Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Thèse de doctorat effectuée en cotutelle au Département de Géographie Université de Montréal et à l'Institut Méditerranéen d'Écologie et de Paléoécologie Université de Droit, d'Économie et de Sciences d'Aix-Marseille 111 / La tourbière de Mirabel (basses terres du St-Laurent, Québec méridional) a été étudiée dans le but de préciser l'influence exercée par les différents paramètres autogènes et allogènes sur l'accumulation postglaciaire du carbone. (l) Les dynamiques végétales régionales révèlent un contrôle climatique général, modulé localement par le contexte paléogéographique, la physiographie et les processus écologiques. (2) L'histoire postglaciaire du climat régional fut reconstituée par la méthode des analogues modernes, contrainte par les fluctuations du niveau du lac Hertel (Mont St-Hilaire). Les résultats obtenus témoignent d'un important réchauffement entre 13 000 et 11 000 cal. BP, d'un optimum thermique autour de 8000 cal. BP, et de deux périodes sèches (10 000-6500 et 5000-3000 cal. BP). (3) Les dynamiques postglaciaires internes de la tourbière furent indépendamment reconstituées en trois dimensions par l'analyse pluridisciplinaire de sept profils. Ces derniers montrent des successions végétales similaires, conformes au modèle de terrestrialisation, mais asynchrones. Ils témoignent en outre de conditions de surface très humides avant 6700 cal. BP, suivies de nombreuses fluctuations asynchrones sur l'ensemble du site. L'accumulation du carbone présente en revanche des tendances similaires dans tous les profils, caractérisées par de fortes accumulations avant 6200 cal. BP (moyennes de 7.1 à 19.1 gC.m .an'1) et de faibles accumulations depuis (moyennes de 2.7 à 6.3 gC.m'2.an ). (4) Les différentes conditions postglaciaires du développement de la tourbière sont confrontées. L'accumulation du carbone paraît avoir été essentiellement contrôlée par les interrelations entre la physiographie (alimentation minérotrophe initiale) et les processus autogènes, qui ont progressivement isolé la végétation tourbigène de la nappe phréatique. Notamment, ni le climat, ni les feux ne semblent avoir joué de rôle significatif. / Mirabel bog (St. Lawrence lowlands, southern Quebec) was studied with the aim to specify the influences exerted by the different autogenic and allogenic parameters on postglacial carbon accumulation. (1) Regional vegetation dynamics reveal a general climatic control, locally modified by the palaeogeographical context, physiography and ecological processes. (2) The postglacial history of the regional climate was reconstructed by the modem analogues method, constrained by the water level fluctuations of Lac Hertel (Mont St- Hilaire). Obtained results provide evidence for an important climate improvement between 13 000 and 11 000 cal. BP, a thermal optimum around 8000 cal. BP and two dry periods (10000-6500 and 5000-3000 cal. BP). (3) Postglacial internal dynamics were independently reconstmcted in three dimensions by the multidisciplinary analysis of seven profiles. They show similar plant successions, conforming to the terrestrialisation model but were asynchronous. They moreover attest the occurrence of very humid conditions prior to 6700 cal. BP, followed by numerous asynchronous fluctuations throughout the site. By contrast, carbon accumulation presents similar trends in all proiïles, characterised by high accumulation rates prior to 6200 cal. BP (averages from 7.1 to 19.1 gC.m .year ) and low rates since this date (averages from 2.7 to 6.3 gC.m'2.year-l). (4) The different postglacial conditions of peatland development arc coirfronted. Carbon accumulation appears to have been essentially controlled by the interplay between physiography (initial minerotrophic supply) and autogenic processes, which progressively isolated the peat-forming vegetation from groundwater. Notably, neither climate nor fire seem to have played a significant role.

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.

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.

De nouveaux gisements à ambre et à végétaux ont été découverts dans les terrains<br />albiens et cénomaniens de Charente-Maritime (France). L'un d'eux, daté de l'Albien, constitue l'un des plus anciens mais aussi l'un des plus importants gisements d'ambre fossilifère du Crétacé, compte tenu de la richesse et de la diversité des inclusions répertoriées. Les insectes et les arthropodes sont les plus nombreux, mais quelques restes de vertébrés (plume, peau de reptile) et des fragments végétaux sont également signalés. La singularité de cet ambre est d'avoir préservé une abondante faune d'arthropodes vivant au niveau de la litière du sol, alors que l'essentiel des inclusions représente généralement le biotope vivant le long du tronc ou des branches de l'arbre producteur de résine. La confrontation d'analyses taphonomiques, xylologiques et physico-chimiques permet de discuter la source botanique probable de cet ambre.<br />Quelques insectes particulièrement significatifs pour la compréhension de l'histoire<br />évolutive de leur groupe, ou bien informatifs d'un point de vue paléoenvironnemental ou paléobiogéographique, font l'objet d'une étude systématique détaillée. Des informations complémentaires, d'ordre paléoécologique et paléoclimatique, sont apportées par les nombreux végétaux associés dans les gisements sous forme de bois ou de feuilles. Une reconstitution régionale des écosystèmes terrestres côtiers médio-crétacés est proposée, via l'analyse sédimentologique des milieux de dépôt et les informations paléoécologiques fournies par ces assemblages fossiles. Ces gisements contribuent à une meilleure connaissance des biotopes côtiers du Crétacé, période cruciale pendant laquelle la co-évolution des insectes et des plantes à fleurs a constitué les prémices de nos écosystèmes actuels.

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. / This thesis is concerned with the design and development of bioinformatics techniques that can facilitate the use of metabarcoding approach for measuring species diversity. Metabarcoding coupled with next generation sequencing techniques have a strong po- tential for multiple species identification from a single environmental sample. The real strength of metabarcoding resides in the use of barcode markers chosen for a particular study. The identification at species or higher level taxa can be achieved with carefully designed barcode markers. Moreover with the advent of high throughput sequencing techniques huge amount of sequence data is being produced that contains a substantial level of mutations. These mutations pose a problem for the correct estimates of biodi- versity and for the taxon assignation process. Thus the three major challenges that we addressed in this thesis are: evaluating the quality of a barcode region, designing new barcodes and dealing with errors occurring during different steps of an experiment. To assess the quality of a barcode region we have developed two formal quantitative mea- sures called barcode coverage (Bc) and barcode specificity (Bs). Barcode coverage is concerned with the property of a barcode to amplify a broad range of taxa, whereas barcode specificity deals with its ability to discriminate between different taxa. These measures are extremely useful especially for ranking different barcodes and selecting the best markers. To deal with the challenge of designing new barcodes for metabarcoding applications we have developed an efficient software called ecoPrimers. Based on the above two quality measures and with integrated taxonomic information, ecoPrimers1 enables us to design primers and their corresponding barcode markers for any taxonomic level. Moreover with a large number of tunable parameters it allows us to control the properties of primers. Finally, based on efficient algorithms and implemented in C language, ecoPrimers is efficient enough to deal with large data bases including fully sequenced bacterial genomes. Finally to deal with errors present in DNA sequence data, we have analyzed a simple set of PCR samples obtained from the diet analysis of snow leopard. We grouped closely related sequences and by measuring the correlation between different parameters of mutations, we have shown that most of the errors were introduced during PCR amplification. In order to deal with such errors, we have further developed an algorithm using graphs approach, that can differentiate true sequences from PCR induced errors. The results obtained from this algorithm showed that de-noised data gave a realistic estimate of species diversity studied in French Alpes. This algorithm is implemented in program obiclean.

Les tourbières ombrotrophes furent souvent considérées comme des barrières à la propagation des feux en raison de leur faible biomasse et de leur humidité élevée. Toutefois, la présence d'horizons carbonisés en surface et dans la stratigraphie de la tourbe indique que ces écosystèmes furent affectés par le feu dans le passé. Le premier objectif est de reconstituer la chronologie des feux ayant eu lieu dans trois tourbières près de Radisson au Québec nordique (53°N ; 77°0) à l'aide de l' analyse des charbons macroscopiques (> 0,5 mm) de profils de tourbe et de la datation 14C SMA de charbons. Le second objectif est de retracer les successions végétales après-feu par l'analyse des macrorestes végétaux. L' analyse sporopollinique précise la dynamique végétale pour l'un des sites. La fréquence des feux dans ces tourbières est nettement moindre qu'au sein des forêts régionales mais semblable à celle d' autres tourbières ombrotrophes boréales. Les communautés végétales post-incendies ( e.g. mousses) se sont parfois maintenues plusieurs siècles. Enfin, les feux ont parfois provoqué des diminutions drastiques de l'accumulation organique.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Le processus de boisement des tourbières est un phénomène en accélération depuis au moins les années 1950 dans les basses-terres du Saint-Laurent au Québec, et l'érable rouge (Acer rubrum) est l'un des arbres qui contribue le plus à ce phénomène. Cette étude vise à décrire et expliquer la progression de la couverture forestière d'une vaste tourbière ombrotrophe isolée au sein d'une matrice agricole dont les bordures sont caractérisées par la présence de peuplements mixtes composés de mélèze laricin (Larix laricina) et d'érable rouge. Les objectifs sont de (1) déterminer les patrons spatio-temporels de la colonisation forestière et (2) d'identifier les facteurs responsables de l'établissement et de la croissance des arbres en ayant recours à la fois à des analyses dendrochronologiques, de photographies aériennes et paléoécologiques. Bien que le mélèze soit présent localement depuis au moins quelques siècles, l'érable rouge s'est installé seulement au début du XXe siècle. Son expansion s'est accélérée dans les décennies 1930-1940, puis à nouveau dans les années 1980. Le rythme de progression du couvert forestier a varié d'un endroit à l'autre de la tourbière (0-23 m/an), mais il fut plus rapide dans les années 1960. Contrairement à ce qui était attendu, il ne semble n'y avoir aucun lien significatif entre les multiples variables analysées (épaisseur de la matière organique, altitude de la surface, indice d'humidité topographique, utilisation du sol en périphérie, drainage et climat) et la progression du couvert forestier. Les résultats exposent la complexité des relations qui existent entre la croissance des arbres sur tourbe et leur environnement. En combinant des méthodes permettant de couvrir plusieurs échelles temporelles et spatiales, il est possible d'obtenir un portrait plus précis de la dynamique végétale. Il est suggéré que le cadre méthodologique établi dans la présente étude soit adopté lors des recherches futures sur le boisement des tourbières. / A rapid tree encroachment phenomenon has been taking place on St-Lawrence Lowlands (SLL), southern Quebec peatlands since the 1950s, and red maple (Acer rubrum) is one of the most prolific tree species. Therefore, the purpose of this study is to describe and explain the progression of forest cover in a large, isolated ombrotrophic peatland within an agricultural matrix whose edges are characterized by the presence of mixed stands of tamarack (Larix laricina) and red maple. Our objectives were (1) to describe the spatio-temporal colonization patterns of the forest cover and (2) to identify factors that might explain tree establishment and growth using a combination of paleoecological, dendrochronological and aerial photograph analyses. Although tamarack has been present locally for at least a few centuries, red maple began to establish in the early XXᵗʰ century. Its expansion accelerated in the 1930s-1940s and again in the 1980s. The colonization rate of the forest cover varied across the peatland (0-23 m/yr) but was most rapid in the 1960s. Contrary to expectations, there appeared to be no significant relationship between the multiple analyzed variables (organic matter thickness, surface elevation, topographic moisture index, land use, drainage, and climate) and forest cover progression. Our results highlight the complexity of the relationships between tree growth on peat and their environment. By combining methods that cover several temporal (contemporary and a few centuries) and spatial (local and peatland) scales, it is then possible to obtain a precise picture of the vegetation dynamics that animate the peatland. We therefore suggest that the methodological framework established in the present study should be adopted by future studies of tree encroachment.