Ces travaux de thèse sont motivés par la volonté de comprendre les relations hydriques passées et présentes entre les eaux superficielles et les nappes souterraines du Triangle landais (France), en interrogeant la possible présence d'un pergélisol dans ce secteur au Dernier Maximum Glaciaire (DMG) et les conséquences associées sur la recharge des nappes. L'hypothèse de l'occurrence d'un pergélisol a été évoquée historiquement pour deux raisons : justifier d'une part le régime hydrique de la nappe crétacée, dont la recharge semble avoir été réduite au DMG puis abondante à la fin de cet épisode, et expliquer d'autre part le processus de formation des nombreuses mares (appelées localement des « lagunes ») qui parsèment ce territoire. Cette hypothèse est évaluée à l'aide d'une étude comparative menée sur un bassin versant en domaine de pergélisol discontinu au Nunavik (Québec, Canada), et s'articule autour de deux axes : vérifier d'abord si les « lagunes » présentent des caractéristiques typiques d'un thermokarst, puis quantifier les conséquences du paléo-pergélisol supposé sur la recharge des nappes. D'après les données hydrogéologiques et géomorphologiques disponibles, une majorité de « lagunes » semblent issues de phénomènes de karstification ou de déflation éolienne. Toutefois, l'hypothèse d'un pergélisol ne peut pas être rejetée et semble être la meilleure explication pour une minorité d'entre elles. Elles pourraient en particulier correspondre à des mares de thermokarst issues du dégel d'un pergélisol sporadique ou discontinu, mais non continu. Des modèles stratigraphiques conceptuels d'une « lagune » du secteur de Villagrains-Landiras et d'une mare de thermokarst ont été construits à partir de données géophysiques (géoradar, résistivité électrique et polarisation provoquée spectrale). Des coupes stratigraphiques et des profils bathymétriques de « lagunes » et de mares de thermokarst ont également été comparés. Dans les deux cas, la morphologie, le contexte sédimentaire et les propriétés gélives des sédiments s'avèrent similaires. Dans le Triangle landais, des traces de solifluxion et de fluage, caractéristiques du dégel d'un pergélisol, sont visibles sur des coupes stratigraphiques en bordure de « lagunes ». Cependant, contrairement aux résultats obtenus au Nunavik, aucune de ces traces caractéristiques n'a pu être détectée en utilisant les méthodes géophysiques. Finalement, des modélisations géothermiques (1D) et hydrogéologiques (2D) du secteur de Villagrains-Landiras ont mis en évidence qu'un pergélisol discontinu peut théoriquement se développer dans le Triangle landais sous des conditions climatiques semblables à celles du Nunavik, mais que ses conséquences sont négligeables sur la recharge des nappes. À l'avenir, une modélisation hydro-géothermique plus complexe serait nécessaire pour étayer cette conclusion. / This Ph.D thesis aims at enhencing our understanding of the connection between surface water and groundwater in south-west France, by questionning the possible aggradation of permafrost in the Triangle landais area during the Last Glacial Maximum (LGM), and its consequences on groundwater recharge. Such a permafrost event has been proposed for two reasons. On the one hand, it could offer an explanation to the low recharge of the Cretaceous aquifer at the time of the LGM, and to its subsequent high recharge at the end of this period. On the other hand, it could explain the inset of the numerous ponds dotting this territory. This assumption is examined by means of a comparative study conducted on a watershed in the discontinuous permafrost zone in Nunavik (Québec, Canada). The research is structured in two steps: firstly by verifying whether the numerous ponds have typical thermokarst characteristics, and secondly, by quantifying the consequences of the presumed paleo-permafrost on groundwater recharge. From the available hydrogeological and geomorphological data, most of the ponds appear to originate from karstic or aeolian processes. However, the permafrost hypothesis cannot be rejected and seems to be the best explanation for a minority of ponds. More precisely, these ponds may correspond to thermokarst ponds resulting from the thaw settlement of the ground in a sporadic or discontinuous permafrost environment, but certainly not in a continuous one. Geophysical data (ground penetrating radar, DC electrical resistivity, and spectral induced polarization) have been used to build two conceptual stratigraphic models: one of a pond from the area of Villagrains-Landiras (SW France) and one of a thermokarst pond from Nunavik. For further comparison, stratigraphic sections and bathymetric maps were also produced on other ponds. As a result, the ponds from the Triangle landais and the thermokarst ponds seem closely related in terms of morphology, geological context and frost susceptibility of the ground. Solifluction and creeping features specific to thermokarst processes have been noticed in the vicinity of ponds in the Triangle landais. However, unlike in Nunavik, none of these characteristic features could be detected using geophysical methods. Lastly, using 1D geothermal and 2D hydrogeological modelings, it has been showed that climatic conditions similar to those in Nunavik could theoretically lead to discontinuous permafrost aggradation in the Villagrains-Landiras area. However, the consequences would be negligible regarding groundwater recharge. In the future, more complex hydro-geothermal modeling would be required to support this conclusion.

La dynamique structurale des milieux riverains est influencée par des facteurs écologiques, géomorphologiques et hydrologiques interdépendants. Au Québec subarctique, depuis la régression de la mer de Tyrrell, il a été démontré que les conditions hydroclimatiques ont eu une influence considérable sur la dynamique hydrogéomorphologique des milieux riverains subarctiques. Cette étude, qui s’appuie sur des indicateurs géopédologiques et paléoécologiques ainsi que sur des datations au radiocarbone, a d’ailleurs identifié les principales phases de développement, et ce depuis 4000 ans, de trois types de milieu riverain (les champs de blocs, les plages de sable et les platières végétales) occupant les rives d’une rivière subarctique, la rivière Boniface (57o 45’ N, 76o 20’ O). Ces différentes phases de dynamique hydrogéomorphologique, intimement liées aux variations du niveau d’eau de cette rivière, sont similaires à celles identifiées ailleurs au Québec subarctique et dans certaines régions boréales du Québec.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 février 2024) / Les environnements fluvio-estuariens froids comme l'estuaire fluvial du Saint-Laurent (EFSL) présentent la singularité d'être affectés par un régime d'écoulement complexe et la présence d'un littoral fortement anthropisé. Ces caractéristiques complexifient l'étude des processus morphosédimentaires et de la trajectoire hydrogéomorphologique des environnements fluvio-estuariens de l'EFSL. Les analyses effectuées dans le secteur du méandre de Portneuf et de Pointe-Platon du Saint-Laurent ont permis d'identifier des liens entre la trajectoire de ces systèmes avec le régime de perturbations naturelles et anthropiques ainsi qu'avec l'évolution temporelle de leur résilience. Au Québec, l'évolution morphologique des environnements côtiers est étudiée depuis longtemps dans l'estuaire maritime et le golfe du Saint-Laurent. Toutefois, l'estuaire fluvial est demeuré en majeure partie non étudié. Ainsi, le manque de connaissances de ces systèmes et la complexité des processus qui s'y opèrent ont mené à l'implantation de structures sur le littoral et le long de la côte aménagée, et ce, sans considérer les conditions hydrodynamiques, géomorphologiques et sociétales propres à chacun des sites. C'est le cas du littoral de Portneuf sur la rive nord et de celui de Pointe-Platon, situé près du village de Sainte-Croix, sur la rive sud du Saint-Laurent, où ont été aménagés au 20e siècle des quais empiétant dans le fleuve sur un 1 km et 100 m, respectivement. Cette étude ce base sur une approche par seuillage des enregistrements hydrométéorologique (1961-2022), d'une analyse historique 2-D de l'évolution de la côte (1949-2022) et l'évolution récente 3-D de la côte (2021-2022). À l'aide de cette approche, cette étude montre que la dynamique géomorphologique des systèmes anthropisés de l'EFSL semble être davantage contrôlée par les activités humaines dans l'intervalle temporel récent. Les événements ponctuels de tempêtes n'exercent pas le même dégrée de contrôle que pour leur homologue de l'estuaire maritime et du golfe du Saint-Laurent. L'interaction entre le régime d'écoulement bimodal et les structures perpendiculaires à la côte ont participé à créer quatre sous-systèmes qui se distinguent par leur dynamique morphosédimentaire et leur résilience. De plus, cette étude illustre l'importance de la connectivité sédimentaire amont/aval dans une portion du Saint-Laurent relativement pauvre en sédiments pour le maintien de leur résilience. / Cold fluvio-estuarine environments, such as the St. Lawrence Fluvial Estuary (SLFE), have the singularity of being affected by a complex flow regime and the presence of a highly anthropized coastline. These characteristics complicate the study of morphosedimentary processes and the hydrogeomorphological trajectory of fluvio-estuarine environments in the SLFE. Analyses carried out in the Portneuf and Pointe-Platon meander sector of the SLFE have revealed links between the trajectory of these systems and the disturbance complex (natural and anthropogenic), as well as with the temporal evolution of the resilience of the systems. In Québec, the morphological evolution of coastal environments has long been studied in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence, but the fluvial estuary remains largely unstudied. The lack of study and the complexity of processes and system responses have led to the construction of structures along the coastline and along the developed coast without considering the hydrodynamic, geomorphological and societal sitespecific conditions. This is the case for the Portneuf coastline on the north shore and the Pointe-Platon coastline near the village of Sainte-Croix on the south shore of the St. Lawrence River, where docks encroaching into the river for 1 km and 100 m, respectively, were built in the 20th century. This study is based on a thresholding approach of hourly hydrometeorological records (1961-2022), a 2-D historical analysis of coastline evolution (1949-2022) and recent 3-D shoreline evolution (2021-2022). Using this approach, this study shows that the geomorphological dynamism of these EFSL systems appears to be more controlled by human activities in the recent time interval. Single storm events do not exert the same degree of control as their counterparts in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence. The interaction between the bimodal flow regime and the rigid structures perpendicular to the coast allowed forming four subsystems that differ in their morphosedimentary dynamics and resilience. In addition, this study illustrates the importance of upstream/downstream sediment connectivity in a relatively sediment-poor portion of the St. Lawrence River in maintaining their resilience.

L'adoption par le Québec d'une politique nationale de l'eau en 2002, mettant l'accent sur la gestion intégrée de l'eau par bassin versant, a suscité le besoin d'une délimitation précise des bassins versants, cruciale pour une modélisation hydrologique efficace et une gestion optimale de l'eau. Les Modèles Numériques de Terrain (MNT) générés par des technologies comme le LiDAR jouent un rôle essentiel dans ce processus, mais ils contiennent inévitablement des erreurs qui introduisent de l'incertitude dans la délimitation des bassins versants. Cette étude explore l'incertitude associée à la délimitation des bassins versants dérivés des MNT, en se concentrant sur divers paramètres hydro-géomorphologiques tels que l'Indice Topographique d'Humidité (TWI), l'Indice de Position Topographique (TPI), et la pente. En utilisant une approche stochastique, nous avons généré plusieurs délimitations de bassins versants pour analyser l'incertitude et identifier les facteurs y contribuant. Nous avons évalué quatre régions du Québec avec des caractéristiques topographiques et géomorphologiques différentes. Les résultats montrent que les grands bassins versants tendent à avoir une incertitude plus faible dans la délimitation, tandis que les petits bassins versants sont plus sujets à l'incertitude. Les paramètres hydro-géomorphologiques tels que le TWI et le TPI se sont révélés être des indicateurs significatifs de l'incertitude. Des valeurs de TPI plus faibles (indiquant un terrain plus plat) et des valeurs de TWI plus élevées étaient associées à des délimitations plus diffuses. La pente, en revanche, était moins indicative de l'incertitude, suggérant que la forme et la topographie du terrain jouent un rôle plus important dans la précision de la délimitation des bassins versants. Ces résultats contribuent à la compréhension et à la gestion des incertitudes dans la délimitation des bassins versants, aidant ainsi à des pratiques de gestion de l'eau plus fiables au Québec. / Quebec's adoption of a national water policy in 2002, emphasizing integrated water management by watershed, has driven the need for accurate watershed delineation, crucial for effective hydrological modeling and water management. Digital Elevation Models (DEMs) generated through technologies like LiDAR play a pivotal role in this process, yet they inherently contain errors that introduce uncertainty into watershed delineation. This study explores the uncertainty associated with watershed delineation derived from DEMs, focusing on various hydrogeomorphological parameters like Topographic Wetness Index (TWI), Topographic Position Index (TPI), and slope. Using a stochastic approach, we generated multiple watershed delineations to analyze uncertainty and identify the factors contributing to it. We assessed four regions in Quebec with different topographic and geomorphological characteristics. The results show that larger watersheds tend to have lower uncertainty in delineation, while smaller watersheds are more prone to uncertainty. Hydrogeomorphological parameters such as TWI and TPI were found to be significant indicators of uncertainty. Lower TPI values (indicating flatter terrain) and higher TWI values were associated with more diffuse delineations. Slope, on the other hand, was less indicative of uncertainty, suggesting that terrain shape and topography play a more significant role in accurate watershed delineation. These findings contribute to understanding and addressing the uncertainties in watershed delineation, thereby aiding more reliable water management practices in Quebec.

Les objectifs de cette étude étaient de comprendre l'hydrologie et l'évolution morphologique d'un cours d'eau agricole pour en améliorer la gestion. Le cours d'eau Cloutier-Perrier, drainant 4.5km en Montérégie, a été analysé à partir de mesures hydrologiques, d'arpentages et de photographies aériennes. Les mesures de pluie et de débit (2009 à 2011) ont permis l'analyse de 28 événements hydrologiques. Le temps de concentration mesuré a été bien estimé par les équations Aéroport, Mockus ou Bransby Williams et les débits de pointe mesurés ont été bien estimés par la méthode rationnelle ou SCS hydrogramme triangulaire combinée au temps de Mockus ou SCS lag et à la hauteur de ruissellement calculée selon Monfet. L'étude morphologique a montré que les valeurs seuils d'énergie associées à la sédimentation ou la régression étaient respectivement de 7 et 26 W/m2. Un espace de mobilité, d'une largeur de 20 mètres, serait nécessaire sur 22% de la longueur du lit.

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.