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Intraplate seismicity has no widely accepted explanation for its origin. The Hydroseismicity hypothesis, developed by Costain and co-workers, suggests that natural increases in hydraulic head, caused by transient increases in water table elevation, can be transmitted to hypocentral depths (10-25 km) in a fractured, prestressed, near-failure crust, and along with long term hydrolitic weakening of rocks, contribute to the triggering of earthquakes. In this study, the temporal characteristics of seismicity and water level fluctuations at the Charlevoix seismic zone on the Saint Lawrence river are investigated to provide a test of the Hydroseismicity hypothesis. To characterize the temporal release of seismic energy, two measures of seismic activity are considered for the available 200-year record of seismicity: the strain factor (magnitude dependent), and the number of events per unit time (magnitude independent). Residual analysis, applied to the strain factor time series, indicates a cyclical variation of the seismicity with long term periods ranging from 65 to 70 years. Fourier spectral analysis, applied on both strain factor and number of events time series, indicates the presence of short term cyclicities of seismic energy release at 13 to 14 year periods, along with longer-term cyclicities of approximately 55 to 70 year periods. Fisher’s periodogram ordinate test, applied to the spectral analyses results to determine the significance of the largest periodogram ordinate with respect to the average, tested the 13.4-year periodogram ordinate of the number of events time series significant at the 10% level, whereas the 13.4-year periodogram ordinate of the strain factor time series failed to test statistically significant. Analysis of the residual water level 70 year-long time series indicates a cyclical process with quarter cycles of approximately 20 years, suggesting a complete cycle of 70 to possibly 80 years. Fourier spectral analysis of the water level data set indicates cyclicities with periods of 1, 23, 14, and 8 years. The Grenander-Rosenblatt method (Priestley, 1981), applied to the spectral analysis results, tests the statistical significance of the largest periodogram ordinates, and showed the 1, 23, 14, and 8-year periodogram ordinates to be significant at the 1% level. Cyclicities present in the water level and seismicity time series were investigated for temporal (time lag) relationships using Group Delay analysis, a procedure that tests for time relationships at selected bandwidths. The maximum value of the Group Delay function occurs at the 14 year period with a time lag of + 2.3 years, indicating that the water levels lead the seismicity time series. The crustal diffusivity values estimated from the Group Delay analysis of the 14 year center period, range between 0.3 m²/sec and 2.7 m²/sec for a depth interval from 7 to 20 km. Direct correlation between depth and crustal diffusivity is not justified with the data at hand; however, the range of estimated diffusivities is within the range of published values of diffusivities for the crust (0.1 to 100m²/sec). This study allows for a possible causal relationship between repetitive mechanical effects of pore pressure transients and seismicity in the Charlevoix seismic zone. The temporal behavior of the physical processes studied is in general agreement with the Hydroseismicity model. / Master of Science

published_or_final_version / Physics / Doctoral / Doctor of Philosophy

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La matière organique dissoute (MOD) joue un rôle clé dans le fonctionnement des rivières à titre de vecteur de carbone organique et d’énergie, tout en contribuant au transport de nutriments, de métaux et de divers contaminants. Elle est principalement dégradée à travers la minéralisation photochimique et la respiration bactérienne. La vitesse à laquelle se produit cette dégradation est influencée à la fois par la composition chimique et moléculaire de la MOD et par les conditions environnementales dans lesquelles elle est transformée. Toutefois, les études évaluant simultanément ces effets intrinsèques et extrinsèques sont rares en milieu fluvial et la plupart se concentrent sur un seul des processus de dégradation. De plus, les résultats de ces expériences sont rarement transposés à une colonne d’eau entière, ce qui limite l’évaluation de la réactivité écosystémique en rivière. Durant l’été 2019, nous avons échantillonné 40 sites le long d’un transect de 207 kilomètres sur le fleuve Saint-Laurent, une grande rivière tempérée dans laquelle s’écoulent côte-à-côte deux masses d’eau contrastées en termes de propriétés chimiques et physiques. En laboratoire, nous avons évalué la bio- et la photo-réactivité de la MOD au moyen d’incubations et d'expositions sous un simulateur solaire pour ensuite transposer ces données à l’écosystème en estimant pour tous les sites échantillonnés des taux surfaciques de dégradation in situ à partir de profils lumineux et bathymétriques. Nos résultats indiquent que la dégradation in situ de la MOD est essentiellement déterminée par la dégradation biologique. Cette dernière est généralement un à deux ordres de grandeur plus importante que la dégradation photochimique. Les taux surfaciques totaux de dégradation (calculés comme la somme des taux de dégradation photochimique et biologique) vont de 36,7 à 892,1 mg C m-2 j-1. Les taux surfaciques de dégradation photochimique sont principalement influencés par la photoréactivité de la MOD. En revanche, nous avons identifié un pool relativement constant de MOD bioréactive qui semble indépendant de la concentration initiale, de la composition ou des conditions environnementales. Des taux disproportionnellement élevés de biodégradation (2,5 à 4 fois la moyenne) ont été observés pour quelques sites peu profonds et situés près d’effluents urbains ou d’îles. Ces taux sont probablement stimulés par une combinaison de concentrations élevées en nutriments et une proportion plus importante de composantes protéiniques dans la MOD. Nos travaux fournissent l’une des rares démonstration expérimentale de la dominance de la dégradation biologique dans les grandes rivières, mais révèlent que la dégradation photochimique peut être d’importance comparable dans certaines zones de faible profondeur plus fortement connectées au milieu terrestre. En somme, ces observations suggèrent l’existence de points de contrôle écosystémiques pour la réactivité de la MOD dans les grandes rivières et laissent entrevoir de nouveaux questionnements quant à leur rôle dans l’export et le transport de matière terrestre. / Dissolved organic matter (DOM) is central to rivers functioning as it is a complex mixture composed of vast amounts of organic carbon and energy, also acting as a vector for nutrients, metals and various contaminants. Both the chemical and molecular composition of the DOM and the environmental conditions in which it is processed can influence its rate of removal from the water column, mainly through photochemical mineralization and bacterial respiration. Studies evaluating these intrinsic and extrinsic aspects simultaneously, particularly on both the biological and photochemical degradation are rare, particularly in large fluvial systems. During the summer of 2019, we sampled a 207 km transect of the St. Lawrence (SLR), a large temperate river in which flows two strikingly distinct water masses in terms of origin as well as chemical and physical properties. We then assessed DOM bio- and photo-reactivity at 40 sites along the river through a series of standardized incubations and exposure to simulated sunlight, and then used water irradiance and morphometric profiles to estimate in situ areal rates of processing across the river. We found that the in situ reactivity was mostly driven by biological degradation, which was typically one to two order of magnitude higher than photochemical degradation. Total daily processing (calculated as the sum of photochemical and biological degradation) across the whole water column ranged from 36.7 to 892.1 mg C m-2 d-1. In situ photochemical degradation was largely driven by DOM photoreactivity. In contrast, we found a relatively constant baseline pool of biolabile DOM that appeared to be independent from changes in concentration and environmental conditions. Disproportionately high biodegradation rates (2.5-4x the average) were found in a few shallower sites, near effluents or islands, potentially driven by a combination of local increases in nutrient concentration and compositional changes in the proportion of protein-like DOM. We provide rare experimental evidence for the often-assumed dominance of biodegradation over photodegradation in large rivers, but also emphasize that photodegradation can locally be just as important in terrestrially connected areas of low depth. In turn, these observations hint at the presence of ecosystem control points in large and heterogenous rivers with contrasting sources and composition of DOM, opening new research perspectives into the role of large rivers in the export and retention of terrestrial matter.

Ce mémoire porte sur la variabilité observée dans un assemblage, composé à la fois d’artéfacts lithiques et céramiques, représentatif de la plus grande collection archéologique dominée par une composante du Sylvicole moyen ancien connue au Québec. Les traits caractéristiques des poteries qui ont été transportées, abandonnées, et en partie manufacturées sur la station 3-arrière du complexe de Pointe-du-Buisson, sont appréhendés à travers une acception holistique de la notion de «style», qui inclut tous les aspects des attributs qu’elle couvre, à savoir les technologiques, les morphologiques, les décoratifs et les fonctionnels. Grâce à l’application d’une méthode typologique, une approche peu utilisée depuis plusieurs décennies, du moins dans le Nord-Est américain, et dont le mérite propre réside dans sa capacité à traiter l’artéfact dans son ensemble, des schémas comportementaux (cognitifs et procéduraux) visibles sur les tessons de bord décorés ont été mis en lumière. Ces derniers sont intimement liés aux techniques décoratives employées par les potières, et semblent s’être modifiés au fil du temps de la manière suivante : type «sigillé» précédant les types plus récents «repoussé» et «basculant». Une analyse comparative, basée sur un échantillon de sites localisés dans la région de Haut-Saint-Laurent et dans celles avoisinantes, a par ailleurs souligné d’importantes similarités entre l’assemblage céramique de la composante du Sylvicole moyen ancien de BhFl-1d’ et ceux des sites de Vieux-Pont (Estrie), d’Oka (rivière des Outaouais), de Pointe-du-Gouvernement (Haut-Richelieu) et de Winooski (aux abords du Lac Champlain dans le Vermont). Ces résultats appuient l’identification d’une manifestation culturelle qui est très étroitement connectée aux phases Canoe Point et Winooski de la tradition Point Peninsula. Résultant des conclusions susmentionnées, et d’autres issues d’enquêtes récentes, des considérations d’ordre taxonomique s’ensuivent. Bien qu’une refonte complète du taxon «Sylvicole moyen» soit prématurée, une critique de ce taxon s’avère nécessaire. Aussi des taxons tels que l’Early Horticultural Period de Snow ou le «Sylvicole initial» de Wright et Clermont sont discutés, dans la mesure où ils pourraient renvoyer à une définition plus générale, mais aussi peut-être plus fidèle, des caractéristiques anthropologiques propres aux populations qui ont vécu le long du Saint-Laurent et de ses tributaires depuis le Sylvicole inférieur jusqu’à la fin du Sylvicole moyen tardif. / This thesis focuses on the variability observed within an assemblage, made up of lithic and ceramic artefacts, that is felt to be representative of the largest collection dominated by an Early Middle Woodland component known in Quebec. The characteristic traits of the pots transported, discarded, and partly manufactured on the station 3-arrière of the Pointe-du-Buisson complex, are apprehended via a holistic understanding of the notion of «style» which includes all aspects of the attributes it covers, i.e. technological, morphological, decorative and functional ones. Thanks to the application of a typological method, a long forsaken approach, at least in eastern north America, whose specific merit resides in its ability to treat the artefact as a whole, behavioural (cognitive and procedural) patterns visible on the decorated rim sherds have been identified. These are intimately related to the decorative techniques used by the makers, and seem to have changed through time as follows: «vertical or simple» type, preceding the more recent «push-pull» and «rocker-stamp» types. A comparative analysis, based on a sample of sites located in the Upper St-Lawrence and neighbouring regions, has also revealed great similarities between the ceramic assemblage of the Early Middle Woodland component of BhFl-1d’ and those of Vieux-Pont (Eastern Townships, QC), Oka (Ottawa River), Pointe-du-Gouvernement (Upper Richelieu) and Winooski (Lake Champlain area, Vermont) sites. These results argue for the existence of a cultural manifestation that is very closely related to both the Canoe Point and Winooski phases of the Point Peninsula tradition. Following the aforementioned conclusions and based on others resulting from recent inquiries, further taxonomic considerations have emerged. While a complete overhaul of the Middle Woodland pattern would be premature, rethinking this taxon appears necessary. Therefore, taxa such as Early Horticultural Period (Snow) or Initial Woodland (Wright, Clermont) are revived and discussed since they may prove to be useful in defining more general, but also maybe more appropriate, anthropological traits concerning the populations that lived along the Saint Lawrence River and its tributaries from the Early Woodland to the end of the Late Middle Woodland.

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Ce mémoire porte sur la variabilité observée dans un assemblage, composé à la fois d’artéfacts lithiques et céramiques, représentatif de la plus grande collection archéologique dominée par une composante du Sylvicole moyen ancien connue au Québec. Les traits caractéristiques des poteries qui ont été transportées, abandonnées, et en partie manufacturées sur la station 3-arrière du complexe de Pointe-du-Buisson, sont appréhendés à travers une acception holistique de la notion de «style», qui inclut tous les aspects des attributs qu’elle couvre, à savoir les technologiques, les morphologiques, les décoratifs et les fonctionnels. Grâce à l’application d’une méthode typologique, une approche peu utilisée depuis plusieurs décennies, du moins dans le Nord-Est américain, et dont le mérite propre réside dans sa capacité à traiter l’artéfact dans son ensemble, des schémas comportementaux (cognitifs et procéduraux) visibles sur les tessons de bord décorés ont été mis en lumière. Ces derniers sont intimement liés aux techniques décoratives employées par les potières, et semblent s’être modifiés au fil du temps de la manière suivante : type «sigillé» précédant les types plus récents «repoussé» et «basculant». Une analyse comparative, basée sur un échantillon de sites localisés dans la région de Haut-Saint-Laurent et dans celles avoisinantes, a par ailleurs souligné d’importantes similarités entre l’assemblage céramique de la composante du Sylvicole moyen ancien de BhFl-1d’ et ceux des sites de Vieux-Pont (Estrie), d’Oka (rivière des Outaouais), de Pointe-du-Gouvernement (Haut-Richelieu) et de Winooski (aux abords du Lac Champlain dans le Vermont). Ces résultats appuient l’identification d’une manifestation culturelle qui est très étroitement connectée aux phases Canoe Point et Winooski de la tradition Point Peninsula. Résultant des conclusions susmentionnées, et d’autres issues d’enquêtes récentes, des considérations d’ordre taxonomique s’ensuivent. Bien qu’une refonte complète du taxon «Sylvicole moyen» soit prématurée, une critique de ce taxon s’avère nécessaire. Aussi des taxons tels que l’Early Horticultural Period de Snow ou le «Sylvicole initial» de Wright et Clermont sont discutés, dans la mesure où ils pourraient renvoyer à une définition plus générale, mais aussi peut-être plus fidèle, des caractéristiques anthropologiques propres aux populations qui ont vécu le long du Saint-Laurent et de ses tributaires depuis le Sylvicole inférieur jusqu’à la fin du Sylvicole moyen tardif. / This thesis focuses on the variability observed within an assemblage, made up of lithic and ceramic artefacts, that is felt to be representative of the largest collection dominated by an Early Middle Woodland component known in Quebec. The characteristic traits of the pots transported, discarded, and partly manufactured on the station 3-arrière of the Pointe-du-Buisson complex, are apprehended via a holistic understanding of the notion of «style» which includes all aspects of the attributes it covers, i.e. technological, morphological, decorative and functional ones. Thanks to the application of a typological method, a long forsaken approach, at least in eastern north America, whose specific merit resides in its ability to treat the artefact as a whole, behavioural (cognitive and procedural) patterns visible on the decorated rim sherds have been identified. These are intimately related to the decorative techniques used by the makers, and seem to have changed through time as follows: «vertical or simple» type, preceding the more recent «push-pull» and «rocker-stamp» types. A comparative analysis, based on a sample of sites located in the Upper St-Lawrence and neighbouring regions, has also revealed great similarities between the ceramic assemblage of the Early Middle Woodland component of BhFl-1d’ and those of Vieux-Pont (Eastern Townships, QC), Oka (Ottawa River), Pointe-du-Gouvernement (Upper Richelieu) and Winooski (Lake Champlain area, Vermont) sites. These results argue for the existence of a cultural manifestation that is very closely related to both the Canoe Point and Winooski phases of the Point Peninsula tradition. Following the aforementioned conclusions and based on others resulting from recent inquiries, further taxonomic considerations have emerged. While a complete overhaul of the Middle Woodland pattern would be premature, rethinking this taxon appears necessary. Therefore, taxa such as Early Horticultural Period (Snow) or Initial Woodland (Wright, Clermont) are revived and discussed since they may prove to be useful in defining more general, but also maybe more appropriate, anthropological traits concerning the populations that lived along the Saint Lawrence River and its tributaries from the Early Woodland to the end of the Late Middle Woodland.