Le réseau de transport d’électricité sillonne le territoire québécois sur plus de 34 000 kilomètres et certains tronçons traversent inévitablement des tourbières. Ce projet de restauration a été réalisé sur deux tourbières où des chemins avaient été construits dans des emprises de lignes de transport d’énergie, à Sainte-Eulalie (Centre-du-Québec) et Chénéville (Outaouais). Un chemin minéral en tourbière change la nature du substrat et peut influencer le niveau de la nappe phréatique et les caractéristiques physicochimiques de l’eau et de la tourbe. Ces changements peuvent conséquemment modifier la composition et la diversité des communautés végétales tourbicoles. Nous avons tenté de déterminer si l’enfouissement du matériel minéral permet de restaurer la tourbière. La méthode d’enfouissement sous déblai tourbeux (MESDT) utilisée consiste à excaver, puis enfouir in situ le chemin minéral sous la tourbe sous-jacente à la perturbation. La MESDT devrait permettre d’atteindre les objectifs de restauration en (1) limitant l’enrichissement de la tourbière par les éléments nutritifs introduits par le matériel minéral du chemin, (2) en permettant de conserver une surface tourbeuse d’élévation similaire à la tourbière environnante et (3) en facilitant le retour d’une végétation de tourbières telle que trouvée dans l’écosystème de référence. Que ce soit 1 an ou 3 ans post-restauration, les résultats des analyses physicochimiques de l’eau échantillonnée à différentes distances et profondeurs du chemin enfoui ont montré des concentrations en nutriments semblables aux moyennes observées dans les écosystèmes de référence. Les différences d’élévation du sol dans les bandes restaurées entre les relevés sont négligeables. Le couvert de sphaignes à Chénéville a été de 33 ± 9 % moins d’une saison de croissance post-restauration. À Sainte-Eulalie, 3 ans post-restauration, ce couvert a été plus faible (5 ± 3 %) en raison de la qualité du matériel d’emprunt disponible dans le canal de l’emprise drainée. Les résultats de ce projet d’étude montrent que la MESDT répond aux objectifs de restauration. De plus, elle demande moins de ressources humaines, matérielles et monétaires en comparaison de la méthode de retrait complet du matériel minéral. / The electric power transmission lines network spans across the territory of the province of Québec on 34 000 kilometers and some of its sections inevitably go through peatlands. This restoration project has been conducted on two peatlands where access roads were constructed under power lines: at Sainte-Eulalie (Centre-du-Québec) and Chénéville (Outaouais). A mineral road in a peatland changes the nature of the substrate and can influence the water table level and the physicochemical characteristics of the water and peat. These changes can modify the composition and diversity of the vegetal communities. We examined if burying the mineral material within the bog is an effective method to restore the peatland conditions. The restoration by the “Burial Under Peat Layer Method” (BUPLM) consists in excavating and burying the mineral material beneath the underlying peat material. The method should allow to reach restorations goals by (1) confining the nutrients introduced with the mineral material, (2) by conserving a peaty surface elevation similar to the adjacent areas and (3) by re-establishing typical peatland vegetation. Whether it is 1 or 3 years post-restoration, the results of the physicochemical analyses of the water sampled at various depths and distances of the buried road showed similar nutriments concentrations to the means observed in the reference ecosystems. The soil elevation differences in the restored areas between readings are insignificant. Less than a growth season post-restoration, the Sphagnum mosses cover at Chénéville is 33 ± 9 %. At Sainte-Eulalie, 3 years post-restoration, the Sphagnum cover is lower (5 ± 3 %) because of the quality and quantity of the material available in the drained right-of-way. The results of this project show that the BUPLM complies with restoration objectives. Furthermore, it is economically profitable in comparison with the complete removal of the mineral material.

La restauration écologique des tourbières se définit comme l’ensemble des procédés permettant d’assister à la régénération d’une tourbière qui a été dégradée, endommagée ou détruite. La gamme des tourbières perturbées qui nécessitent des actions de restauration est très diversifiée. L’étude de la régénération naturelle des écosystèmes perturbés a fréquemment été utilisée pour développer des méthodes de restauration qui sont adaptées aux types spécifiques de ces écosystèmes. Une compréhension plus complète des trajectoires de régénération, des contraintes environnementales et de dispersion, ainsi que des interactions interspécifiques, est directement reliée au développement de méthodes de restauration et à l’amélioration de nos connaissances sur la réponse des espèces et des communautés à des changements environnementaux. Cette thèse étudie la régénération de la végétation, plus spécialement des bryophytes, ainsi que les facteurs influençant leur régénération dans trois cas problématiques de restauration des tourbières perturbées. Premièrement, la régénération des communautés de bryophytes a été étudiée en fonction des conditions environnementales dans 28 tourbières minérotrophes des Territoires du Nord-Ouest et de l’Alberta ayant brûlé il y a un, deux ou cinq ans. Un changement de dominance a été observé entre les bryophytes pionnières (couvert moyen passant de 16 à 11 %) et les bryophytes de succession tardive (3 à 27 %) entre la 2e et la 5e année après le feu. La répartition et l’abondance des espèces de bryophytes semblent être contrôlées par leurs différences de capacité de régénération en lien avec leur stratégie d’histoire de vie, leur niche écologique et l’effet variable de la biomasse carbonisée. L’intégration de la notion de niche écologique chez les bryophytes de succession tardive ainsi que l’utilisation des espèces ayant un fort potentiel de régénération (comme Aulacomnium palustre et Ptychostomum pseudotriquetrum) devraient être considérées lors de l’élaboration des plans de restauration des tourbières minérotrophes. Deuxièmement, la régénération des sphaignes a été étudiée dans 25 sites donneurs (tourbières ombrotrophes où la végétation de surface a été récoltée pour servir de matériel de réintroduction) sur une chronoséquence de 17 ans en fonction des conditions environnementales et des pratiques de récolte. Les sphaignes dans les sites donneurs se régénèrent en moyenne en 10 ans, quoique des différences mineures dans la composition et l’abondance des espèces ont été observées entre les sites donneurs et les tourbières naturelles. Les espèces pionnières (p. ex., Eriophorum vaginatum), compétitives (p. ex., Sphagnum rubellum) et préférentielles des microhabitats plus humides (p. ex., Chamaedaphne calyculata) étaient plus abondantes dans les sites donneurs. Les pratiques de récolte avaient l’effet le plus important sur la régénération de la végétation, suggérant qu’il est possible d’accélérer la reprise des sphaignes en adoptant des pratiques de récolte appropriées. Des pratiques responsables consistent à éviter les sites donneurs très humides et la récolte durant le milieu de l’été lorsque les mousses ont un plus faible potentiel de régénération et lorsque le risque d’enlisement de la machinerie est élevé. Troisièmement, la régénération et le développement de tapis de sphaignes ont été étudiés dans deux types de tourbières restaurées et colonisées par des plantes pionnières de type graminoïde (Cypéracées). Dans le premier cas, le Carex aquatilis dominait un fen modérément riche restauré et formait des communautés denses avec beaucoup de litière. Dans le deuxième cas, l’Eriophorum angustifolium était dominant avec un faible couvert de litière dans une tourbière à sphaignes restaurée où la densité de la plante graminoïde avait été contrôlée par coupe répétée. Il a été démontré que l’effet des plantes graminoïdes sur les tapis de sphaignes était déterminé par leur litière plutôt que par la structure de la plante elle-même. En raison de l’ombre créée par la litière compacte, la présence d’une communauté dense d’une plante graminoïde accumulant beaucoup de litière comme Carex aquatilis ne semble pas être bénéfique pour développer des tapis de sphaignes productifs. La décision de contrôler les plantes graminoïdes pour accroitre le développement des tapis de sphaignes devrait prendre en considération, bien sûr, le couvert de la plante (non requis si le couvert moyen < 30 %), mais aussi sa forme de croissance (moins essentiel lorsque la plante pousse en tige unique), de même que ses potentiels d’accumulation de litière et d’envahissement (p. ex., Phragmites australis, Scirpus cyperinus). En somme, en plus de répondre spécifiquement à trois cas problématiques de restauration de tourbières perturbées, cette thèse fournit une compréhension améliorée des processus de régénération naturelle des écosystèmes de tourbières et des facteurs qui les influencent. Les résultats ont un lien direct avec le développement d’outils pour la restauration et avec l’approfondissement de nos connaissances sur les réponses des organismes et des communautés végétales aux changements de l’environnement. / The ecological restoration of peatland is defined as all the processes permitting the regeneration of a peatland that has been degraded, damaged or destroyed. The landscape settings and types of peatlands that require restoration actions is very diverse. The study of natural regeneration of disturbed ecosystems has frequently been used to develop restoration methods that are adapted to specific types of ecosystems. A comprehensive assessment of regeneration trajectories and the environmental and dispersal constraints, as well as the interspecific interactions is directly related to the development of restoration methods and the improvement of our knowledge on the response of species and communities to environmental changes. This thesis studies the regeneration of vegetation, especially of bryophytes, and the factors influencing their regeneration in three problematic cases of restoring disturbed peatland. Firstly, the regeneration of bryophyte communities was studied against a range of environmental conditions in 28 minerotrophic peatlands in the Northwest Territories and Alberta that had burned one, two or five years ago. A shift of dominance between pioneer (mean cover from 16 to 11 %) and late successional bryophytes (from 3 to 27 %) was observed between the second and fifth year after the fire. Bryophyte distribution and abundance were controlled by the species difference in terms of regeneration capacity related to their life history strategy, habitat niche, and the variable effect of the burned biomass. The integration of the ecological niche concept for late successional bryophytes and the use of species with a high potential of regeneration (such as Aulacomnium palustre and Ptychostomum pseudotriquetrum) should be considered during the elaboration of restoration plans of minerotrophic peatlands. Secondly, the regeneration of Sphagnum mosses was studied in 25 donor sites (peatlands where surface vegetation was harvested to supply reintroduction material) on a chronosequence of 17 years according to environmental conditions and harvesting practices. It takes on average 10 years for Sphagnum mosses in donor sites to recover, though minor differences in the species composition and abundance was observed between donor sites and natural peatlands. Pioneer species (e.g., Eriophorum vaginatum), competitive species (e.g., Sphagnum rubellum) and preferential species of wet microhabitats (e.g., Chamaedaphne calyculata) were more abundant in donor sites. Harvesting practices had the greatest effect on the regeneration of donor sites, suggesting that it is possible to speed up Sphagnum regeneration by choosing appropriate management practices. Best practices would be avoiding very wet donor sites and harvesting in the midsummer should be avoided when mosses are at their lowest regeneration potential and when the risk of machinery sinking is high. Thirdly, the regeneration and development of the Sphagnum carpets were studied in two experiments conducted in two types of restored peatlands colonized by pioneer graminoid plants (Cyperaceae). In the first experiment, Carex aquatilis dominated a moderately rich restored fen and formed dense communities with a lot of litter. In the second experiment, Eriophorum angustifolium was dominant with a low cover of litter in a restored cutover Sphagnum-dominated bog where the graminoid plant cover was controlled by repeated mowing. It was demonstrated that the effect of graminoid plants on the Sphagnum carpet was determined by the litter rather than by the structure of the plant itself. Because of the shade created by the dense litter, the presence of a community of a graminoid plant that accumulates a lot of litter such as Carex aquatilis is not beneficial for the formation of productive Sphagnum carpets. The decision to control graminoid plants to enhance the growth of Sphagnum carpets should consider the cover of the plant (not necessary when mean cover < 30 %), but also its life form (less necessary when the plant grows in unique stem), its litter accumulation and potential for invasion (e.g. Phragmatis australis, Scirpus cyperinus). In conclusion, this thesis, in addition to specifically address these three problematic cases, provides a more comprehensive assessment of the processes of natural regeneration of peatland ecosystems and of driving factors. The results have a direct link with the development of tools for the restoration of peatlands and with a deeper understanding of the responses of plants and communities to environmental changes.

Les invasions d'arbres ont un impact appréciable sur la ressource eau, et ce, particulièrement dans les milieux humides. Plusieurs de ces milieux sont affectés par différentes activités anthropiques, ce qui les rend encore plus vulnérables aux impacts des invasions biologiques. C'est notamment le cas d'une bonne partie des tourbières exploitées et abandonnées de l'Est du Canada qui sont envahies par le bouleau. L'objectif de cette étude est de déterminer quels sont les facteurs qui favorisent l'envahissement d'un site par le bouleau et l'impact de cet envahissement sur le taux d'évapotranspiration d'une tourbière (pertes en eau). Pour ce faire, 80 quadrats ont été inventoriés (caractéristiques hydrologiques, pédologiques et dendrométriques) au sein de sections abandonnées de la tourbière de Saint-Henri-de-Lévis (Québec) afin de mieux comprendre la dynamique de l'envahissement par le bouleau. Un dispositif expérimental a aussi été mis en place pour mesurer le taux moyen de transpiration du bouleau. L'envahissement par le bouleau est particulièrement important dans les sites tourbeux les plus secs. Il ne s'agirait toutefois que d'un phénomène temporaire ne durant que quelques décennies. Par contre, l'envahissement d'un site par le bouleau, même s'il n'est que de courte durée, peut avoir un impact sur les pertes d'eau par transpiration d'une tourbière. En effet, dans un site fortement envahi par le bouleau, les pertes d'eau par transpiration pour la saison estivale peuvent atteindre plus de 5 700 000 litres par hectare (570 mm/année), soit une valeur deux fois plus élevée que la quantité d'eau qui aurait été perdue par évaporation si le site n'avait pas été envahi. Une invasion de bouleau pourrait empêcher ou retarder le retour des espèces typiques des tourbières et ainsi nuire à la régénération naturelle ou la restauration de cet écosystème. Cependant, comme le bouleau ne s'établit pas dans les sites très humides, le simple blocage des canaux de drainage pourrait être une mesure suffisante pour empêcher l'envahissement.

Cette étude a permis d’acquérir une meilleure compréhension des implications potentielles du réchauffement climatique sur les tourbières dominées par les sphaignes. Le drainage d’une partie de la tourbière a débuté il y a 55 ans. La composition végétale des parties naturelle et drainée a été comparée à l’aide de six transects et analysée par des techniques d’ordination. Les flux de CO2 ont été mesurés durant la saison de croissance sur un transect de la partie drainée et modélisés. En réponse au drainage, la composition végétale a changé et ce n’était pas relié au gradient naturel centre-bordure. Dans la partie humide du transect (éloigné du canal de drainage), la photosynthèse et la respiration totale ont diminué. La captation du CO2 y était légèrement moins élevée que dans la partie sèche. Cette étude suggère que les effets des changements climatiques seraient atténués par un changement des communautés végétales. / This study is providing a better understanding of the potential implications of the global climatic warming on Sphagnum dominated peatlands. The drainage of a part of the peatland began 55 years ago. Vegetation composition of the drained and natural areas was compared along six transects and analysed by ordination techniques. CO2 fluxes were measured during the growing season on one transect of the drained area and inferred by modelling. In response to drainage, vegetation composition changed and it was not related to a natural mire margin-mire expanse gradient. In the wetter part of the transect (far from the drainage ditch), gross photosynthesis and total respiration decreased. There was also slightly less CO2 sequestration than in the drier part. This study suggests for Sphagnum dominated peatlands that the effect of climate change might be reduced by a change of vegetation communities.

La surface des tourbières minérotrophes que l'on trouve dans le Haut-Boréal québécois est constituée de deux éléments principaux : des lanières de végétation et des mares qui alternent de manière plus ou moins ordonnée. La surface de ces tourbières est dégradée par un phénomène nommé aqualyse, qui consiste en la formation et l'agrandissement des mares. La végétation meurt noyée dans les dépressions inondées. Une analyse morphométrique a été menée sur les tourbières des hautes terres de la Baie de James afin de mieux comprendre cet écosystème. L'analyse de la dynamique des mares dans des tourbières de superficie variable et à différents degrés de dégradation a été effectuée. Un modèle conceptuel du développement des tourbières a été conçu à l'aide des données quantitatives et spatiales de la répartition des mares dans le but d'avoir une meilleure compréhension de l'évolution de l'aqualyse. L'abondance, la superficie, la profondeur, le type de contour et la forme des mares ont été mesurés dans 4881 mares réparties dans 24 tourbières. Le modèle est basé principalement sur la structure de taille des mares, c'est-à-dire le nombre de mares présentes selon leur superficie. L'étude révèle que les tourbières minérotrophes de la Baie de James sont diversifiées tant par leur structure de surface que par leur degré de dégradation par l'aqualyse. La superficie et le degré de pente contribuent positivement au développement de la structure de la surface de la tourbière. La superficie du bassin versant, la structure de la surface et l'épaisseur de tourbe favorisent l'aqualyse d'une tourbière tandis que la pente nuit au processus. Les structures de taille des mares indiquent que les populations de mares sont soit en expansion, à l'équilibre ou en transition. Le modèle présenté suggère que davantage de tourbières à fort degré d'aqualyse seront présentes dans le futur dans le Haut-Boréal québécois à cause de la hausse des précipitations reliée au réchauffement climatique.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La paludiculture sous forme de culture de sphaigne est définie comme la production durable de biomasse de sphaignes sur une base renouvelable et cyclique, souvent dans des tourbières ombrotrophes réaménagées. Il a été établi qu'un meilleur contrôle des paramètres hydrologiques, tels que la tension de l'eau dans la tourbe et la profondeur de la nappe phréatique, était l'un des facteurs clés pour obtenir un taux optimal de croissance des sphaignes. L'objectif du contrôle de ces paramètres hydrologiques est d'assurer un flux d'eau suffisant vers le capitule de la sphaigne pour soutenir sa croissance et son activité photosynthétique, qui est principalement produite dans cette partie de la plante. Cette thèse étudie la gestion de l'eau dans les bassins de production de sphaignes de manière à optimiser l'hydrologie du système de de culture, et en conséquence la croissance des sphaignes. Cette optimisation est notamment obtenue à travers la quantification du stress hydrique lié à la productivité des espèces de sphaigne et la modélisation du mouvement de l'eau dans les bassins de culture. Une première étape a été d'établir la relation entre la durée et la fréquence des stress hydriques et la croissance de la sphaigne. La compilation de cinq années de culture de sphaigne avec suivi de la croissance des mousses, à la fois dans des systèmes en tourbières réaménagées et dans des mésocosmes en serre, a été utilisée pour construire un ensemble de données couvrant une large variation de profondeurs de la nappe phréatique. Il convient préciser que dans les cultures de sphaigne sur des tourbières restaurées, le terme restauration fait référence à la gestion pour atteindre la ressemblance d'une condition antérieure. Cette étude appuie le constat que plus le stress hydrique est élevé, plus la productivité des espèces de sphaigne est faible. Dans le cadre de cette étude, le terme stress hydrique ou stress osmotique désigne le stress abiotique subi par une plante de sorte que le taux d'humidité des tissus végétaux est réduit à des niveaux sous-optimaux pour la photosynthèse. Avant de quantifier le stress hydrique, il faut connaître les profondeurs seuils de la nappe phréatique provoquant ces stress. Ces seuils changent entre les sous-genres d'espèces de sphaigne, étant plus élevé pour des espèces du sous-genre Acutifolia (Sphagnum flavicomans, Sphagnum fuscum et Sphagnum rubellum), suivi par le sous-genre Sphagnum (Sphagnum medium et Sphagnum papillosum) et ensuite par le sous-genre Cuspidata (Sphagnum fallax). Pour les systèmes de culture de sphaigne analysés, les profondeurs seuils de la nappe phréatique fluctuent entre 7 et 20 cm. Ces valeurs correspondent à des nappes plus élevées que celle rapportée dans la littérature pour la recolonisation des tourbières de sphaigne lors de projets de restauration, qui est de 40 cm, et ceci parce que dans la culture de sphaigne l'objectif est de maximiser la productivité, et pas seulement la survie des mousses à travers le temps. Une deuxième étude de ce projet de doctorat a été de quantifier le stress hydrique. Les indicateurs identifiés pour la quantification sont la somme des nappes journalières sous la profondeur de la nappe seuil identifiée (SEW) et nombre de jours où la nappe phréatique est sous la profondeur de la nappe seuil (NDW). Le SEW considère l'amplitude de la variation de la nappe phréatique et le NDW contemple la fréquence à laquelle la nappe phréatique se trouvait sous des profondeurs critiques pour la productivité des sphaignes. Toutefois, chacun de ces indicateurs nécessite des relevés quotidiens de la profondeur de la nappe phréatique. Cela étant dit, il est essentiel de disposer de relevés quotidiens de la nappe phréatique, ce qui n'est généralement pas le cas. Malgré cela, deux sources d'information sont utiles pour estimer la profondeur journalière : les relevés journaliers des puits de référence situés sur le même site, et les relevés manuelles disponibles qui sont collectées de façon hebdomadaire ou bimensuel pour tous les puits répartis sur le système de culture de sphaigne. Afin d'obtenir les valeurs quotidiennes de la nappe phréatique à partir de ces informations disponibles, des méthodes d'apprentissage automatique ont été identifiées et elles sont couramment utilisées dans ce type d'application. Ces méthodes permettent d'obtenir une erreur d'estimation allant jusqu'à 4.6 cm, ce qui, pour cette application, est une erreur majeure. Pour cette raison, il a également été décidé de développer une nouvelle méthode basée sur la décomposition des séries temporelles, et elle est la plus performante parmi toutes les méthodes utilisées avec une erreur d'estimation de moins de 3 cm et un coefficient de détermination de 0,95. L'un des grands avantages de cette méthode de décomposition des séries temporelles est qu'elle ne nécessite ni entraînement ni estimation des paramètres de calibration, ce qui permet une application facile non seulement dans la culture de sphaignes mais aussi dans les projets de tourbières remouillées. Cette étude a également permis d'évaluer la fréquence des mesures dans les puits manuels et son influence sur l'erreur d'estimation. La réduction de la fréquence des mesures d'une fréquence bimensuelle à une fréquence hebdomadaire entraîne une diminution de l'erreur de 16 % et l'augmentation à une fréquence mensuelle augmente l'erreur de 13 %. Autrement dit, par rapport aux mesures hebdomadaires, la fréquence mensuelle augmente l'erreur de 29 %. Le troisième focus de cette étude a été d'analyser les fluctuations de la nappe phréatique en fonction des caractéristiques physiques et hydrauliques du système et de l'écoulement souterrain estimé. À cette fin, un modèle a été développé sur la base de l'équation de Boussinesq et qui considère la stratification du milieu, tel que le profil de tourbe où la culture de la sphaigne est aménagée. La performance du modèle, qui prédit 91 % de la variation observée du niveau de la nappe phréatique, est le résultat de la combinaison de la mesure continue du niveau d'eau dans les canaux d'irrigation, les mesures sur place des précipitations, l'approximation de l'évapotranspiration par un modèle utilisant des mesures de la température et de la radiation extraterrestre, ainsi que les mesures in-situ de la conductivité hydraulique saturée par la méthode de la tarière manuelle en milieu stratifié. Un résultat important de ce chapitre est l'exploration de micro-canaux d'irrigation creusés dans un bassin déjà établie afin d'améliorer son hydrologie. Ces canaux de section rectangulaire de 20 cm x 20 cm, espacés de 10 m et reliés au canal périphérique principal, ont permis une amélioration du réseau hydraulique des canaux d'irrigation en réduisant l'espacement entre les canaux, qui était initialement de 20 m entre canaux périphériques. En somme, en plus de répondre spécifiquement à trois défis de la gestion de l'eau en culture de sphaigne, cette thèse fournit une compréhension améliorée du stress hydrique saisonnier chez les espèces de sphaigne, et une vision plus claire du mouvement des eaux souterraines dans les tourbières ombrotrophes réaménagées. Plusieurs des résultats illustrés dans cette thèse sont déjà appliqués dans les systèmes de culture de sphaigne de l'est du Canada. / Sphagnum farming or Sphagnum cultivation is defined as the sustainable production of Sphagnum biomass on a renewable and cyclical basis, often in restored ombrotrophic peatlands. Improved control of hydrological parameters, such as peat water tension and water table depth, has been identified as key factors in achieving optimal Sphagnum growth rates. The objective of controlling those hydrological parameters is to ensure sufficient water flow to the Sphagnum capitula to support its growth and photosynthetic activity, which is primarily occurring in this part of the plant. This thesis studies water management in Sphagnum production systems to optimize the hydrology of the cultivation basins, and consequently of Sphagnum growth. This optimization is achieved through the quantification of water stress related to the productivity of Sphagnum species and the modeling of the water movement in the cultivation basins. A first part of this study addresses the relationship between duration and frequency of water stress and Sphagnum growth. The data compilation of five years of Sphagnum farming monitoring the growth of the mosses, both in managed peatland systems and in greenhouses mesocosms, was used to construct a data set covering a wide variation in water table depths. It is worth pointing out that in the context of Sphagnum cultivation on restored peatlands, the term restored refers the practices to achieve the resemblance of a previous condition. This study reinforces the idea that the higher the water stress, the lower the productivity of Sphagnum species. In this study, the term water stress or osmotic stress refers to abiotic stress experienced by a plant and its tissue moisture content is reduced to suboptimal levels for photosynthesis. Before quantifying water stress, it is necessary to know the water table depth thresholds causing water stress. These thresholds depths of water table vary between subgenera of Sphagnum species, being highest for species tested within subgenus Acutifolia (Sphagnum flavicomans, Sphagnum fuscum et Sphagnum rubellum), followed by subgenus Sphagnum (Sphagnum medium and Sphagnum papillosum) and then by subgenus Cuspidata (Sphagnum fallax). For the Sphagnum farming systems analyzed, the thresholds depths of water table fluctuate between 7 and 20 cm. These values correspond to higher water tables than the ones reported in the literature for allowing good recovery of restored of bogs, which is 40 cm, and this is because in Sphagnum farming the objective is to maximize productivity, not just the survival of the mosses through time. A second area of study in this doctoral thesis was to quantify water stress. The indicators identified for quantification are the sum of daily water tables below the identified threshold depth of water table (SDW), and the number of days the water table is below the threshold depth (NDW). The SWE considers the magnitude of water table variation and the NDW contemplates frequency of water table being below the critical depths for Sphagnum productivity. However, each of these indicators requires daily water table depth records. Hence, the prerequisite of daily water table depths, which is generally not available. Despite of this, tow sources of information are useful for estimating daily depth: daily readings from reference wells located on the same site, and available manual readings that are collected on a weekly or bi-weekly basis for all wells distributed over the sphagnum growing system. To obtain daily water table depths from this available information, machine learning methods have been identified. These methods allow to obtain an estimation error up to 4.6 cm, which for this application we consider to be a major error. For this reason, it was also decided to develop a new method based on time series decomposition. This last method was the one that shown the best performance among the methods used with an estimation error of less than 3 cm and a coefficient of determination of 0.95. A major advantage of the new method is that it does not require training or estimation of calibration parameters, which allows easy application not only in Sphagnum farming but also in rewetted peatland initiatives. This study also evaluated the influence of the frequency of measuring the water table depth in the wells to be estimated on the estimation error. Reducing the measurement frequency from bimonthly to weekly results in a 16% decrease in error and increasing to monthly increases the error by 13%. In other words, compared to weekly measurements, monthly frequency increases the error by 29%. The third focus of this study was to analyze the fluctuations of the water table depth as a function of the physical and hydraulic characteristics of the system and the estimated groundwater flow. For this purpose, a model was developed based on the Boussinesq equation and which considers the stratification of the media, such as the peat profile where Sphagnum moss is grown. The performance of the model, which predicts 91% of the observed variation of the water table, is the result of the combination of continuous measurement of the water level in the irrigation canals, on-site measurements of precipitation, approximation of evapotranspiration by a model using field measurements of temperature and extraterrestrial radiation, and in-situ measurements of saturated hydraulic conductivity by using the auger hole method in stratified media. An important outcome of this chapter is the implementation of micro irrigation channels dug in an already established Sphagnum farming basin to improve its hydrology. These micro shallow channels, with a rectangular cross-section of 20 cm x 20 cm were spaced 10 m apart and connected to the main peripheral channel. These have allowed and improvement of the hydraulic network of irrigation channels by reducing the spacing between channels, which was initially 20 m apart. In short, in addition to specifically addressing three water management challenges in Sphagnum culture, this thesis provides an improved understanding of seasonal water stress in Sphagnum species, and a clearer understanding of groundwater movement in rehabilitated ombrotrophic peatlands. Many of the results illustrated in this thesis are already being applied in Sphagnum farming systems in eastern Canada.

Sept hauts-marais du département de l'Allier ont fait l'objet d'une description, d'un diagnostic et d'une proposition de stratégie de conservation. Le travail en trois étapes : (1) définition du cadre conceptuel, le modèle ; (2) description des complexes ; (3) intégration du modèle et des données de terrain. La synthèse modèle-description a mené à la définition de trois types fonctionnels : (1) édifices en phase corrosive-érosive, ayant subi de fortes perturbations et en particulier le pâturage ; (2) édifices stagnants ; (3) hauts-marais supposés fonctionnels. Au regard de leur nature et de leur état, les représentants du dernier type devraient faire l'objet d'une attention particulière des gestionnaires d'espaces naturels et faire l'objet de recherches complémentaires sur leur activité turfigène et la nature des végétations qui sont à l'origine des bombements

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. / Despite a first study dating from 1986 (Richardson, 1986), magnetic mineralogy in peat was not considered and used as a potential palaeoenvironmental proxy until very recently. The first aim of our study was to determine what technics can be used on peat (SIRM, SARM and their demagnetization) and how, to overcome the specific problems arising from the use of peat : very low magnetic signal, evolution of the signal through time, etc. The relevant magnetic procedure was then applied to three peat cores frome La Trézence peat bog(Charente-Maritime, France) along with geochemical analyses giving informations on the environmental evolution throught time. After comparison of all the results, part of the magnetic mineralogy variations fits with environmental evolution. The other part can be concidered as a proxy of pedologic processes that studied geochemical parameters do not show.

Ce mémoire d'HDR est établi comme « un état des lieux » de mes travaux de recherche autour du thème « sédimentation continentale », et une présentation de mes perspectives de recherche. Il présente un bilan des travaux de recherche réalisés depuis la période post-doctorale. La question centrale est la suivante : quelle est la part relative du climat et de la pression anthropique dans l'érosion du domaine continental ? <br />Le Quaternaire est caractérisé par une oscillation rapide du climat entre des périodes glaciaires et interglaciaires. Depuis peu, l'étude des variations naturelles du climat, particulièrement celui de la période interglaciaire dans laquelle nous vivons, l'Holocène, a connu un regain d'intérêt avec la mise en évidence d'un réchauffement global de la planète dont l'origine est, au moins en partie, anthropique. Afin de pouvoir cerner et modéliser l'impact réel de l'Homme sur le climat, il est indispensable de connaître avec précision les paramètres forçant les variations climatiques naturelles et les effets de ces variations sur l'environnement, et en particulier les enregistrements sédimentaires puisque ceux-ci sont utilisés dans les reconstructions climatiques puis les modélisations du climat. Les bassins versants, de tailles variées, et l'échelle de temps étudiés permettent de suivre à très court, court et moyen terme uniquement l'effet du climat puis la mise en place de la pression anthropique et son impact dans différents contextes sédimentaires. <br />Les lochs, lacs et tourbières sont des sites dans lesquels les enregistrements sédimentaires sont généralement continus depuis le dernier maximum glaciaire (environ 20 000 ans) et souvent caractérisés par une résolution très fine. En revanche, les enregistrements sédimentaires en domaine alluvial et estuarien sont très réduits et fragmentés, mais non dénués d'intérêt. Il s'agit donc nécessairement de conduire une approche pluridisciplinaire. Au sein de cette thématique globale, mes activités de recherche sont centrées sur une approche minéralogique, granulométrique et géochimique de l'impact des variations climatiques et des phases d'anthropisation sur les sédiments. La question de la datation des sédiments est alors cruciale pour corréler entre eux des événements d'impact régional. C'est là qu'intervient la mise en évidence et la caractérisation de niveaux de téphras dont la dispersion régionale est instantanée à l'échelle des temps géologiques.

L'intégration des fonctions des écosystèmes dans les stratégies de conservation a indéniablement renouvelé les critères pris en compte pour asseoir la préservation des zones humides. D'abord naturelles, les fonctions vont progressivement prendre une dimension sociale. Dans ce contexte, le caractère médiatique des rôles hydrologiques assignés aux tourbières fait rapidement le succès de la notion et les fonctions deviennent alors autant d'arguments qui justifient les mesures de protection prises à leur égard.<br />Ce travail se propose ainsi d'identifier et d'évaluer les fonctions des tourbières rhônalpines avec un double objectif : cognitif et méthodologique. <br />Cette étude envisage, premièrement, grâce à une approche géographique qui définit et place les fonctions à l'interface entre les tourbières et la société, l'ensemble de leurs interactions depuis le XIXème siècle. Elle offre, deuxièmement, une méthode d'évaluation des fonctions.<br />Nos résultats montrent que jusqu'au milieu du XXème siècle, c'est l'exploitation de la tourbe qui préside à l'identification des tourbières et qui détermine leurs fonctions. Sur la seconde moitié du XXème siècle, la perception des tourbières évolue considérablement : le gisement minier se transforme en une réserve de biodiversité aux fonctions multiples et réinterprétées au prisme de la société.<br />L'évaluation des fonctions révèle, tout d'abord, qu'elles ne sont pas toutes de même nature. Elle démontre, ensuite, que les tourbières ne remplissent pas uniformément toutes ces fonctions. Ces résultats invitent ainsi à relativiser les fonctions des tourbières et incitent à substituer à l'approche générale une approche plus différenciée.