Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'Arctique se réchauffe rapidement, et les lacs de ces régions sont typiquement décrits comme étant très sensibles aux variations environnementales. Cependant, les données physicochimiques sous forme de profils ou de séries temporelles sont rares, en particulier dans les régions les plus nordiques, et peu d'attention a été accordée à la période sous glace. Cette thèse se compose de trois chapitres visant à mieux comprendre la dynamique des lacs de l'Arctique face aux changements climatiques, en se penchant sur la dynamique de l'oxygène et les processus biogéochimiques impliqués. Le premier chapitre se penche sur quatre lacs côtiers de l'île d'Ellesmere. Des profils physicochimiques ont été mesurés dans ces lacs avant la fonte printanière sur trois années consécutives. Malgré leur proximité géographique, ces lacs présentaient des différences majeures en termes de propriétés limnologiques. Les lacs moins profonds, et situés plus proches de l'océan étaient pauvres en oxygène, tandis que les lacs plus profonds et plus éloignés étaient mieux oxygénés. En association avec la déplétion en oxygène dans les lacs peu profonds, des gradients verticaux prononcés en ions, métaux et éléments nutritifs ont été observés, indiquant des processus microbiens anaérobies importants. Ces résultats suggéraient que les caractéristiques biogéochimiques étaient davantage influencées par la morphologie du lac que par leur position le long du gradient océan-intérieur. Le deuxième chapitre est une revue systématique des connaissances sur la dynamique de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques. Des données de 167 sites sur 76 ans, incluant 40 sites avec des séries temporelles ont été recueillies pour réaliser une méta-analyse. Les résultats ont montré que les lacs peu profonds situés au sud du gradient latitudinal étaient plus susceptibles d'avoir des concentrations d'oxygène faibles, et que les lacs méromictiques étaient situés vers le nord du gradient. Un modèle conceptuel a été développé pour expliquer les mécanismes derrière les variations de la dynamique d'oxygène en réponse aux pressions climatiques. Cette étude met en évidence la nécessité d'une surveillance continue de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques, et suggère des efforts de modélisation pour mieux comprendre les répercussions des changements climatiques. Le troisième chapitre se penche sur la dynamique de l'oxygène et de la température dans un lac du Haut-Arctique sur trois cycles annuels complets. Les variations interannuelles ont révélé que ce lac est sensible aux changements de nature climatiques. Les étés plus chauds ont entraîné des concentrations d'oxygène élevées dans les eaux libres de glace et une stratification thermique, tandis que l'été le plus froid a provoqué une anoxie persistante dans les eaux de fond. Ces résultats indiquent que de légères variations climatiques peuvent entraîner des trajectoires différentes pour les lacs de l'Extrême-Arctique, avec des conséquences majeures pour les processus biogéochimiques. Cela souligne également l'importance de ces écosystèmes en tant qu'indicateurs des changements environnementaux globaux. Dans son ensemble, cette thèse montre que les lacs du Haut-Arctique sont sensibles aux changements climatiques et souligne l'importance de surveiller de près ces écosystèmes en transition. Ce projet fournit également des recommandations pour de futures études et met en évidence la nécessité de mieux comprendre les processus limnologiques dans l'Arctique pour prédire les répercussions des changements climatiques. / The Arctic is warming rapidly, and lakes in these regions are typically very sensitive to environmental variations. However, physicochemical data in the form of profiles or time series are rare, particularly in the northernmost regions, and little attention has been paid to the ice-covered period. This thesis consists of three chapters aiming for a better understanding of the dynamics of Arctic lakes in the face of climate change, with a focus on oxygen dynamics and the biogeochemical processes involved. In the first chapter, we studied four coastal lakes on Ellesmere Island. Physicochemical profiles were measured in these lakes before spring melt over three consecutive years. Despite their proximity to each other, these lakes presented major differences in terms of limnological properties. Shallower lakes located closer to the ocean were oxygen depleted, while deeper and more inland lakes were well oxygenated. In association with oxygen depletion in shallow lakes, pronounced vertical gradients in ions, metals and nutrients were observed, indicating significant anaerobic microbial processes. These results suggested that biogeochemical characteristics were more influenced by lake morphology than by their position along the ocean-inland gradient. The second chapter is a systematic review of knowledge about oxygen dynamics in Arctic lakes. Data from 167 sites over 76 years, including 40 sites with time series, were collected to perform a meta-analysis. The results showed that shallow lakes located south of the latitudinal gradient were more likely to have low oxygen concentrations, and that meromictic lakes were located toward the north of the gradient. A conceptual model was developed to explain the mechanisms behind variations in oxygen dynamics in response to climatic pressures. This study highlights the need for continued monitoring of dissolved oxygen in Arctic lakes, and suggests modelling efforts to better understand the impacts of climate change. The third chapter looks at the dynamics of oxygen and temperature in a High Arctic lake over three complete annual cycles. Interannual variations revealed that this lake is sensitive to climatic variables. Warmer summers led to elevated oxygen concentrations in ice-free waters and thermal stratification, while the colder summer caused persistent anoxia in bottom waters. These results indicate that small climatic variations can lead to different trajectories for High Arctic lakes, with major consequences for biogeochemical processes. They also highlight the importance of these ecosystems as indicators of global environmental changes. This thesis shows that High Arctic lakes are sensitive to climate change and highlights the importance of closely monitoring these transitioning ecosystems. This project also provides recommendations for future studies and highlights the need to better understand limnological processes in the Arctic to predict the impacts of climate change.

Durant les mois de janvier et février 2019, trois embâcles ont forcé l'arrêt de la navigation commerciale vers le Port de Montréal. Ce mémoire présente les conditions météorologiques associées aux embâcles sur le fleuve Saint-Laurent de l'hiver 2018-2019. Il explique que les embâcles se développent à la suite d'arrêts de glace dans le bief problématique du lac Saint-Pierre entre la courbe Louiseville et le bassin Yamachiche. Pour ce faire, l'étude considère la production de glace en amont jusqu'au lac Saint-Louis. Il explique pourquoi ce bief est si vulnérable à l'initiation d'embâcles en présentant les neuf concepts de vulnérabilité du lac Saint-Pierre. De plus, il propose quatorze recommandations concrètes pour améliorer la fiabilité de navigation hivernale en réduisant les risques d'embâcles. En considérant ces recommandations, différentes opportunités de télédétection et une interface utilisateur sont présentées. L'opportunité de télédétection introduit la possibilité d'usage d'images de RADARSAT Constellation Mission et de photographies par drone afin d'évaluer des éléments clés comme la progression du couvert de glace, la largeur effective du chenal, la concentration de glace en transit et la vitesse de la glace. L'interface est un prototype d'outil d'aide à la décision de source libre qui permet d'obtenir d'autres informations quantitatives sur les risques d'arrêts de glace et du même fait, d'embâcles de glace. / In January and February 2019, three ice jams blocked commercial navigation to the Port of Montreal. This thesis presents the environmental conditions associated with the ice jams of winter 2018-2019 on the Saint Lawrence River. It explains how the ice jams develop when an ice stoppage prevents the circulation of ice floes downstream. It focusses on the area that is most at risk of ice jams in the St. Lawrence River reach known as Lake St. Pierre (specifically between curve Louiseville and the Yamachiche basin). The study also accounts for the ice production in the river upstream (all the way to Lake St. Louis). To do so, ice processes, historical information and ice management structures are analysed, and the vulnerability of the area is presented by discussing nine key concepts. Using this information, 14 recommendations are proposed to improve the reliability of commercial winter navigation and to reduce the risks of ice jams. Considering there commendations, different opportunities of remote sensing and of a data assimilation management tool are presented. The opportunity for remote sensing introduces the possibility of using the images of RADARSAT Constellation Mission and drone photography to evaluate critical elements like the ice cover progression, the effective channel width, ice concentration and ice speed. A data assimilation management tool is proposed using an open-source decision support system. The tool provides quantitative information about the risks of ice stoppages and ice jams as a function of degrading weather and hydro-cryological conditions.

Depuis de nombreuses années, le Gouvernement canadien collige différentes observations sur la glace lacustre, marine et de rivière. La Base de données canadienne sur la glace (BDCG) fût réalisée afin de regrouper toutes les données concernant les différentes caractéristiques de la glace au Canada. La BDCG est constituée de 63 546 observations in situ des conditions de glace de 757 sites, et ce, depuis 1822. Un échantillon de 28 sites nordiques, extraits de la BDCG, a été analysé dans le but d'identifier les relations statistiques possibles entre les variations de température de l'air de surface et les dates de formation/fonte de la glace de lac dans le Nord du Canada. Le comportement de la glace de lac s'avère être un bon indicateur de variabilité climatique pour une région donnée, mais une relation statistique plus significative a été constatée pour les lacs continentaux par rapport aux lacs côtiers.

Thesis (Ph. D.)--Utrecht University, 2002. / Includes bibliographical references (p. 163-170).

Food frequency questionnaires and twenty-four hour recalls were conducted with a random sample of 104 Ojibwe adults in Mille Lacs, Minnesota and Lac Courte Oreilles, Wisconsin to assess traditional and market food use. Sociocultural questionnaires were used to assess the cultural significance of traditional food. The importance of the traditional food system was evident, with at least 50% of people engaging in hunting and fishing practices. Traditional food was among the top ten food sources of protein, zinc, iron and folate. The cultural significance of traditional food was apparent. Obesity is prevalent, with almost 50% of the population studied over the 85$ rm sp{th}$ percentile for Body Mass Index (BMI). Nutrient densities were lower than those in the NHANES III sample, in particular for calcium, vitamin A, vitamin C, and folate. Mean intakes of fat, saturated fat, and sucrose exceeded American Heart Association and World Health Organization recommendations. Areas of focus for education and future research needs are suggested in order to reduce risks for nutrition-related chronic disease such as diabetes and heart disease.

This thesis starts by arguing that the civil conflicts that erupted in the African Great Lakes are rooted in a continuous pursuit of power, in which ethnic, regional and political identifiers are used by the contenders for power to rally community support. In an introductory chapter, I go back to the colonial era, drawing attention to Burundi and Rwanda, and then describe in more details Burundi's refugee crisis, ex-combatants' demobilization and the 2010 elections, all of which will be addressed in the subsequent chapters. <p><p>In the second chapter, entitled "On the Instrumental Power of Refugees: Household Composition and Civil War in Burundi", I study changes in household composition following household's exposure to civil war in Burundi. The analyses rely on a panel dataset collected in rural Burundi in 2005 and 2010. To address concerns over the endogenous distribution violence, I use an instrumental variables strategy using the distance to refugee camps, in which the Hutu rebellion was organized from the mid-1990s onwards. The analysis focuses on the impact of violence on demographic changes within households.<p><p>The third chapter, entitled "Who Benefited from Burundi's Demobilization Program?" and co-authored with Olivier Sterck (University of Oxford) and Philip Verwimp (ULB), assesses the impact of the demobilization cash transfers program, which took place from 2004 onwards in post-war Burundi. In the short run, we find that the cash payments had a positive impact on beneficiaries' consumption, non-food spending and investments. Importantly, it also generated positive spillovers on civilians in their home villages. However, both the direct impact and the spillovers seem to vanish in the long run. Ex-combatants' investments in assets were not productive enough to sustain their consumption pattern in the long run, as they ultimately ran out of demobilization money. <p><p>In the fourth chapter, entitled "From Rebellion to Electoral Violence. Evidence from Burundi" and co-authored with Andrea Colombo (ULB) and Olivier Sterck (University of Oxford), we aim at understanding the triggers of electoral violence in 2010, only a few months after the end of the war. We find that an acute polarization between ex-rebel groups -capturing the presence of groups with equal support - and political competition are both highly conducive to electoral violence. Disaggregating electoral violence by type, we show that these drivers explain different types of violence. Perhaps surprisingly, we find that ethnic diversity is not associated with electoral violence in post-conflict Burundi. <p><p>In the last chapter, entitled "Who Benefits from Customary Justice? Rent-seeking, Bribery and Criminality in sub-Saharan Africa" and co-authored with Olivier Sterck (University of Oxford), we have a closer look at the judicial system of Uganda, an important institution in a post-conflict economy. In many African countries, customary and statutory judicial systems co-exist. Customary justice is exercised by local courts and based on restorative principles, while statutory justice is mostly retributive and administered by magistrates' courts. As their jurisdiction often overlaps, victims can choose which judicial system to refer to, which may lead to contradictions between rules and inconsistencies in judgments. In this essay, we construct a model representing a dual judicial system and we show that this overlap encourages rent-seeking and bribery, and yields to high rates of petty crimes and civil disputes. <p><p>In Burundi, history has shown that instability in one country of the Great Lake region may destabilize the whole area, with dramatic effect on civilian population. Understanding the dynamics laying at the origin of violence, during and after civil conflict, is crucial to prevent violence relapse in any form, from petty criminality to larger scale combats. <p> / Doctorat en Sciences économiques et de gestion / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

Dans cette étude de trois lacs sujets aux efflorescences de cyanobactéries, nous avons examiné la diversité des bactéries diazotrophes et des cyanobactéries toxiques. Nous avons tenté de définir les facteurs environnementaux influençant la composition des communautés phytoplanctoniques, la concentration ainsi que la composition des microcystines (MCs). Nous avons émis l’hypothèse que l’azote jouerait un rôle majeur dans le façonnement des communautés cyanobactériennes et influencerait la concentration et composition des MCs. Des concentrations de cette toxine ainsi que le gène mcyE codant pour l’enzyme microcystine synthétase ont été détectés à chaque échantillonnage dans tous les lacs. L’azote, particulièrement sous sa forme organique dissoute (AOD) ainsi que la température de l’eau étaient les facteurs environnementaux expliquant le mieux les concentrations des MCs, tandis que la biomasse de Microcystis spp. était globalement le meilleur prédicteur. Le gène nifH codant pour l’enzyme nitrogénase (fixation d’azote) a aussi été détecté dans chaque échantillon. Malgré les concentrations faibles en azote inorganique dissous (AID) et les densités importantes d’hétérocystes, aucun transcrits du gène n’a été détecté par réverse-transcription (RT-PCR), indiquant que la fixation d’azote n’avait pas lieu à des niveaux détectables au moment de l’échantillonnage. De plus, le pyroséquençage révèle que les séquences des gènes nifH et mcyE correspondaient à différents taxons, donc que les cyanobactéries n’avaient pas la capacité d’effectuer les deux fonctions simultanément. / In this study of three eutrophic lakes prone to cyanobacterial blooms, we examined the diversity of diazotrophic bacteria and toxic cyanobacteria. We evaluated the environmental factors effects on the community composition, the concentration and composition of the family of toxins microcystins (MCs). Since the assimilation of nitrogen and the synthesis of MCs in cyanobacteria are thought to be under the same control of the NtcA transcriptor, we hypothesised that nitrogen played a major role in shaping cyanobacterial communities and influenced indirectly the concentration and composition of MCs. The mcyE gene coding for the microcystin synthetase enzyme and MCs concentrations were detected at each sampling date in all lakes. Nitrogen, particularly under its organic dissolved form (DON) as well as water temperature were the environmental factors explaining the most variation in MC concentration although Microcystis spp. biomass was overall the best predictor. The nifH gene coding for the nitrogenase enzyme (N2-fixation) was also detected at all times. Even though the concentrations of dissolved inorganic nitrogen were relatively low, and that heterocysts were present in high densities, no nifH transcripts were detected by RT-PCR, indicating that no N2-fixation was going on at detectable levels at the time of sampling. Moreover, pyrosequencing revealed that sequences of the genes nifH and mcyE corresponded to different taxa, thus cyanobacteria did not have the capacity to perform both functions simultaneously.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.