus cyperinus en fonction des conditions hydrologiques. Deux couverts végétaux, le Sphagnum warnstorfii et les plants de graminées, ont efficacement limité la germination du Scirpus cyperinus. La seconde expérience évalue le potentiel de deux espèces cibles de restauration à s’implanter parmi le Scirpus cyperinus sous deux régimes hydriques. Une seule espèce, le Calamagrostis canadensis, a réussi à se maintenir en présence du Scirpus cyperinus. / Recent advances in peat extraction methods now leave the environment in a state closer to an historical development stage designated as minerotrophic (fen) rather than ombotrophic (bog). Consequently, industrial peatlands are commonly invaded monospecifically by Scirpus cyperinus soon after the end of operations. This study investigates new intervention techniques promoting biodiversity of the degraded ecosystem. In this context, two greenhouse experiments were carried out. The first one compared the performance of four plant covers to prevent S. cyperinus germination in relation to hydrologic conditions. Sphagnum warnstorfii and graminoid plants mats efficiently limited Scirpus cyperinus germination. The second experiment looked at the potential of two species targeted for reintroduction to grow and compete with Scirpus cyperinus under two hydrologic regimes. The biomass production of one of the two selected species (Calamagrostis canadensis) was able to maintain itself in presence of Scirpus cyperinus.