Cette thèse avait pour objectif principal d'approfondir nos connaissances sur l'écologie des différents types de milieux humides lacustres afin d'optimiser leur conservation. Pour ce faire, j’ai étudié la résilience, les fonctions et les services écologiques (FSE), ainsi que la biodiversité de trois types de milieux humides lacustres. Ces milieux humides sont riverains au lac Papineau, qui est situé dans la réserve naturelle de Kenauk Nature, entre les Laurentides et l’Outaouais. Cette thèse combine des approches globales, multifonctionnelles et ciblées, axées sur la conservation des milieux humides et de leur biodiversité. Dans mon premier chapitre, j'ai d’abord identifié les déterminants écologiques de la typologie des trois types de milieux humides étudiés : des tourbières, des aulnaies (marécages arbustifs) et des frênaies (marécages arborescents). À l’aide de données récoltées sur le terrain et de données cartographiques, j'ai quantifié 12 prédicteurs hydrogéomorphologiques (HGM) et j'ai pu identifier la pente et l'élévation comme étant les déterminants écologiques les plus importants. Mes résultats ont également apporté des nuances supplémentaires quant aux variables associées à chaque type de milieu humide. En utilisant ces 12 prédicteurs HGM, j'ai créé un modèle de forêts d’arbres décisionnels capable de prédire à la fois la présence des milieux humides lacustres et leur typologie. Ce modèle a permis de prédire avec une précision de 89 % la typologie des sites étudiés, ce qui en fait un outil intéressant pour étudier la répartition des milieux humides riverains à d'autres lacs. J'ai également utilisé ce modèle pour simuler différents scénarios de changements du niveau d'eau, mettant en évidence la résilience des tourbières et des aulnaies, ainsi que la vulnérabilité des frênaies, aux changements globaux. Dans mon second chapitre, j'ai quantifié huit FSE à l'aide de 25 indicateurs différents, dont 15 ont été quantifiés à partir de données terrain. J'ai ensuite développé une approche multifonctionnelle permettant d'étudier simultanément toutes les interactions de synergies et de compromis entre les indicateurs de FSE et les trois types de milieux humides. Mes résultats ont montré que chaque type de milieu humide maximise différentes FSE, mais que le choix des indicateurs influence considérablement les patrons de synergies et de compromis. Bien que certains types de milieux humides maximisent les mêmes FSE, ils le font à travers différents mécanismes écologiques. Enfin, la biodiversité floristique et faunique (plantes, oiseaux, poissons, zooplanctons et insectes chanteurs) présentait les patrons d'interaction les plus diversifiés, chaque type de milieu humide maximisant différents aspects de la biodiversité. Dans mon troisième chapitre, j'ai optimisé l'approche des espèces clés (keystone species) pour permettre son utilisation en conservation afin d’identifier les espèces indicatrices de la biodiversité. Pour cela, je me suis basée sur l’approche la plus récente proposée dans la littérature et j'ai identifié les éléments qui limitaient son utilisation pour les praticiens et les praticiennes. J'ai ensuite proposé des modifications pour surmonter ces limites. Ces modifications ont permis : 1) d'élargir l'utilisation de cette approche aux données d'inventaires terrain, 2) d'identifier les espèces ayant un impact négatif sur la biodiversité, et 3) de définir des seuils rigoureux pour identifier les espèces clés au sein d'une communauté. J'ai ensuite testé cette approche sur les communautés de plantes, d'oiseaux et de poissons des milieux humides échantillonnés dans le cadre de cette thèse. Mes résultats ont montré que cette approche permettait d'identifier des espèces possédant effectivement des caractéristiques écologiques expliquant leur importance dans l'augmentation ou la diminution de la biodiversité. Ensemble, les trois approches présentées dans cette thèse offrent une perspective intégratrice de la conservation des milieux humides lacustres. Les méthodes qui y sont proposées représentent des outils intéressants, qui ont le potentiel d’optimiser notre gestion du territoire à court et à long terme, mais aussi à petite et à grande échelle. / The main objective of this thesis was to deepen our understanding of the ecology of different types of lake-edge wetlands to optimize their conservation. To achieve this, I studied the resilience, the ecosystem functions and services (EFS), and the biodiversity of three types of lake-edge wetlands. All studies wetlands were riverine to Lake Papineau, which is located in a Kenauk Nature natural reserve, between the Laurentides and Outaouais regions. This thesis therefore combines a global, a multifunctional, and a targeted approach, all focused on wetland conservation. In my first chapter, I first identified the ecological determinants of the typology of the three types of wetlands studied: peatlands, alder swamps (shrub swamps), and ash swamps (trees swamps). Using both data collected on the field and map data, I quantified 12 hydrogeomorphological (HGM) predictors and identified slope and elevation as the most important ecological determinants. My results also provided additional nuances regarding the variables associated with each wetland type. Using these 12 HGM predictors, I then created a Random Forest model capable of predicting both the presence of lake-edge wetlands and their typology. This model predicted the typology of the studied sites with 89 % accuracy, making it an interesting tool to study the distribution of lake-edge wetlands along the shore of other lakes. I also used this model to simulate different scenarios of water level changes, highlighting the resilience of peatlands and alder swamps, as well as the vulnerability of ash swamps, to global changes. In my second chapter, I quantified eight EFS using 25 different indicators, with 15 indicators quantified using field data. I developed a multifunctional approach to simultaneously study all the synergies and trade-offs between the EFS indicators and the three wetland types. My results showed that each wetland type maximizes different EFS, and that the choice of indicators significantly influences the patterns of synergies and trade-offs. Although some wetland types maximized the same EFS, they do so through different ecological mechanisms. Finally, biodiversity exhibited the most diverse interaction patterns, with each wetland type maximizing different aspects of it. In my third chapter, I optimized the keystone species approach to allow its use in conservation to identify indicator species for biodiversity monitoring. To do so, I relied on the most recent approach proposed in the literature and identified the elements that limited its use for practitioners. I then proposed modifications to overcome these limitations. These modifications allowed 1) to expand the use of this approach to field inventory data, 2) to identify species that have a negative impact on biodiversity, and 3) to define rigorous thresholds to identify keystone species within a community. I then tested this approach on plant, bird, and fish communities in the wetlands sampled in this thesis. My results showed that this approach effectively identified species with ecological characteristics that explained their importance in increasing or decreasing biodiversity. Together, the three approaches presented in this thesis provide an integrative perspective on the conservation of lake-edge wetlands. The methods I propose represent interesting tools that have the potential to optimize land management in the short and long term, as well as at small and large scales.

Les zones humides sont écosystèmes reconnus de vitale importance pour la conservation de la biodiversité et pour un développement soutenable. En Colombie, 26 % du territoire continental national est couvert de ces écosystèmes. Le complexe de zones humides urbaines de Bogota, en fait partie, avec 15 écosystèmes, dont la Convention Ramsar reconnaît 11. Ils sont uniques et jouent un rôle important dans l’approvisionnement des services écosystèmes à la zone urbaine. Cependant, ces écosystèmes urbains font face à de nombreux défis en raison de leur emplacement. Les causes et les conséquences de leur transformation sont très complexes. En appliquant des approches des systèmes complexes, sa dynamique de changement peut être étudiée. Les automates cellulaires sont l’une des techniques largement utilisées dans la modélisation de la dynamique spatiotemporelle des changements de l’usage et de l’occupation des sols. Cette étude propose l’analyse et la simulation des zones humides urbaines en appliquant une approche hybride par un modèle couplé de chaîne de Markov, de réseaux de neurones artificiels et d’automates cellulaires, afin d’estimer leurs changements d’étendue pour les années 2016, 2022, 2028 et 2034 dans la ville de Bogota, en Colombie. Pour extraire le changement d’occupation et d’utilisation du sol, trois images analogues des années 1998, 2004 et 2010 ont été a utilisées. Les résultats ont montré une diminution de 0,30 % de la couverture des zones humides en douze ans. De plus, les résultats suggèrent que la couverture des zones humides représentera 1,97 % de la zone d’étude totale en 2034, représentant une probabilité de diminution de 14 % en 24 ans. D’ailleurs, en appliquant l’analyse d’intensité, il a été constaté que le gain de cultures et de pâturages cible la perte de zones humides. Bien dont ces écosystèmes soient protégés et d’utilisation restreinte, leur patron de réduction se poursuivra en 2034. La pertinence de ce projet réside dans sa contribution potentielle au processus décisionnel au sein de la ville et en tant qu’instrument de gestion des ressources naturelles. En outre, les résultats de cette étude pourraient aider à atteindre l’objectif de développement durable 6 « Eau propre et assainissement » et l’atténuation du changement climatique. / Wetlands are ecosystems recognized as being of vital importance for the conservation of biodiversity and for sustainable development. In Colombia, 26% of the national continental territory is covered by these ecosystems. The complex of urban wetlands of Bogota is one of them, with 15 ecosystems, of which the Ramsar Convention recognizes 11. They are unique and play an important role in providing ecosystem services to the urban area. However, these urban ecosystems face many challenges due to their location. The causes and consequences of their transformation are very complex. By applying complex systems approaches, the dynamics of change can be studied. Cellular automata is one of the widely used techniques in modeling the spatiotemporal dynamics of land use and land cover changes. This study proposes the analysis and simulation of urban wetlands by applying a hybrid approach through a coupled model of the Markov chain, artificial neural networks, and cellular automata, in order to estimate the extent of changes for the years 2016, 2022, 2028, and 2034 in the city of Bogota, Colombia. To extract the change in land cover and land use, three analogous images from the years 1998, 2004, and 2010 were used. The results showed a 0.30% decrease in wetland coverage in twelve years. Furthermore, the results suggest that wetland cover will be 1.97% of the total study area in 2034, representing a 14% probability of a decrease in 24 years. Moreover, by applying the intensity analysis, it was found that the gain of crop and pastureland targets the loss of wetlands. Although these ecosystems are protected and of limited use, their pattern of reduction will continue in 2034. The relevance of this project lies in its potential contribution to decision-making within the city and as a natural resource management tool. In addition, the results of this study could help achieve Sustainable Development Goal 6 “Clean Water and Sanitation” and climate change mitigation.

Dans le Haut-Boréal québécois, les tourbières minérotrophes structurées semblent affectées par une dégradation relativement récente de leur surface se manifestant par la formation et l'agrandissement de mares, ainsi que par une réduction du couvert arborescent. Nous avançons l'hypothèse que la hausse des précipitations depuis le milieu du XVIIIe siècle est à l'origine de ce phénomène désigné par le néologisme aqualyse. Plusieurs profils stratigraphiques échantillonnés le long de transects longitudinaux et transversaux ont permis de documenter le développement holocène de quatre tourbières minérotrophes structurées. La datation au radiocarbone effectuée sur près de la moitié de ces profils montre que les tourbières se sont installées entre 7400 et 6500 ans cal. BP, soit immédiatement après les retraits glaciaire et marin. Les tourbières étaient alors de type minérotrophe forestière. Des conditions climatiques plus humides depuis 3000 ans cal. BP ont entraîné une hausse de la nappe phréatique et du taux d'accumulation, de même qu'un déboisement généralisé des tourbières. La confection 4e courbes isochrones et la datation dendrochronologique des arbres morts trouvés dans les mares indiquent que celles-ci se sont formées pendant le dernier millénaire et que, depuis les derniers siècles, l' aqualyse a connu un essor sans précédent, ce qui appuie notre hypothèse de départ. L'accumulation de la tourbe dans les buttes et les platières des quatre tourbières a été analysée à l'aide des plantules de mélèze et d'épinette. Les taux d'accumulation récents varient grandement d'une plantule à l'autre, mais ils tendent à diminuer avec le temps en raison de la compaction et de la décomposition. Les taux d'accumulation récents des buttes sont supérieurs à ceux des platières, mais la différence est réduite d'environ 75 % après une cinquantaine d'années. Contrairement aux taux d'accumulation à long terme obtenus par la datation 14C, les taux d'accumulation récents des secteurs où les mares sont présentes sont plus faibles que ceux des secteurs terrestres. Ce renversement de tendance est associé à un excès d'eau depuis les derniers siècles. En l'absence d'une diminution significative et prolongée des précipitations, l' aqualyse se poursuivra et continuera de compromettre la capacité de stockage du carbone dans les tourbières minérotrophes.

Les services écosystémiques (SE) réfèrent aux bénéfices que produisent et soutiennent la biodiversité et les écosystèmes et qui profitent à l’être humain. Dans beaucoup de cas, ils ne sont pas pris en compte dans le système économique. Cette externalisation des SE engendre des décisions sur l’utilisation du territoire et des ressources naturelles qui ignorent leur contribution à la qualité de vie des communautés. Afin notamment de sensibiliser l’opinion publique à l’importance des SE et de mieux les intégrer dans les processus décisionnels, ont été développées des démarches d’évaluation économique des SE. Dans cette thèse, nous avons cherché à comprendre à la fois comment l’utilisation passée et actuelle des sols dans la région de Montréal affecte la valeur des SE et comment ces aménités naturelles sont perçues et valorisées par la population, dans une perspective d’aménagement futur du territoire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches : l’analyse spatiale recourant aux systèmes d’information géographique et l’analyse des préférences exprimées par des techniques d’enquête. Pour l’analyse spatiale, nous avons combiné des analyses cartographiques à des valeurs monétaires associées aux SE publiées dans la littérature. Nous avons alors estimé la valeur des écosystèmes d’un territoire par le transfert de bénéfices, de prix de marchés directs et de coûts évités. Cette démarche nous a permis de comprendre la relation entre l’utilisation actuelle du territoire du Grand Montréal écologique et la valeur des services fournis par les écosystèmes, que nous avons estimée à 2,2 milliards de dollars par année. Elle nous a permis aussi de mesurer les effets sur la valeur des SE du changement d’utilisation des sols entre les années 1960 et 2010. Nous avons montré que malgré différentes politiques de contrôle et d’encadrement de l’étalement urbain au cours de cette période, les pertes économiques non marchandes liées aux SE s’élèvent à 236 millions de dollars par année. Pour l’analyse des préférences exprimées, nous avons utlilisé deux méthodes, l’évaluation contingente et le choix multi-attributs, avec l’objectif de mesurer le consentement à payer de répondants pour des variations dans l’aménagement du territoire. Nous avons montré d’une part que les répondants valorisent significativement l’incidence des pratiques agro-environnementales sur la qualité de l’environnement et des paysages en consentant à payer entre 159 et 333 dollars par ménage par année pour une amélioration de la diversité du paysage agricole. D’autre part, leur volonté à payer pour l’amélioration de l’état des milieux humides du Québec est estimée entre 389 et 455 dollars par ménage par année. L’utilisation conjointe des deux méthodes nous a permis d’en comparer les résultats. Nous avons en outre démontré que le choix du format de question de valorisation de l’évaluation contingente affecte la convergence des résultats. Enfin, nous avons proposé des pistes de recherches futures portant sur l’intégration des démarches d’analyse biophysique, économique et politique dans des outils de prise de décision mieux adaptés à la dynamique des écosystèmes, de la biodiversité et des communautés humaines. / Ecosystem services (ES) refer to benefits produced and sustained by biodiversity and ecosystems that benefit humans. In many cases, they are not considered in the economic system. This externalization of SE generates decisions on land use and natural resources that ignore their contribution to the well-being of communities. In order to raise awareness of the importance of ES and better integrate them into decision-making processes, economic approaches to value ES have been developed. In this thesis, we sought to understand both how the past and current land use in the Montreal area affects the value of ES and how these natural amenities are perceived and valued by the population in a future planning and management perspective. To accomplish this, we used two approaches: spatial analysis using geographic information systems and analysis of stated preferences by survey techniques. In the spatial analysis approach, we combined cartographic analyzes to monetary values associated to ES published in the literature. We then estimated the value of ecosystems using benefit transfer, direct market prices and avoided costs methods. This approach has allowed us to understand the relationship between the current land use in the Greater Montreal and the economic value of the services provided by ecosystems, which we estimated at 2.2 billion dollars per year. It also allowed us to estimate the effects of land use changes between 1960 and 2010 on the value of ES. We showed that despite different land use planning policies implemented to manage urban sprawl during this period, non-market economic losses related to ES have reached 236 million dollars per year. In the stated preferences approach, we used two methods, contingent valuation and choice experiment, with the aim of measuring the willingness to pay of respondents for proposed changes in their environment. In a first study, we showed that respondents significantly value the impact of agri-environmental practices on the quality of the environment and landscapes and are willing to pay between 159 and 333 dollars per household per year on improving the diversity of agricultural landscape. In a second study, their willingness to pay on improving the status of wetlands in Quebec is estimated at between 389 and 455 dollars per household per year. The combined use of the two methods allowed us to compare the results. We also demonstrated that the choice of valuation question format in contingent valuation affects the convergence of the results. Finally, we propose directions for future research related to the integration of ecological, economic and political analyzes of ES that would lead to better assessments of the dynamics of ecosystems, biodiversity and human communities.

Des analyses de sensibilité et des estimations de paramètres sont étudiées sur deux études de cas de transfert de masse en milieu poreux. La première partie est consacrée à la sensibilité des écoulements souterrains dans une modélisation des échanges drain-aquifère pour mettre en évidence les différences entre les deux méthodes de discrétisation mises en œuvre. La seconde partie est dédiée à la modélisation de l’écoulement en milieu poreux variablement saturé dans une zone humide artificielle, au calage des paramètres du modèle de van Genuchten-Mualem et à l’évaluation de son efficacité à reproduire des données piézométriques collectées sur le site de l’Ostwaldergraben. La variabilité temporelle des paramètres hydrodynamiques, incluant l’effet d’hystérésis, montre que ceux de la couche active du filtre changent au cours du temps. Ces deux études sont conduites à l’aide de la différenciation automatique. / Sensitivity analyses and parameter estimation are applied to mass transfer in porous media for two remediation facilities. The first part is devoted to the sensitivity analysis of groundwater flows in a modeling of drain-aquifer exchanges to highlight the differences between the two implemented methods of discretization. The second part is dedicated to the modeling of the flow in a variably saturated porous medium in a stormwater constructed wetland, to the calibration of van Genuchten-Mualem parameters and to the evaluation of its efficiency in the reproduction of piezometric data collected on the Ostwaldergraben site. The temporal variability of the hydrodynamic parameters, including the hysteresis effect, shows that the characteristics of the filter layer alters along time. Both studies are carried using automatic differentiation.

Bon nombre d'agglomérations s'engagent vers un urbanisme marqué par la notion de ville durable et par les thèmes de cadre de vie, de nature en ville, de mixité sociale et d'identité territoriale. Dans cette perspective, les entités urbaines, au site originel lié à l'eau, trouvent dans leurs milieux fluviaux et humides des terrains d'application et d'expérimentation idoines et y développent de vastes projets urbains que l'on se propose d'analyser par la notion de " requalification urbaine ". La diversité des politiques, perçue à travers l'étude des villes péri-franciliennes, en éclaire les manifestations concrètes, la diversité, mais aussi les travers éventuels. Mais, le caractère récent de la redécouverte de l'eau en ville, qui succède à une longue phase de dénigrement, requiert une approche géohistorique des liens entre la ville et ses milieux d'eau afin d'inscrire la démarche de requalification dans une politique patrimoniale pérenne qui privilégie l'idée de trajectoire paysagère. Il en ressort, par le biais de l'étude d'Amiens et d'Orléans, des configurations singulières entre le façonnement des milieux humides et l'histoire des cités. Les jeux d'acteurs, essentiellement publics, engagés dans la requalification urbaine des lieux d'eau, y seront également mis en évidence car les particularités fonctionnelles de ces zones humides bousculent les outils et procédures de gestion urbaine ainsi que les modes de gouvernance. Il s'agit dès lors de cerner la place des lieux d'eau dans les stratégies politiques urbaines, d'en décrire les traductions spatiales et d'en révéler le potentiel d'attractivité par le biais des campagnes de communication et d'animation.

La phylogéographie intègre l’information géographique et génétique pour inférer l’histoire démographique et les processus évolutifs des espèces. La présente étude recherche à travers les patrons de différenciation de l’ADN chloroplastique (ADNcp) au sein de Santiria trimera (Oliv.) H.J.LAM ex AUBR. [Emend. ONANA] la reconstitution d’une histoire des végétations des écosystèmes de forêts tropicales humides d’Afrique. Le modèle S. trimera est un arbre dioïque endémique des forêts humides d’Afrique dont les drupes sont dispersées par les primates et les oiseaux. Les formes morphologiques de ce modèle sont très variables et suscitent la délicate question de délimitation des espèces.<p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La baisse des niveaux d’eau due aux changements climatiques affecte la végétation des milieux riverains. Le lac Saint-Pierre, au Québec, n’en fait pas exception. Cette étude a pour objectif principal de suivre l’évolution des communautés végétales des marais du lac Saint-Pierre entre 2000-2001 et 2015 afin de comprendre comment la composition en espèces végétales d’un milieu humide riverain se modifie en contexte de bas niveaux d’eau. Pour ce faire, les changements dans la composition végétale des milieux humides du lac Saint-Pierre ont été étudiés en comparant des relevés de végétation des années 2000 et 2001 à ceux effectués aux mêmes endroits en 2015. Au total, 147 espèces trouvées en 2015 dans 129 stations ont été analysées. L’élévation moyenne pondérée de chacune des espèces a été calculée pour chacune des périodes et comparée afin de mettre en lumière leur déplacement sur le territoire. Afin d’évaluer la progression des espèces introduites et indigènes, un modèle linéaire général sur un échantillon de 15 espèces représentatives a été réalisé. Les résultats montrent un déplacement des espèces facultatives (qui tolèrent l’assèchement du milieu) vers le centre du lac. Une augmentationdu couvert végétal des espèces exotiques a été observée, plus particulièrement pour Rorippa amphibia et Phalaris arundinacea. Ces changements ont été détectés sur une période de temps relativement courte, soit sur 15 années, et risquent d’avoir un impact important sur le fonctionnement de l’écosystème.

Le concept de développement durable fut promu à la Conférence de Rio de 1992avec l’adoption d’un certain nombre d’instruments juridiques. Le droit africain s’estprobablement adapté aux règles et aux principes inhérents au concept avec, commeconséquence, la refonte ou la révision des codes ou lois de protection del’environnement. Face aux problèmes environnementaux récurrents, à la difficilegestion intégrée des ressources en eau, à l’opérationnalisation critique de la solidaritéà l’eau potable pour tous, à la gouvernance environnementale défaillante, la questionde l’évolution efficiente du droit de l’environnement africain au regard du conceptde développement durable se pose. Il se révèle un insuccès de la saisie du conceptpar le droit africain. Au final, un nouveau modèle de droit de l’environnement, auprofit des pays de l’Afrique de l’Ouest, s’avère nécessaire. / The concept of sustainable development was promoted in the Rio Conference in1992 with the adoption of a number of legal instruments. African law has probablyadapted to the rules and principles inherent to the concept with, as a consequence,consolidation or revision of codes and laws to protect the environment. Facingrecurrent environmental problems, the difficult Integrated water resources, criticaloperationalization of solidarity drinking water for all, the failed environmentalgovernance, the question of the efficient development of the law of the Africanenvironment in relation to the concept of sustainable development arises. It proves afailure in the seizure of the concept by the African law. Finally, a new model ofenvironmental law in favor of the countries of West Africa is necessary.