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Cette étude porte sur les impacts géomorphologiques de la crue extrême de la rivière Duval, qui s’est produite en juin 2008, dans la communauté de Pangnirtung au Nunavut. L’action combinée de l’érosion mécanique et thermique (thermo-érosion) du puissant torrent a rapidement causé l’érosion de 90 000 m3 de pergélisol près de l’embouchure de la rivière, endommageant de façon permanente les deux ponts situés au centre de la communauté. Un événement d’une telle envergure a soulevé de nombreuses inquiétudes dans la communauté notamment en ce qui a trait à la pérennité des infrastructures routières et résidentielles, à la sécurité des habitants ainsi qu’au risque de récurrence d’une telle crue. Cette étude a pour objet de quantifier les facteurs qui contribuent au processus à savoir, la température de l’eau, le débit fluvial, la température du pergélisol et sa teneur en glace et d’intégrer leur impact combiné dans une analyse numérique afin de mieux cerner les conditions dans lesquelles l’événement catastrophique s’est produit, d’évaluer les risques de récurrence d’une telle crue et de déterminer le degré de susceptibilité du cône alluvial de Pangnirtung face au processus d'érosion fluviale et de la thermo-érosion.

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Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le manteau neigeux constitue un élément clé des paysages nordiques en hiver et peut affecter les espèces qui y vivent de multiples façons. Les processus hivernaux qui influencent l'écologie des espèces nordiques demeurent mal compris, même si de plus en plus d'études suggèrent qu'ils pourraient jouer un rôle essentiel dans leur cycle annuel. C'est le cas des lemmings, de petits rongeurs arctiques aux fluctuations cycliques de populations, qui demeurent actifs tout l'hiver sous le manteau neigeux. Ces petits mammifères jouent un rôle essentiel dans l'écosystème arctique, comme ils sont la proie principale de nombreux prédateurs retrouvés dans ces régions. Cette thèse examine l'impact de la neige sur les populations de lemmings bruns (Lemmus trimucronatus) et de lemmings variables (Dicrostonyx groenlandicus), les principales espèces retrouvées dans le Haut-Arctique canadien. Plus spécifiquement, cette thèse vise à comprendre l'impact des propriétés physiques de la neige sur (1) l'utilisation des différentes couches du manteau neigeux par les lemmings, (2) leur performance et leur effort déployé pour creuser dans la neige, (3) leur utilisation de l'habitat hivernal, et (4) leurs paramètres démographiques. Nous avions également pour but de contraster les impacts des propriétés physiques de la neige entre les deux espèces de lemmings. Cette étude a pris place à l'île Bylot, au Nunavut, où un suivi à long terme a permis l'utilisation de données provenant d'une série temporelle s'étalant de 2004 à 2022. En caractérisant les tunnels de lemmings dans le manteau neigeux, nous avons trouvé que ceux-ci sont toujours creusés dans la couche basale de givre de profondeur, généralement la couche la plus friable du manteau neigeux arctique. Contrairement à la croyance générale, les tunnels de lemmings sont creusés plus haut que le niveau du sol, tout juste sous une couche de neige plus dure, probablement pour éviter l'effondrement de leurs tunnels et ainsi les réutiliser. Ensuite, en exposant des individus captifs à de la neige de différentes duretés, nous avons montré que les lemmings creusent plus lentement et déploient plus d'effort à creuser dans une neige dure par rapport à une neige plus molle. L'étude de leurs nids d'hiver à travers le paysage nous a permis de mettre en lumière que les lemmings utilisent davantage les habitats où les manteaux neigeux sont plus épais, probablement pour réduire leur coût de thermorégulation. Cependant, l'utilisation préférentielle de ces sites vient souvent avec le compromis de la présence d'une couche basale de plus forte densité, ce qui semble nuire à la reproduction hivernale des lemmings. Nous avons également mis en évidence que les épisodes de pluie-sur-neige et de fonte-regel menant au durcissement de la couche basale de neige influencent négativement la reproduction ainsi que la croissance hivernale des populations de lemmings. Concernant les différences interspécifiques, nous avons trouvé que les lemmings variables sont plus performants à creuser dans la neige comparativement aux lemmings bruns et qu'ils ont un taux de reproduction hivernal plus élevé, appuyant l'hypothèse d'une meilleure adaptation à la vie hivernale. En somme, mes travaux soutiennent l'idée qu'un durcissement du manteau neigeux est néfaste pour les populations de lemmings, principalement en diminuant leur capacité à se reproduire en hiver, ce qui pourrait entraîner des répercussions sur leurs principaux prédateurs. Dans un contexte où les changements climatiques menacent de perturber le manteau neigeux, il est nécessaire d'approfondir notre compréhension de ses interactions avec les espèces nordiques. En fournissant des évidences quant à l'influence des propriétés physiques du manteau neigeux sur la thermorégulation et sur la locomotion des espèces nordiques, ma thèse contribue significativement à l'avancement des connaissances en écologie hivernale. / The snowpack constitutes a key element of Nordic landscapes in winter and can affect the species inhabiting them in various ways. Winter processes influencing the ecology of Nordic species remain poorly understood, even though an increasing number of studies suggest that they might play a crucial role in their annual cycle. This is the case for lemmings, small Arctic rodents with cyclic population fluctuations, which remain active throughout the winter under the snowpack. These small mammals play a vital role in the Arctic ecosystem as primary prey of numerous predators in the region. This thesis aims to elucidate the impact of snow on populations of brown lemmings (Lemmus trimucronatus) and collared lemmings (Dicrostonyx groenlandicus), the main species found in the Canadian High Arctic. More specifically, this thesis examines the impact of snow physical properties on (1) lemming use of the different snow layers; (2) their efficiency and effort to dig in the snow; (3) their winter habitat use; and (4) their demographic parameters. We also aimed to contrast the impact of snow properties between the two lemming species. This study took place on Bylot Island, Nunavut, where a long-term monitoring provided a time series data spanning from 2004 to 2022. By characterizing lemming tunnels within the snowpack, we discovered that they are consistently dug in the basal depth hoar, typically the softest layer of the arctic snowpack. Contrary to common belief, tunnels are excavated slightly above ground level, just beneath a harder snow layer, likely to prevent tunnel collapse and facilitate reuse. Then, in an experiment in which we exposed captive individuals to snow of varying hardness, we found that lemmings decrease their digging speed and increase their digging effort in hard snow compared to softest snow. The study of their winter nests across the landscape allowed us to highlight that lemmings use habitats where snowpacks is deeper, likely to reduce their thermoregulation costs. However, preferential use of these sites often comes at the cost of a denser basal snow layer, which appears to hinder the winter reproduction of lemmings. We also demonstrated that rain-on-snow and melt-freeze events leading to a hardening of the basal snow layer negatively impact winter reproduction and population growth of lemmings. Regarding interspecific differences, we found that collared lemmings are better at digging in the snowpack compared to brown lemmings and that they have a higher winter reproductive rate, which supports the hypothesis of a better adaptation to winter conditions. In summary, my work supports the idea that a hardening of the snowpack is detrimental to lemming populations, primarily by reducing their ability to reproduce in winter, which could have implications for their main predators. In a context where climate change threaten to disrupt the snowpack, it is essential to deepen our understanding of its interactions with Nordic species. By providing evidence of an influence of physical properties of the snowpack on thermoregulation and locomotion of Nordic species, my thesis significantly contributes to advancing our knowledge on winter ecology.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 janvier 2024) / Les minéraux indicateurs (MI) fournissent des informations cruciales pour l'exploration minérale dans les terrains glaciaires. Dans les régions de pergélisol, les ostioles sont l'une des structures de cryoturbation les plus courantes dans les sédiments glaciaires et sont donc utilisés couramment pour les études de MI. Nous avons étudié si la dynamique du mouvement interne dans les ostioles peut générer une classification des MI dans la couche active. Dans cette étude réalisée près du gisement d'or orogénique Amaruq, au Nunavut, dans le nord du Canada, plusieurs profils verticaux jusqu'à ~1,3 m de profondeur ont été échantillonnés dans deux tranchées à ~1,5 km en aval glaciaire du gisement, y compris deux profils dans la partie centrale de deux ostioles clairement identifiés en surface (un profil atteignait le pergélisol à 1,30 m de profondeur). La fraction du concentré de minéraux lourds (<2 mm) dans tous les profils contient de l'or et de la scheelite. Les abondances de ces MI présentent une variation verticale qui n'est pas uniforme entre tous les profils. De même, la taille et la morphologie des grains d'or n'ont aucune tendance cohérente. Le till présent dans le pergélisol démontre une plus grande abondance de minéraux indicateurs par rapport au till dans la partie supérieure de la couche active. La variation latérale des MI dans un ostiole à 30 cm de profondeur montre que la plus grande quantité de grains d'or et de scheelite se trouve dans la partie centrale de l'ostiole. La composition chimique de l'or (<400 μm), de la scheelite, et de la chalcopyrite (0.25-2.00 mm) a été déterminée par EPMA et LA-ICP-MS. La composition chimique des MI indique que la plupart des grains sont dérivés du gisement d'Amaruq. Aucun des minéraux ne présente de tendance verticale basée sur sa composition chimique. En résumé, les ostioles ne présentent pas de variations systématiques dans les propriétés des MI (abondance, morphologie, taille et composition chimique) à différentes profondeurs. Cette étude suggère que les processus de cryoturbation ne génèrent pas un fractionnement des minéraux indicateurs dans les ostioles en raison de multiples variables liées aux processus de gel et de dégel (différences de densité, d'humidité, de profondeur maximale de dégel, de durée d'activité, de front de gel, etc.). / Indicator minerals (IM) provide valuable information for mineral exploration in glaciated terrains. In permafrost regions, mudboils (frost boils) are one of the most common cryoturbation features in glacial sediments and are therefore critical for IMs studies. We investigate if the inner motion dynamics in mudboils could generate a vertical sorting of IMs in the active layer. In this study, located at the Amaruq orogenic gold deposit in Nunavut, northern Canada, we sampled several vertical profiles down to ~1.3 m depth in two trenches ~1.5 km down-ice of the deposit, including two profiles in the central part of well-identified mudboils on surface (one reaching the permafrost table at 1.30m depth). The heavy mineral concentrate fraction (<2 mm) of all profile samples contains gold and scheelite. The abundance of these IMs shows vertical variations that are not uniform between all profiles. Likewise, the size and morphology of gold grains do not exhibit any consistent trend. Till in permafrost exhibits the highest IMs abundance compared to that in the overlying active layer. The IMs lateral variation examined in one mudboil at ~30cm depth indicates that the highest grain count of gold and scheelite is in the central part of the mudboil. The chemical composition of gold (<400 μm), scheelite and chalcopyrite (0.25-2.00 mm) was determined by EPMA and LA-ICP-MS. Chemical analysis of the IMs indicates that most of these minerals are derived from the Amaruq gold deposit. None of them present systematic vertical trends in chemical composition. In summary, mudboils show no systematic variations in the IM properties (mineral abundance, morphology, size and mineral chemistry) at different depths. The study suggests that cryoturbation processes do not generate a uniform fractionation of indicator minerals in mudboils due to the multiple variables involved in the freeze-thawing process (bulk density differences, moisture, maximum thaw depth, activity time, and freezing front).