L’empreinte des activités humaines sur les milieux naturels commence à se faire sentir avec la révolution néolithique, il y a quelques 10.000 ans, aux débuts de l’Holocène. Dans le cadre de l’ANR PaléoSyr/PaléoLib et à partir d’archives sédimentaires prélevées dans différents contextes environnementaux (côtier, lacustre et fluviatile/marais), le but de ce travail est de mettre en évidence l’évolution des changements paléoenvironnementaux pour chaque site et d’en évaluer la part relevant respectivement des fluctuations climatiques et des activités humaines, afin de mieux comprendre la relation Homme- Environnement-Climat à l’Holocène. L’étude de ces différents contextes paléoenvironnementaux permet de contraindre temporellement le développement des premières influences humaines sur leur milieu naturel, et de préciser leur mode d’action, à l’aide de marqueurs biotiques (pollen) et abiotiques du sédiment. Les principales fluctuations environnementales enregistrées soulignent les hétérogénéités régionales de réponse aux forçages climatiques et permettent ainsi d’affiner nos connaissances aux échelles locale et régionale / The first sizeable consequences of human activities on the natural environment are thought to have taken place during the Neolithic revolution, at the beginnings of the Holocene, about 10,000 years ago. The aim of this study is to assess the respective role of climate fluctuations and human activities on the evolution of different environmental contexts (coastal, lake and fluvial / swamp) during this interval using sedimentary and palynological records, and hence improve our understanding of Human-Environment-Climate relationships during the Holocene. The study of these different paleoenvironmental settings through the use of both biotic (pollen) and abiotic (sediment geochemistry) markers allow to constrain the temporal development of the first human influences on the natural environment, and to determine their various modes of action (e.g. pastoralism, cultivation). The sequence of environmental changes reconstructed in this study hence highlights profound regional heterogeneities in the response of the studied areas to climatic and anthropic forcing and thus have important implications for our knowledge of the environment-human relationships at the local and regional scales

La hausse actuelle du climat pousse les espèces d’arbres tempérés à migrer vers le nord. En vue de comprendre comment certaines espèces réagiront face à cette migration, nous pouvons porter notre regard vers les populations marginales. Les études paléoécologiques de ces populations – situées au-delà de l’aire de répartition continue de l’espèce – peuvent nous informer quant aux conditions écologiques nécessaires à leur migration. Ce mémoire analyse un peuplement d’érables à sucre (Acer saccharum Marsh.) situé à la limite nordique de la répartition de l’espèce, dans la forêt tempérée mixte québécoise. L’objectif de la recherche est d’identifier quand et sous quelles conditions écologiques A. saccharum s’est établi en situation marginale. À ces fins, cette étude propose l’analyse des fossiles extraits des sédiments lacustres d’un lac situé à proximité de l’érablière. Un modèle d’apprentissage-machine est entraîné à l’aide d’images de pollens et permet la classification des pollens extraits des sédiments lacustres – le premier de la sorte. Notre méthode proposée emploi un protocole d’extraction fossile accéléré et des réseaux de neurone convolutifs permettant de classifier les pollens des espèces les plus retrouvées dans les sédiments quaternaires du nord-est de l’Amérique. Bien qu’encore incapable de classifier précisément toutes les espèces présentes dans une telle séquence fossile, notre modèle est une preuve de concept envers l’automatisation de la paléo-palynologie. Les résultats produits par le modèle combinés à l’analyse des charbons fossiles permettent la reconstruction de la végétation et des feux des 10,000 dernières années. L’établissement régional d’A. saccharum est daté à 4,800 cal. BP, durant une période de refroidissement climatique et de feux fréquents mais de faible sévérité. Sa présence locale est prudemment établie à 1,200 cal. BP. Les résultats de ce mémoire soulignent le potentiel de la paléo-palynologie automatique ainsi que la complexité de l’écologie d’A. saccharum. / The current global climate warming is pushing temperate tree species to migrate northwards. To understand how certain species will undergo this migration, we can look at marginal populations. The paleoecological studies of such populations, located beyond the species’ core distribution range, can inform us of the conditions needed for a successful migration. This research thesis analyses a sugar maple (Acer saccharum Marsh.) stand located at the northern boundary of the species’ limit, in Québec’s mixed-temperate forest. The objective of this research is to identify when and under which ecological conditions did A. saccharum establish itself as the stand’s dominant species. To that end, this study analyses the fossil record found in a neighbouring lake’s organic sediments. A machine learning-powered model is trained using pollen images to classify the lacustrine sediment’s pollen record. The first of its kind, our proposed method employs an accelerated fossil pollen extraction protocol and convolutional neural networks and can classify the species most commonly found in Northeastern American Quaternary fossil records. Although not yet capable of accurately classifying a complete fossil pollen sequence, our model serves as a proof of concept towards automation in paleo-palynology. Using results generated by our model combined with the analysis of the fossil charcoal record, the past 10,000 years of vegetation and fire history is reconstructed. The regional establishment of A. saccharum is conservatively dated at 4,800 cal. BP, during a period of climate cooling and frequent, although non-severe, forest fires. Its local presence can only be attested to since 1,200 cal. BP. This thesis’ results highlight both the potential of automated paleo-palynology and the complexity of A. saccharum’s ecological requirements.

Les fouilles archéologiques du site Anderson (CeEt-950), à Limoilou, à Québec, ont mis au jour une fosse d'aisances jadis utilisée par les familles Anderson et Pitl au cours du XIXe siècle. S'inscrivant dans un projet pluridisciplinaire, cette étude utilise des approches de la géoarchéologie intra-site (stratigraphie, sédimentologie et micromorphologie des dépôts archéologiques) et l'archéopalynologie pour acquérir des connaissances sur l'environnement local du site Anderson et pour améliorer notre compréhension de l'utilisation et de la gestion de la fosse afin de reconstituer le régime alimentaire, l'hygiène et l'appartenance sociale des occupants du site. Les résultats montrent que la fosse d'aisances a été aménagée dans une ancienne plaine alluviale (plaine de la rivière Saint-Charles), laquelle fut possiblement colonisée par une végétation herbacée. Pendant l'utilisation de la fosse, la flore locale était dominée par les chénopodiacées et/ou amaranthacées et les poacées, ce qui atteste d'un cortège floristique rudéral pouvant être lié à l'aménagement du site et aux champs avoisinants. Les dépôts de la fosse sont caractérisés par une matrice organo-minérale incorporant des microartefacts, des restes végétaux, des fragments d'os, des œufs de parasites et de la chaux. Ces restes témoignent que les Anderson ont jeté des déchets domestiques et alimentaires ainsi que des matières fécales avant d'assainir leurs immondices. Par la suite, les Pitl ont continué à remplir la structure avec des matières résiduelles avant son comblement définitif. La micromorphologie a démontré que les dépôts ont été affectés par des fluctuations de la nappe phréatique et par la compaction des sédiments organo-minéraux basaux, associés à la famille Anderson. Les deux familles auraient consommé des produits transformés (pain, etc.), des produits dérivés (confiture, sirops, etc.), des fruits et des légumes cultivés ou achetés pour répondre à des besoins alimentaires, médicinaux et probablement cosmétiques indiquant ainsi une continuité dans les habitudes de consommation. En somme, l'application conjointe de la géoarchéologie intra-site et de l'archéopalynologie dans le contexte de la fosse d'aisances étudiée a permis de reconstituer l'alimentation des usagers, le mode de gestion de la fosse et retracer l'environnement local du site Anderson.

L’analyse de photographies de la région de la rivière Boniface (Nunavik) a montré une forte expansion du couvert arbustif entre 1957 et 2008. L’objectif principal de ce projet était de déterminer si cette expansion est observable dans les assemblages polliniques récents des sédiments lacustres de cette région. Pour ce faire, une analyse pollinique à fine résolution temporelle a été effectuée sur les sédiments de deux lacs. Les pourcentages polliniques du bouleau glanduleux, la principale espèce responsable de la densification du couvert arbustif, sont plus élevés dans les sédiments récents de ces lacs. De plus, les influx polliniques calculés à l’aide de la datation au 210Pb montrent une augmentation des genres Betula et Alnus depuis environ 1975. Ces influx polliniques doivent toutefois être interprétés avec prudence en raison de difficultés liées à l’élaboration de la chronologie des sédiments. L’analyse pollinique à fine résolution semble néanmoins permettre de détecter l’expansion récente des arbustes.

Ce mémoire de maîtrise en palynologie porte sur la reconstitution des conditions paléoenvironnementales au Québec septentrional à l'aide de l'étude des sédiments préservés au fond du Cratère des Pingualuit. L'objectif principal est de reconstituer l'histoire du couvert végétal régional à l'aide de l'analyse pollinique et d'effectuer une reconstitution des conditions paléoclimatiques à l'aide de la technique des meilleurs analogues modernes. L'analyse pollinique a permis de montrer, en plus de la composition de la flore arctique, qu'à la suite du dernier retrait glaciaire il y a eu formation d'une toundra arbustive dominée par l'aulne crispé. Le couvert végétal s'est ensuite graduellement ouvert, se transformant en une toundra herbacée dominée par les cypéracées et les graminées. Les reconstitutions paléoclimatiques quantitatives montrent que les températures de juillet ainsi que les précipitations annuelles les plus élevées (9-9,5°C; 450-500 mm/an) correspondent à la période durant laquelle la végétation de toundra arbustive était la plus dense.

Comprendre la complexité des relations entre nature et sociétés a toujours constitué un défi pour les recherches dans le domaine de l'environnement. A l'ère de la compilation de données dans de nombreuses disciplines, la modélisation constitue l'une des options les plus attractives pour comprendre et traduire les évolutions du milieu naturel. Les objectifs principaux de ce travail de recherche sont 1) de restituer la structure du couvert végétal régional et d'en retracer les évolutions au cours de l'Holocène au sein de deux régions du nord-ouest de la France, le Bassin parisien et le Massif armoricain, et 2) de les interpréter en termes de relations entre les sociétés pré- et protohistoriques et leur milieu naturel. Pour cela, nous avons mis en place une démarche méthodologique visant à 1) redéfinir le cadre chronologique des séquences polliniques rassemblées pour les deux régions, 2) tester, adapter puis appliquer un modèle de reconstitution quantitative du couvert végétal, 3) définir une histoire de la végétation estimée relative à chaque aire géographique modélisée, 4) comparer ces histoires régionales et 5) les confronter aux informations disponibles en matière de densités de sites archéologiques et de proximité de ces sites aux points de sondages polliniques. Des cadres structurant l'évolution du couvert végétal pour chacune des deux régions étudiées ressortent les grandes étapes de la mise en place des paysages au cours de l'Holocène. Des spécificités régionales ont cependant pu être identifiées, tant en matière de chronologie de l'évolution de la végétation estimée qu'en matière de proportions relatives des taxons présents. Une certaine singularité doit donc être reconnue à l'évolution des paysages holocènes de chacune de ces deux parties du nord-ouest de la France. On remarque notamment des dynamiques et des niveaux d'anthropisation tout à fait distincts entre Bassin parisien et Massif armoricain de la fin du Mésolithique à celle du Néolithique. A l'inverse, on retrouve de part et d'autre une certaine similarité entre les proportions estimées des taxons marqueurs d'anthropisation entre la fin du Néolithique et celle de l'âge du Bronze. Des liens évidents entre les variations de l'impact anthropique enregistré et celles de la densité des occupations reconnues ont par ailleurs pu être observés. / Understanding the complex relationship between nature and societies has always been a challenge for environmental sciences. With the growing impact of databases in many disciplines, the modelling appears as one of the most attractive methods for understanding and describing environmental changes. The main objectives of this research work are 1) to reconstruct the structure of the regional vegetation cover and to determine its trends during the Holocene in two regions of north-western France, the Paris Basin and the Armorican Massif, and 2) to interpret them in terms of relationships between the pre- and proto-historic societies and their environment. Thus, we set up a methodological approach aimed at 1) redefining the chronological framework of pollen sequences collected for both regions, 2) testing, adapting and then applying a model in order to produce quantitative estimates of vegetation cover, 3) defining a history of the estimated vegetation for each area modelled, 4) comparing these regional results and 5) confronting them to the available informations in terms of densities of archaeological sites and proximity of these sites to the pollen samples locations. From the general framework structuring the vegetation cover changes for both study areas stand out the major steps of the development of natural landscapes during the Holocene. Nevertheless, regional distinctive features were identified; both in terms of chronology of the vegetation cover changes, than in terms of relative proportions of taxa in the vegetation estimates. Some singularity must be recognized in the Holocene landscape evolution for each of these two parts of north-western France. We noticed distinct rates and rhythms, concerning the anthropogenic impact on the Paris Basin and the Armorican Massif estimated vegetation covers, from the late Mesolithic to the late Neolithic. On the other hand, we found similarities between both areas concerning the estimated proportions for anthropogenic markers taxa between the late Neolithic and the late Bronze Age. Clear links between changes observed in human impact on the vegetation cover estimates and those recorded in the density of archaeological sites were also noticed.

Dans le contexte du réchauffement climatique, les enregistrements paléoclimatiques à différentes échelles temporelles et spatiales apparaissent essentiels pour comprendre les mécanismes du climat. La Patagonie Chilienne (41°S à 56°S) parcourue du Nord au Sud par les Andes représente une contrainte topographique majeure sur les circulations atmosphériques et océaniques. Cette région est la seule qui intercepte la totalité de la ceinture des vents d'ouest austraux et constitue donc une zone clé pour étudier les changements paléoenvironnementaux et comprendre les mécanismes océan-atmosphère et leurs interactions aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère sud. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) de tester l’analyse pollinique dans les sédiments marins de cette région, (2) d’étudier les modifications des paléoenvironnements continentaux au cours des 20 000 dernières années à partir de deux carottes océaniques de la campagne "PACHIDERME" (MD07-3088 et MD07-3104) et (3) de déterminer leurs liens avec l’activité des vents d’ouest et avec l’influence de ces vents dans l’hémisphère sud et donc sur le climat à l’échelle globale. Les analyses polliniques dans les sédiments marins de surface à l’intérieur et à l’extérieur des fjords de la Patagonie reflètent fidèlement la végétation actuelle développée sur le continent le plus proche, ce qui prouve la validité de la palynologie marine dans cette région. Au niveau de la péninsule de Taitao (46°S), l’expansion des forêts nord patagoniennes après 17.6 ka marque le début de la déglaciation. Cette dernière est interrompue par un évènement froid et humide, l’Antarctic Cold Reversal (ACR) qui s’exprime ici par le développement des tourbières de Magellan et est lié à l’intensification des vents d’ouest. Le développement de taxons héliophiles à ~11 ka illustre le début de l’Holocène sous des conditions plus chaudes et plus sèches qui sont également enregistrées autour du Fjord de Reloncavi (41°S). Ces conditions persistent jusqu’à ~8-7 ka, puis les changements de végétation aux cours de l’Holocène montrent une variabilité climatique plus importante évoluant vers un climat plus froid et plus humide qui se renforce au nord de la Patagonie après ~6-5 ka puis pendant l’Holocène supérieur. La comparaison de nos résultats avec les données paléoclimatiques de la région souligne les déplacements de la ceinture des vents d’ouest. Après une descente rapide vers le sud au début de la déglaciation, cette ceinture des vents d’ouest remonte vers le nord pendant l’ACR avant de redescendre à nouveau vers le sud à l’Holocène proche de sa position actuelle. Ce phénomène appuie l’hypothèse d’un lien entre les variations du CO2 atmosphérique et la ceinture des vents d’ouest jusqu’au début de l’Holocène. A partir de l’Holocène moyen et supérieur, la ceinture des vents d’ouest s’élargit avec un léger retour vers le nord probablement lié à la mise en place d’El Niño au niveau de l’océan Pacifique tropical. / In the context of global warming, paleoclimate records at different time and spatial scales appear critical to understand climate mechanisms. Chilean Patagonia (41°S to 56°S), crossed by the Andes from north to south, represents a major topographic constraint on ocean and atmospheric circulation. It is the only region that intercepts the entire southern westerly wind belt. Thus it represents a key-area for the study of paleoenvironmental changes in the southern hemisphere and the understanding of ocean-atmosphere mechanisms and their interactions from the mid- to high-latitudes of the southern hemisphere. In this context, the purposes are: (1) to test the pollen analysis on marine surface sediments in this region, (2) to study the continental changes of paleoenvironments during the last 20,000 years from two oceanic cores of the "PACHIDERME" campaign (MD07-3088 and MD07-3104) and (3) to evaluate their links with southern westerly wind belt activity and with the influence of these winds on the southern hemisphere and with the climate at a global scale. The pollen analyses of marine surface sediments in fjords or offshore from Chilean Patagonia reflect the present-day vegetation from the nearby continental area. At the Peninsula of Taitao (46°S), the North Patagonian forest expansion after 17.6 kyr shows the beginning of the deglaciation. This last (period) is interrupted by a wet and cool event, the Antarctic Cold Reversal (ACR), that was expressed here by development of the Magellanic moorland linked to the southern westerly wind intensification. The expansion of heliophytic taxa at ~11 kyr illustrates the beginning of the Holocene under warmer and drier conditions that are also recorded around the fjord of Reloncavi (41°S). These conditions persisted until ~8-7 kyr, and then the vegetation changes during the Holocene show a larger climate variability toward a cooler and wetter climate that enhances in northern Patagonia later ~6-5 kyr during the Late Holocene. Our results compared with the regional paleoclimatic data highlight the shifts of the southern westerly wind belt. After a rapid southward shift at the beginning of the deglaciation, the southern westerly wind belt returns northward during the ACR before reaching southern latitudes near to their present-day position. This scheme strengthens the inference of the link between atmospheric CO2 variability and the southern westerly wind belt up to the Early Holocene. From the mid and late Holocene, the southern westerly wind belt was displaced northward with a slight return probably linked to the beginning of El Niño recorded in tropical Pacific Ocean.

Le besoin de connaître toujours plus finement les réservoirs (pétrole/gaz, stockage du CO2, des déchets...) se heurte au problème de la résolution temporelle (stratigraphique), notamment pour les séries sédimentaires continentales. Leur géométrie dépend essentiellement de trois facteurs: les variations du niveau marin (eustatisme), la tectonique et le climat. Cette étude vise à comprendre leur rôle respectif dans l'architecture des dépôts continentaux miocènes (~13,5-23 Ma) du bassin de Digne, dont la stratigraphie est bien établie. L'analyse séquentielle des dépôts nous a permis de distinguer une zone Nord où sept séquences de 3e ordre sont enregistrées, et une zone Sud où la tectonique locale en a fait disparaître deux. La tectonique régionale a joué sur l'amplitude et l'âge des séquences en regard des correspondances établies avec la charte eustatique. Ses effets traduisent le déplacement des dépôtcentres au cours du remplissage du bassin. L'influence du climat a joué à différentes échelles de temps. A celle de l'Optimum Climatique du Miocène (14,6-16,5 Ma), caractérisé par trois phénomènes globaux (l'excursion isotopique du 13C - Monterey Event; un maximum transgressif; le développement maximal de la mangrove à Avicennia). A celle des cycles de 3e ordre du Langhien-Serravallien, dont l'origine climato-eustatique est attestée par la comparaison du découpage séquentiel avec l'analyse pollinique. A l'échelle des cycles de Milankovitch, dont ceux d'excentricité ont été observés dans les incursions marines, les cycles de précession et d'obliquité ayant été reconnus dans la distribution et le développement des paléosols, par comparaison directe avec le signal d'insolation.

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