Cette thèse concerne l'étude pollinique des tourbières quaternaires des Alpes françaises. 127 sondages ont été faits et analysés.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction puits de carbone des tourbières à sphaignes est susceptible d'être altérée en raison d'une modification des interactions sphaignes-microorganismes, responsables de l'accumulation de carbone. L'objectif de cette thèse a été (1) d'identifier les interactions chimiques entre les polyphénols des sphaignes et les communautés microbiennes des sphaignes et (2) d'évaluer l'impact du réchauffement climatique sur ces relations.Un dispositif expérimental (Open Top Chambers) simulant in situ une hausse modérée des températures (+ 1°C) a été installé sur la tourbière de Frasne (25). La hausse des températures a provoqué une modification du réseau alimentaire microbien avec l'augmentation de la biomasse des bactéries et une baisse importante (-70%) de la biomasse des prédateurs (amibes à thèque). Le réchauffement climatique a également induit une baisse de la production de polyphénols, diminuant ainsi leur effet inhibiteur sur les microorganismes. En parallèle à cette baisse, une hausse des activités enzymatiques phénoloxydases a également été enregistrée. Le réchauffement a ainsi modifié les relations polyphénols - phénoloxydases, deux éléments essentiels du cycle du carbone des tourbières.Les différents changements induits par le réchauffement climatique (polyphénols, phénoloxydases, réseau trophique microbien) ont aussi conduit à une modification des relations " sphaignes-microorganismes " via une accélération potentielle du recyclage des nutriments, ce qui pourrait influencer sur le long terme le fonctionnement de l'écosystème tourbière.

Les tourbières sont largement présentes dans les hautes latitudes nord et plus particulièrement dans les régions de pergélisols. Elles contiennent un important stock de carbone et constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane. Leur représentation dans un modèle de climat estalors primordiale pour améliorer celle du cycle du carbone. De plus, la contribution des émissions de méthane des tourbières reste encore incertaine et de nombreuses incertitudes persistent. Les émissions de méthane des tourbières dépendent fortement du climat et sont influencées principalement par la température et l’humidité du sol. Parallèlement, le réchauffement climatique particulièrement prononcé à ces latitudes conduit au dégel des pergélisols avec une augmentation de la profondeur de la couche active. Ce grand réservoir de carbone peut être partiellement mobilisé et émis sous forme de CO2 ou CH4, en fonction des conditions hydrologiques à la surface.L’objectif de ces travaux de thèse consiste à représenter les tourbières des hautes latitudes dansle modèle de surface ORCHIDEE. Ce développement est effectué dans la version du modèle qui intègreles processus des hautes latitudes tels que le gel des sols. Les tourbières sont représentées parun schéma hydrologique spécifique ce qui améliore les échanges en énergie et en eau. La difficultérepose sur la représentation des processus locaux des tourbières à l’échelle d’un modèle de climatglobal. Certaines propriétés biologiques ont également été prises en compte afin de mieux représenter la végétation de ces milieux. Pour cela, les tourbières sont intégrées comme un nouveau type devégétation et représentées par une fraction de grille, basée sur des observations. Le comportement hydrologique et l’impact de cette intégration sont évalués à échelle des hautes latitudes ainsi qu’à échelle régionale. Ce développement permet d’estimer ensuite l’évolution de l’hydrologie des tourbières suite au réchauffement climatique. Les changements de l’hydrologie des tourbières d’ici la fin du siècle permettent de mieux évaluer les variations futures de leurs émissions de CH4.Ce travail de développement a ensuite été appliqué pour déterminer l’évolution des émissions deméthane. Les tourbières constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane et contrôlentà plus de 70 % la variabilité interannuelle de la concentration atmosphérique de CH4. Les émissionsde méthane résultent de différents processus physiques et biologiques tels que la méthanogénèse etla méthanotrophie. Pour représenter ces processus, un modèle de densité de flux existant, intégré dans ORCHIDEE, a été adapté pour les tourbières afin d’estimer les émissions de méthane des tourbières des hautes latitudes. L’évolution de ces émissions est étudiée entre le début du 20ème et la fin du 21ème siècles selon différents scénarios climatiques. / Peatlands are widely present in northern latitudes and especiallyin permafrost regions. They contain a high carbon stock and are one ofthe greatest natural sources of methane. Their representation in a climate model is crucial to improve the one of the carbon cycle. Moreover, the contribution of methanepeatland emissions remains uncertain.Methane emissions from peatlands strongly depend on the climate and are influenced primarily by temperature and soil moisture. Meanwhile, climate change is particularlysevere at these latitudes and leads to thawing permafrost with increasing the active layer depth. This large carbon reservoir may be partially mobilized and emitted asCO2 or CH4, depending on hydrological conditions at the surface.The aim of this PhD thesis is to represent northern peatlands in the ORCHIDEE land surface model. This development is carried out in the version of the model that incorporatesprocesses in high latitudes such as the soil freezing. Peatlands are represented by a specific hydrological scheme which improves the exchange of energy and water. The difficulty isbased on the representation of local peatlands processes across a global climate model. Some biological properties were also considered to represent bettervegetation of these environments. To do so, peatlands are integrated as a new type ofvegetation and represented by a fraction of a grid, based on observations. Thehydrological behaviour and the impact of this integration are estimated at the boreal scale as well asregionally. This development then allows estimate changes in the hydrology of peatlands due to global warming. Studying the changes in hydrology of peatlands by the end of th 21st century will improve the prediction of future changes in their CH4 emissions.This development work was then applied to determine the evolution of methane emissions. Peatlands are one of the largest natural sources of methane and control more than 70% interannual variability of atmospheric concentration of CH4. Methane emissions result from various physical and biological processes such as methanogenesis and the methanotrophy. To represent these processes, a flux density model, integratedin ORCHIDEE, was adapted for peatlands to estimate their methane emissions. The evolution of these emissions is studied between the early 20th and late 21st centuries under different climate scenarios.

Les tourbières sont communément utilisées comme archives de dépôts de mercure (Hg). De nombreuses études ces dernières décennies ont montré que les taux d’accumulation de Hg (HgARs) ont augmenté en réponse à l’industrialisation. Les signatures isotopiques en Hg se révèlent très utiles pour mieux caractériser les dépôts de Hg. Elles ont permis de montrer que les dépôts secs de Hg élémentaire gazeux (GEM) dominent les dépôts de Hg sur la tourbière du Pinet. L’analyse d’échantillons de tourbe provenant de plusieurs tourbières en hémisphère nord montre que les dépôts secs de GEM dominent globalement les dépôts de Hg. Les tourbières pourraient donc être utilisées comme archives à la fois des dépôts humides et des concentrations en GEM pendant l’Holocène. On présente la première reconstruction quantitative des concentrations passées en GEM à partir de carottes de tourbe. L’impact de l’Homme sur le cycle du Hg a eu pour conséquence une augmentation graduelle des concentrations en GEM de 0,2 (10 000 – 4000 BP) à 3,5 ng m-3 (20ème siècle), accompagnée par des modifications de signatures isotopiques du Hg atmosphérique. Cette première utilisation de tourbières comme archives de concentration et d’isotopie du GEM est prometteuse, et devrait être étendue à la période pré-anthropique pour étudier les variations naturelles du cycle du Hg pendant l’Holocène. / During the past few decades, peatlands were successfully used to investigate historical mercury (Hg) deposition. The chronology of Hg accumulation rates (HgARs) to peatlands is well constrained, with recent increases in HgAR associated with anthropogenic Hg emissions and deposition. The use of Hg stable isotopes in peatland ecosystems provides new opportunities to better characterize and understand historical Hg deposition. In an extensive study conducted at the Pinet peat bog (French Pyrenees) we identify gaseous elemental Hg (GEM) dry deposition, via foliar uptake, as the dominant Hg transfer pathway from the atmosphere to peat vegetation. Based on the Hg isotope analysis of multiple northern hemispheric peat records, we find that GEM dry deposition dominates Hg deposition globally. We suggest that peatlands can be used as archives of both past Hg wet deposition, Hg dry deposition and GEM concentration. We present the first quantitative reconstruction of historical atmospheric GEM concentrations using peat archives from the Pyrenees. The Human impact on Hg cycling caused a gradual increase in GEM concentrations from 0.2 (10,000 – 4000 BP) to 3.5 ng m-3 (20th Century) and was accompanied by a change in atmospheric Hg isotope signatures. This first comprehensive study on Hg isotope deposition to peatlands is promising and should be extended to pre-anthropogenic times to investigate natural variations in atmospheric Hg dynamics during the Holocene.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

Cette étude porte sur l’évaluation à long terme de la végétation de la tourbière de Bois des-Bel, restaurée par la technique de « transfert du tapis muscinal ». L’approche par communautés a montré que l’écosystème de référence, la zone non restaurée et la zone restaurée depuis neuf ans étaient différents quant à la structure et à la composition végétale. La zone restaurée avait une abondance élevée 1) de sphaignes, ce qui la différenciait de la zone non restaurée, et 2) d’herbacées, ce qui la différenciait de l’écosystème de référence. Les traits des herbacées trouvés dix ans après la restauration, bien que différents et plus uniformes que ceux de l’écosystème de référence, montraient une tendance à se rapprocher de ce dernier. Après 10 ans, les canaux possédaient une diversité fonctionnelle de traits d’herbacées plus élevée que les planches. La création de mares de différentes profondeurs pourrait augmenter la diversité du site restauré. / This study is about the long term evaluation of the vegetation of Bois-des-Bel peatland, restored by the “moss layer transfer” technique. The communities approach showed different vegetation structure and composition for the reference ecosystem, the non-restored section and the nine years old restored section. However, the restored section had higher abundances of 1) Sphagnum mosses which increased its dissimilarity from the non restored section and of 2) herbaceous species which increased the difference with the reference ecosystem. Traits of herbaceous species found ten years after restoration were different and more uniform than those found in the reference ecosystem, but they seemed to converge toward the latter. For herbaceous species, the former ditches of the restored section had higher traits functional diversity than peat fields ten years after restoration. Thus, the creation of shallow or deep ponds could increase diversity of the restored site.

En me basant sur un modèle de changement des tourbières face au réchauffement climatique, j'ai reproduit les conditions d'assèchement auxquelles elles seront soumises au cours du présent siècle en abaissant artificiellement le niveau de la nappe phréatique. J'ai testé l'hypothèse que les changements de végétation et d'accumulation de la matière organique différeraient à l'échelle spatiale (buttes, platières et dépressions) et à l'échelle temporelle (court et long termes) dans une tourbière minérotrophe pauvre dominée par les sphaignes et représentative de la majorité des tourbières minérotrophes boréales pauvres du Canada. L'abaissement de la nappe phréatique a eu pour effet d'homogénéiser les communautés végétales des microhabitats ainsi que de modifier leur productivité végétale et leur taux de décomposition. Toutefois, c'est uniquement dans les buttes que l'accumulation de la matière organique a été réduite. Les changements observés à court terme n'ont pas toujours été semblables à ceux à long terme. Finalement, mes résultats montrent l'importance d'intégrer les réponses différentielles des microhabitats dans les modèles de changement des tourbières face au réchauffement climatique.

Dans le sud du Québec, les milieux humides ont été grandement perturbés depuis l'arrivée des premiers colons européens, particulièrement au cours des 100 dernières années. L'une des conséquences de ces perturbations est l'installation d'espèces habituellement peu présentes dans ces écosystèmes, comme le bouleau gris (Betula populifolia), un arbre pionnier opportuniste. Ce projet avait pour objectifs de documenter les époques de son installation au sein des tourbières ombrotrophes de la Montérégie et d'examiner les facteurs ayant favorisé cet établissement. Les hypothèses posées sont que la présence du bouleau gris dans les tourbières est un phénomène récent (XXe siècle), et qu'elle est étroitement associée aux activités anthropiques ayant lieu en périphérie des tourbières, notamment l'agriculture. Afin de répondre aux objectifs et de vérifier les hypothèses émises, quatre types d'analyse ont été effectués pour dix tourbières: i) des analyses dendrochronologiques pour identifier les périodes d'établissement minimales du bouleau; ii) des analyses macrofossiles de tourbe de surface afin de reconstituer l'histoire botanique récente des tourbières; iii) des analyses des photographies aériennes afin de reconstituer la dynamique spatio-temporelle du boisement des tourbières et celle de l'utilisation des terres en périphérie, enfin iv) l'analyse des données météorologiques pour déterminer si le climat a pu favoriser l'installation du bouleau gris. On a montré que la colonisation des tourbières par le bouleau gris est récente, les individus s'étant majoritairement installés il y a moins de 50 ans. Cette colonisation faite suite dans la plupart des cas à un incendie. Elle semble aussi liée à l'accroissement des activités humaines en périphérie des tourbières qui ont sans doute favorisé l'assèchement des dépôts et l'établissement des semis d'arbres. Il est toutefois difficile d'établir une relation avec les précipitations estivales car elles furent plus abondantes lors des périodes d'établissement du bouleau gris. Par contre, la température pourrait avoir stimulé sa croissance. Mots clés : bouleau gris, tourbières, perturbations anthropiques, boisement, analyse macrofossile, dendrochronologie, photographies aériennes, données météorologiques, Québec

Les tourbières sont largement représentées dans la région boréale de l'Alberta, mais peu est connu sur la restauration de plates-formes de forage localisées en milieux tourbeux. Deux expériences de terrain ont testées la provenance du matériel végétal (bog, écotone bog-peupleraie, fen dominé par saules-Cyperacées, riche fen arbustif, riche fen forestier) à réintroduire sur différents substrats (sciure, loam argileux, mélange sciure-loam, tourbe, microtopographie) sur d’anciennes plates-formes. Nos résultats montrent que les communautés de tourbières peuvent s’établir sur un sol minéral après transfert d’une couche muscinale. Le type de communauté végétale où les propagules sont récoltées est un facteur déterminant au succès des bryophytes à s’établir. Un amendement en tourbe facilite l’établissement des plantes. La technique de transfert de mousse est une approche prometteuse pour la restauration de fens sur plateformes pétrolières. Nous recommandons une mise à l’échelle pour tester la validité de ces méthodes de réintroduction de végétation de manière mécanisée. / Peatlands are largely represented in the boreal region of Alberta but little is known about their restoration on well sites. The goal of this study is to compare plant communities and substrates in order to recover peatland vegetation. Two field experiments tested which plant communities (bog, bog-aspen ecotone, willow-sedge fen, shrubby rich fen, treed rich fen) would best regenerate on different substrate (sawdust, clay loam, mix sawdust-clay, peat, surface roughness). We found that peatland communities can establish on mineral soil after propagules transfer using the moss layer transfer technique (MLTT). The choice of plant community, where the propagules are harvested is key to bryophytes establishment. Peat amendment facilitated the plants establishment. The MLTT is a promising approach to restore fen plants on well sites. We recommend a scale-up experiment for a whole well site to test the validity of MLTT within pad removal techniques.

Dans le but de reconstituer l’évolution temporelle d’une tourbière à palses située dans la zone de pergélisol sporadique au Québec (en Jamésie), une étude chrono-stratigraphique et macrofossile a été entreprise sur une palse faisant partie de cette tourbière. L’accumulation de la tourbe a débuté vers 5310 ans étal. BP. Entre 4570 et 3020 ans étal. BP, des conditions sèches, associées probablement au réchauffement climatique de la période mi-Holocène, a favorisé la densification du couvert forestier et une récurrence d’incendies tant sur la tourbière qu’en périphérie. Vers 3020 ans étal. BP, le milieu est redevenu humide; l’épinette noire a diminué d’abondance alors que le mélèze laricin s’est établi et a crû à même la tourbière. Entre 2350 et 760 ans étal. BP, les conditions locales se sont appauvries et vers 760 ans étal. BP, a débuté la phase ombrotrophe. L’installation du pergélisol aurait eu lieu au Petit Âge glaciaire. Mots-clés : Paléoécologie, Tourbière à palses, Petit Âge glaciaire, Haut-Boréal, Jamésie.