The objective of this thesis was to develop new approaches and perspectives in resolving historical information from natural archives. Paleolimnology, the study of past aquatic environments using lake sediment cores, has greatly advanced our understanding of previous environments. This thesis intended to expand the range of historical information that may be used in paleolimnology and for historical reconstructions. Here I used pond sediments and a bat guano deposit as natural archives that recorded a history of events that I interpreted using a combination of chemical and biological measurements. In particular, I applied sterols and stanols as novel approaches for interpreting historical information in natural archives. First, I examined the chemical and biological composition of lake sediments to track the human occupation of Dorset and Thule people in Canada’s High Arctic. As predicted, sterols, stanols, cadmium, copper, and zinc increased in sediments deposited during known periods of human occupation owing to nutrient addition, whereas these increases were absent in reference sites. These methods were further corroborated in a study of 20th century human occupation at Resolute Bay by examining similar constituents in waterbodies that received wastewater discharge. Second, I used δ15N and δ13C to track the agricultural history of Jamaica using a 4,300-year-old bat guano deposit. I then used C/N, δ13C, and sterol and stanol ratios to detect two periods of increased frugivory relative to insectivory-based foraging. Metals normalized to titanium increased during the Industrial Revolution and 206Pb/207Pb values tracked the introduction and subsequent ban of leaded gasoline. I also examined the same chemical constituents in fresh bat guano from frugivorous, insectivorous, and sanguinivorous bats. C/N values decreased and cholestanol, cholesterol, and cholesterol/(cholesterol+sitosterol) values increased in bat guano according to trophic level. This thesis demonstrated the strength of examining several independent lines of evidence to reconstruct historical activities in both High Arctic waterbody sediments and a bat guano deposit. I showed that human activities were traceable within natural archives over several thousand years thus demonstrating that the multi-proxy approach is a powerful tool that can conduct a broad range of analyses in various natural archives.

Les contaminations fécales d'origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosystèmes et affectent la qualité de l'eau avec des risques pour la santé publique par l'exposition à des agents pathogènes. Afin de réduire ces risques et d'améliorer la qualité de l'eau, il est nécessaire de développer des outils capables d'identifier les sources de contaminations fécales. Cet enjeu est exacerbé en Europe par le durcissement des directives sur les eaux de baignade et les eaux conchylicoles et l'obligation de procéder à l'identification et à la hiérarchisation des sources de contaminations. Cette thèse s'est attachée à valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs des sources de contaminations fécales des eaux de surface. La méthode utilisée est basée sur une analyse en composante principale de six stanols fécaux. L'approche scientifique a été menée en trois étapes, de l'échelle moléculaire à l'échelle du bassin versant. La spécificité des stéroïdes et l'homogénéité des sources ont été étudiées sur des déjections bovines, porcines et sur des influents, effluents et boues de stations d'épuration domestiques. Puis, la conservation et la persistance des empreintes stéroïdes ont été évaluées au cours du transport des échantillons sources vers le milieu naturel récepteur par des expérimentations en conditions contrôlées. Enfin, la méthode développée a été validée à l'échelle de deux bassins versants sujets à des contaminations fécales récurrentes multi-sources. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail permettent de valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs opérationnels de l'origine des contaminations fécales.

Les contaminations fécales d'origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosystèmes et affectent la qualité de l'eau avec des risques pour la santé publique par l'exposition à des agents pathogènes. Afin de réduire ces risques et d'améliorer la qualité de l'eau, il est nécessaire de développer des outils capables d'identifier les sources de contaminations fécales. Cet enjeu est exacerbé en Europe par le durcissement des directives sur les eaux de baignade et les eaux conchylicoles et l'obligation de procéder à l'identification et à la hiérarchisation des sources de contaminations. Cette thèse s'est attachée à valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs des sources de contaminations fécales des eaux de surface. La méthode utilisée est basée sur une analyse en composante principale de six stanols fécaux. L'approche scientifique a été menée en trois étapes, de l'échelle moléculaire à l'échelle du bassin versant. La spécificité des stéroïdes et l'homogénéité des sources ont été étudiées sur des déjections bovines, porcines et sur des influents, effluents et boues de stations d'épuration domestiques. Puis, la conservation et la persistance des empreintes stéroïdes ont été évaluées au cours du transport des échantillons sources vers le milieu naturel récepteur par des expérimentations en conditions contrôlées. Enfin, la méthode développée a été validée à l'échelle de deux bassins versants sujets à des contaminations fécales récurrentes multi-sources. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail permettent de valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs opérationnels de l'origine des contaminations fécales.