Cette thèse s'intéresse à la conception et le développement des techniques de bioinfor- matique qui peuvent faciliter l'utilisation de l'approche metabarcoding pour mesurer la diversité d'espèces. Le metabarcoding peut être utilisé avec le séquencage haut débit pour l'identification d'espèces multiples à partir d'un seul échantillon environnemental. La véritable force du metabarcoding réside dans l'utilisation de barcode marqueurs choisi pour une étude particulière et l'identification d'espèces ou des taxons peut être réalisé avec des marqueurs soigneusement conçu. Avec l'avancement des techniques haut débit de séquençage, une énorme quantité des données de séquences est produit qui contient un nombres substantiel des mutations. Ces mutations posent un grand problème pour les estimations correctes de la biodiversité et pour le d'assignation de taxon. Les trois problèmes majeurs dans le domaine de la bioinformatique que j'ai abordés dans cette thèse sont: i) évaluer la qualité d'une barcode marker , ii) concevoir des nouveaux région barcode et iii) d'analyser les données de séquençage pour traiter les erreurs et éliminer le bruit en séquences. Pour évaluer la qualité d'un barcode marker, on a développé deux mesures quantita- tive,formelle: la couverture (Bc) et la spécificité (Bs). La couverture donne une mesure de universalité d'une pairs de primer pour amplifier un large nombre de taxa, alors que la spécificité donne une mesure de capacité à discriminer entre les différents taxons. Ces mesures sont très utiles pour le classement des barcode marker et pour sélectionner les meilleurs markers. Pour trouver des nouveaux région barcode notamment pour les applications metabarcod- ing, j'ai développé un logiciel, ecoPrimers3. Basé sur ces deux mesures de qualité et de l'information taxinomique intégré, ecoPrimers nous permet de concevoir barcode markers pour n'importe quel niveau taxonomique . En plus, avec un grand nombre de paramètres réglables il nous permet de contrôler les propriétés des amorces. Enfin, grâce a des algorithmes efficaces et programmé en langage C, ecoPrimers est suffisamment efficace pour traiter des grosses bases de données, y compris génomes bactériens entièrement séquencés. Enfin pour traiter des erreurs présentes dans les données de séquencage , nous avons analysé un ensemble simple d'échantillons de PCR obtenus à partir de l'analyse du régime alimentaire de Snow Leopard. En mesurant les corrélations entre les différents paramètres des erreurs, nous avons observé que la plupart des erreurs sont produites pendant l'amplification par PCR. Pour détecter ces erreurs, nous avons développé un algorithme utilisant les graphes, qui peuvent différencier les vrai séquences des erreurs induites par PCR. Les résultats obtenus à partir de cet algorithme a montré que les données de-bruitée a donnent une estimation réaliste de la diversité des espèces étudiées dans les Alpes françaises.

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En Europe, le rôle du climat fait souvent partie intégrante des modèles proposés pour expliquer les bouleversements des sociétés humaines à la transition Paléolithique moyen – supérieur (e.g. extinction des néandertaliens, développement de comportements dits « modernes »). Pourtant, l’impact exact des changements climatiques globaux du Pléistocène supérieur sur les écosystèmes terrestres reste pour partie inconnu. Cette étude vise à replacer dans un contexte paléoenvironnemental et paléoécologique l’histoire des mutations biologiques et culturelles des sociétés humaines entre MIS 5 et 3 (soit avant, pendant et après la transition Paléolithique moyen – supérieur). Dans le cadre de ce travail, la reconstruction des communautés animales terrestres est réalisée à l’échelle écosystémique (reconstruction des dynamiques des communautés d’herbivores, fluctuations de la biomasse d’Ongulés, paléodémographie de l’Hyène des cavernes) et intra-guilde (compétition interspécifique hommes – hyènes). Ces deux échelles d’analyse s’appuient d’une part sur l’étude taphonomique, spatiale et paléoécologique de deux repaires d’hyènes avec indices de fréquentation humaine (Camiac et La Chauverie) et d’autre part sur l’analyse multi-méthodes de bases de données des sites anthropiques et paléontologiques (archéostratigraphie, SIG, statistiques multivariées et bayésiennes). À l’échelle écosystémique, l’histoire des communautés d’herbivores est reconstruite pour le Sud-Ouest de la France. Des fluctuations importantes sont perceptibles dans la biomasse d’Ongulés disponible, qui augmente à la fin du Moustérien et chute fortement au début de l’Aurignacien. Ces variations de biomasse ont été suffisantes pour contraindre les populations de grands prédateurs, l’histoire paléodémographique de l’Hyène des cavernes étant hautement corrélée aux fluctuations de biomasse. À l’échelle intra-guilde, l’intensité de la compétition interspécifique hommes – hyènes varie au cours du temps et selon les espaces géographiques. Concernant la sphère alimentaire (espèces exploitées, populations ciblées, stratégies de subsistance), si le recouvrement de niches entre ces deux prédateurs est parfois fort (notamment à la fin du Moustérien), des différences apparaissent néanmoins. La nature des interactions hommes – hyènes dans les espaces d’habitats communs (cavités karstiques) est quant à elle discutée sur la base de l’étude interdisciplinaire des séries fauniques et lithiques de Camiac et de La Chauverie. Le modèle paléoécologique proposé pour le Sud-Ouest est ensuite confronté à la spécificité d’autres régions d’Europe de l’Ouest par l’exploitation d’une base de données étendue. Ces comparaisons soulignent les différences existantes selon les régions géographiques dans la réponse des écosystèmes terrestres aux changements climatiques globaux. Les résultats obtenus apportent de nouveaux éclairages sur la transition Paléolithique moyen – supérieur : ils pondèrent fortement l’importance qui doit être accordée aux facteurs environnementaux et écologiques. Ces derniers ne semblent pas pouvoir expliquer à eux seuls les bouleversements culturels et biologiques de cette période. / In Europe, climate is often considered as a key factor in explaining the events of the Middle-to-Upper Paleolithic transition (e.g. Neandertal extinction, development of innovations characteristic of “modern” behavior). However, the exact impact of Upper Pleistocene global climatic changes on terrestrial ecosystems is still poorly documented. This study proposes to place the evolutionary history of hominids from MIS 5 to 3 (before, during and after the Middle-to-Upper Paleolithic transition) within a paleoenvironmental and paleoecological context. Reconstruction of past terrestrial communities is here performed both on an ecosystem scale (changes in herbivore communities, fluctuations of ungulate biomass, paleodemography of cave hyenas) and on an intra-guild scale (interspecific competition between hominids and hyenas). This multi-scaled study is permitted through taphonomic, spatial and paleoecological analyses of two hyena dens with traces of human occupation (Camiac and La Chauverie), coupled with analyses of several databases of archeological and paleontological sites with a wide array of methods (archeostratigraphy, GIS, Bayesian and multivariate statistics). At the ecosystem scale, changes in herbivore communities are reconstructed for southwestern France. Fluctuations in ungulate biomass are noticeable, with an increase at the end of the Mousterian and a significant crash at the beginning of the Aurignacian. These changes had a pronounced impact on large predator populations, as can be shown by the high correlation between reconstructed hyena paleodemography and variations in ungulate biomass. At the intra-guild scale, interspecific competition between hominids and hyenas is shown to vary across time periods and regions. Niche overlap is at some times significant (as at the end of the Mousterian) in terms of resource exploitation (species of prey, population segments targeted, subsistence strategies), but total niche overlap is never observed. The nature of hominid-hyena interaction in caves is also discussed within the framework of an interdisciplinary analysis of the faunal and lithic collections of Camiac and La Chauverie. The model built in southwestern France is then compared with the specificity of other regions of Western Europe, by utilizing an extended database. These comparisons highlight the significant differences that exist between terrestrial communities regarding their responses to global climatic changes, depending on their geographical setting. These results bring new insights to the Middle-to-Upper Paleolithic transition: notably, it appears that environmental and ecological factors cannot fully explain the dramatic biological and cultural events that occurred during this time period.

Les restes fossiles des grands herbivores (genres Bos, Bison, Equus, Coelodonta et Stephanorhinus) sont abondants dans les séquences archéo-paléontologiques du Pléistocène moyen et supérieur du Sud de la France. L’étude biométrique des restes osseux et dentaires à partir de 11 sites (Camp-de-peyre, La Micoque, Igue des Rameaux, Payre, Lunel-Viel, Rigabe, Suard, Combe-Grenal, Pech de l’Azé II, Coudoulous II, Peyre) et 22 ensembles/niveaux, contrôlée par des analyses statistiques factorielles, permet de caractériser les adaptations contextuelles de chaque taxon et leurs tendances évolutives, et d’affiner leurs apports biochronologiques. Les analyses de méso- et micro-usure dentaire détaillent les comportements alimentaires de ces taxons et les environnements locaux dans lequel ils vivaient, intégrant les variations saisonnières. L’utilisation des deux approches, biométriques et écométriques, augmente significativement notre résolution des contextes paléo-environnementaux, pour chacun des sites étudiés. Notre étude apporte de nouvelles données sur les modes d’adaptation tant anatomiques qu’éco-éthologiques des grands ongulés. Des conclusions sur la gestion des territoires par ces herbivores mais aussi sur leurs exploitations par leurs prédateurs, humains et non-humains, ont également été possibles. Nous avons ainsi mis en évidence des stratégies de prédation et d’acquisition originales, notamment centrées sur certains taxons (Equus) pour les groupes de Pré-Néandertaliens du Sud de la France opérant dans un rayon d’action plus important que celui d’autres prédateurs (en particulier hyènes). / The fossil remains of large herbivores (genus Bos, Bison, Equus, Coelodonta and Stephanorhinus) are frequent in the archaeo-paleontological record in the South of France during the Middle and Late Pleistocene. The biometrical study of bones and teeth remains from 11 sites (Camp-de-peyre, La Micoque, Igue des Rameaux, Payre, Lunel-Viel, Rigabe, Suard, Combe-Grenal, Pech de l’Azé II, Coudoulous II, Peyre) and 22 bone ensembles/layers, consolidates by factorial statistical analysis, allow us to define the degree of contextual adaptation and the evolutionary trend of each taxon which in turn refine their biochronological contribution. Diet habit of each taxon, local environments and seasonal variations are documented by dental meso- and micro-wear studies. Thanks to these two combined approaches, biometrical and ecometrical, we were able to significantly increase our knowledge about the paleoenvironmental context of each studied site. Our study brings new data about anatomical and ethological studied of large ungulates. We also display new results about the territory management by herbivores and then on their relationships with predators, human and non-human. Thus, we highlight Pre-Neandertalian original predation and acquisition strategies in South of France focusing on one species (Equus) in a territorial range larger than other carnivores’ (such as hyenids).

Une carotte de tourbe de 182 cm prélevée d'un complexe tourbeux dans la région de Salluit, Nunavik, a été étudiée par l'entremise d'analyses macrofossile et pollinique dans le but de retracer les fluctuations climatiques survenues durant l'Holocène récent. L'accumulation de la tourbe s'est amorcée vers 2340 ans cal. BP. Quatre périodes climatiques distinctes sont survenues durant l'Holocène supérieur dans la région de Salluit. Entre 1910 et 1100 ans cal. BP, les conditions climatiques étaient clémentes (relativement un peu plus chaudes et humides qu'actuellement) favorisant l'établissement de plusieurs espèces de Sphagnum de tourbières minérotrophes pauvres à ombrotrophes. À partir de 1100 ans cal. BP, le climat est devenu plus froid et sec induisant la disparition de Sphagnum. Un retour à des conditions clémentes s'est produit vers 870 ans cal. BP et a duré jusqu'à 670 ans cal. BP. Par la suite, le climat est redevenu froid et sec favorisant l'activité éolienne.

Cette étude a comme objectif principal 1) de retracer les principaux changements d'exploitation et de perception humaines du haut-marais reliant l'Isle-aux-Grues et l'Isle-aux-Oies, et ce, depuis le XVIIe siècle et 2) d'identifier les différents types de changements des conditions environnementales locales ayant affecté cet écosystème situé dans l'estuaire moyen du fleuve Saint-Laurent. Une approche originale combinant des méthodes de la géographie historique et de la géographie physique a permis d'atteindre ces objectifs. Les archives notariales, les recensements et les sources orales ont, entre autres, démontré que l'utilisation intensive des marais a favorisé l'agriculture locale. Cet accès aux marais et l'exploitation du foin de mer étaient donc un avantage économique pour l'Isle-aux-Grues par rapport à d'autres paroisses, permettant de posséder et de nourrir plus d'animaux. Les changements environnementaux provoqués par l'Homme sur le haut marais de l'Isle-aux-Grues, révélés par la paléoécologie, ont été subtils et montrent une utilisation durable de l'environnement local.

Cette recherche porte sur l'étude de la relation entre les changements environnementaux et culturels dans le Bas-Arctique. Une approche multidisciplinaire en géographie physique et géographie culturelle a été adoptée afin de comprendre le contexte dans lequel le site archéologique IbGk-3, situé sur l'île Drayton au sud d'Inukjuak, a été occupé. Le site est composé de vestiges de maisons semi-souterraines. Le paysage de l'île, dont plusieurs témoins du passage des glaciers sont visibles, est en constant changement, entre autres en raison du relèvement isostatique et du retrait marin qui y est associé. Les conditions environnementales clémentes d'il y a 960 ans cal. BP auront permis l'entourbement de certaines terrasses. Le choix de l'emplacement du site aurait été influencé par la disponibilité des ressources animales et des matériaux de construction des maisons tels le bois et la tourbe, mais également par la géomorphologie du site. Le savoir traditionnel inuit a permis entre autres de proposer un modèle d'aménagement intérieur des maisons semi-souterraines lequel est formé d'un tunnel d'entrée, d'une zone de couchage surélevée et d'un côté spécifique pour préparer la nourriture.

Plusieurs tourbières ombrotrophes des régions tempérées sont présentement caractérisées par un processus de densification rapide de leur couverture forestière. Au Québec, ce phénomène implique diverses espèces, autant conifériennes qu'à feuillage décidu. La présente étude visait à documenter le boisement de la tourbière de la base de plein air de Sainte-Foy, située au sein d'un paysage semi-urbain de la ville de Québec, qui montre un important déploiement du mélèze laricin et de l'érable rouge. Les principaux objectifs étaient de caractériser la dynamique contemporaine du couvert forestier à l'aide d'analyses dendrométriques, dendrochronologiques et de photographies aériennes, et de reconstituer l'évolution à long terme (plusieurs millénaires) des espèces arborescentes via la conjugaison de l'identification botanique de pièces de bois préservées dans la tourbe et de l'analyse macrofossile. L'hypothèse qui a été testée est que la flore de la tourbière a toujours comporté des espèces arborescentes conifériennes mais de façon éparse. La constitution d'une couvert forestier dense et mixte serait un phénomène récent, associé à des perturbations anthropiques. Le couvert végétal s'est modifié rapidement depuis 1970, d'abord par la formation d'un mélèzin. Le mélèze étant présentement incapable de se régénérer, il est progressivement supplanté par l'érable rouge. Cette dynamique récente fait suite à plusieurs millénaires durant lesquels la tourbière a toujours présenté une physionomie arbustive et où les arbres étaient présents de façon éparse. La densification du couvert forestier fut causée par les activités humaines en périphérie de la tourbière (agriculture, construction d'une gare de triage) qui ont eu pour effet de réduire sa superficie et de l'assécher. L'érable rouge domine maintenant la régénération au sol et devrait, à plus ou moins long terme, devenir l'espèce dominante pour former une érablière rouge sur tourbe.

Afin de documenter des changements paléoenvironnementaux survenus dans la région de Whapmagoostui-Kuujjuarapik, des analyses paléoécologiques et sédimentologiques ont été effectuées sur des carottes sédimentaires et sur des coupes stratigraphiques d'un système de trois lacs interreliés. Les analyses sporopolliniques ont révélé que la densification maximale du couvert forestier a eu lieu entre 4200 et 2100 ans étal. AA. Une reconstitution paléoclimatique basée sur une fonction de transfert pollen-climat suggère que les températures de juillet ont augmenté durant cette période. Les températures de juillet tendent vers un réchauffement à l'Holocène supérieur, alors que celles de janvier montrent la tendance inverse. Des hausses des niveaux lacustres ont eu lieu vers 5915, 2760 et 2025 ans étal. AA, tandis que des baisses se sont produites peu avant 2025, vers 1360 et 580 ans étal. AA. De fortes tempêtes auraient permis l'édification d'une levée littorale peu avant 240 ans étal. AA.

Dans le Haut-Boréal québécois, les tourbières minérotrophes structurées semblent affectées par une dégradation relativement récente de leur surface se manifestant par la formation et l'agrandissement de mares, ainsi que par une réduction du couvert arborescent. Nous avançons l'hypothèse que la hausse des précipitations depuis le milieu du XVIIIe siècle est à l'origine de ce phénomène désigné par le néologisme aqualyse. Plusieurs profils stratigraphiques échantillonnés le long de transects longitudinaux et transversaux ont permis de documenter le développement holocène de quatre tourbières minérotrophes structurées. La datation au radiocarbone effectuée sur près de la moitié de ces profils montre que les tourbières se sont installées entre 7400 et 6500 ans cal. BP, soit immédiatement après les retraits glaciaire et marin. Les tourbières étaient alors de type minérotrophe forestière. Des conditions climatiques plus humides depuis 3000 ans cal. BP ont entraîné une hausse de la nappe phréatique et du taux d'accumulation, de même qu'un déboisement généralisé des tourbières. La confection 4e courbes isochrones et la datation dendrochronologique des arbres morts trouvés dans les mares indiquent que celles-ci se sont formées pendant le dernier millénaire et que, depuis les derniers siècles, l' aqualyse a connu un essor sans précédent, ce qui appuie notre hypothèse de départ. L'accumulation de la tourbe dans les buttes et les platières des quatre tourbières a été analysée à l'aide des plantules de mélèze et d'épinette. Les taux d'accumulation récents varient grandement d'une plantule à l'autre, mais ils tendent à diminuer avec le temps en raison de la compaction et de la décomposition. Les taux d'accumulation récents des buttes sont supérieurs à ceux des platières, mais la différence est réduite d'environ 75 % après une cinquantaine d'années. Contrairement aux taux d'accumulation à long terme obtenus par la datation 14C, les taux d'accumulation récents des secteurs où les mares sont présentes sont plus faibles que ceux des secteurs terrestres. Ce renversement de tendance est associé à un excès d'eau depuis les derniers siècles. En l'absence d'une diminution significative et prolongée des précipitations, l' aqualyse se poursuivra et continuera de compromettre la capacité de stockage du carbone dans les tourbières minérotrophes.