Ce travail de thèse vise à reconstituer les conditions paléo-environnementales ayant eu lieu dans la vallée de l’Oisans à partir des archives naturelles représentées par les sédiments lacustres. Par une approche multi-marqueurs, nous visons à reconstituer tout à la fois : i) les fluctuations glaciaires en Oisans; ii) les modifications des activités humaines en montagne et leurs influence sur les flux de matière lors d’événements extrêmes ; iii) comprendre la relation entre changements climatiques, changements d’usage et évolution des aléas en haute montagne. Cette étude a permis de mettre en évidence les changements globaux, regroupant la variabilité climatique et les pratiques humaines, ayant influencés l’érosion autour des lacs de La Muzelle et du lac du Lauvitel durant les derniers millénaires.Les résultats principaux ont montrés que l’érosion du lac de la Muzelle a été largement dominé par l’activité glaciaire notamment avec la présence à certaines époques de fines particules détritiques liées à l’abrasion sous glaciaire. Ces dernières ont révélées une relation aux pluies torrentielles encore jamais observées auparavant, leur présence en période d’extension glaciaire étant synonyme d’une augmentation du nombre de dépôts lacustres de crues. Les activités humaines, en majeure partie représentées par l’utilisation agro-pastorale de l’espace avoisinant les lacs, ne sont clairement identifiables que lors des 300 dernières années au lac de la Muzelle. Le lac de Lauvitel est situé à une altitude moindre, dont la majorité du bassin versant est maintenant une réserve intégrale. Les études palynologiques ont mis en évidence certaines périodes d’activités humaines plus marquées. Les événements extrêmes enregistrés dans les sédiments dulac regroupent d’une part les crues, dont l’enregistrement permet une comparaison régionale de l’occurrence de ces événements et de mettre en évidence les changements de circulations atmosphériques à l’échelle des Alpes. D’autre part, les avalanches de neige lourde, dont peu d’enregistrements sont disponibles dans la bibliographie. Nous les avons identifiés grâce à l’utilisation du CT scan l’élaboration d’une nouvelle méthodologie basée sur la différence de densité relative des sédiments. Le comptage et la quantification des apports de matériel détritique grossier aux seins d’une matrice de sédiment lacustre fin, a permis d’identifier les apports liés à cet aléa au cours du temps. Nous avons ensuite reconstitué les événements d’avalanche de neige lourde déposés dans le lac de Lauvitel sur les derniers 3500 ans, dont l’occurrence intervient préférentiellement lors des périodes de retraits glaciaires. / This doctoral thesis aims to a paleo-environmental reconstitution of the Oisans valley based on the natural archive of lake sediments. From a multi-proxy approach, we aim to reconstruct: i) Glacial fluctuation reconstruction in Oisans valley; ii) human activities evolution in mountain area and their influences on sediment fluxes especially during extreme events; iii)understand the relationship between climate change, use of mountain lands and natural hazard.Through this study, we identified processes of global change, comprising natural climate variability and human practices, which affected erosion patterns around Lakes Muzelle and Lauvitel during the last millennia. Main results have shown that erosion in the lake Muzelle watershed was dominated in the past by glacial activity, in particular with the presence of fine detrital particles related to subglacial abrasion. They were identified to have a relationship never observed before; during glacial extension their presence is triggering a higher number of flood deposits. At this location, human activities were identified through agro-pastoral activities and more precisely by the coprophilous fungi spore counting, revealing cattle presence since 300 years. Lake Lauvitel is located at lower altitude, which most of the watershed is now situated in an Integral Reserve. Palynological investigations lead to identification of periods of higher human activities in the valley. Extreme events recorded in Lake Lauvitel sediment are on the one hand torrential floods, which allowed a comparison with other reconstructions highlighting changes in the climatic settings in the Alps. On the other hand, wet avalanches deposits were identified with the use of a CT scan and the development of a new methodology based on relative density differences in the sediment. The counting and the quantification of coarse detrital matter within the lacustrine fine sediment matrix allowed income identification of this hazard though time. We then reconstructed wet avalanches events deposited in Lake Lauvitel during the last 3500 years, which occurrence is preferentially during glacial retreats.

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE / The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

Suite à la reprise des hostilités consécutive à l’attentat contre l’avion du président Habyarimana, il y eut violation du cessez-le feu signé à Arusha le 04 aout 1993 entre le gouvernement rwandais et la rébellion du front patriotique rwandais, et une guerre civile éclata au Rwanda. Au cours de cette guerre civile, beaucoup de graves violations du droit international furent commises. Les différentes enquêtes des nations unies ayant constaté que ces violations pouvaient être qualifiées de génocide, crimes contre l’humanité et crimes de guerre, recommandèrent la création d’un tribunal pénal international pour en réprimer les auteurs. C’est ainsi que le conseil de sécurité des nations unies, ayant constaté que ces crimes ainsi que la crise humanitaire au Rwanda constituaient une menace à la paix, créa, lors de sa séance du 8 novembre 1994, le tribunal pénal international pour le Rwanda (TPIR). Il lui assigna la mission de réprimer toutes les personnes impliquées dans ces crimes au Rwanda et dans les pays voisins en 1994, en vue de contribuer au maintien de la paix dans la région des grands lacs africains ainsi qu’à la réconciliation nationale au Rwanda.La légalité, pour le conseil de sécurité, organe politique des nations unies, de créer une juridiction pénale dans le cadre du chapitre vii de la charte a été analysée. Quant à l’adéquation de cette mesure au contexte, la répression des auteurs des crimes devait contribuer au maintien de la paix et à la réconciliation nationale, par la dissuasion et l’aspect pédagogique des jugements.Cependant, à la clôture des travaux du TPIR en 2014, le bureau du procureur n’avait poursuivi aucun membre du FPR malgré les rapports bien documentés l’impliquant dans les crimes commis. Aussi, aucune enquête n’a été organisée pour élucider les circonstances de l’attentat contre l’avion du président rwandais, reconnu par l’ONU comme le facteur déclencheur du génocide.Les travaux du TPIR ont connu des limites d’ordre juridique, basées d’une part, sur les textes fondamentaux ainsi que la stratégie des poursuites inappropriée de la part du bureau du procureur, et que d’autre part, sur l’ingérence des facteurs politiques qui a limité l’action du bureau du procureur. Ces facteurs ont rendu l’action du TPIR critiquable et considérée par certains observateurs comme une justice du vainqueur.Suite à cette répression partielle et sélective, le TPIR n’a assuré aucune contribution au maintien de la paix dans la région des grands lacs. L’impunité accordée aux membres d’une partie au conflit rwandais a favorisé l’exportation de la violence armée en république démocratique du Congo, où les crimes graves ont été commis depuis 1996. Quant à la contribution à la réconciliation nationale, la répression partielle a plutôt servi à cristalliser les frustrations qui pourraient, à l’avenir, générer une autre crise politique plus importante que celle de 1994. En vue de réparer les erreurs du TPIR, il a été recommandé que la communauté internationale, à défaut d’étendre la compétence ratione temporis du TPIR, puisse créer un autre tribunal pénal international ad hoc pour réprimer les auteurs des crimes commis au Rwanda et au Congo, et dont l’impunité risque de pérenniser l’instabilité et la violence dans la région. / Following the resumption of hostilities after the air Strike on President Habyarimana's plane, there was a violation of the ceasefire signed in Arusha (Tanzania) on 4 August 1993 between the Rwandan government and the rebellion of the Rwandan Patriotic Front , and a war Civil war broke out in Rwanda. During this civil war, many serious violations of international law were committed. As the various United Nations investigations found that these violations could be characterized as genocide, crimes against humanity and war crimes, they recommended the establishment of an international criminal court to punish the perpetrators. Thus, the United Nations Security Council, having found that these crimes and the humanitarian crisis in Rwanda constituted a threat to the peace, created, at its meeting on 8 November 1994, the International Criminal Tribunal for Rwanda (ICTR). He assigned him the task of prosecute all those involved in these crimes in Rwanda and in neighboring countries in 1994, with a view to contribute to the maintenance of peace in the African Great Lakes region and to national reconciliation in Rwanda.The legality of the creation of a criminal jurisdiction under Chapter VII of the Charter for the United Nations Security Council was analyzed. As to the adequacy of this measure to the context, the punishment of perpetrators should contribute to the maintenance of peace and national reconciliation through deterrence and the pedagogical aspect of judgments.However, at the close of the ICTR's work in 2014, the Office of the Prosecutor had not prosecuted any member of the RPF despite well-documented reports involving the crimes committed. Accordingly, no investigation has been carried out to elucidate the circumstances of the attack on the Rwandan president's plane, which the UN recognized as the trigger for the genocide.The ICTR's work has had legal limitations, based on both basic texts and the inappropriate prosecution strategy of the Office of the Prosecutor, and on the interference of Political factors that limited the work of the Office of the Prosecutor. These factors have made the action of the ICTR criticized and regarded by some observers as a justice of the victor.As a result of this partial and selective repression, the ICTR has not made any contribution to the maintenance of peace in the Great Lakes region. Impunity granted to members of a party to the Rwandan conflict has favored the export of armed violence to the Democratic Republic of Congo, where serious crimes have been committed since 1996. As for the contribution to national reconciliation, partial repression Has served rather to crystallize the frustrations that could, in the future, generate another political crisis more important than that of 1994.In order to remedy the errors of the ICTR, it was recommended that the international community, without extending the jurisdiction of the ICTR ratione temporis, could create another ad hoc international criminal tribunal to punish the perpetrators of crimes committed in Rwanda and Congo, and whose impunity risks perpetuating instability and violence in the region.

La gestion et le suivi des écosystèmes dans les parcs nationaux et provinciaux visent essentiellement la préservation de leur intégrité écologique et de leur biodiversité. Toutefois, le portrait de la biodiversité aquatique dans les lacs des parcs nationaux du Québec est encore incomplet, en particulier pour les microorganismes qui forment la base des réseaux trophiques. Ce mémoire présente les résultats de la première étude d’envergure sur le zooplancton de 14 lacs du parc national du Mont-Tremblant (PNMT, Québec), intégrant des connaissances nouvelles sur la biodiversité et la structure taxonomique et fonctionnelle du zooplancton et l’application d’indices biotiques. Le but final est d’établir les relations entre la structure du zooplancton et l’état trophique des lacs afin de mieux évaluer leur niveau d’intégrité biologique. La diversité et la structure du zooplancton et les patrons de dominance des espèces dans les lacs du PNMT sont similaires à ceux observés dans les lacs du Bouclier Canadien en Ontario et au Québec. On distingue plusieurs groupes de lacs sur la base des espèces de rotifères (Kellicottia longispina et Conochilus unicornis) et de cladocères de petite (Bosmina, Diaphanosoma birgei) ou grande (Daphnia catawba, Holopedium gibberum) taille. Les lacs se répartissent le long d’un gradient inverse dans l’abondance des rotifères et des copépodes calanoïdes. Ces taxons présentent le meilleur potentiel de bioindicateurs de l’état trophique des lacs du PNMT. L’altitude, la taille et la profondeur des lacs et la présence de l’Omble de fontaine ou du Grand brochet ont un effet structurant sur le zooplancton. Ils permettent de classer les lacs du PNMT en deux groupes bien distincts : i) les lacs oligotrophes à Omble de fontaine riches en copépodes calanoïdes (Allen, Herman, du Brochet, Obéron et Trap), ii) les lacs oligo-mésotrophes à Grand brochet (avec des cyprins planctivores) plus riches en rotifères (surtout Desjardins, Savane, Houdet, Monroe et Rossi). / The application of environmental management plans and monitoring programs in national parks aims essentially to preserve biodiversity and ecological integrity of natural ecosystems for future generations. However, knowledge on aquatic biodiversity in national parks in Quebec is still incomplete, especially for the microorganisms at the base of food webs. This research presents the first important study on the zooplankton communities in 14 lakes of the Parc National du Mont-Tremblant (PNMT, Québec), including new knowledge on the biodiversity components, the taxonomic and functional structure of zooplankton communities, and the application of biotic indexes. The ultimate goal is to establish the relationships between trophic state and both zooplankton community structure and the derived biotic indexes, in order to evaluate the ecological integrity of the study lakes. Biodiversity components and zooplankton community structure of the PNMT lakes are similar to those observed in Canadian Shield lakes in Ontario and Québec. We could distinguish two groups of lake based on rotifer species (Kellicottia longispina and Conochilus unicornis) and on cladoceran species of small (Bosmina, Diaphanosoma birgei) or large (Daphnia catawba, Holopedium gibberum) size. Lakes are distributed along inverse gradients of the relative abundance of rotifers and calanoid copepods. These taxa offer the best potential as bioindicators of the trophic state and ecological integrity of PNMT lakes. Three main factors (altitude, area and depth of lakes, and the presence of brook trout or northern pike) are structuring zooplankton community in two main groups: i) the oligotrophic lakes with the brook trout dominated by the calanoid copepods (Allen, Herman, du Brochet, Obéron and Trap), ii) the mesotrophic lakes with the northern pike (including planktivore cyprinids) dominated by rotifers (mainly Desjardins, Savane, Houdet, Monroe and Rossi).

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Les processus anthropiques et naturels modifient et régulent la concentration et le stockage du carbone (C) et du mercure (Hg) dans les sédiments des lacs boréaux. Cependant, la manière dont ces deux éléments sont couplés dans les sédiments de lacs largement répandus et la manière dont leurs concentrations, leur composition et leur couplage ont pu changer dans les archives sédimentaires restent mal comprises. Ici, nous avons mesuré la concentration de Hg et de C dans les sédiments de surface de 42 lacs (dont 5 lacs inondés par des barrages hydroélectriques) dans trois régions boréales du Québec et nous avons obtenu des carottes de sédiment de ~1m dans deux de ces régions, allant de la région de la Baie James (JB) à l'ouest jusqu’à la Côte-Nord à l'est. Nous avons constaté que la concentration de Hg total (THg) était plus élevée dans les sédiments récents (post-industriels), probablement en raison des perturbations anthropiques ainsi que du contexte environnemental et climatique. La concentration de THg augmente avec un pourcentage plus élevé de C total (%TC) dans les sédiments à l'intérieur des carottes de sédiments et entre elles, avec des pentes plus élevées pour les relations THg-%TC dans les sédiments récents. La fluorescence de la matière organique dissoute (MOD) dans l'eau interstitielle était un bon prédicteur du THg dans les carottes de sédiments JB, probablement en raison d'une affinité préférentielle et le co-transport du THg avec la matière organique de type humique. Il existe une variabilité inter-régionale de la concentration de THg et du pourcentage de matière organique (%OM) dans les sédiments de surface, avec une distinction inter-régionale (HSP, JB, VRD) liée au contexte géographique (par exemple, profondeur du lac, superficie, altitude, chimie de l'eau). Ces résultats suggèrent des niveaux de variation naturels et anthropiques en termes de concentration et de composition de la MO et du Hg s'accumulant dans les sédiments, avec une augmentation préférentielle de l'accumulation du Hg dans les sédiments récents qui est associée à des groupes spécifiques de MO d'origine terrestre. Les réponses des lacs aux changements futurs ne seront peut-être pas homogènes, et une meilleure compréhension des facteurs géographiques du stockage du carbone et du mercure dans les sédiments lacustres permettra d'améliorer la prévision de ces éléments imparfaitement couplés au niveau des bassins versants. / Anthropogenic and natural processes modify and regulate carbon (C) and mercury (Hg) concentration and storage in boreal lakes sediments. However, how these two elements are coupled in sediments of widely distributed lakes and how their concentrations, composition and coupling may have changed over sediment records remain poorly understood. Here, we measured the concentration of Hg and C in surface sediments of 42 lakes (including 5 lakes flooded by hydro-electric damming) in three boreal regions of Quebec, Canada and further obtained ~1m sediment records in two of these regions, ranging from the James Bay (JB) area to the west to the Cote-Nord area to the east. We found that total Hg (THg) concentration was higher in recent sediments (post-industrial), likely because of anthropogenic disturbance as well as environmental and climatic context. THg concentration increased with a higher percent total C (%TC) in sediments within and among sediment cores, with higher slopes for the THg-%TC relationships for recent sediments. Porewater dissolved organic matter (DOM) fluorescence was a good predictor of THg in JB sediment core, likely because of a preferential affinity and co-transport of THg with humic-like material. There was inter-regional variability in THg concentration and percent organic matter (%OM) in surface sediment with inter-regional distinction (HSP, JB, VRD) related to geographic context (e.g. lake depth, area, elevation, water chemistry). These results suggest natural and anthropogenic levels of variation both in terms of the concentration and composition of OM and Hg accumulating in sediments, with a preferential increase in Hg accumulation in recent sediments that is associated with specific groups of terrestrial-derived OM. Lake responses to future changes may thus not be homogeneous, and a better understanding of the geographic drivers of C and Hg storage in lake sediments will help improve prediction of these imperfectly coupled elements at the watershed level.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / Une méthodologie permettant de caractériser la température des eaux pluviales a été développée dans le cadre de cette étude et comprend le suivi de la température du ruissellement au milieu récepteur. Cette méthodologie nécessite des thermographes déployés dans l'air (au soleil et à l'ombre) et dans l'eau (au niveau du ruissellement, des puisards, des regards pluviaux, et du cours d'eau récepteur). Une caractérisation de la pollution thermique induite par le ruissellement sur les surfaces imperméables a été effectuée sur le site Juste Plourde à Rivière-du-Loup. Les eaux de ruissellement ont atteint 27,8 ℃ et la différence entre la température maximale des eaux et la température de l'air moyenne journalière a atteint 7,0 ℃. Des augmentations significatives ont été observées dans le ruisseau recevant ces eaux pluviales pendant des évènements pluvieux allant jusqu'à 3,1 ℃. Plusieurs augmentations rapides de plus de 1 ℃ sur 5 min (quick surges) ont également été observées. La température dans le ruisseau en période de pluie a dépassé le seuil critique de stress thermique pour l'habitat du poisson (en particulier celui de l'omble de fontaine) de 20 ℃, jusqu'à 21,5 ℃. La sensibilité thermique du cours d'eau semble augmenter en temps de pluie. Une diminution significative de la température des eaux pluviales a été observée tout au long du parcours des eaux : du ruissellement aux conduites, des conduites au dernier regard pluvial et de l'émissaire au milieu récepteur. Plusieurs paramètres hydrométéorologiques ont été explorés dans le but de prédire la température de l'eau du ruisseau en période de pluie et la température des eaux de ruissellement. Une corrélation significative a pu être observée entre la température maximale de l'eau du ruisseau en temps de pluie et deux paramètres hydrométéorologiques : la température de l'air moyenne journalière et le débit de l'effluent pluvial. Une corrélation a pu être observée entre la température maximale des eaux de ruissellement et la température de l'air moyenne journalière. Des modèles additifs généralisés ont alors pu être élaborés. Un suivi de l'impact des eaux pluviales sur la qualité des eaux dans le milieu récepteur a également été effectué. L'impact des eaux pluviales sur la déposition de sédiments dans le ruisseau a été exploré. Aucun impact significatif n'a toutefois été détecté. Bien que non concluante, la performance thermique d'un bassin de rétention sec a également été explorée. Sa performance qualitative a été caractérisée en suivant la déposition des sédiments en amont et aval du bassin sec.

Les problèmes de gestion des réservoirs sont stochastiques principalement à cause de l’incertitude sur les apports naturels. Ceci entraine des modèles d’optimisation de grande taille pouvant être difficilement traitables numériquement. La première partie de cette thèse réexamine la méthode d’agrégation de scénarios proposée par Rockafellar et Wets (1991). L’objectif consiste à améliorer la vitesse de convergence de l’algorithme du progressive hedgging sur lequel repose la méthode. L’approche traditionnelle consiste à utiliser une valeur fixe pour ce paramètre ou à l’ajuster selon une trajectoire choisie a priori : croissante ou décroissante. Une approche dynamique est proposée pour mettre à jour le paramètre en fonction d’information sur la convergence globale fournie par les solutions à chaque itération. Il s’agit donc d’une approche a posteriori. La thèse aborde aussi la gestion des réservoirs par la programmation dynamique stochastique. Celle-ci se prête bien à ces problèmes de gestion à cause de la nature séquentielle de leurs décisions opérationnelles. Cependant, les applications sont limitées à un nombre restreint de réservoirs. La complexité du problème peut augmenter exponentiellement avec le nombre de variables d’état, particulièrement quand l’approche classique est utilisée, i.e. en discrétisant l’espace des états de « manière uniforme ». La thèse propose une approche d’approximation sur une grille irrégulière basée sur une décomposition simpliciale de l’espace des états. La fonction de valeur est évaluée aux sommets de ces simplexes et interpolée ailleurs. À l’aide de bornes sur la vraie fonction, la grille est raffinée tout en contrôlant l’erreur d’approximation commise. En outre, dans un contexte décision-information spécifique, une hypothèse « uni-bassin », souvent utilisée par les hydrologues, est exploitée pour développer des formes analytiques pour l’espérance de la fonction de valeur. Bien que la méthode proposée ne résolve pas le problème de complexité non polynomiale de la programmation dynamique, les résultats d’une étude de cas industrielle montrent qu’il n’est pas forcément nécessaire d’utiliser une grille très dense pour approximer la fonction de valeur avec une précision acceptable. Une bonne approximation pourrait être obtenue en évaluant cette fonction uniquement en quelques points de grille choisis adéquatement. / Reservoir operation problems are in essence stochastic because of the uncertain nature of natural inflows. This leads to very large optimization models that may be difficult to handle numerically. The first part of this thesis revisits the scenario aggregation method proposed by Rochafellar and Wets (1991). Our objective is to improve the convergence of the progressive hedging algorithm on which the method is based. This algorithm is based on an augmented Lagrangian with a penalty parameter that plays an important role in its convergence. The classical approach consists in using a fixed value for the parameter or in adjusting it according a trajectory chosen a priori: decreasing or increasing. This thesis presents a dynamic approach to update the parameter based on information on the global convergence provided by the solutions at each iteration. Therefore, it is an a posteriori scheme. The thesis also addresses reservoir problems via stochastic dynamic programming. This scheme is widely used for such problems because of the sequential nature of the operational decisions of reservoir management. However, dynamic programing is limited to a small number of reservoirs. The complexity may increase exponentially with the dimension of the state variables, especially when the classical approach is used, i.e. by discretizing the state space into a "regular grid". This thesis proposes an approximation scheme over an irregular grid based on simplicial decomposition of the state space. The value function is evaluated over the vertices of these simplices and interpolated elsewhere. Using bounds on the true function, the grid is refined while controlling the approximation error. Furthermore, in a specific information-decision context, a "uni-bassin" assumption often used by hydrologists is exploited to develop analytical forms for the expectation of the value function. Though the proposed method does not eliminate the non-polynomial complexity of dynamic programming, the results of an industrial case study show that it is not absolutely necessary to use a very dense grid to appropriately approximate the value function. Good approximation may be obtained by evaluating this function at few appropriately selected grid points.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / Située dans le sud du Québec, la rivière Bécancour prend origine à la sortie du lac Bécancour, puis coule à travers la ville de Thetford Mines et ses anciens sites miniers avant de s'élargir pour former successivement l'étang Stater, le lac à la Truite (d'Irlande), le lac William et le lac Joseph. Ces cinq plans d'eau sont aux prises avec de graves problèmes d'eutrophisation et, dans certains cas, d'ensablement/envasement. Les activités minières d'amiante menées pendant plus d'un siècle dans la région de Thetford Mines (1877-2011 EC) et les immenses haldes minières disposées le long de la rivière Bécancour ont souvent été mises en cause afin d'expliquer leur mauvaise condition. Cependant, plusieurs incertitudes demeurent en raison d'un manque d'évidences scientifiques. L'objectif général de cette thèse de doctorat est de déterminer les impacts des activités minières d'amiante et des effets parallèles et cumulatifs du développement anthropique du territoire sur l'évolution des lacs du bassin de la rivière Bécancour. Afin d'y parvenir, une approche paléolimnologique a été utilisée. Pour chacun des plans d'eau à l'étude (étang Stater et lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph), une carotte de sédiments d'un peu plus de 1 m de longueur a été prélevée et analysée. Plusieurs caractéristiques des couches sédimentaires ont été étudiées, notamment leur âge, densité, susceptibilité magnétique, granulométrie, ainsi que leur contenu en matière organique, carbone, azote, métaux, amiante et diatomées. Les assemblages de diatomées, dominés par des petits taxons fragilarioϊdes, préservés dans les sédiments « naturels » des lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph ont révélé que ces milieux présentaient un état oligotrophe au moment de la colonisation moderne de la Haute-Bécancour vers 1810 EC. Ils avaient aussi de très faibles taux d'accumulation de sédiments (< 0,1 cm an⁻¹; < 0,05 g cm⁻² an⁻¹). Le défrichement des terres et les activités agricoles survenus au cours du XIXᵉ siècle ont cependant stimulé la productivité primaire et les apports de matériel clastique. Le lac William a atteint un état mésotrophe dès ~ 1885 EC en raison de pressions vraisemblablement associées au commerce du bois et à des rejets d'eaux usées. Le niveau de dégradation des plans d'eau situés en aval de Thetford Mines a été grandement amplifié suivant les travaux de drainage et d'excavation du lac Noir (1954-1959 EC), autrefois situé en amont de l'étang Stater, à des fins d'exploitation minière. L'essor important de taxon de diatomées eutrophes (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) dans les sédiments des lacs à la Truite, William et Joseph de cette époque, ainsi que plusieurs autres indicateurs tels que l'augmentation des valeurs de phosphore total inféré et de δ¹³C et la diminution du rapport C/N, indiquent que cet évènement a fortement accentué leur eutrophisation. Ceci peut être attribué à l'arrivée plus importante d'eaux usées concentrées en provenance de Thetford Mines suivant la perte du lac Noir qui agissait autrefois comme barrière tampon. La vidange du lac Noir a aussi mené à une explosion des taux d'accumulation de sédiments dans l'étang Stater et les lacs à la Truite et William. Ces plans d'eau ont continué de recevoir des quantités anormalement élevées de matériel sédimentaire (jusqu'à 1,4 cm an⁻¹; 1,0 g cm⁻² an⁻¹) dans les décennies qui ont suivi cet évènement. Les dépôts récents (≥ 1960 EC) présentent une faible teneur en matière organique et des niveaux élevés d'enrichissement en magnésium, chrome et nickel qui sont cohérents avec la signature géochimique des résidus miniers amiantés. Les résultats démontrent ainsi que les haldes situées en bordure de la rivière Bécancour s'érodent massivement vers le milieu aquatique et constituent la source moderne prédominante de sédiments dans les plans d'eau en aval de Thetford Mines. En plus de la pollution métallique, les activités et contaminants miniers ont engendré une hausse importante des taux d'accumulation et des concentrations de fibres d'amiante (atteignant jusqu'à 6,9 % en masse) dans les sédiments de tous les sites d'étude. Cette thèse démontre que les activités minières d'amiante et leurs vestiges peuvent avoir des impacts majeurs sur les écosystèmes aquatiques. La pollution associée aux haldes minières et aux eaux usées de la ville de Thetford Mines doit être mieux contrôlée afin d'assurer la préservation et la restauration des plans d'eau du bassin de la rivière Bécancour. / Located in southern Quebec, the Bécancour River originates at the outflow of lake Bécancour, then flows through the city of Thetford Mines and its old mining sites before enlarging to successively form Stater Pond ("Étang Stater"), Trout Lake ("Lac à la Truite d'Irlande"), Lake William, and Lake Joseph. These five water bodies suffer from serious eutrophication problems and, in some cases, siltation. The asbestos mining activities led over more than a century in the Thetford Mines region (1877-2011 CE) and the huge piles of mining wastes disposed of alongside the Bécancour River have frequently been blamed to explain their poor condition. However, uncertainties remain because of a lack of scientific evidence. The general objective of this doctoral thesis was to determine the impacts of asbestos mining activities and concurrent and cumulative effects of human land development on the evolution of lakes of the Bécancour River Basin. To achieve this goal, a paleolimnological approach was used. For each study site (Stater Pond and lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph), a sediment core slightly over 1 m long was collected and analyzed. Several properties of the sediment layers were studied, including their age, density, magnetic susceptibility, grain size, as well as their organic matter, carbon, nitrogen, metal, asbestos, and diatom content. The diatom assemblages, dominated by small fragilarioid taxa, preserved in the "natural" sediments of lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph revealed that these water bodies were oligotrophic at the onset of modern colonization in the upper Bécancour River Basin near 1810 CE. They also had very low sediment accumulation rates (< 0.1 cm yr⁻¹; < 0.05 g cm⁻² yr⁻¹). Land clearance and agricultural activities during the XIXth century stimulated primary productivity and clastic material inputs. Lake William reached a mesotrophic state as soon as ca. 1885 CE in response to pressures likely induced by timber trade and wastewater discharges. The degradation level of water bodies located downstream from Thetford Mines was greatly amplified following drainage and excavation works of Black Lake (1954-1959 CE), formerly located upstream from Stater Pond, for mining purposes. The proliferation of eutrophic diatom taxa (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) in sediments of lakes Trout, William, and Joseph at this time, as well as other indicators of change such as the increase in values of inferred total phosphorus and δ¹³C, and the decrease in the C/N ratio, indicate that this event has strongly accentuated their eutrophication. This can be attributed to facilitated arrivals of more concentrated wastewater from Thetford Mines following the disappearance of Black Lake which previously had a buffer role. The drainage of Black Lake also caused sediment accumulation rates to explode in Stater Pond and lakes Trout and William. These water bodies continued to receive abnormally high amounts of sedimentary material (up to 1.4 cm yr⁻¹; 1.0 g cm⁻² yr⁻¹) during decades that followed this event. Recent depositions (≥ 1960 CE) have a low organic matter content, and high magnesium, chromium, and nickel enrichment levels consistent with the geochemical signature of asbestos tailings. Results demonstrate that the mining waste piles located alongside the Bécancour River erode massively towards aquatic environments and form the predominant modern source of sediments in water bodies downstream from Thetford Mines. In addition to metallic pollution, mining activities and contaminants led to a pronounced increase in asbestos fiber accumulation rates and concentrations (reaching up to 6.9 wt%) in sediments of all study sites. This doctoral thesis shows that asbestos mining activities and associated wastes may have major impacts on aquatic ecosystems. Pollution related to the mining waste piles and Thetford Mines wastewater must be controlled more efficiently to achieve preservation and restoration of water bodies of the Bécancour River Basin.

Cette thèse est une étude paléolimnologique et environnementale de la région nord-côtière de la péninsule d'Ungava, Nunavik (Québec nordique, Canada). Son objectif principal était d'évaluer l'ampleur des variations environnementales et climatiques survenues dans cette région pendant l'Holocène, et de mieux comprendre leurs effets sur l'évolution des écosystèmes lacustres. Une méthodologie variée a été utilisée afin d'atteindre les objectifs spécifiques. Tout d'abord, l'analyse du signal isotopique des eaux météoriques a permis de caractériser certains paramètres hydroclimatiques et de dresser une ligne locale des eaux météoriques, contribuant à une meilleure compréhension du système climatique actuel de la région. Puis, sept séquences sédimentaires lacustres ont été analysées. Des chronologies ont été établies utilisant deux méthodes de datation basées sur l'analyse isotopique radioactive (210Pb et 14C). Dû à l'absence de restes végétaux de masse suffisante, les acides mimiques contenus dans les sédiments ont servi pour le traitement ' C. Cette technique peu utilisée a généré de bons résultats, surtout pour le début du postglaciaire. L'analyse du contenu fossilifère des sédiments a révélé que les assemblages de Chironomidae avaient réagi à la déglaciation de façon similaire et synchrone dans des localités éloignées de quelque 300 km. L'application de deux modèles d'inférence basés sur les assemblages modernes de Chironomidae a généré des reconstitutions quantitatives des températures de l'air de l'eau de surface estivale à des résolutions temporelles variées. Leur comparaison a mis en évidence certaines incertitudes accompagnant de telles reconstitutions, malgré les traitements et tests statistiques rigoureux. Finalement, l'analyse de la diversité et la composition des assemblages fossiles de diatomées dans les lacs à l'étude a démontré qu'elles étaient demeurées très stables pendant les 3000 à 5000 dernières années. Cette stabilité indique que la région n'a pas subi de variations environnementales assez importantes depuis la fin de la déglaciation pour avoir eu un impact majeur sur ces organismes, considérés comme étant sensibles à tout changement dans leur environnement physico-chimique. Toutefois, de récentes augmentations de la quantité d'algues siliceuses et du contenu en carbone organique du sédiment suggèrent que la région serait en train de se réchauffer à un degré encore jamais atteint durant l'Holocène. / This thesis is a paleolimnological and environmental study of the North coastal region of Ungava Peninsula, Nunavik (northern Québec, Canada). Its main goal was to evaluate the extent of environmental and climatic variations in this region during the Holocene, and to better understand their effects on lake ecosystems. A combination of biogeochemical and biostratigraphic approaches was used to reach this objective. Firstly, the isotopic signal of meteoric waters was analysed in order to characterize modem hydroclimatic parameters. A local meteoric water line was generated and contributed to a better understanding of the current climate system in the study region. Secondly, seven lacustrine sediment cores were analysed. Chronologies were established using a combination of two dating methods based on radioactive isotope decay (210Pb and 14C). Due to the absence of plant remains of sufficient mass, the humic acid fraction of the sediments was used for the 14C dating. This rarely used technique generated good results for the early postglacial in particular. A detailed analysis of the microfossil contents of the sediment cores revealed that the fossil chironomid larval assemblages responded to the effects of glaciation in a similar and synchronous fashion at locations separated by some 300 km. Two inference models based on modem chironomid assemblages allowed reconstructions of past August air and summer surface water temperatures over various timescales, but also revealed uncertainties that accompany such quantitative inferences despite sophisticated screening techniques. Finally, an in-depth analysis of the abundance, diversity and composition of the fossil diatom assemblages in each of the study lakes provided new insights into the primary productivity of these lakes at various times during the Holocene. The high level of stability in diatom assemblage composition since the end of glaciation indicates that the study region did not experience environmental changes that were ecologically profound enough to these organisms, generally considered to be sensitive to variations in the physical and chemical conditions of their habitat. Recent increases in abundances of siliceous microfossils and sediment organic matter content suggest that the region might be showing early signs of unprecedented climatic warming.