Le climat continental et froid de la Béringie lors de la glaciation du Wisconsinien a conduit à la formation d’une forme relique de pergélisol syngénétique nommé yedoma. Ces dépôts ont permis la préservation d’indicateurs environnementaux très diversifiés qui peuvent être employés pour reconstituer la dynamique climatique et écologique de la Béringie avant le dernier maximum glaciaire. À ce jour, peu d’études ont été réalisées au nord de la chaîne de montagnes Brooks (Alaska) et l’hétérogénéité écologique régionale de la Béringie Est lors de la glaciation du Wisonsinien reste mal définie. Ce mémoire porte sur une reconstitution paléoenvironnementale de plus de 39 ka du nord de l’Alaska réalisée à partir de sédiments provenant du Yedoma de la rivière Itkillik. Les objectifs sont (1) de reconstituer l’histoire de la végétation avec l’analyse pollinique; (2) de reconstituer les températures de juillet, le contraste de température saisonnier et l’ensoleillement de juillet avec la technique des analogues modernes et (3) de mettre les données biogéochimiques et glaciologiques du site en lien avec le climat reconstitué. L’étude montre que vers 35 ka BP (Interstade du Wisconsinien Moyen), des conditions climatiques semblables à l’actuel ont favorisé l’accumulation de tourbe riche en carbone organique. À partir de 29,7 ka BP, les températures de juillet reconstituées diminuent, alors que la continentalité du climat semble augmenter. Le contenu en glace des sédiments est plus alors plus faible et la pluie pollinique devient dominée par Poaceae, Artemisia et autres herbacés non graminoïdes. Ces indicateurs suggèrent des conditions environnementales plus xériques qu’aujourd’hui. Les anomalies isotopiques de 18O, 2H et l’excès de deutérium confirment un épisode d’avancée glaciaire (Wisconsinien Tardif). Après 17,9 ka BP (Tardiglaciaire), les températures de juillet et le contraste saisonnier augmentent. Les valeurs de contenu en carbone organique des sédiments sont plus élevées et la plus grande disponibilité en eau favorise l’établissement d’un couvert herbacé moderne dominé par les Cyperaceae. / The cold-arid climate associated with the Wisconsinan glaciation in Beringia has led to the formation of a relict form of syngenetic permafrost, termed yedoma. These deposits contain various environmental proxies that can be used to reconstruct the climatic and ecological dynamics across Beringia prior to the Last Glacial Maximum (LGM). To date, only a few studies have attempted to reconstruct LGM climate north of the Brooks Range and the regional ecological heterogeneity of eastern Beringia is still poorly understood. The present thesis focuses on paleoenvironmental reconstructions of northern Alaska spanning about 39 ka, based on sediments from the Itkillik river Yedoma. The objectives are (1) to reconstruct the regional vegetation history from pollen analysis; (2) to reconstruct the July temperatures, seasonal temperature contrast and July sunshine based on the modern analogue technique applied to pollen and (3) to link the biogeochemical and glaciological records to the reconstructed climate. The study shows that around 35 ka BP (Middle Wisconsinan), climate conditions were similar than modern and favored the accumulation of peat and organic carbon. From 29.7 ka BP, July temperature decreased as continentality increased. Ice content was low and the vegetation was dominated by Poaceae, Artemisia and other non-graminoid indicators of xeric environmental conditions. Isotopic anomalies of 18O, 2H and deuterium excess indicate a glacial advance (Late Wisconsinan). Improving climate and ecological conditions is recorded after 17.9 ka BP (Late Glacial). Overall, the results are more similar to reconstructions of other sites located in northern and interior Alaska than those from interior Yukon or western Beringia.

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface. / Along the southern margin of permafrost, the boreal forest is underlain by ice-rich and relatively warm permafrost which is converted into permafrost-free peatlands and lake ecosystems due to warmer temperatures and increased thaw rates. At the same time, in the continuous permafrost zone the tree-line of the boreal forest is advancing northward into what is currently Arctic tundra. Both land cover changes in the Taiga Plains ecozone are affecting the magnitude of complex feedback loops, including regional biophysical feedbacks through altered net water vapor and heat exchanges caused by changes in land surface albedo, hydrology and surface roughness. Changes affecting the ecosystems are numerous and it is currently hard to estimate the direction (positive or negative) and magnitude of the resulting biophysical feedbacks. To improve our understanding of implications arising from land cover changes, the energy and water exchanges between surface and atmosphere at three sites in the Northwest Territories, Canada are characterized: Scotty Creek (boreal forest-peatland landscape with sporadic permafrost), Havikpak Creek (boreal forest with continuous permafrost) and Trail Valley Creek (tundra with continuous permafrost). The results of this study are based on measurements of water vapor and heat fluxes obtained with the eddy covariance technique, in addition to supporting ancillary measurements (e.g., net radiation, ground heat flux). For the growing season of 2013, biotic and abiotic controls (ex. light intensity, water availability, etc.) of evapotranspiration at the three sites were identified and analyzed leading to a projected increase in water and energy limitation for Trail Valley Creek. This limitation can be explained by increased energy repartition to sensible heat than to latent heat, following alterations of the land surface as the treeline moves towards the arctic tundra landscape. The relative increase in the sensible heat flux is an indication for an amplified positive feedback of rising air temperature. A comparison of modeled planetary boundary layer heights with Environment Canada atmospheric profiles for the sites leads to the same projection of a positive air temperature feedback. As the treeline moves north, at Trail Valley Creek, an increase of its planetary boundary layer is expected and the opposite phenomenon is expected at Scotty Creek. Albedo, hydrology and surface roughness will be modified, affecting energy partitioning and atmospheric layers which in turn will influence climate. The two methods have led to the same conclusion and highlight the importance of mutual influence between climate and land surface characteristics.

Les tourbières ont contribué à refroidir le climat terrestre pendant l’Holocène en accumulant un réservoir de carbone important. Dans la forêt boréale canadienne, les sols gelés en permanence (pergélisols) sont répandus et ceux-ci sont principalement localisés dans les tourbières où ils forment des plateaux surélevés. Le dégel du pergélisol, causé entre autres par le réchauffement atmosphérique ou d’autres perturbations, provoque l’effondrement des plateaux et la saturation en eau du sol ce qui modifie entre autres le couvert végétal et le cycle du carbone. Les modélisations suggèrent que les latitudes nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique alors qu’on y observe déjà un recul du couvert du pergélisol. Il est primordial de comprendre comment le dégel du pergélisol affecte la fonction de puits de carbone des tourbières puisque des rétroactions sur le climat sont possibles si une grande quantité de gaz à effet de serre est émise ou séquestrée. J’utilise une chronoséquence représentant le temps depuis le dégel d’un plateau de pergélisol des Territoires du Nord-Ouest pour comprendre les facteurs influençant l’aggradation et la dégradation du pergélisol dans les tourbières et évaluer l’effet du dégel sur l’accumulation de carbone et la préservation du carbone déjà accumulé. Les taux d’accumulation de carbone associés à la présence de pergélisol dans le passé et au présent sont lents, et la tourbe est moins décomposée dans les secteurs ayant été affectés plus longtemps par le pergélisol. En somme, le pergélisol réduit l’accumulation de carbone en surface mais permet une meilleure préservation du carbone déjà accumulé. / Peatlands have contributed to cool the Earth's climate during the Holocene by accumulating a large carbon pool. In the Canadian boreal forest, perennially frozen soils (permafrost soils) are abundant and they are located mainly in peatlands where they form elevated plateaus. Thawing permafrost caused by atmospheric warming or other disturbances lead to the collapse of plateaus and soil saturation, impacting vegetation cover and carbon cycling. Models suggest that northern latitudes will be the most severely affected by global warming as we are already observing a decline in permafrost cover. It is important to understand how permafrost thaw affects the peatland carbon sink function as feedbacks on the climate are possible if a large amount of greenhouse gas is emitted or sequestered. I use a chronosequence representing the time since permafrost in a Northwest Territories peatland to understand the factors influencing aggradation and degradation of permafrost in peatlands and to evaluate the effect of thawing on the carbon accumulation and preservation. The carbon accumulation rates associated with the presence of permafrost in the past and present are slow, and the peat is less decomposed in areas that have been affected by permafrost longer. In sum, permafrost reduces surface carbon accumulation but allows for better preservation of the carbon already accumulated.

Le suivi des milieux sub-polaires est important, tant ils devraient évoluer face à l'augmentation des températures attendue dans ces régions au cours des prochaines décennies. Pour pallier au manque de stations météorologiques affectant les hautes latitudes, la télédétection spatiale est une<br />alternative intéressante, offrant une couverture spatiale quasi-globale. Ce projet s'inscrit dans le développement de méthodes pour extraire de<br />ces données des informations relatives à la surface des latitudes nord (>50°N). Pour cela, les données du capteur SSM/I (special sensor microwave imager), situées dans la gamme spectrale des micro-ondes, présentent certains avantages : indépendantes des radiations solaires ; faible influence atmosphérique. L''approche basée sur les températures de brillance à 19 et 37 GHz, aboutit à trois paramètres géophysiques de surface : une cartographie quotidienne de l'étendue du couvert nival de 1988 à 2002 ; une étendue de l'eau de surface (étendues d'eau libre, petits lacs, réservoirs, milieux humides associés à une végétation peu dense) ; une température caractérisant la surface et l'air proche du sol. <br />Pour pallier à la variation quotidienne de l'heure d'acquisition des données satellites, une méthode de normalisation des températures aboutit à une serie horaire. Ceci permet l' étude d'indicateurs climatiques, comme la somme des degrés jours positifs. Les tendances confirment les tendances climatiques observées : augmentation de la température (+0.8 +/- 0.4 °c pour l'ensemble du territoire canada/alaska entre 1992 et 2002)<br />et diminution de la superficie du couvert nival. Ces bases de données originales présentent également un intérêt pour la validation des<br />modèles de climat à l'échelle régionale.

L’étude des instabilités gravitaires profondes de versant (nommées ici RVR : Ruptures de Versant Rocheux) s’effectue généralement sous forme d’un suivi instrumenté à l’échelle d’un site jugé dangereux, parfois à l’échelle d’une vallée ou d’un massif. Plus rares sont les études qui apprécient la diversité, la taille et la distribution spatiale des RVR à l’échelle d’une chaîne de montagne. C’est ce que propose cette thèse pour les Alpes occidentales. Il s’agit tout d’abord d’un inventaire construit de manière systématique par imagerie satellite à l’aide d’un outil en accès libre : Google Earth Pro™, et d’une série de méthodes de détection visuelles assorties de vérifications sur le terrain. Une typologie qui s’appuie sur des classifications existantes, mais qui s’adapte au cortège de RVR observés dans l’aire d’étude, a permis de retenir cinq grandes catégories de RVR : les EAR (Eboulements et avalanches rocheuses), GR (Glissements rocheux), GC (Glissements-coulées), DGCVR (Déformations gravitaires profondes de versants rocheux) et DDV (Déformation de versant). Nous élaborons sur cette base une étiologie des RVR en fonction de grands facteurs préparatoires réputés mettre en mouvement les masses rocheuses : lithologie, structure géologique (contacts anormaux), sismicité, pente topographique, relief local, intensité du paléoenglacement würmien, précipitations actuelles, dégradation du pergélisol. Sur un inventaire exhaustif de 1400 RVR, les résultats montrent que la susceptibilité lithologique est le premier facteur qui conditionne l’occurrence des RVR, mais qu’il se cumule avec l’amplitude du relief exacerbée par le paléoenglacement quaternaire. Ce dernier fournit le potentiel gravitationnel localement nécessaire à la mise en mouvement des masses rocheuses. Les autres facteurs examinés présentent des degrés d’importance moindres à l’échelle régionale, avec toutefois des exceptions intéressantes à l’échelle locale et pour des catégories de RVR particulières. Ainsi, on peut noter des RVR en lien avec certaines failles et fronts de chevauchements, ainsi qu’avec la dégradation du pergélisol — mais uniquement dans le cas des éboulements. Parmi l’ensemble des facteurs, le pouvoir explicatif des totaux de précipitations demeure le plus faible. Dans une optique de valorisation scientifique du catalogue des RVR inventoriés, nous proposons des perspectives de mise en valeur géo-patrimoniale de certaines RVR sur la base de leurs caractéristiques morphologiques, ou du risque que certaines masses rocheuses font peser sur les enjeux économiques et humains des populations. Nous présentons ainsi une galerie de RVR remarquables, retenues pour leur caractère singulier, ou dangereux, ou éducatif, ou emblématique à divers titres. / The study of rockslope failure (RSF) is usually focused on the instrumental monitoring of hazardous sites, sometimes extended to a population of RSF in a valley or massif. Few studies survey and analyse RSF at the much broader scale of a mountain range. Here we produce a systematic inventory of RSF in the Western Alps based on satellite imagery provided by the open-access platform Google Earth Pro™, and using a series of ground-truth-tested visual detection methods. Based on a categorisation inspired by existing classifications but adapted to the range of RSF observed in the study area, five main RSF types were identified: rockfalls and rock avalanches, rockslides, earthflows, deep-seated gravitational slope deformations (DSGSD), and slope deformations. We analyse the spatial incidence of those five categories in relation to a range of likely cumulative causes. The analysis covers lithology and rock fabric, geological structure (faults, thrust fronts), seismicity, slope angle, local relief, the intensity of Würmian glaciation, modern rainfall patterns, and permafrost degradation. Results from a total population of 1400 RSF occurrences show that RSF incidence and mode are overwhelmingly susceptible to rock type, but that local relief enhanced by past glaciation generates the gravitational potential needed to move the rock masses. Other conditional factors receive lower rankings at the regional scale, but stronger connections appear in local settings. At places, RSF size or density are seen to correlate with faults, thrust fronts, and with permafrost degradation (restricted, however, to the rockfall category). Among all the likely causes of RSF, rainfall totals represent the weakest link. Among the 1400 sites we focus on a subset of flagship RSF occurrences that we consider relevant to either geoheritage or land-use planning concerns. The criteria were selected on the basis of morphological characteristics (uniqueness, educational and scientific value) or from the perspective of the hazards that some of the displaced rock masses may present to human life and infrastructure.

Pendant les transitions glaciaire-interglaciaires,on observe une augmentation en partie abrupte de près de 100 ppm du CO2atmosphérique, indiquant une redistribution majeure entre les réservoirs de carbone des continents, de l'océan et de l'atmosphère.Expliquer les flux de carbone associés à ces transitions est un défi scientifique, qui nécessite une meilleure compréhension du stock de carbone ‘initial’ dans la biosphère terrestre au cours de la période glaciaire. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes terrestres et des stocks de carbone au cours du dernier maximum glaciaire (LGM, il y a environ21.000 ans), à travers plusieurs nouveaux développements dans le modèle global de végétation ORCHIDEE-MICT, pour améliorer la représentation de la dynamique de la végétation, la dynamique du carbone dans le sol du pergélisol et les interactions entre les grands herbivores et la végétation dans le modèle de la surface terrestre.Pour la première partie, la représentation de la dynamique de la végétation dans ORCHIDEEMICT pour les régions des moyennes et hautes latitudes, a été calibrée et évaluée avec un ensemble de données spatiales de classes de végétation, production primaire brute, et de biomasse forestière pour la période actuelle.Des améliorations sont obtenues avec la nouvelle version du modèle dans la distribution des groupes fonctionnels de végétation. Ce modèle a ensuite été appliqué pour simuler la distribution de la végétation au cours de laLGM, montrant un accord général avec les reconstructions ponctuelles basées sur des données de pollen et de macro-fossiles de plantes.Une partie du pergélisol (sols gelés en permanence) contient des sédiments épais,riches en glace et en matières organiques appelés Yedoma, qui contiennent de grandes quantités de carbone organique, et sont des reliques des stocks de carbone du Pléistocène.Ces sédiments ont été accumulés sous des climats glaciaires. Afin de simuler l'accumulation du carbone dans les dépôts de Yedoma, j’ai proposé une nouvelle paramétrisation de la sédimentation verticale dans le module de carbone dans le sol de ORCHIDEE-MICT. L'inclusion de ce processus a permis de reproduire la distribution verticale de carbone observée sur des sites de Yedoma. Une première estimation du stock de carbone dans le pergélisol au cours du LGM est obtenue, de l’ordre de ~ 1550 PgC, dont 390 ~446 PgC sous forme de Yedoma encore intacts aujourd’hui (1,3 millions de km2).Potentiellement, une plus grande surface de Yedoma pourrait être présente pendant leLGM, qui a disparue lors de la déglaciation.Pour la troisième partie, à la lumière des impacts écologiques des grands animaux, et le rôle potentiel des méga-herbivores comme une force qui a maintenu les écosystèmes steppiques pendant les périodes glaciaires, j'ai incorporé un modèle de d’herbivores dans ORCHIDEE-MICT, basé sur des équations physiologiques pour l'apport énergétique et les dépenses, le taux de natalité, et le taux de mortalité pour les grands herbivores sauvages.Le modèle a montré des résultats raisonnables de biomasse des grands herbivores en comparaison avec des observations disponibles aujourd’hui sur des réserves naturelles. Nous avons simulé un biome de prairies très étendu pendant le LGM avec une densité importante de grands herbivores. Les effets des grands herbivores sur la végétation et le cycle du carbone du LGM ont été discutés, y compris la réduction de la couverture forestière, et la plus grande productivité des prairies.Enfin, j’ai réalisé une estimation préliminaire du stock total de carbone dans le permafrost pendant le LGM, après avoir tenu compte des effets des grands herbivores et en faisant une extrapolation de l'étendue spatiale des sédiments de type Yedoma basée sur des analogues climatiques et topographiques qui sont similaires à la région de Yedoma actuelle. / During the repeated glacialinterglacialtransitions, there has been aconsistent and partly abrupt increase of nearly100 ppm in atmospheric CO2, indicating majorredistributions among the carbon reservoirs ofland, ocean and atmosphere. A comprehensiveexplanation of the carbon fluxes associatedwith the transitions is still missing, requiring abetter understanding of the potential carbonstock in terrestrial biosphere during the glacialperiod. In this thesis, I aimed to improve theunderstanding of terrestrial carbon stocks andcarbon cycle during the Last Glacial Maximum(LGM, about 21,000 years ago), through aseries of model developments to improve therepresentation of vegetation dynamics,permafrost soil carbon dynamics, andinteractions between large herbivores andvegetation in the ORCHIDEE-MICT landsurface model.For the first part, I improved theparameterization of vegetation dynamics inORCHIDEE-MICT for the northern mid- tohigh-latitude regions, which was evaluatedagainst present-day observation-based datasetsof land cover, gross primary production, andforest biomass. Significant improvements wereshown for the new model version in thedistribution of plant functional types (PFTs),including a more realistic simulation of thenorthern tree limit and of the distribution ofevergreen and deciduous conifers in the borealzone. The revised model was then applied tosimulate vegetation distribution during theLGM, showing a general agreement with thepoint-scale reconstructions based on pollen andplant macrofossil data.Among permafrost (perennially frozen) soils,the thick, ice-rich and organic-rich siltysediments called yedoma deposits hold largequantities of organic carbon, which areremnants of late-Pleistocene carbonaccumulated under glacial climates. In order tosimulate the buildup of the thick frozen carbonin yedoma deposits, I implemented asedimentation parameterization in the soilcarbon module of ORCHIDEE-MICT. Theinclusion of sedimentation allowed the modelto reproduce the vertical distribution of carbonobserved at the yedoma sites, leading toseveral-fold increase in total carbon. Simulatedpermafrost soil carbon stock during the LGMwas ~1550 PgC, among which 390~446 PgCwithin today’s known yedoma region (1.3million km2). This result was still anunderestimation since the potentially largerarea of yedoma during the LGM than todaywas not yet taken into account.For the third part, in light of the growingevidence on the ecological impacts of largeanimals, and the potential role of megaherbivoresas a driving force that maintainedthe steppe ecosystems during the glacialperiods, I incorporated a dynamic grazingmodel in ORCHIDEE-MICT, based onphysiological equations for energy intake andexpenditure, reproduction rate, and mortalityrate for wild large grazers. The model showedreasonable results of today’s grazer biomasscompared to empirical data in protected areas,and was able to produce an extensive biomewith a dominant vegetation of grass and asubstantial distribution of large grazers duringthe LGM. The effects of large grazers onvegetation and carbon cycle were discussed,including reducing tree cover, enhancinggrassland productivity, and increasing theturnover rate of vegetation living biomass.Lastly, I presented a preliminary estimation ofpotential LGM permafrost carbon stock, afteraccounting for the effects of large grazers, aswell as extrapolations for the spatial extent ofyedoma-like thick sediments based on climaticand topographic features that are similar to theknown yedoma region. Since these results werederived under LGM climate and constantsedimentation rate, a more realistic simulationwould need to consider transient climate duringthe last glacial period and sedimentation ratevariations in the next step.

Au cours des dernières décennies, les observations de glace de glacier enfouie exposée dans les falaises côtières et les glissements de terrain causés par le dégel du pergélisol arctique démontrent que des quantités importantes de glace de glacier ont survécu à la déglaciation et sont toujours préservées dans le pergélisol. Le premier volet de cette étude visait à caractériser des expositions de la glace massive observée à l’île Bylot, au Nunavut, afin de connaitre l’origine de la glace. Puisque la glace de glacier enfouie peut jouer un rôle important dans l’évolution des paysages périglaciaires, cette thèse s’intéresse également au rôle joué par la glace de glacier enfouie dans l'initiation et l’évolution de lacs de thermokarst. Nos résultats démontrent que le pergélisol de l'île Bylot contient des restes de glace de glacier du Pléistocène qui ont survécu aux dernières déglaciations. Dans la vallée Qarlikturvik, des masses de glace intraglaciaire (dérivée du névé) sont associées à un courant de glace de l’inlandsis laurentidien qui recouvrait une partie de la plaine sud de l’île vers la fin du Pléistocène. Cette masse de glace formait une zone de convergence avec les glaciers alpins locaux s'écoulant de la calotte glaciaire centrée sur les monts Byam Martin. Sur l’un des plateaux bordant la vallée Qarlikturvik, une masse de glace de glacier enfouie est associée à la partie basale d'un glacier dont l’âge minimal est estimé à environ 0.77 Ma, mais pourrait être aussi vieux que 2.6 Ma. En raison de sa localisation, à environ 500 m d’altitude, la glace proviendrait vraisemblablement d’une avancée glaciaire régionale et pourrait être associée à la Glaciation de Baffin, soit la plus vieille avancée glaciaire régionale reconnue sur l'île Bylot. De plus, cette glace représente le plus vieux reste de glacier connu en Amérique du Nord et l’une des premières indications de glaciations dans l’est de l’Arctique canadien. La persistance et la fonte tardive de ces épaisses couches de glace de glacier datant du Pléistocène ont eu des effets importants sur le paysage de l'île Bylot, notamment sur les lacs. En effet, nos résultats démontrent que l'initiation des lacs profonds (> 5 m) est liée à la fonte de la glace de glacier enfouie. Ces lacs de thermokarst glaciaire continueront d’évoluer dans un contexte périglaciaire par la fonte de la glace intrasédimentaire (p. ex., glace de ségrégation) et des coins de glace formés ultérieurement dans les sédiments encaissants lors de l’aggradation du pergélisol suivant le retrait glaciaire. Alors qu’une grande partie des paysages arctiques est encore fortement déterminée par leur héritage glaciaire, la fonte de ces masses de glace aura un impact important sur la dynamique des géosystèmes et écosystèmes arctiques. / Over the past decades, observations of buried glacier ice exposed in coastal bluffs and headwalls of retrogressive thaw slumps of the Arctic have indicated that considerable amounts of late Pleistocene glacier ice survived the deglaciation and are still preserved in permafrost. The first phase of this project aimed to characterize two exposures of massive ice observed on Bylot Island (Nunavut) to infer their origins. Since buried glacier ice can play a significant role in reshaping periglacial landscapes, this study also investigates the initiation and development of thermokarst lakes in a tundra valley in response to the melting of buried glacier ice. Our results show that the permafrost of Bylot Island contains remnants of Pleistocene glacier ice that survived the past deglaciations. In the Qarlikturvik valley, bodies of englacial ice (firn-derived) originated from an ice stream flowing from the Laurentide Ice Sheet, which covered part of the southern plain of the island towards the end of the Pleistocene. These glacier ice bodies formed a convergence zone with local alpine glaciers flowing from the ice cap centred over the Byam Martin Mountains. On the edge of a flat plateau bordering the Qarlikturvik Valley, a buried glacier ice body is associated with the basal part of a glacier whose minimum age is estimated at 0.77 Ma, but could be as old as 2.6 Ma. Due to its location on a 500-m a.s.l. plateau, the ice likely originates from a regional glacial advance and could be associated with the Baffin Glaciation, which is the oldest known glaciation on Bylot Island. In addition, this buried glacier ice represents the oldest glacier ice preserved in ice-free Arctic landscapes, and the earliest evidence of a Pleistocene glaciation in the eastern Canadian Arctic Archipelago. The persistence and delayed melting of these thick beds of buried Pleistocene glacier ice had wide-ranging effects on the landscape of Bylot Island. Our results suggest that the initiation of deeper thermokarst lakes (> 5 m) was triggered by the melting of buried glacier ice in our study area, while shallow thermokarst lakes were triggered from the melting of intrasedimental ice and ice wedges. These glacial thermokarst lakes will continue to evolve in a periglacial context through the melting of intrasedimental ice (e.g. segregation ice) and ice wedges subsequently formed in the surrounding sediments during permafrost aggradation following the glacial retreat. As most of the glaciated Arctic landscapes are still strongly determined by their glacial legacy, the melting of these large ice bodies will have significant impacts on Arctic ecosystems and geosystems.

Ce mémoire a pour objectif de mieux comprendre la tomodensitométrie par rayons-x appliquée à la géocryologie. La majorité des études ayant pour but d’analyser le pergélisol en utilisant la tomodensitométrie sont qualitative. De ce fait, il est principalement question de décrire les cryostructures et la disposition géométrique de la glace dans le pergélisol. Il existe peu d’études quantitatives où le volume de glace est estimé avec la tomodensitométrie. De ce fait les méthodologies quantitatives sont peu développées et leur degré de confiance est mal connu. Des échantillons de pergélisol ont été scannés puis analysés avec le logiciel de visualisation Dragonfly©. Une méthode d’analyse quantitative a été développée et combinée à des mesures en laboratoire afin de déterminer l’erreur entre la proportion en glace estimée sur les Ct-Scans et celle mesurée sur l’échantillon physique. Ensuite, une équation pour essayer de corriger cette erreur a été appliquée. Celle-ci a été déterminée à partir de comparaisons des estimations des volumes de glace sur les Ct-Scans et leurs valeurs mesurées en laboratoire. Ces comparaisons ont également permis d’estimer la quantité de matière organique présente dans un échantillon. Les cryostructures du pergélisol ont été modélisées en 3D. Cela a permis de bonifier la classification Nord-Américaine établie par Murton et French en 1994 et de quantifier les volumes respectifs de glace et de sédiments. / This thesis aims to better understand x-ray computed tomography in geosciences and more particularly its use with frozen ground science. Most studies in permafrost science using x-ray computed tomography were qualitative. Therefore, they mainly describe the permafrost cryostructures and the geometric arrangement of the ice in permafrost. There were few quantitative studies where the volumetric ice content of permafrost was estimated with Ct-Scans. As a result, quantitative methodologies are poorly developed, and their degree of confidence is also poorly assessed. Samples from different locations in the Canadian Arctic were scanned and analyzed using Dragonfly©, a visualization software. A quantitative analysis method has been developed and combined with laboratory measurements to calculate the error between the proportion of ice estimated on the Ct-Scans and the one measured on the physical sample. A correction method was developed and applied to the Ct-scans dataset to reduce the error in volumetric ice content estimations. This equation also allows to give an estimation of the organic matter proportion inside a sample. The permafrost cryostructures were modeled in 3D. This improved the visualization of the cryostructures of the North American classification established by Murton and French in 1994, and it allowed to quantify their volumetric ice and sediment contents.

Comme on l'observe dans le reste du Nunavik, la communauté d'Inukjuak connaît une forte croissance démographique. Il en découle un besoin accru en matière de logements et d'infrastructures. Il est donc essentiel de connaître les caractéristiques du sol lors de la planification urbaine, afin d'adapter les pratiques de construction et l'aménagement du territoire aux conditions de pergélisol locales. Dans cette optique, l'objectif principal de ce mémoire de maîtrise est de préciser la profondeur du roc, ainsi que la répartition et la stratigraphie des sédiments sur le territoire d'Inukjuak afin de fournir des connaissances supplémentaires destinées à l'évaluation des impacts associés au dégel du pergélisol pour les bâtiments et les infrastructures, dans un contexte de changements climatiques. Pour y parvenir, près de 20 km linéaires de levés de géoradar ont été réalisés lors des étés de 2015 et de 2017. L'interprétation de ces levés a nécessité l'utilisation des photographies aériennes, des cartes de dépôts de surface ainsi que des rapports d'excavations et de forages disponibles, en plus d'observations effectuées sur le terrain. Bien que certains secteurs d'Inukjuak reposent sur des sédiments fins et riches en glace, d'autres secteurs, comme la pointe sud-ouest du village, reposent sur des sables stratifiés épais ainsi que sur des dépôts de sables minces sur le roc peu profond. Outre les espaces en dépôts meubles, de nombreux et vastes affleurements rocheux sont également présents dans le village.

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques. / Northern regions underlain by permafrost will largely be affected by the projected increase in air temperature. A growing number of structures that were once built with great confidence on perennially frozen soils are already starting to show signs of deterioration. Processes caused by permafrost degradation can cause significant damages to infrastructure and require high costs of repair. The current climatic context therefore commands that the implementation of projects in permafrost regions follows a well-thought planning in order to account for the potential impacts of permafrost degradation. This thesis focuses on the use of geographic information systems (GIS) applied to the identification of the development potential of communities located in permafrost regions. Using a GIS approach, the goal is to develop a methodology to produce risk-assessment maps to help northern communities better plan their built environment. A multi-scale analysis of the landscape is necessary and should include the investigation of surficial deposits, topography, as well as permafrost, vegetation and drainage conditions. The complexity of all the interactions that shape the landscape is such that it is virtually impossible to account for all of them or to predict with certainty the response of the system following disturbances. This research also presents some of the limitations to the use of GIS in this specific context and explores an innovative method for quantifying uncertainty in risk-assessment maps.