La plus grande partie de l’Afrique orientale présente un climat aride à semi-aride, et une forte variabilité spatio-temporelle des pluies. Les sécheresses sont courantes dans cette région, et persistent souvent sur plusieurs années consécutives, précédées ou suivies par des inondations majeures. La plupart des modes de vie et des activités socio-économiques restent néanmoins dépendants des précipitations, avec des effets extrêmement dommageables en périodes d’extrêmes climatiques. Il a été montré qu’un seul événement extrême suffisait à inverser la croissance économique nationale plusieurs années d’affilée. Aucun développement durable ne peut donc être réalisé en Afrique de l’Est sans une prise en compte effective de l’information climatique dans les politiques, les plans et les programmes de développement. De nombreuses études antérieures sur la région ont été consacrées à la variabilité des pluies aux échelles saisonnière, annuelle et décadaire. Peu de recherches ont porté sur l’échelle intra-saisonnière, qui est déterminante pour la plupart des applications agricoles. Cette étude vise à combler cette lacune, en examinant la structure de la saison des pluies en termes de répartition des épisodes secs et pluvieux, et la façon dont cette répartition varie dans l’espace et le temps, à l’échelle interannuelle à travers l’Afrique est-équatoriale. Des modèles de prévision destinés à être utilisés dans des systèmes d’alerte précoce, en vue d’atténuer les risques liés au climat, sont en outre développés. Les objectifs spécifiques de l’étude incluent : un diagnostic des différents aspects de la répartition des épisodes secs et pluvieux, dans leur variation interannuelle ; une analyse des relations entre les aspects de cette répartition ainsi identifiés et les principaux champs climatiques d’échelle large qui gouvernent le climat global ; une évaluation de la prévisibilité des différents aspects des épisodes secs et pluvieux pour l’amélioration des systèmes d’alerte précoce de la région.Plusieurs bases de données couvrant une période de 40 ans (1961-2000) ont été utilisées. Elles comprennent des séries de précipitations journalières mesurées par pluviomètre dans les trois pays d’Afrique orientale (Kenya, Ouganda, Tanzanie) ; les températures de surface marine (SST) du Hadley Centre ; des données de réanalyses et des stations de radiosondages de Nairobi (Kenya) et de Bangui (République Centrafricaine). Des indices d’El Niño-Oscillation Australe (ENSO), du Dipôle de l’Océan Indien et de gradients de SST, constituant des prédicteurs SST prédéfinis, ont été également utilisés [...] / Most of Eastern Africa has arid and semi-arid climate with high space-time variability in rainfall. The droughts are very common in this region, and often persist for several years, preceded or followed by extreme floods. Most of the livelihoods and socio-economic activities however remain rain-dependent leading to severe negative impacts during the periods of occurrence of climate extremes. It has been noted that one extreme event was capable of reversing national economic growth made over a period of several years. Thus no sustainable development can be attained in eastern Africa without effective mainstreaming of climate information in the development policies, plans and programmes. Many past studies in the region have focused on rainfall variability at seasonal, annual and decadal scales. Very little work has been done at intraseasonal timescale that is paramount to most agricultural applications. This study aims at filling this research gap, by investigating the structure of rainfall season in terms of the distribution of wet and dry spells and how this distribution varies in space and time at interannual time scale over Equatorial Eastern Africa. Prediction models for use in the early warning systems aimed at climate risk reduction were finally developed. The specific objectives of the study include, delineate and diagnose the some aspects of the distribution of the wet and dry spells at interannual timescale; investigate the linkages between the aspects of the distribution of wet and dry spells identified and dominant large scale climate fields that drive the global climate; and assess the predictability of the various aspects of wet and dry spells for the improvement of the use in the early warning systems of the region.Several datasets spanning a period of 40 years (1961 – 2000) were used. The data included gauged daily rainfall amount for the three Eastern Africa countries namely Kenya, Uganda, and Tanzania; Hadley Centre Sea Surface Temperature (SST); re-analysis data and radiosonde observations from Nairobi (Kenya) and Bangui (Central Africa Republic) upper air stations. The indices of El Niño-Southern Oscillation (ENSO), Indian Ocean Dipole and SST gradients which constituted the predefined predictors were also used [...]

L'objectif de cette thèse a été de mesurer comment les modifications des régimes hydrologiques, plus particulièrement les exondations, régissent 1) certains aspects du fonctionnement des zones humides, 2) l'organisation et la dynamique à court terme des communautés végétales aquatiques et 3) la survie et la réponse plastique des végétaux aquatiques. Cette thèse aborde les questions à des échelles spatio-temporelles différentes. Premièrement, à l'échelle de la décennie, j'ai mesuré la conséquence de la baisse de la hauteur d'eau des zones humides péri-fluviales sur leur physico-chimie. Deuxièmement, à l'échelle de la saison, j'ai mesuré l'influence des caractéristiques sédimentaires des zones humides sur la réponse à court terme des communautés végétales à l'exondation. Enfin, à l'échelle de quelques semaines, je me suis intéressée à l'aptitude des espèces d'angiospermes aquatiques à mettre en place un ajustement plastique face à l'exondation, en conditions expérimentales de laboratoire et in situ, j'ai recherché les déterminismes de cette réponse (écologiques, morphologiques, phylogénétiques). En termes de caractéristiques physico-chimiques des eaux de surface, l'étude sur 15 ans de la dynamique de zones humides péri-fluviales subissant des exondations, ne conclue pas, comme cela est habituellement décrit dans la littérature, à une augmentation de la teneur en nutriments de la masse d'eau, mais plutôt des changements suggérant des variations du fonctionnement hydrogéologique des zones humides, en faveur d'une plus grande influence de la nappe de versant dans leur alimentation. La réponse in situ des communautés végétales à l'exondation diffère selon le type de sédiment. La résistance et la résilience des communautés décroissent toutes deux avec la capacité de rétention d'eau du sédiment. La capacité des plantes aquatiques à tolérer l'exondation, en conditions expérimentales, semble différer selon leur position phylogénétique, mais pas selon leur forme de croissance (rosettes ou caulescentes) / The objective of this thesis was to measure how changes in hydrological regimes, particularly dewatering govern 1) aspects of the functioning of wetlands, 2) the organization and short-term dynamics of aquatic plant communities and 3 ) survival and plastic response of aquatic plants. This thesis addresses issues at different spatial and temporal scales. First, at the decade scale, I measured the effect of water-level decreases in riverine wetlands on their physico-chemistry characteristics. Second, at the season scale, I measured the influence of sedimentary characteristics of wetlands on short-term response of plant communities to dewatering. Finally, at the scale of a few weeks, I was interested in the ability of aquatic angiosperm species to develop a plastic adjustment to dewatering, in experimental laboratory conditions and in situ, and I looked determinism of this response (ecological, morphological, phylogenetic). In terms of physico-chemical characteristics of surface waters, the 15- year study of the dynamics of riverine wetlands undergoing dewatering, not reached, as is usually described in the literature, with an increase of water body nutrient contents, but rather changes suggesting variations of the hydrogeological functioning of wetlands in favor of a greater influence of the hillslope groundwater table in their water supply. In situ response of plant communities to dewatering differs according to sediment type. Both, resistance and resilience of communities decrease with the sediment water retention capacity. The ability of aquatic plants to tolerate dewatering, in experimental conditions, seems to differ according to their phylogenetic position, but not according to their growth form (rosettes or caulescentes). Species tolerating dewatering show phenotypic adjustments such as denser aerial organs and high plasticity of the leaves, which may explain the maintenance of a similar growth rate in terrestrial and aquatic conditions in these species

Les espèces végétales envahissantes sont l'un des principaux facteurs de changement de la biodiversité dans les écosystèmes terrestres. Une détection précise et précoce des espèces exotiques est donc cruciale pour surveiller les invasions en cours et pour prévenir leur propagation. Présentement, les méthodes de surveillance des invasions biologiques permettent de suivre la propagation des envahisseurs à travers les aires de répartition géographique, mais une attention moindre a été accordée à la surveillance des espèces envahissantes à travers le temps. Les plates-formes de télédétection, capables de fournir des informations détaillées sur les variations des traits foliaires dans le temps et l'espace, sont particulièrement bien placées pour surveiller les plantes envahissantes en temps réel. Les changements temporels des traits fonctionnels sont exprimés dans la signature spectrale des espèces par des caractéristiques d'absorption spécifiques de la lumière associés aux pigments photosynthétiques et aux constituants chimiques tous deux liés à la phénologie. Ainsi, les variations temporelles dans la réponse spectrale des plantes peuvent être utilisées afin de mieux identifier des espèces individuelles. L'un des envahisseurs les plus problématiques au Canada est le roseau commun, Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel sous-espèce australis, dont la propagation menace la biodiversité des écosystèmes de zones humides en Amérique du Nord. Déterminer la période de l'année où cet envahisseur se distingue d’avantage, du point de vue spectral et fonctionnel, des autres plantes de la communauté serait centrale dans une meilleure gestion du roseau commun. Pour ce faire, nous avons utilisé des traits fonctionnels et une série temporelle de données spectrales foliaires à haute résolution au cours d'une saison de croissance à Boucherville, Québec, Canada, afin de déterminer la séparabilité spectrale de l'envahisseur par rapport aux espèces co-occurrentes et comment cette dernière varie à travers le temps. Nos résultats ont révélé que la spectroscopie foliaire a permis de distinguer le phragmite des espèces co-occurrentes avec une précision de plus de 95% tout au long de la saison de croissance – un résultat prometteur pour le futur de la télédétection des espèces végétales envahissantes. / Invasive plant species are one of the main drivers of biodiversity change in terrestrial ecosystems. Accurate detection of exotic species is critical to monitor on-going invasions and early detection of incipient invasions is necessary to prevent further spread. At present, surveillance methods of biological invasions allow to track the spread of invaders across geographic ranges, but less attention has been given to invasive species monitoring across time. Remote sensing platforms, capable of providing detailed information on foliar trait variations across time and space, are uniquely positioned for monitoring invasive plants in real time. Temporal changes in foliar traits are expressed in a species spectral profile through specific absorption features related to variation in photosynthetic pigments and chemical constituents driven by phenology. Thus, variations in a plant’s spectral response can be used to improve the identification of individual species. One of Canada’s most problematic invaders is the common reed, Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel subspecies australis, whose spread threatens biodiversity in wetland ecosystems in North America. Determining the time of year when the invader is spectrally and functionally more distinct from other plants in the community would be central to better management of common reed. To do so, we collected a time-series of foliar traits and high-resolution leaf spectral data over the course of a growing season at Boucherville, Quebec, Canada, to determine the spectral separability of the invader from co-occurring species and how its detection varies over time. Our results revealed that leaf-level spectroscopy distinguished Phragmites and co-occurring species with > 95% accuracy throughout the growing season – a promising result for the future remote detection of invasive plant species.

La forêt boréale est le deuxième plus grand biome sur Terre, représentant 30 % de la surface forestière mondiale. Au Canada, bien que la forêt boréale couvre 55 % de la superficie du pays, elle contient 80 % des eaux intérieures dont dépendent des millions de personnes. La forêt boréale s'étendant de 45°N à 70°N, l'eau y est stockée en surface sous forme de neige pendant une grande partie de l'année. Ce manteau neigeux saisonnier s'accumule et fond en hiver, sous l'effet des échanges d'énergie et de masse avec l'atmosphère, le sol et la végétation. Comme la structure de la canopée est complexe, les dynamiques d'accumulation et d'ablation du manteau neigeux sont très variables à une fine échelle spatiale. Cela fait en sorte que la structure et les propriétés physiques du manteau neigeux peuvent également présenter une grande variabilité spatiale en milieu boréal. Dans un monde qui se réchauffe rapidement, il est essentiel de mieux comprendre comment les interactions entre la neige et la forêt influencent les propriétés du manteau neigeux et, conséquemment, les processus hydrologiques qui en dépendent. L'objectif de cette thèse est d'évaluer le rôle des propriétés physiques du manteau neigeux sur l'hydrologie nivale dans la forêt boréale de l'est du Canada et ce, dans un contexte d'hivers plus chauds. Cet objectif général est abordé dans les trois principaux chapitres de la thèse. Dans le premier chapitre, nous montrons que le manteau neigeux sous la canopée a une structure et des propriétés physiques différentes de ce que l'on retrouve dans les trouées forestières. Grâce à une campagne de terrain intensive d'octobre 2018 à juin 2019 à la Forêt Montmorency (47,29°N; 71,17°O), nous constatons que ces différences sont principalement dues à un manteau neigeux moins épais et un gradient de température vertical plus important sous la canopée. Il en résulte de plus gros grains facettés et un manteau neigeux perméable. En revanche, le manteau neigeux dans les trouées, plus épais et exposé à un gradient de température plus faible, est composé de grains fins et arrondis et présente une perméabilité plus faible. Cela, combiné à des couches de glace continues, implique que le manteau neigeux des trouées ralentirait l'écoulement de l'eau vers le bas par rapport au manteau neigeux sous les arbres. Les résultats du premier chapitre mettent la table pour la deuxième partie de la thèse où nous étudions comment un hiver chaud avec une faible précipitation solide affecte les propriétés physiques du manteau neigeux, le gel dans le sol et la dynamique de la fonte de la neige en forêt boréale. Cette analyse est réalisée grâce à deux campagnes de mesures supportées par des simulations avec le modèle SNOWPACK au cours d'hivers présentant des conditions météorologiques contrastées à la Forêt Montmorency. Le premier hiver à l'étude (W20-21) a été exceptionnellement chaud avec de faibles chutes de neige, alors que le deuxième hiver (W21- 22) a été plus proche de la normale climatique pour le site. Nous avons observé que la fonte était plus précoce et plus lente au cours de l'année chaude, en particulier sous la canopée où le rayonnement solaire était limité. La température du sol était plus basse l'année chaude, bien que le gel n'ait été observé que sous le couvert forestier au cours des deux années. Enfin, le métamorphisme de gradient et la perméabilité de la neige ont été les supérieurs sous les arbres au cours de l'hiver W20-21. Cette année-là, le débit printanier du bassin versant expérimental a été significativement plus faible que lors de l'année de référence. Nos observations suggèrent qu'une faible accumulation de neige, une fonte lente et de faibles précipitations printanières déterminent le débit printanier alors qu'un sol gelé et une perméabilité élevée de la neige affectent de façon négligeable la dynamique d'écoulement sur une grande échelle temporelle. Dans le troisième chapitre, nous abordons l'impact des événements de pluie-sur-neige en forêt sur la structure du manteau neigeux et l'écoulement d'eau grâce aux observations collectées de 2018 à 2023 à la Forêt Montmorency et à un autre site boréal, la vallée de la rivière Bernard (50,91°N; 63,38°O), et grâce à des simulations du modèle SNOWPACK. D'abord, nos observations montrent que l'écoulement préférentiel est un mode de transport de l'eau qui prévaut dans le manteau neigeux sous la canopée. Nos résultats montrent également que SNOWPACK simule bien le manteau neigeux sous la canopée en général, mais qu'il ne parvient pas à reproduire la plupart des couches de regel observées. Ce problème a été résolu en paramétrant de façon simplifiée le métamorphisme et la densification de la neige interceptée, ce qui permet de reproduire presque toutes les couches de regel observées. La décharge de neige dense à grains fins a aussi pour effet de retarder et réduire l'écoulement d'eau du manteau neigeux modélisé. Le message principal de ce chapitre est que les épisodes de pluie-sur-neige sont susceptibles de percoler à travers le manteau neigeux par écoulement préférentiel et que ce mécanisme peut être influencé par le métamorphisme de la neige interceptée. Dans l'ensemble, cette thèse permet de mieux comprendre les processus nivologiques en forêt boréale en considérant la structure complexe de la canopée. Ce travail met en lumière la façon dont les conséquences du changement climatique, c'est-à-dire des hivers plus chauds et moins enneigés et les épisodes de pluie-sur- neige plus fréquents, peuvent influencer les propriétés physiques du manteau neigeux et d'autres processus hydrologiques connexes. Plus important encore, cette thèse fournit un ensemble de données uniques et détaillées pour de futures études de modélisation et d'observation. / The boreal forest is the second largest biome on Earth, representing 30% of the world's forested area. In Canada, although the boreal forest covers 55% of the country's land area, it contains 80% of the inland water on which millions of people depend. Because the boreal forest ranges from 45°N to 70°N, water is stored on the land as snow for much of the year. The seasonal snowpack accumulates and melts in winter, driven by energy and mass exchanges with the atmosphere, soil, and vegetation. Due to the complex and discontinuous structure of the boreal canopy, snow dynamics are highly variable at small spatial scales in the boreal forest. In other words, snowpack accumulation and ablation patterns under the canopy differ from those within forest gaps. The structure and physical properties of the snowpack may also exhibit high spatial variability in the boreal forest. In a rapidly warming world, a deeper understanding of how snow-forest interactions influence snowpack properties and the depending hydrological processes is critical. The objective of this thesis is to assess the role of snowpack physical properties on snow hydrology in discontinuous boreal forests of eastern Canada in the context of warmer winters. This general objective is addressed in the three main chapters of the thesis. In the first chapter, we show that the canopy snowpack has a structure and physical properties that are different from those in forest gaps. Thanks to an intensive field campaign from October 2018 to June 2019 in the Montmorency Forest (47.29°N; 71.17°W), we find that these differences are mainly due to a larger vertical temperature gradient under the canopy, where the snowpack is thinner. This results in large grains with developed facets and snow of large pores highly permeable. In contrast, the gap snowpack, which is thicker and thus exposed to a weaker temperature gradient, is composed of small rounded grains, and presents a low permeability. This, combined with continuous ice layers, means that the gap snowpack would impede the downward water flow compared to the canopy snowpack. The results of Chapter 1 set the stage for the second part of the thesis in which we study how a warm winter with low snowfall affects the physical properties of snow, ground freezing and snowmelt dynamics in the discontinuous boreal forest. This analysis was carried out from field observations, and supported by SNOWPACK simulations, during winters with contrasting weather conditions at Montmorency Forest. The first winter (W20-21) was exceptionally warm with low snowfall, and the second year (W21-22) was closer to the climate normal for the site. We observed that snowmelt was earlier and slower in the warm year, especially under the canopy where solar radiation was limited. Ground temperature was lower in the warm year and freezing was observed only under the canopy in both years. Finally, gradient metamorphism and snow permeability were the greatest under the canopy in W20-21. That year, the spring runoff was significantly lower than in the reference year, suggesting that low snow accumulation, slow snowmelt, and low spring precipitation drive spring runoff, whereas frozen ground and high snowpack permeability are of secondary influence as theireffects on runoff dynamics are negligible on large temporal scales. In the third chapter, we address the impact of rain-on-snow events on the canopy snowpack structure and runoffthanks to field observations collected from 2018 to 2023 at the Montmorency Forest and at another boreal site,the Bernard River Valley (50.91°N; 63.38°W), and thanks to SNOWPACK simulations. First, we demonstratefrom observations that preferential flow is an important water transport mode in the snowpack under the trees.Our results also show that SNOWPACK is suitable for simulating canopy snow in boreal environments but failsto reproduce most melt-freeze formations. This problem was addressed by reproducing, albeit simply, canopysnow metamorphism and densification that allows to simulate almost all of the observed melt-freeze layers. Unloading of denser small-grained snow also delays and reduces the simulated runoff from rain-on-snow events. The take home message from this chapter is that rain-on-snow events are likely to percolate through thesnowpack from preferential flow and that this mechanism can be influenced by canopy snow processes. Overall, this dissertation provides a better understanding of snow processes in the boreal forest with respect tothe complex and discontinuous structure of the canopy. This work sheds light on how the consequences ofclimate change (i.e. warmer, less snowy winters and more frequent rain-on-snow events) may influence thephysical properties of the snowpack and other related hydrological processes. Most importantly, this thesisprovides a unique and detailed dataset for future modeling and observational studies.

La restauration et la création de milieux humides sont des stratégies envisagées comme mesures de compensation à la perte de milieux humides naturels. Dans ce contexte, la création de bassins de rétention d'eaux pluviales lors de construction de routes figure parmi ces méthodes potentielles de compensation. L'objectif de mon projet était de quantifier l'utilisation de bassins de rétention par les amphibiens, en comparaison avec des milieux humides de référence. Ces bassins permettent la rétention des eaux de ruissellement provenant de surfaces imperméables qui sont chargées en polluants. Nous avons émis l'hypothèse que les amphibiens utilisent davantage les milieux humides éloignés que les milieux humides près des routes et qu'à distance égale à la route, ils utilisent davantage les milieux humides naturels que les bassins de rétention. Nous avons évalué la présence d'adultes à l'aide de points d'écoute de chants d'anoures et le succès reproducteur à l'aide de décomptes de masses d'œufs et de têtards. Ces inventaires ont été effectués dans 20 bassins de rétention construits par le Ministère des Transports du Québec, 20 milieux humides naturels près des routes (< 50 m) et 20 milieux humides éloignés des routes (50 m - 500 m). La qualité des sites a été évaluée en mesurant des caractéristiques locales comme la taille de l'étang, la végétation, les propriétés physico-chimiques, l'hydropériode et des variables à l'échelle du paysage. Nos résultats révèlent que la conductivité et le pH sont plus élevés dans les bassins que dans les milieux humides naturels. Nos analyses n'ont dévoilé aucun effet des variables explicatives sur l'occupation des amphibiens aux stades de têtards et d'adultes d'anoures. Toutefois, l'abondance de masses d'œufs de salamandres fouisseuses diminuait avec l'augmentation de la conductivité et de l'hydropériode. Malgré certaines caractéristiques différentes des milieux naturels, les bassins sont utilisés par plusieurs espèces d'amphibiens pour la reproduction et le développement. La diminution d'application de sels de déglaçage devrait augmenter la qualité des milieux humides en bordure de route pour les communautés d'amphibiens. / Wetland restoration and creation are strategies considered to compensate for the loss of natural wetlands. In this context, the creation of stormwater retention ponds (hereafter, stormwater ponds) during road construction is a potential method of compensation. The objective of our project was to quantify the use of roadside stormwater ponds by amphibians. Roadside stormwater ponds allow for the storage of rainfall and run off. These waters are loaded with pollutants, such as road salts. We hypothesized that amphibian use of natural wetlands is greater than in roadside wetlands, and that at equal distances from the road, amphibians are more likely to use natural wetlands than stormwater ponds. We assessed adult presence using anuran call surveys and reproductive success using egg masses and tadpole counts. These surveys were conducted in 20 roadside stormwater ponds, 20 natural roadside wetlands (< 50 m), and 20 wetlands far from roads (50 m - 500 m). We evaluated site quality based on local characteristics such as pond size, vegetation, water physicochemical properties, hydroperiod, as well as landscape-scale variables. Our results revealed that conductivity and pH were substantially higher in ponds than in natural wetlands. Occupancy of adults and tadpoles did not vary with the pond and landscape-scale variables we considered. However, the abundance of mole salamander egg masses decreased with in creasing water conductivity and pond hydroperiod. Despite certain characteristics that differentiate them from natural environments, roadside stormwater ponds provide breeding and larval development habitat to several amphibian species. However, decreasing de-icing salt applications will increase the quality of stormwater ponds for amphibian communities.

Le bilan hydrique des tourbières forestières est régi par une combinaison complexe de processus hydrologiques. Relativement stable en milieu naturel, ce bilan est facilement bouleversé par les activités d’aménagement forestier qui affectent le couvert végétal. Cette thèse de doctorat avait pour objectif d’étudier certaines interrelations existant entre la productivité forestière, la compétition pour les ressources et l’hydrologie des tourbières forestières du Québec. Le premier chapitre visait à déterminer s’il était pertinent d’utiliser le drainage forestier afin de transformer des pessières noires improductives en sites productifs. Les résultats ont démontré que même si ce traitement avait significativement augmenté la croissance de certains arbres, seul le drainage intensif utilisant des fossés rapprochés permettrait la conversion de tels peuplements. Les quatre autres chapitres visaient à évaluer l’influence de la végétation sur le contrôle des processus hydrologiques et indirectement sur la croissance forestière. La nappe phréatique a été mesurée dans une tourbière forestière pré-mature afin d’évaluer son comportement à la suite du drainage et à la récolte (Chapitre 2). Des mesures comparables ont été effectuées afin de mesurer la remontée de la nappe phréatique causée par l’éclaircie précommerciale sur des sites humides drainées et fortement régénérés (Chapitre 3). Ces deux études ont démontré l’influence significative de la végétation forestière sur le contrôle de la nappe phréatique en milieux forestiers humides. Puisque cette végétation possède une influence évidente sur la nappe phréatique, la croissance d’une tige devrait être favorisée par la présence immédiate de voisins. Le rôle du drainage biologique (Chapitre 4) ainsi que l’effet de la présence de compétition (Chapitre 5) sur la croissance ont été évalués pour des sites drainés. Il a été démontré que le pouvoir de contrôle de la nappe phréatique que possède la végétation est favorable à la croissance forestière, mais uniquement dans certaines situations particulières. Il semble donc pertinent de recommander des pratiques sylvicoles qui préservent une proportion considérable de la végétation sur les tourbières forestières. / The water budget of forested peatland sites is regulated by a complex combination of hydrological processes. Relatively stable in natural environments, this budget is exposed to major changes by forest management activities affecting the tree canopy. This Ph.D. thesis aimed to study the specific interrelations existing between growth and yield of tree species, above-ground competition, and hydrology of Quebec forested peatlands. The first chapter aimed to determine the pertinence of using drainage to transform unproductive black spruce stands into productive ones. Results showed that even if tree growth was significantly increased by drainage, only intensive drainage using narrow ditch spacing would enable stand productivity improvement. The four other chapters intended to evaluate the influence of the vegetation on the regulation of hydrological processes and, indirectly, tree growth. The water table has been monitored on a pre-mature forested peatland site to evaluate its behaviour following drainage and harvesting (Chapter 2). Comparable water table monitoring has been done in densely regenerated post-harvest and drained peatland sites to measure the watering-up after precommercial thinning (Chapter 3). Both studies demonstrated the valuable water table regulation capacities of the treed vegetation in forested peatlands. Since this vegetation has an evident influence on soil growing conditions, tree growth should be affected by the presence of neighbours. The role of biological drainage (Chapter 4) and the presence of competition (Chapter 5) on growth have been evaluated for drained sites. The water table regulation power of the vegetation stratum was found to be favourable to tree growth, but only in specific situations. Management practices that preserve notable amount of vegetation on forested peatland stands seem to be the most pertinent guideline that should be considered in these fragile ecosystems.

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.

L’objectif de ce mémoire est de comprendre les valeurs des services écologiques obtenues par différentes méthodes d’estimation et de proposer des critères pour faciliter leur intégration dans les processus décisionnels. Dans le premier chapitre, une comptabilisation des services écologiques rendus par les milieux humides est présentée pour la région de la Minganie au Québec. Cette comptabilisation comporte trois parties, soit la comptabilisation des services écologiques, la comptabilisation du capital naturel et l’estimation de la valeur économique associée à la séquestration du carbone. La capacité d’utiliser ces estimations pour déterminer des valeurs de compensation est discutée. Dans le deuxième chapitre, les trois méthodes d’estimation suivantes sont analysés: les coûts de remplacement, les mesures du bénéfice marginal et les coûts des dommages évités avant de conclure sur l’importance de l’interprétation des différentes valeurs monétaires obtenues par ces méthodes, dans un contexte de prise de décisions. / The purpose of this paper is to understand the values of ecosystem services obtained from different estimation methods and to provide guidance to facilitate their use for landscape management decisions. In the first chapter, we present an accounting for the ecosystems rendered by wetlands in Minganie, Québec. The accounting is divided in three categories: ecosystem services, natural capital and carbon sequestration. We proceed to analyse how these values may be used in the field and suggest that further analysis of the underlying estimation methods would help in identifying their areas of applicability. The second chapter takes a closer look at three estimations methods: replacement cost, marginal benefit methods and damage avoided costs. From this analysis it is concluded that a careful interpretation of monetary values is needed to properly guide their use in the decision making process.

Dans un bassin versant, la connectivité hydrologique constitue un état hydrologique qui lie le versant à la zone riveraine. Ses impacts sur la production du débit et le transfert des éléments dissous vers le cours d’eau sont présumés substantiels. L’étude vise à 1) détecter les hydrotopes et les connexions hydrologiques à l’aide d’un réseau de puits qui permet la mesure des fluctuations de la nappe phréatique (NP); 2) identifier la variabilité spatio-temporelle et la signature géochimique des sources potentielles en eau à l’aide des éléments majeurs et traces et 3) examiner la contribution spatio-temporelle respective des sources en eau du bassin lors d’un événement de précipitation. L’étude s’effectue dans un bassin versant forestier du Bouclier canadien (l’Hermine). Nous démontrons l’existence de quatre hydrotopes représentant un gradient de convergence de l’eau, soulignant la diversité de comportement de NP. Les connexions hydrologiques se caractérisent par des coefficients de Spearman élevés des relations entre la profondeur de la NP et le débit, dans leur partie en aval, et s’enclenchent par le fill and spill. Le comportement de NP est influencé par la distance aux limites du bassin, l’horizonation du sol et la topographie souterraine. En somme, trois sources en eau se connectent à partir du versant vers la zone riveraine durant l’événement pluvial de manière chronologique: 1) les horizons B et la NP de l’ensemble du bassin (Sr); 2) les horizons LFH des zones de convergence (Ba et Zn) et 3) une dépression de sol humide sur le versant nord (Co et Mn). / In watersheds, hydrologic connectivity consists of a hydrologic state that links the upper part of a hillslope to the riparian zone. Its impacts on streamflow generation and transfer of dissolved elements towards the stream are considered substantial. This study aims to 1) detect hydrotops and hydrologic connections with a network of wells that allow measurements of water table (WT) fluctuations; 2) identify spatial and temporal variability and the geochemical signature of potential sources of water with major and trace elements and 3) examine the spatial and temporal contribution of sources of water within the watershed during a storm event. The study takes place in a small forested watershed of the Canadian Shield (the Hermine). We demonstrate the existence of four hydrotops representing a water convergence gradient, highlighting diversity of behavior of the WT. Hydrological connections are characterized by high Spearman coefficients of the relationship between WT depth and streamflow in their downstream portion. Some hydrological connections are engaged by the fill and spill mechanism. WT behavior is influenced by the distance limits of the basin, soil horizonation and subsurface topography. In sum, three water sources connect the hillslope to the riparian zone during the storm event in chronological order: 1) WT and B horizons of the entire basin (Sr), 2) LFH horizons of convergence zones (Ba and Zn) and 3) a depression of wet soil on north hillslope (Co and Mn).

Les polygones à coin de glace sont très répandus dans la zone du pergélisol continu. Lorsque le ruissellement d’eau de fonte nivale s’infiltre de façon concentrée dans une cavité, il peut initier le processus de thermo-érosion du pergélisol (notamment des coins de glace) pouvant mener à la formation de ravins. Dans la vallée de Qalikturvik sur l’Ile Bylot (NU, Canada), le développement de ravins de thermo-érosion dans un milieu de polygones à coins de glace entraîne comme impact : i. la réorganisation des réseaux de drainage impliquant un assèchement des milieux humides en marge des chenaux d’érosion, ii. des variations dans le régime thermique et de l’humidité de proche-surface et iii. la prise en charge et le déplacement des sédiments vers l’extérieur du bassin-versant. L’objectif de cette thèse vise à approfondir les connaissances géomorphologiques propres au ravinement par thermo-érosion, d’examiner, caractériser et quantifier les impacts du ravinement (tel que sus-mentionné en i. ii. iii.) et le rôle de celui-ci dans une optique d’évolution du paysage périglaciaire à l’échelle temporelle de l’année à la décennie. Les ravins sont dynamiques : un ravin en particulier déclenché en 1999 et étudié depuis s’érodait à une vitesse de 38 à 50 m/a durant sa première décennie d’existence, pour atteindre une longueur totale de ~750 m et une surface érodée de ~25 000 m² en 2009. Des puits sont localisés près des zones de ravinement actives ; des levées alluviale, mares et polygones effondrés dans les zones stabilisées post-perturbation. Sur la terrasse de polygones recouvrant le plancher de la vallée au site à l’étude, 35 ravins furent identifiés et 1401 polygones furent perturbés avec 200 000 m³ de sols transportés. Une amélioration du drainage, une dégradation de la capacité de rétention de l’humidité, une transition d’un écoulement de ruissellement vers un écoulement canalisé caractérise les aires ravinées et leurs environs. Les polygones intacts sont homogènes d’un à l’autre et dans leurs centres ; les polygones perturbés ont une réponse hétérogène (flore, humidité et régime thermique). Les milieux érodés hétérogènes succèdent aux milieux homogènes et deviennent le nouvel état d’équilibre pour plusieurs décennies. / Ice wedges polygons are very common features characterizing continuous permafrost environments. When concentrated snowmelt runoff recurrently flows into opened frost cracks in ice wedges (or nearby depressions), thermo-erosion of permafrost leading to gullies can occur. In the valley of Qalikturvik on Bylot Island (NU, Canada), rapid development of gullies due to thermo-erosion processes in wet polygons exert the following: i. forced rerouting of drainage networks, changing moisture input in wetlands adjacent to a gullied channel; ii. variation in near-surface thermal regime and moisture; iii. erosion and displacement of thawed soils outside the watershed. The objectives of this thesis are to quantify and widen the understanding of the thermo-erosion gullying geomorphology, the related impacts (as aforementioned in i. ii. iii.) and the role of such erosion in the context of the periglacial landscape evolution on a short to medium timescale. In this study, gullies are active and dynamic: one gully triggered in 1999 (and monitored since then) elongated at a rate varying between 38 and 50 m/y during the first decade following its initiation. Its total length at the end of that decade (1999-2009) was ~750 m for an eroded surface of ~25 000 m². Sinkholes were exclusive to the active zone of a gully where alluvial levees and collapsed polygons were common in the stable zone. Thirty-five gullies were identified over the polygon terrace featuring the valley floor. 1401 polygons were consequently breached due to thermo-erosion resulting in 200 000 m³ of displaced soils and thawed permafrost. Gullied areas were characterized by improved drainage conditions, a reduced capacity to retain moisture and a transition from dominantly surface runoff toward channelized flow. Intact wet polygons were homogeneous between each other and in their center; disturbed polygons were heterogeneous (for moisture, thermal regime and vegetation) following a breach of at least one side. Wetland polygons, when disturbed due to gullying, evolve toward an heterogeneous landscape which will become the new equilibrium for that terrain for decades to come.