Cette thèse concerne l'étude pollinique des tourbières quaternaires des Alpes françaises. 127 sondages ont été faits et analysés.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction puits de carbone des tourbières à sphaignes est susceptible d'être altérée en raison d'une modification des interactions sphaignes-microorganismes, responsables de l'accumulation de carbone. L'objectif de cette thèse a été (1) d'identifier les interactions chimiques entre les polyphénols des sphaignes et les communautés microbiennes des sphaignes et (2) d'évaluer l'impact du réchauffement climatique sur ces relations.Un dispositif expérimental (Open Top Chambers) simulant in situ une hausse modérée des températures (+ 1°C) a été installé sur la tourbière de Frasne (25). La hausse des températures a provoqué une modification du réseau alimentaire microbien avec l'augmentation de la biomasse des bactéries et une baisse importante (-70%) de la biomasse des prédateurs (amibes à thèque). Le réchauffement climatique a également induit une baisse de la production de polyphénols, diminuant ainsi leur effet inhibiteur sur les microorganismes. En parallèle à cette baisse, une hausse des activités enzymatiques phénoloxydases a également été enregistrée. Le réchauffement a ainsi modifié les relations polyphénols - phénoloxydases, deux éléments essentiels du cycle du carbone des tourbières.Les différents changements induits par le réchauffement climatique (polyphénols, phénoloxydases, réseau trophique microbien) ont aussi conduit à une modification des relations " sphaignes-microorganismes " via une accélération potentielle du recyclage des nutriments, ce qui pourrait influencer sur le long terme le fonctionnement de l'écosystème tourbière.

Les tourbières sont largement présentes dans les hautes latitudes nord et plus particulièrement dans les régions de pergélisols. Elles contiennent un important stock de carbone et constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane. Leur représentation dans un modèle de climat estalors primordiale pour améliorer celle du cycle du carbone. De plus, la contribution des émissions de méthane des tourbières reste encore incertaine et de nombreuses incertitudes persistent. Les émissions de méthane des tourbières dépendent fortement du climat et sont influencées principalement par la température et l’humidité du sol. Parallèlement, le réchauffement climatique particulièrement prononcé à ces latitudes conduit au dégel des pergélisols avec une augmentation de la profondeur de la couche active. Ce grand réservoir de carbone peut être partiellement mobilisé et émis sous forme de CO2 ou CH4, en fonction des conditions hydrologiques à la surface.L’objectif de ces travaux de thèse consiste à représenter les tourbières des hautes latitudes dansle modèle de surface ORCHIDEE. Ce développement est effectué dans la version du modèle qui intègreles processus des hautes latitudes tels que le gel des sols. Les tourbières sont représentées parun schéma hydrologique spécifique ce qui améliore les échanges en énergie et en eau. La difficultérepose sur la représentation des processus locaux des tourbières à l’échelle d’un modèle de climatglobal. Certaines propriétés biologiques ont également été prises en compte afin de mieux représenter la végétation de ces milieux. Pour cela, les tourbières sont intégrées comme un nouveau type devégétation et représentées par une fraction de grille, basée sur des observations. Le comportement hydrologique et l’impact de cette intégration sont évalués à échelle des hautes latitudes ainsi qu’à échelle régionale. Ce développement permet d’estimer ensuite l’évolution de l’hydrologie des tourbières suite au réchauffement climatique. Les changements de l’hydrologie des tourbières d’ici la fin du siècle permettent de mieux évaluer les variations futures de leurs émissions de CH4.Ce travail de développement a ensuite été appliqué pour déterminer l’évolution des émissions deméthane. Les tourbières constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane et contrôlentà plus de 70 % la variabilité interannuelle de la concentration atmosphérique de CH4. Les émissionsde méthane résultent de différents processus physiques et biologiques tels que la méthanogénèse etla méthanotrophie. Pour représenter ces processus, un modèle de densité de flux existant, intégré dans ORCHIDEE, a été adapté pour les tourbières afin d’estimer les émissions de méthane des tourbières des hautes latitudes. L’évolution de ces émissions est étudiée entre le début du 20ème et la fin du 21ème siècles selon différents scénarios climatiques. / Peatlands are widely present in northern latitudes and especiallyin permafrost regions. They contain a high carbon stock and are one ofthe greatest natural sources of methane. Their representation in a climate model is crucial to improve the one of the carbon cycle. Moreover, the contribution of methanepeatland emissions remains uncertain.Methane emissions from peatlands strongly depend on the climate and are influenced primarily by temperature and soil moisture. Meanwhile, climate change is particularlysevere at these latitudes and leads to thawing permafrost with increasing the active layer depth. This large carbon reservoir may be partially mobilized and emitted asCO2 or CH4, depending on hydrological conditions at the surface.The aim of this PhD thesis is to represent northern peatlands in the ORCHIDEE land surface model. This development is carried out in the version of the model that incorporatesprocesses in high latitudes such as the soil freezing. Peatlands are represented by a specific hydrological scheme which improves the exchange of energy and water. The difficulty isbased on the representation of local peatlands processes across a global climate model. Some biological properties were also considered to represent bettervegetation of these environments. To do so, peatlands are integrated as a new type ofvegetation and represented by a fraction of a grid, based on observations. Thehydrological behaviour and the impact of this integration are estimated at the boreal scale as well asregionally. This development then allows estimate changes in the hydrology of peatlands due to global warming. Studying the changes in hydrology of peatlands by the end of th 21st century will improve the prediction of future changes in their CH4 emissions.This development work was then applied to determine the evolution of methane emissions. Peatlands are one of the largest natural sources of methane and control more than 70% interannual variability of atmospheric concentration of CH4. Methane emissions result from various physical and biological processes such as methanogenesis and the methanotrophy. To represent these processes, a flux density model, integratedin ORCHIDEE, was adapted for peatlands to estimate their methane emissions. The evolution of these emissions is studied between the early 20th and late 21st centuries under different climate scenarios.

Les tourbières sont communément utilisées comme archives de dépôts de mercure (Hg). De nombreuses études ces dernières décennies ont montré que les taux d’accumulation de Hg (HgARs) ont augmenté en réponse à l’industrialisation. Les signatures isotopiques en Hg se révèlent très utiles pour mieux caractériser les dépôts de Hg. Elles ont permis de montrer que les dépôts secs de Hg élémentaire gazeux (GEM) dominent les dépôts de Hg sur la tourbière du Pinet. L’analyse d’échantillons de tourbe provenant de plusieurs tourbières en hémisphère nord montre que les dépôts secs de GEM dominent globalement les dépôts de Hg. Les tourbières pourraient donc être utilisées comme archives à la fois des dépôts humides et des concentrations en GEM pendant l’Holocène. On présente la première reconstruction quantitative des concentrations passées en GEM à partir de carottes de tourbe. L’impact de l’Homme sur le cycle du Hg a eu pour conséquence une augmentation graduelle des concentrations en GEM de 0,2 (10 000 – 4000 BP) à 3,5 ng m-3 (20ème siècle), accompagnée par des modifications de signatures isotopiques du Hg atmosphérique. Cette première utilisation de tourbières comme archives de concentration et d’isotopie du GEM est prometteuse, et devrait être étendue à la période pré-anthropique pour étudier les variations naturelles du cycle du Hg pendant l’Holocène. / During the past few decades, peatlands were successfully used to investigate historical mercury (Hg) deposition. The chronology of Hg accumulation rates (HgARs) to peatlands is well constrained, with recent increases in HgAR associated with anthropogenic Hg emissions and deposition. The use of Hg stable isotopes in peatland ecosystems provides new opportunities to better characterize and understand historical Hg deposition. In an extensive study conducted at the Pinet peat bog (French Pyrenees) we identify gaseous elemental Hg (GEM) dry deposition, via foliar uptake, as the dominant Hg transfer pathway from the atmosphere to peat vegetation. Based on the Hg isotope analysis of multiple northern hemispheric peat records, we find that GEM dry deposition dominates Hg deposition globally. We suggest that peatlands can be used as archives of both past Hg wet deposition, Hg dry deposition and GEM concentration. We present the first quantitative reconstruction of historical atmospheric GEM concentrations using peat archives from the Pyrenees. The Human impact on Hg cycling caused a gradual increase in GEM concentrations from 0.2 (10,000 – 4000 BP) to 3.5 ng m-3 (20th Century) and was accompanied by a change in atmospheric Hg isotope signatures. This first comprehensive study on Hg isotope deposition to peatlands is promising and should be extended to pre-anthropogenic times to investigate natural variations in atmospheric Hg dynamics during the Holocene.

Les bogs côtiers peuvent être envahis par l’eau de mer. Ils demeurent ensuite sans couvert végétal en raison des conditions salines et acides, de haute nappe phréatique et de faible disponibilité des nutriments. On veut accélérer la colonisation végétale de ces bogs en utilisant des plantes de marais salés et des amendements. Une expérience terrain testait si la roche phosphatée et la chaux dolomitique pouvaient améliorer la croissance de: (1) transplants de Carex paleacea et (2) Spartina pectinata, (3) transferts de diaspores récoltées en juillet et (4) août et (5) un témoin. Une expérience en serre testait les doses de chaux nécessaires pour C. paleacea et S. pectinata. La roche phosphatée a amélioré la croissance de tous les matériaux végétaux puisque le P est rare dans les bogs. La transplantation de C. paleacea a entraîné les couverts végétaux et les biomasses aériennes les plus élevés et le transfert de diaspores a entraîné une diversité d’espèces supérieure. La chaux n’a pas amélioré la croissance de la végétation. On recommande l’application de roche phosphatée, la transplantation de C. paleacea et le transfert de diaspores de marais salés. / Coastal cutover bogs are prone to sea water contamination. It keeps them unvegetated because of salinity, acidity, high water table level and low nutrients availability. We want to encourage plant colonization of those bogs using salt marsh vegetation and amendments. A field experiment aimed to examine whether rock phosphate (P2O5) and dolomitic lime (CaO.MgO) improve growth of (1) Carex paleacea, (2) Spartina pectinata transplants, (3) salt marsh diaspores transfer of different maturity - July, (4) August and (5) a bare peat control. A greenhouse experiment tested the lime dose needed by C. paleacea and S. pectinata. Results showed that P improved growth of all plant treatments because of P deficiency in bogs, while C. paleacea resulted in greater vegetation cover and aerial biomass, and diaspores transfer in higher diversity. Lime failed to improve vegetation growth. Rehabilitation should be done using P, salt marsh diaspores transfer and C. paleacea transplantation.

Les tourbières ombrotrophes se trouvent à être, à quelques exceptions près, les seuls écosystèmes de la Baie de James, Québec nordique (53° / 54° N - 77° / 78° O), possédant du pergélisol. L'utilisation de transects d'inventaire écologique au sein de 7 tourbières et de transects aériens couvrant la région d'étude a permis une description de la dynamique récente du pergélisol dans les tourbières ombrotrophes de la région, ainsi que les principaux facteurs qui en sont responsables. Les tourbières ombrotrophes lichéniques montrant des traces de la présence passée de pergélisol couvrent la zone du 52e jusqu'au 55e parallèle nord. Les tourbières ombrotrophes pergélisolées sont peu nombreuses actuellement et leur limite sud de répartition se trouve au sud du lac Yasinski (53° 10' N), ce qui correspond à une régression du pergélisol d'environ 130 km. La grande sensibilité au climat et tout particulièrement l'impact mineur de la fonte de ces petites palses sur les conditions hydrologiques du milieu s'expliquent principalement par leur faible contenu en glace. La dynamique reliée à la formation et à la dégradation des buttes pergélisolées est déterminée par différents facteurs locaux tels que la végétation et le couvert nival. Ce dernier, influencé par le vent et la topographie de la tourbière, est le principal facteur abiotique qui contrôle le développement et le maintien du pergélisol. Le rôle du feu dans la dynamique des tourbières ombrotrophes pergélisolées semble être limité à la succession de la végétation post-incendie. La présence de buttes pergélisolées peut toutefois permettre au feu de brûler une plus grande superficie au sein des tourbières ombrotrophes. Sans la présence de ces buttes sèches, le feu est bien souvent limité aux bordures de la tourbière, les conditions humides environnantes empêchant sa progression vers le centre.

Les tourbières ombrotrophes (bogs) sont connues pour être des puits de carbone, en partie, en raison de leur résistance et leur résilience au feu. Ainsi, dans un contexte de changement climatique où plusieurs politiques incitent à diminuer les émissions de carbone vers l’atmosphère, on vise la restauration rapide de toute tourbière dégradée. L’industrie horticole canadienne a développé une méthode de restauration écologique prometteuse. Plus de 100 sites ont été restaurés au Canada et malgré plusieurs indicateurs de succès du fonctionnement de l’écosystème, on espère que les jeunes sites récemment restaurés seront résistants et résilients au feu. Toutefois, peu d’études concernent la réponse d’un écosystème restauré à une perturbation ultérieure à la restauration et aucune ne concerne la réponse au feu d’une tourbière restaurée. À la fin de l’été 2014, un feu s’est déclaré dans une tourbière brûlant partiellement un secteur restauré vieux de dix ans et un secteur naturel avoisinant. Cela offre la première occasion d’observer la réponse au feu d’une tourbière restaurée. Cette étude se divise en deux objectifs:1) déterminer si la capacité d’accumulation de carbone et le recouvrement végétal sont similaires entre les zones brûlées et non brûlées du secteur restauré, une saison de croissance après le feu; 2) comparer la reprise muscinale après feu entre le secteur restauré et le secteur naturel. Le taux de production de phytobiomasse était semblable entre les zones brûlées et non brûlées et le recouvrement végétal des zones brûlées retournait à un état semblable aux zones non brûlées à la fin de la première saison de croissance après le feu pour le secteur restauré. Les buttes de sphaignes du secteur restauré ont mieux résisté au feu et affichent une meilleure récupération initiale de la strate muscinale que le secteur naturel. Cette étude montre une tendance vers la résilience au feu des bogs restaurés. / Ombrotrophic peatlands (bogs) are known to be Carbone sink partially because of their resistance and resilience to fire. In a global climatic change context with politics aiming toward a reduction of atmospheric Carbone emission, a quick restoration of every degrade peatlands is desirable. The Canadian horticultural industry developed a promising peatland restoration technique. More than 100 sites were restored in Canada and despite many success indicators, we still hope that restored peatlands are resistantandresilient to fire. Indeed, few studies assess an ecosystem response to a disturbance happening after restorationandnone evaluates the response to fire of restored peatlands. At the end of summer 2014, a fire occurred in a Southern Quebec bog, partially burning a ten years old restored sectoranda natural one nearby providing the first opportunity to study the response to fire of a restored peatland. This research is divided in two objectives: 1) determine if the peat accumulation potentialandplant cover are the same between the burnedandunburned parts of the restored sector one growing season after fireand2) compare the mosses strata recovery between the naturalandthe restored sectors. The phytobiomass production rate was similar between the burnedandunburned parts of the restored sectorandthe burned parts plant cover growths significantly during the first growing season after fire, even reaching a similar level as the unburned parts for some areas. Sphagnumhummocks of the restored sectors showed a better resistanceandrecovery than the one in the natural sector. Thus, this study shows a tendency to resilience to fire of restored ombrotrophic peatlands.

En Amérique du Nord, peu de recherches ont été réalisées sur la restauration des fens. De plus en plus, les industries de la tourbe sont appelées à restaurer des tourbières abandonnées après extraction de la tourbe où les conditions pédologiques ressemblent à celles de fens. Le but de ce projet de recherche est de développer une base écologique à la restauration des fens en Amérique du Nord. Dans un premier temps, j'ai examiné les successions végétales dans les tourbières qui ont été exploitées jusqu'aux strates de tourbe minérotrophe afin de déterminer quelles plantes recolonisent les tourbières abandonnées et sous quelles conditions. L'échantillonnage de 28 tourbières abandonnées à travers le Canada et dans l'État du Minnesota aux États-Unis montre que la revégétation spontanée des secteurs avec tourbe à nue diffère de la végétation colonisant les fens naturels des régions adjacentes. Particulièrement, les Sphagnwn et les Carex. qui abondent dans les fens naturels, ne se retrouvent pas dans les fens exploités puis abandonnés par aspirateur. La majorité des fens abandonnés ont vite été recolonisés par des espèces plutôt apparentées aux milieux humides sans tourbe. Dans un deuxième temps j'ai testé des méthodes de réintroduction d'espèces typiques de fens. Une expérience de trois ans sur le terrain montre qu'une méthode de réintroduction par épandage des diaspores provenant d'un site d'emprunt est efficace pour l'établissement des Car ex et de sphaignes. Jusqu'à maintenant, l'accent a toujours été mis sur les Car ex et les plantes vasculaires pour la restauration des fens. Afin d'en savoir plus sur les conditions environnementales nécessaires à la régénération des mousses typiques de fens, j'ai effectué des expériences en serre et sur le terrain. Un ombrage jusqu'à 50% améliore la régénération des mousses. Le niveau d'eau optimal pour la plupart des mousses se situe juste en dessous de la surface et les sphaignes sont les espèces de bryophytes qui se régénèrent le mieux. Tous ces résultats devraient nous permettre de mieux cibler les efforts pour la restauration des fens.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

Cette étude porte sur l’évaluation à long terme de la végétation de la tourbière de Bois des-Bel, restaurée par la technique de « transfert du tapis muscinal ». L’approche par communautés a montré que l’écosystème de référence, la zone non restaurée et la zone restaurée depuis neuf ans étaient différents quant à la structure et à la composition végétale. La zone restaurée avait une abondance élevée 1) de sphaignes, ce qui la différenciait de la zone non restaurée, et 2) d’herbacées, ce qui la différenciait de l’écosystème de référence. Les traits des herbacées trouvés dix ans après la restauration, bien que différents et plus uniformes que ceux de l’écosystème de référence, montraient une tendance à se rapprocher de ce dernier. Après 10 ans, les canaux possédaient une diversité fonctionnelle de traits d’herbacées plus élevée que les planches. La création de mares de différentes profondeurs pourrait augmenter la diversité du site restauré. / This study is about the long term evaluation of the vegetation of Bois-des-Bel peatland, restored by the “moss layer transfer” technique. The communities approach showed different vegetation structure and composition for the reference ecosystem, the non-restored section and the nine years old restored section. However, the restored section had higher abundances of 1) Sphagnum mosses which increased its dissimilarity from the non restored section and of 2) herbaceous species which increased the difference with the reference ecosystem. Traits of herbaceous species found ten years after restoration were different and more uniform than those found in the reference ecosystem, but they seemed to converge toward the latter. For herbaceous species, the former ditches of the restored section had higher traits functional diversity than peat fields ten years after restoration. Thus, the creation of shallow or deep ponds could increase diversity of the restored site.