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Les milieux scientifiques investissent de plus en plus des espaces comme Twitter pour rendre leurs travaux accessibles hors des murs de l’université. En outre, des volumes importants d’articles scientifiques circulent sur ces espaces, touchant des publics plus larges que les strictes communautés savantes auxquelles elles s’adressent en premier lieu. Ce faisant, l’examen des traces laissées par les documents savants sur les médias sociaux a conduit à l’émergence de courants de recherche à la croisée de la bibliométrie, de la communication scientifique et de la communication en contexte numérique dans une perspective d’évaluer « l’impact » de la recherche dans la société. Parallèlement, la science occupe une position de plus en plus névralgique pour agir sur certains enjeux de société, comme les changements climatiques. Dans cette thèse par articles, je documente la circulation de la recherche à propos des changements climatiques sur Twitter en vue d’en comprendre l’impact éventuel selon les communautés et les comptes impliqués dans le partage des articles. Je conçois ainsi la circulation des articles scientifiques comme un ensemble intégrant les traces laissées par ces documents sur Twitter, les contextes qui permettent de comprendre ces traces (par exemple, dans quelles communautés les articles sont partagés) et les pratiques de communication scientifique et savante sur Twitter qui ont conduit au partage des articles. J’examine ces dimensions afin de mieux comprendre l’impact social de la recherche dans une perspective de résonance. Ce faisant, je propose dans ma thèse une version de l’impact social de la recherche qui va au-delà des métriques et d’une acception purement quantitative de l’évaluation de la recherche afin de s’intéresser aux retombées plus sensibles des articles scientifiques. Plus spécifiquement, j’examine la circulation d’articles scientifiques à propos des changements climatiques sur Twitter en proposant une stratégie méthodologique en trois volets, présentés dans trois articles. Chaque article correspond à un changement d’échelle, du macro au micro, à travers lequel j’examine les traces laissées par les documents savants à travers les tweets mentionnant un lien vers ces documents. Avec cette démarche, j’explore les contextes de circulation des articles, en particulier à partir des caractéristiques des communautés d’usagères et d’usagers, afin de pouvoir en décrire « l’impact » éventuel. Dans un premier temps, je procède à l’analyse textuelle des descriptifs Twitter d’usagères et d’usagers ayant partagé au moins un de 2628 articles de recherche sur les changements climatiques parus en 2015 et 2016. Cette analyse a consisté en un codage automatisé, basée sur le développement d’un algorithme de catégorisation des expressions employées par les usagères et les usagers, en concordance avec un codage manuel des descriptifs. Dans un second temps, j’analyse les réseaux de retweets et de mentions de 10 articles populaires sur Twitter – au moins 250 tweets – afin de documenter les interactions qui mènent au partage de documents savants. Dans un troisième temps, je procède à la mise en récit de la circulation sur Twitter d’un article en particulier à travers l’analyse combinée des réseaux de retweets et de mentions, l’analyse du contenu des tweets et un entretien avec appui visuel réalisé avec un des auteurs de l’article. Finalement, je soutiens que la documentation des traces laissées par les documents savants sur les médias sociaux peut nous informer sur la résonance éventuelle de la recherche à l’extérieur des strictes communautés savantes, par exemple en montrant comment des communautés spécifiques, comme des professionnels du secteur agroalimentaire ou des organisations de protection de l’environnement, peuvent être impliquées dans le partage de ces documents. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : altmétriques, changements climatiques, communication scientifique, communication savante, contextes, méthodes mixtes, Twitter

Le sud-est de la mer de Beaufort est marqué par des changements environnementaux importants dus au réchauffement atmosphérique récent. Les changements incluent la diminution de la couverture de glace de mer, une augmentation de l’intensité et de la durée des tempêtes, ainsi qu’une augmentation de l’érosion côtière. Leurs répercussions sur les écosystèmes de la zone littorale sont toutefois difficiles à évaluer, car les enregistrements des conditions marines (température, salinité, turbulence, etc.) et du biote (population, diversité et productivité) sont rares et souvent épisodiques. Des enregistrements continus et couvrant plusieurs décennies sont nécessaires pour évaluer la contribution du réchauffement anthropique sur les changements climatiques récents, a fortiori pour la zone littorale qui est sensible vis-à-vis des vents locaux et se caractérise par une grande variabilité. Par ailleurs, les effets des changements climatiques sur la zone littorale du sud-est de la mer de Beaufort peuvent influencer les membres des communautés locales qui y chassent et pêchent pour leur subsistance et pour préserver des traditions culturelles. Dans ce contexte, cette thèse vise à reconstituer les conditions environnementales du milieu marin de la zone littorale du sud-est de la mer de Beaufort à partir d’une approche micropaléontologique. Des analyses sur les assemblages de foraminifères benthiques, d’ostracodes et de tintinnides, en plus de mesures des isotopes stables (δ18O et δ13C) sur les tests des foraminifères benthiques Elphidium clavatum et Cassidulina reniforme ont été réalisées. Les microfossiles ont été analysés à partir de carottes de sédiment prélevées dans le bassin Herschel. Le bassin Herschel se situe à moins de 10 km au large de la côte nord du Yukon, Canada, dans un milieu où les apports de matériaux biogéniques et détritiques sont continus et leur taux d’accumulation rapide. Les carottes sédimentaires proviennent des sites YC18-HB-GC01 (69.544°N; 138.970°O; 18 m de profondeur) et PG2303 (69.513°N; 138.895°O; 32 m de profondeur). Les carottes par gravité YC18-HB-GC01 (40 cm) et PG2303-1 (20 cm) couvrent de 1970 à 2018 CE et de 1998 à 2016 CE, respectivement, avec des vitesses de sédimentation de 0,7 à 1,7 cm·a-1. Ces carottes courtes livrent ainsi des séries chronologiques avec une résolution temporelle quasi annuelle correspondant à la période de données environnementales, permettant ainsi une évaluation de la signification des indicateurs microfossiles. Les assemblages de foraminifères benthiques et d’ostracodes de la marge et du fond du bassin suggèrent que les assemblages répondent principalement aux variations de salinité et des courants profonds. Dans la carotte YC18-HB-GC01, les indicateurs d’une salinité faible et variable, d’eaux de fond turbulentes, d’apports terrigènes et de productivité marine augmentent vers la surface soit depuis 1994 ± 5 CE. Dans l’environnement, cette transition coïncide avec des vents d’est plus forts et des tempêtes plus fréquentes, une diminution de la concentration moyenne de glace de mer en été de 16% et une circulation anticyclonique dominante dans l’océan Arctique. De telles conditions peuvent accentuer le mélange vertical dans la colonne d’eau, accélérer la remise en suspension des particules, le taux d’érosion côtière, et entraîner la dispersion du panache de la rivière Mackenzie vers l’ouest jusqu’aux sites d’étude. Il s’agit de facteurs jouant un rôle important sur les apports terrigènes et l’instabilité du milieu. Les changements environnementaux des deux dernières décennies ont ainsi eu des conséquences directes sur l’habitat et la biodiversité de la zone littorale. Les analyses micropaléontologiques des 324 premiers centimètres de la carotte à piston PG2303 qui couvrent de ~710 à 1998 CE révèlent que le réchauffement climatique en cours aurait débuté dès ~1800 CE, que ses effets se sont amplifiés à partir de 1950 CE et qu’ils atteignent des maximums après 1998 CE, probablement en réponse au forçage anthropique. Les changements associés au 21e siècle sont sans précédent à l’échelle des 1300 dernières années et se situent donc en dehors de la variabilité naturelle de l’environnement régional. Ces « nouvelles conditions climatiques » soulèvent des questions importantes notamment au sujet de l’augmentation de la turbidité des eaux côtières, qui obstrue la pénétration des rayons solaires et peut entraver la production primaire. De plus, la dégradation du carbone organique terrigène par les bactéries conduit à une désoxygénation des eaux qui affecte potentiellement déjà la productivité des ostracodes et pourrait toucher d’autres organismes vulnérables dans les milieux pauvres en oxygène dissous. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Foraminifères benthiques, ostracodes, Arctique, glace de mer, salinité

Ce projet de recherche a pour but de modéliser les attitudes et les croyances sur le changement climatique des personnes dans les communautés du site de média social Twitter. Les modèles informatiques se fondent sur la série d’études sociopsychologiques, basées sur des sondages, qui s’appelle les Six Amériques. Notre recherche emploie des modèles ontologiques et d’apprentissage automatique ainsi que des méthodes de la recherche d’information. Ces composantes fonctionnent ensemble afin de créer une architecture informatique qui s’inspire de la théorie hiérarchique de la cognition biologique. Cette architecture analyse les microblogues pour identifier le sentiment et l’émotion exprimée, le niveau d’activité des utilisateurs, les liens thématiques aux questions du sondage de l’étude originale des sciences humaines, ainsi que des éléments grammaticaux des messages en ligne, y compris les dépendances syntaxiques dans un texte donné. Cette recherche représente une première étape dans le développement de cette architecture qui vise à modéliser les opinions et les points de vue des centaines de milliers, voire millions, d’utilisateurs sur les médias sociaux à partir des communications publiques qu’ils publient en ligne. Les chercheurs pourront ensuite employer ce modèle et le mettre en correspondance avec des résultats des études établies en psychologie et sociologie basées sur une méthodologie traditionnelle de sondage avec un ensemble relativement petit de sujets. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : analyse des sentiments, apprentissage automatique, changement climatique, Dolce+D&S Ultralite, émotions de base, logiques de description, Lucene, média social, ontologie, Plutchik, réchauffement climatique, recherche d’information, Six Amériques, traitement automatique du langage naturel, Twitter, Web Ontology Language

Cette thèse est une réflexion théorique sur notre mode de présence au monde. Son objectif est de démontrer l’union sujet/objet (ou intellect/corps selon les termes de Spinoza), à partir d’une lecture communicationnelle et à l’aide de théories de l’affect, afin de sensibiliser à l’importance de prendre soin de la Nature/Terre et, de ce fait, de susciter l’engament d’actions qui cherchent à répondre aux changements climatiques. C’est-à-dire que cette thèse se veut « productrice » en déclenchant des influx créatifs chez son lecteur. À sa lecture, ce dernier devrait sentir que sa perspective sur comment il agit dans le monde se transforme et l’incite à de nouvelles formes d’actions, soit à adopter une nouvelle éthique de vie. Pour réaliser cela, la thèse se divise en trois parties. Chaque partie cherche à illustrer notre rapport au monde, ce que nous nommons le devenir-matière, sous une perspective différente. La Partie I dresse une lecture historique de la (t)race humaine sur la Terre afin de mieux conceptualiser notre relation au monde. La Partie II tisse les liens conceptuels entre notre présence au monde, la communication et l’affect. Enfin, la Partie III montre que l’approche ethnographique est une posture permettant d’être « présent à notre présence au monde ». À terme, cette réflexion doctorale cherche à ouvrir de nouvelles portes d’exploration scientifique sur la manière d’aborder et étudier les problèmes environnementaux et, plus concrètement, à offrir de nouvelles perspectives d’actions pour ses lecteurs. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : affect, communication, changements climatiques, ontologie, architecture, ethnographie

La recharge des eaux souterraines correspond à l’eau s’infiltrant depuis la surface et atteignant la zone saturée et est une des variables importantes pour la compréhension des changements à long terme des ressources en eau souterraine. Les estimations de recharge à long terme sont des outils importants pour la gestion durable des eaux souterraines, spécialement à l’échelle régionale en contexte de changement climatique. En régions à climat froid et humide, les changements climatiques vont potentiellement avoir des impacts majeurs sur l’ensemble du cycle de l’eau ainsi que sur l’occupation du sol. Ces impacts pourraient se propager jusqu’à la recharge. Cependant, les conditions climatiques futures dépendent fortement des scénarios climatiques, imposant une incertitude élevée dans la simulation de la recharge future. Considérant l’importance de la recharge dans la compréhension des changements affectant les ressources en eau souterraine et le manque de connaissances des processus et paramètres l’affectant en contexte de changement global (actuel et futur), l’objectif général de cette recherche doctorale est de quantifier les impacts des changements climatiques et des changements d’occupation du sol passés, actuels et futurs sur la recharge des eaux souterraines à l’échelle régionale en climat froid et humide. Les objectifs spécifiques du doctorat sont de 1) déterminer comment un modèle de bilan hydrique de surface parcimonieux peut aider à la compréhension de la recharge des eaux souterraines à long terme et à l’échelle régionale, 2) identifier les processus et seuils contrôlant l’impact des changements climatiques sur la recharge des eaux souterraines à long terme et à l’échelle régionale, 3) quantifier l’impact des changements d’occupation du sol sur la recharge des eaux souterraines en contexte de changements climatiques. La région du Québec méridional (Canada, 35 800 km2), située entre le fleuve Saint-Laurent et la frontière Canada-États Unis et entre la frontière Québec-Ontario et la ville de Québec, a été sélectionnée comme cas d’étude. Un modèle de bilan hydrique de surface nommé HydroBudget a été développé en R pour la simulation spatialement distribuée et transitoire de la recharge des eaux souterraines pour de longues périodes (plusieurs décennies) et pour de grands territoires (milliers de km2). Spécialement adapté pour l’hydrologie des climats froids et humides, le modèle prend en compte la couverture neigeuse temporaire et le gel temporaire du sol. Une méthode de calibration automatique multiobjective a réussi à optimiser un ensemble de paramètres régionalisés offrant une incertitude limitée sur les variables simulées (

Comme plusieurs régions arctiques et subarctiques, la côte du Labrador fait face à des perturbations du système climatique. Les conséquences s’observent à la fois dans l’environnement biophysique et dans les activités humaines. La diminution de la durée des saisons d’englacement dans le milieu marin côtier a des impacts sur la mobilité et les activités traditionnelles, en plus d’être un important facteur de stress pour les populations locales. Cette thèse propose d’apporter une perspective humaine à l’étude des variations historiques du climat de la côte du Labrador entre 1750 et 1950. Une approche interdisciplinaire s’appuyant sur des sources discursives, documentaires et instrumentales permet d’obtenir des données climatiques de résolution saisonnière à annuelle. Des événements climatiques exceptionnels, ponctuels, imprévisibles et rapides peuvent ainsi être retracés. L’intégration de discours de fiction, de récits de vie et de journaux d’explorateurs et de missionnaires amène des informations climatiques inédites basées sur l’expérience du territoire, en plus de mettre de l’avant l’impact de ces changements sur les populations humaines, qui sont des éléments souvent négligés par les études paléoclimatiques. Le premier chapitre aborde spécifiquement les représentations de l’hiver. Malgré son importance culturelle, il est faiblement représenté par les études scientifiques menées par les paléoclimatologues en raison de rares archives sédimentaires et biogéniques qui en témoignent. En effet, la plupart des traceurs utilisés en paléoclimatologie relèvent d’une productivité biogénique (microfossiles issus de floraisons algales, cernes d’arbres, biomarqueurs organiques, par ex.) qui se produit surtout au printemps et à l’été. Plusieurs indices – froid, neige, glace et phénomènes lumineux – permettent de discerner l’état hivernal dans les 33 sources sélectionnées. L’analyse discursive montre que l’hiver est perçu sous la forme courante de l’antithèse, à la fois attendu et craint. Cette perception de l’hiver peut alors mener à des représentations péjoratives ou mélioratives selon les auteurs. L’expérience du territoire est cruciale afin de transmettre par le discours des informations sur les relations entre humain et climat. Elle permet de valider ou de déconstruire des idées préconçues, d’approfondir les connaissances sur la dynamique climatique et aussi, de relever des situations climatiques exceptionnelles. Enfin, la contribution des différents genres littéraires à l’étude du climat est explicitée. Le deuxième chapitre porte sur les événements climatiques exceptionnels ayant des impacts directs sur les populations humaines (déplacement, isolement, détresses alimentaire ou matérielle). Les valeurs extrêmes sont dégagées de deux séries temporelles annuelles : des sources documentaires (les dates d’arrivée du bateau de ravitaillement des missionnaires moraves) et des sources dendrochronologiques (densités maximales des cernes d’arbres). De plus, un signal climatique saisonnier est obtenu à partir des sources discursives et des sources instrumentales. Il est possible d’établir des périodes de rigueurs climatiques en 1816-1817 ou « l’année sans été », de 1830 à 1840 et de 1864 à 1870. Le début du XXe siècle se caractérise par des conditions froides bien qu’un réchauffement du climat a été observé à l’automne et à l’hiver dès 1910, puis en été et au printemps à partir de 1925. Une hausse soutenue des températures caractérise la fin de la série climatique (1925-1950). Cette dernière correspond à une phase positive de l’Oscillation multidécennale atlantique témoignant ainsi d’une augmentation des températures de surface dans l’Atlantique Nord. Le troisième chapitre présente des dates d’englacement et de déglacement sur la côte du Labrador entre 1770 et 1910. Les données sont exclusivement extraites de sources documentaires produites par les missionnaires moraves. En plus des mentions directes d’englacement, le début de la chasse sur la banquise est utilisé comme indicateur de glace de mer. L’arrivée du premier kayak dans les villages moraves de la côte permet d’identifier le moment du déglacement. Une résolution intra à pluriannuelle montrent deux signaux distincts de présence de glace de mer, l’un hivernal et l’autre estival. Dans cette thèse, l’approche interdisciplinaire intégrant des sources historiques : discursives, documentaires et instrumentales, permet de souligner les relations entre l’être humain et le climat le long de la côte du Labrador. La vulnérabilité des populations humaines dans l’environnement nordique est mise de l’avant dans les discours, ce qui permet d’affirmer que la glace de mer et la température sont les deux paramètres climatiques les plus déterminants des modes de vie. Les représentations, les perceptions et les conditions climatiques hivernales sont décrites dans les sources historiques, une saison souvent négligée dans les reconstitutions paléoclimatiques. De plus, une résolution saisonnière à annuelle des conditions climatiques de la côte du Labrador permet de décrire des variations de température et d’intensité de la glace de mer selon des cycles de 10 à 20 ans au cours du XIXe siècle. Nos travaux illustrent que les périodes froides marquées par davantage de glace de mer concordent souvent avec une phase positive de l’Oscillation nord-atlantique en hiver. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Climatologie historique, changement du climat, discours littéraire, source documentaire, analyse discursive, hiver, Nunatsiavut, côte du Labrador, rapport humain-environnement

Des observations récentes ont montré que la dynamique glace-océan aurait un rôle non négligeable sur la fonte actuelle de la calotte glaciaire groenlandaise, la circulation thermohaline mondiale et l'élévation du niveau de la mer. La marge ouest groenlandaise est une zone propice à l'étude des interactions glace-océan en milieu subarctique en raison, d'une part, de sa proximité avec la calotte glaciaire, d'autre part, des apports d'eaux atlantiques, arctiques et de fonte glaciaire qui y circulent. Par ailleurs, dans ce milieu, la productivité primaire marine dépend de l'hydrographie et de l'apport en nutriments à la surface via la dynamique aux marges glaciaires qui engendrent des blooms au printemps, en été et à l'automne. Afin d'étudier les relations entre les conditions océaniques, la dynamique de la marge glaciaire et la productivité marine, au cours des derniers milliers d'années, les assemblages de kystes de dinoflagellés (dinokystes) ont été utilisés comme indicateur principal. Dans le but de décrire la répartition régionale des assemblages de dinokystes, le premier chapitre de cette thèse est basé sur une étude détaillée des sédiments de surface prélevés le long de la marge ouest groenlandaise. Cette étude a permis de définir les relations entre la distribution des assemblages de dinokystes et plusieurs paramètres environnementaux connus via des données instrumentales. Cela a ainsi contribué à l'amélioration de la compréhension de la distribution régionale des assemblages de dinokystes modernes et de leur utilisation subséquente dans les reconstitutions quantitatives des paramètres hydrographiques de surface, à partir de la technique des analogues modernes. Cette étude a également mis en lumière la relation étroite entre les assemblages de dinokystes et les propriétés physico-chimiques des eaux de surface telles que la température, la salinité, le couvert de glace de mer et la productivité primaire. Elle remet aussi en cause l'interprétation environnementale des espèces lslandinium minutum et Jslandinium? cezare, qui ont souvent été décrites dans la littérature comme des indicateurs de glace de mer saisonnière. Cependant, ici, leurs abondances relatives ne montrent pas de lien direct avec la concentration de glace de mer, mais plutôt avec la présence d'eaux polaires froides et peu salées. Enfin, l'analyse du 210Pb et du 137Cs a permis de distinguer les échantillons« modernes»(< 1950 CE) et « pré-modernes » et, par conséquent, de vérifier que les assemblages de dinokystes dans les sédiments de surface représentent bien les conditions environnementales dites« modernes». L'étude de deux carottes sédimentaires prélevées le long de la marge ouest groenlandaise a permis de retracer la variabilité océanique et climatique au cours de l'Holocène. La carotte SA13-ST3-20G, proche de Nuuk, fournit une résolution temporelle séculaire des derniers 12 000 ans, alors que plus au nord, la carotte MSM343310 située à Disko Bugt, montre une variabilité océanique et climatique avec une résolution temporelle décennale au cours des 3600 dernières années. Les assemblages de dinokystes permettent de retracer des variations importantes de la glace de mer, des apports d'eau de fonte glaciaire, de la stratification des masses d'eau et de la productivité primaire. Vers 10 000 ans avant l'actuel, une augmentation de la diversité des espèces et la présence de taxons phototrophes permettent de reconstituer des températures estivales de surface allant jusqu'à 10°C, marquant ainsi l'arrivée des conditions interglaciaires. De 9000 à 5000 ans avant l'actuel, les assemblages permettent de reconstituer une forte productivité primaire en lien avec le recul de la calotte glaciaire groenlandaise lors du maximum thermique holocène. Après 5000 ans, le déclin des taxons phototrophes au profit des taxons hétérotrophes accompagne un refroidissement dans les eaux de surface au début de la période Néoglaciaire. Finalement, les deux zones d'études montrent la même intensification de la variabilité des conditions de surface des derniers 2000 et 1500 ans. L'étude détaillée de la carotte MSM343310 (Disko Bugt) a mis en évidence une oscillation de large amplitude avec une périodicité de 60 à 70 ans permettant de poser l'hypothèse d'un lien avec l'oscillation Atlantique multi-décennale et avec la migration du front atmosphérique polaire vers le sud-ouest. Cette thèse a permis de démontrer l'influence de l'évolution des masses d'eaux océaniques sur les retraits et avancées de la marge sud-ouest de la calotte glaciaire groenlandaise au cours de l 'Holocène, laissant ainsi supposer une relation étroite entre les conditions hydrographiques et le climat régional du Groenland. Elle a aussi montré un lien étroit entre les migrations humaines et les changements climatiques. Par conséquent, ces travaux mettent en évidence l'importance d'une variabilité naturelle des eaux de surface de l'océan qu'il est nécessaire de prendre en compte dans une perspective de changement climatique actuel. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : marge ouest groenlandaise, dinokystes, Holocène, dynamique glace-océan, circulation océanique, changement climatique, technique des analogues modernes

Les tourbières sont des écosystèmes saturés en eau souvent connectés aux aquifères. Leur intégrité hydrologique et le maintien de leurs fonctions hydrologiques reposent sur leurs capacités à maintenir leurs niveaux de nappe près de la surface. La compréhension des processus qui contribuent à maintenir les niveaux est donc indispensable pour les protéger. L'objectif principal de cette thèse est de comprendre l'influence des propriétés hydrodynamiques, des variations météorologiques et des contextes hydrogéologiques sur le niveau d'eau de sept complexes tourbeux de la vallée du Saint-Laurent, Québec, Canada. Pour ce faire, sept tourbières ont été échantillonnées et instrumentées en tenant compte de la diversité des contextes hydrogéologiques dans lesquels elles se sont développées. Pour chacune des tourbières, trois zones (amont, intermédiaire, aval) ont été identifiées le long d'une ligne d'écoulement, et une zone de recharge de l'aquifère a été identifiée. Deux zones supplémentaires (minérotrophe et d'alimentation) ont été identifiées pour les tourbières qui étaient ceinturées d'une zone pouvant être alimentée par un aquifère. Pour chacune des tourbières, des carottes de tourbe de 1 m ont été prélevées dans les zones amont, intermédiaire et aval. Des travaux de laboratoire réalisés sur ces carottes ont permis de quantifier les conductivités hydrauliques, les coefficients d'emmagasinements et la densité apparente sèche des dépôts tourbeux. Toutes les zones étudiées sur chaque site (dans la tourbière et dans l'aquifère) ont été instrumentées de puits d'observation et de piézomètres munis de sondes pour le suivi automatique des niveaux d'eau qui ont été en opération de mai 2014 à juin 2016. Les séries temporelles et les données de laboratoire ont été analysées à l'aide d'analyse de variance, de fonctions d'autocorrélation, de corrélations linéaires, semi-logarithmiques et logarithmiques, ainsi que par l'analyse des variations des niveaux de nappe liées aux événements pluvieux et aux récessions. Toutes les analyses ont été réalisées avec le logiciel R. Le premier chapitre de la thèse a permis d'adapter, tester et valider la méthode Water Table Fluctuation permettant de quantifier les coefficients d'emmagasinement des tourbières. Des coefficients d'emmagasinement entre 0.13 et 0.99 variant sur 20 cm ont été calculés. Les valeurs les plus élevées correspondent au niveau maximal de la nappe et diminuent rapidement avec la profondeur, suivant une équation logarithmique. Une différence significative des capacités d'emmagasinement a été observée entre les sites. Cette différence suit un gradient géographique régional du sud-ouest vers le nord-est, ce qui concorde avec le gradient des degrés jour de croissance entre les sept tourbières. Le deuxième chapitre a permis de quantifier l'influence des propriétés hydrodynamiques des dépôts organiques comme facteurs explicatifs des variations des profondeurs de nappe. Pour tous les sites, les densités sèches apparentes varient entre 0.02 et 0.22 g/cm³ et les conductivités hydrauliques varient entre 1.4 cm/s et 3.0*10[-6]cm/s. Aucune variation significative des propriétés hydrodynamiques n'a été identifiée intra- et inter-sites. Cependant, les niveaux de nappe montrent des différences significatives d'un site à l'autre. Ceci est une indication que les propriétés hydrodynamiques ne sont pas le seul facteur qui contrôle le niveau des nappes et que les contextes météorologiques et hydrogéologiques pourraient être des facteurs explicatifs importants. Trois relations mathématiques ont été développées liant les coefficients d'emmagasinement à la profondeur, à la densité apparente sèche et à la conductivité hydraulique des dépôts tourbeux. Ces équations permettront aux modélisateurs de quantifier de manière plus fiable les propriétés hydrodynamiques de la tourbe dans des modèles éco-hydrologiques. Le troisième chapitre a permis de mieux comprendre l'influence des conditions météorologiques et des contextes hydrogéologiques sur les niveaux de nappe et leurs fluctuations dans les tourbières. Les conductivités hydrauliques des zones de recharge varient entre l.4*10[-7] et 8.5*10-³cm/s et sont fortement corrélées au niveau annuel de la nappe dans les tourbières. Les augmentations mensuelles des niveaux de nappe des tourbières sont fortement corrélées aux précipitations mensuelles. De manière similaire, les diminutions mensuelles des niveaux de nappe sont fortement corrélées aux températures moyennes mensuelles. Les résultats ont permis d'identifier qu'une baisse de 1 mm/mois dans les précipitations peut entraîner une baisse de 2 mm de la nappe de la tourbière, tandis qu'une augmentation de température de 1 °C/mois peut entraîner une baisse de 1 cm du niveau de nappe. L'application de cette méthode sur d'autres tourbières localisées dans des contextes climatiques différents permettra de mieux comprendre la vulnérabilité des tourbières aux changements climatiques. De plus, les analyses d'autocorrélation et de corrélation croisée ont permis de confirmer la présence d'un équilibre hydrique entre la zone ombrotrophe des tourbières et leurs contextes hydrogéologiques. Cela concorde avec le contrôle qu'exercent les zones de recharge sur les niveaux de nappe des tourbières démontré par la présence d'une forte corrélation entre la conductivité hydraulique des zones de recharge et les niveaux de nappe des tourbières. En ce sens, on distingue les tourbières dépendantes des eaux souterraines, ou fortement connectées, par une fluctuation accentuée de leur niveau d'eau et les tourbières indépendantes des eaux souterraines, ou faiblement connectées, par des variations limitées de leur niveau d'eau. Jusqu'ici, aucune étude n'avait encore démontré l'importance des conditions météorologiques et des contextes hydrogéologiques sur l'hydrologie des tourbières. Cette thèse apporte de nouvelles données, une meilleure compréhension et un nouvel éclairage du contrôle des facteurs externes sur les niveaux d'eau des tourbières. Les résultats de cette thèse pourront être utilisés pour quantifier les fonctions hydrologiques des tourbières et leur connectivité avec les aquifères, et pour évaluer la vulnérabilité des tourbières aux pressions apportées par les changements climatiques.

La précipitation verglaçante peut avoir des impacts néfastes sur la société, tels que causer des pannes de courant majeures, ainsi que produire de sérieux problèmes dans les réseaux de transport. Malgré les conséquences catastrophiques associées à ce type de précipitation, elle est encore peu étudiée dans un contexte de changement climatique. Pour représenter ce type de précipitation dans les modèles du climat, il est important de correctement simuler les écoulements atmosphériques près de la surface. Les simulations climatiques à haute résolution sont, donc, nécessaires pour représenter adéquatement la topographie, mais ces dernières exigent des ressources informatiques considérables, surtout lorsqu'on utilise des modèles de circulation générale. Or, les modèles régionaux du climat (MRC) sont des modèles à aire limitée qui permettent la simulation du climat à fine échelle à un moindre coût de calcul. Ces derniers utilisent les solutions des modèles de circulation générale à leurs frontières pour développer leurs propres solutions. Cependant, lorsqu'ils sont utilisés à très haute résolution, le nombre de calculs requis peut être hors de la portée des ressources informatiques disponibles. L'utilisation en cascade d'un modèle régional du climat pourrait être une alternative pratique pour garder le coût de calcul raisonnable. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier et optimiser l'utilisation de la réduction d'échelle dynamique multiple comme une approche appropriée pour réaliser une étude du climat de la précipitation verglaçante à faible coût de calcul. Cette thèse est divisée en trois sections. La première partie étudie l'approche de la cascade pour réaliser des simulations climatiques à haute résolution. Dans cette étude, des résultats de simulations obtenues avec une approche de réduction d'échelle simple et double sont comparés selon le protocole expérimental "idéalisé" du grand frère. Une première simulation, nommée la simulation du grand frère, est réalisée sur un grand domaine à la résolution désirée. Cette simulation sert de référence. La solution du grand frère est ensuite traitée par un filtre passe-bas permettant de garder seulement les grandes échelles qui serviront de conditions aux frontières (CF) à des simulations tests appelées les simulations du petit frère. Pour la réduction d'échelle simple, les simulations tests sont directement pilotées par la solution de la simulation de référence filtrée, alors que pour la réduction d'échelle double un substitut d'une simulation de résolution intermédiaire est utilisé. L'étude de la composante stationnaire montre très peu de différences entre les deux approches, alors que la composante de la variabilité transitoire montre de grandes différences. L'approche de la réduction d'échelle double dégrade légèrement les grandes échelles, mais permet une importante réduction de la grandeur de domaine requise pour développer adéquatement les caractéristiques de fines échelles. Ceci a un impact considérable sur le coût de calcul. La seconde partie porte sur la distance nécessaire à partir de la frontière latérale pour que circulation entrante développe ses caractéristiques de fine échelle permises par la résolution plus fine du MRC. Pour étudier cette question, les solutions de simulations réalisées par un MRC piloté par des CF de différentes résolutions sont étudiées selon le protocole du grand frère. Plusieurs expériences ont été réalisées pour évaluer la largeur de la région du "spin-up" requise pour un développement adéquat des fines échelles en fonction de la résolution du MRC, des conditions aux frontières ainsi que du saut de résolution. Cette distance se trouve à être seulement fonction de la résolution des conditions aux frontières, indépendamment de la résolution du MRC. Lorsque la résolution du MRC varie pour un même saut de résolution, la distance "spin-up" peut être convertie, selon la résolution du MRC, en nombre de points de grille. Ces résultats peuvent être utilisés pour choisir le domaine et la configuration du MRC pour un développement optimal des fines échelles permises par la résolution. La troisième partie de cette thèse est une application des deux précédentes études pour étudier l'impact des changements climatiques sur la précipitation verglaçante au sud du Québec avec un MRC utilisé en cascade pour atteindre un maillage de 0.11° selon le scénario d'émission RCP 8.5. La précipitation verglaçante est diagnostiquée selon cinq méthodes empiriques (Cantin & Bachand, Bourgouin, Ramer, Czys et, Baldwin). Les précipitations diagnostiquées sont étudiées pour le passé récent (1980-2009) et comparées avec le scénario climatique futur (2070-2099). En premier lieu, la climatologie passée se compare aux observations. Les projections futures suggère une diminution des occurrences de précipitation verglaçantes pour le sud du Québec d'octobre à avril, principalement due à une diminution des évènements de longues durées (>6h). Les résultats montrent une plus grande diminution de décembre à février. En général, cette étude contribue à une meilleure compréhension de la distribution de la précipitation verglaçante sous un climat plus chaud et permet de mettre en lumière l'importance des conditions atmosphériques pour ce type de précipitation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Simulation climatique à haute résolution, L'expérience du grand frère, Réduction d'échelle dynamique multiple, Développement des petites échelles, Modélisation régionale du climat, Saut de résolution, Changement climatique, Diagnostique du type de précipitation, Pluie verglaçante, Grésil

Comprendre comment les individus et les populations répondent aux variations climatiques est essentiel pour pouvoir expliquer et anticiper les changements des systèmes écologiques. À ce jour, la plupart des études portant sur l'impact des conditions climatiques sur la faune ont mis l'accent sur la réponse d'une seule population. Cependant, une hétérogénéité entre les populations d'une même espèce peut exister, ce qui pourrait nuire à notre compréhension des conséquences du changement climatique. De plus, l'hétérogénéité dans la manière dont les individus d'une même population réagissent aux fluctuations climatiques est généralement peu connue et pourrait aussi fortement influencer les effets du réchauffement global sur les populations. Les eiders à duvet (Somateria mollissima) sont des canards marins connus pour être sensibles aux fluctuations climatiques. Ils se reproduisent principalement sur des petites îles de l'Arctique et des zones marines boréales. Non seulement, ils ont une répartition circumpolaire et vivent donc sous différentes conditions climatiques, mais ils font aussi l'objet d'études à long terme sur plusieurs sites à travers leur aire de répartition. Les buts du présent projet de recherche étaient i) d'étudier et de comparer l'influence des fluctuations climatiques globales et météorologiques locales en hiver sur la démographie des eiders à duvet chez trois populations géographiquement dispersées ainsi que, ii) de tester la présence d'hétérogénéité intra-populationnelle en réponse aux fluctuations climatiques et pour cela, iii) d'adapter et d'utiliser des méthodes statistiques originales et innovantes afin de détecter des différences et de comparer des groupes d'individus entre eux. Grâce à l'adaptation des outils statistiques les plus récents et à partir de données de différentes origines (suivis satellitaires hivernaux, suivi individuel estival à long terme et données climatiques et météorologiques), nous avons pu mettre en évidence des différences dans la réponse démographique des eiders aux variations temporelles d'un indice climatique global (Oscillation Atlantique Nord hivernale, O.A.N) et d'une variable météorologique locale (Cyclones extra-tropicaux hivernaux, C.E.Ts) peu ou pas prise en compte dans la compréhension de certains phénomènes biologiques de l'Atlantique Nord. Nous avons détecté des différences à la fois entre les populations (hétérogénéité inter-populationnelle) mais également au sein d'une population (hétérogénéité intra-populationnelle). Les différentes tactiques migratoires pourraient en partie expliquer les différences observées (les individus ne migrent pas tous au même endroit et ne subissent pas les mêmes conditions environnementales hivernales). Les mécanismes sous-jacents à la relation entre la survie des eiders et les variables environnementales semblent aussi différer entre les trois populations, et semblent impliquer à la fois des liens directs et indirects (via les ressources alimentaires). Par exemple, nous avons montré un lien négatif et indirect des C.E.Ts extrêmes, en termes de durée et d'amplitude, s'additionnant à un lien positif et indirect de l'O.A.N hivernal sur la survie des eiders sédentaires du Nord de la Norvège. À l'inverse, la survie des eiders migrateurs nichant au Canada et hivernant sur la côté atlantique sud du Canada est directement impactée par l'O.A.N hivernal dont l'effet semble expliqué par le nombre particulièrement élevé de C.E.Ts de cette région. En regardant de plus près les caractéristiques d'habitat des aires d'hivernage, nous proposons qu'en plus des différences d'intensité locale des C.E.Ts et des tactiques migratoires, des « abris climatiques » pourraient aussi moduler la réponse des individus aux conditions climatiques (la présence de fjords ou de montagnes procureraient un abri local aux oiseaux marins face à des conditions extrêmes). Enfin, au cours de ces travaux, nous avons détecté un élément négligé dans la littérature scientifique quant aux détails des méthodes utilisant des estimateurs corrélés (e.g. issus du même modèle) dans des analyses statistiques a posteriori. En effet, la variance et la covariance de ces estimateurs doivent être prises en compte et c'est le plus souvent la méthode « delta » qui est utilisée. Cette approche régulièrement utilisée fait toutefois rarement l'objet central d'un article alors que son utilisation peut s'avérer complexe, surtout lorsque l'effet de covariables doit être testé. Nous avons donc proposé une démarche étape par étape conçue pour être facile à utiliser par les écologues et les biologistes pour i) calculer les matrices de variance-covariance d'estimateurs issus de modèles avec covariables et ii) étudier l'impact d'une covariable sur ces estimateurs corrélés dans une analyse a posteriori lorsque la covariable ne peut pas être directement intégrée au modèle. Globalement, les résultats de cette thèse montrent comment les individus et les populations d'une même espèce peuvent varier dans leur réponse aux variations environnementales. Détecter l'hétérogénéité inter- et intra-populationnelle est important et demande la mise en place d'outils statistiques rigoureux comme ceux présentés dans cette étude. Prendre en compte ces hétérogénéités devrait améliorer nos prédictions futures concernant la réponse de la faune sauvage aux changements globaux. __________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique; Canard marin; Démographie; CMR; modèles multi-événements et de mélange; Oscillation Atlantique Nord; Cyclone Extra-Tropicaux; hétérogénéité inter- et intra-populationnelle; analyses a posteriori; estimateurs corrélés; covariable; événements climatiques extrêmes; météorologie; biostatistiques; tactique migratoire; états cachés;

Le rythme accéléré des changements climatiques influence à différents degrés tous les domaines de la biosphère. En effet, le réchauffement global confronte de nombreuses espèces animales et végétales à s'adapter localement aux changements ou à migrer vers de plus favorables conditions afin de diminuer les effets négatifs causés par ces nouvelles conditions abiotiques. Il devient cependant de plus en plus évident que certaines espèces n'ont pas la capacité de s'adapter ou de migrer rapidement, et donc ces espèces pourraient faire face à une diminution significative de leur succès reproductif à la grandeur de leur aire de distribution. Les arbres sont des organismes particulièrement vulnérables aux changements climatiques rapides de par leur caractère sessile qui demande généralement une longue période de régénération combinée avec une dispersion très précise de leurs propagules, ce qui pourrait fortement diminuer leur succès reproductif et leur adaptabilité. Ces limitations pourraient donc imposer un retard de migration significatif aux espèces arborescentes. L'objectif principal de la thèse de doctorat ci-présente sera donc d'identifier les principaux facteurs qui contrôlent les aires de distribution ainsi que les dynamiques spatiales des espèces arborescentes afin d'améliorer notre capacité de prédire les futures aires de distribution de ces espèces. Afin d'atteindre cet objectif, ma thèse s'est principalement intéressée à l'érable à sucre (Acer saccharum), une espèce arborescente tempérée de grande importance qui devrait migrer selon les projections de changement global. Cette espèce a cependant démontré une sensibilité aux changements climatiques, principalement lors des premières étapes de croissance. En premier lieu, j'ai travaillé à la caractérisation des impacts potentiels de l'adaptation locale, de la température, ainsi que des changements de température sur les semences d'érable à sucre et leur capacité à germer. Dans cet environnement contrôlé, j'ai identifié que l'aire de distribution spécifique avait une grande capacité d'adaptation à la température. En effet, les semences de provenance nordique étaient capables de germer en conditions plus froides constantes et en traitement de température froide variable, alors que les semences en provenance du sud étaient mieux adaptées aux traitements de variation de température chaude. Somme tout, ce premier chapitre a permis d'identifier l'érable à sucre comme une espèce aux exigences très spécifiques en matière de température lors de la fin de la dormance et de la germination des graines, peu importe l'origine des semences. Ces résultats nous ont permis par la suite de prédire la germination de l'espèce sous trois scénarios potentiels de changement climatique, ainsi que d'identifier qu'une réduction significative de la germination de l'érable à sucre est fort probable. Au sein du deuxième chapitre, mon objectif était de caractériser l'influence relative de l'adaptation locale (de par l'utilisation de semences de différentes provenances) sur la capacité de l'érable à sucre à germer, à s'établir et à survivre à travers une grande variété de sites situés à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai établi une expérience de transplantation de semences à grande échelle. Au cours de cette expérience, j'ai planté des semences provenant d'une multitude de sites (de prélèvement) représentant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce à plusieurs sites (de transplantation) qui se trouvent à l'intérieur de, à la limite, et passé la limite de l'aire de distribution de l'érable à sucre. Mes résultats démontrent que les semences provenant du Nord possèdent la meilleure capacité pour l'espèce de germer et d'établir un semi, puisque ces semences se retrouvent dans les conditions les plus semblables aux conditions originales. Malgré que la germination des semences était plus grande à l'intérieur de l'aire de distribution spécifique, nos résultats suggèrent qu'une semence qui germine et s'établit après la deuxième année a un taux de survie comparable peu importe sa location à l'intérieur ou à l'extérieur de l'aire de distribution. Ces résultats suggèrent donc que les variables liées au climat sont les principaux facteurs d'influence contrôlant la germination des semences et l'établissement précoce des semis à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. L'influence du microsite/substrat a cependant un effet significatif sur le recrutement à l'extérieur de l'aire de distribution. En résumé, ces résultats démontrent que l'expansion de l'aire de distribution de l'érable à sucre pourrait être limitée lors des premières étapes de croissance par l'adaptation locale aux microsites ainsi que par le climat à l'intérieur de l'aire de distribution. Pour le troisième chapitre, j'ai tenté d'identifier les principaux facteurs démographiques influençant le recrutement des espèces arborescentes à l'intérieur de la zone (écotone) de transition tempérée-boréale, une zone où la migration induite par le climat devrait se produire en premier. L'objectif de ce chapitre était donc de tester si des effets de priorité imposés par les espèces arborescentes boréales résidentes ralentissent le recrutement des espèces tempérées. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai employé des techniques de modélisation inverse et de données spatialement explicites pour investiguer l'influence relative de la dispersion des semis, de la fécondité, de la compatibilité de substrat, et finalement de l'identité biotique du voisinage local sur le recrutement de semis. Nos résultats démontrent que les canopées boréales influencent effectivement la distribution de certains substrats. Ainsi, les substrats boréaux, caractérisés par un couvert d'aiguilles et de bois en décomposition, sont hautement défavorables aux grandes densités de semis d'espèces tempérées et diminuent leur recrutement. De plus, la dispersion des semis était hautement localisée, étant généralement situés à proximité des arbres parents. Ces résultats soulignent que le recrutement des espèces arborescentes tempérées à l'intérieur de l'écotone est restreint par des effets de priorité importants imposés par les espèces arborescentes boréales. En conclusion, ces effets imposés par les arbres de la forêt boréale causeront d'importants retards dans l'expansion de l'aire de distribution des espèces tempérées. Au final, les résultats de la thèse de doctorat ci-présente apportent un savoir précieux contribuant à la compréhension des facteurs influençant le recrutement dans le contexte de dynamiques d'aire de distribution. En s'appuyant sur les résultats d'une expérience en laboratoire, combinés avec une expérience de transplantation à grande échelle ainsi qu'avec une évaluation du système naturel à l'intérieur de l'écotone tempéré-boréal, la thèse de doctorat ci-présente fournit une quantité notable d'informations clés qui pourront être utilisées pour améliorer notre capacité de prédire les effets des changements globaux au sein des écosystèmes forestiers. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : changement climatique, réchauffement global, aire de distribution spécifique, érable à sucre, température, adaptation locale, effets de priorité, écotone, recrutement de semis, germination de semences, démographie.

Face à l'augmentation actuelle des pressions anthropiques sur les réserves d'eaux douces, leur préservation, et notamment celle des eaux souterraines, est primordiale. Les interactions entre les lacs et les eaux souterraines sont étudiées ici afin d'identifier si certains lacs peuvent être utilisés comme indicateurs de changements qualitatifs · et quantitatifs des eaux souterraines, spécialement au Québec où plus de 10% du territoire est recouvert d'eaux douces avec un million de lacs recensés. Une vingtaine de petits lacs de kettle, situés dans des dépôts fluvioglaciaires, ont été spécifiquement choisis pour leur très probable interconnexion avec les aquifères libres peu profonds. Les flux d'eaux souterraines ont été quantifiés via les bilans hydrologiques des lacs couplés aux deux traceurs naturels des eaux souterraines que sont les isotopes stables de la molécule d'eau et le radon-222. A l'échelle régionale, ces lacs présentent un apport annuel et un temps de renouvellement relativement rapide par les eaux souterraines. A l'échelle locale, la modélisation journalière multicouches d'un lac témoin (le lac Lacasse) montre l'importance de la mesure des traceurs, et leur complémentarité, sur la colonne d'eau en fonction des saisons. Différents scénarios d'évolution climatique et environnementale ont ensuite été testés sur les bilans hydrologiques à long terme. Les résultats montrent que la sensibilité de la composition isotopique des lacs à l'horizon 2050 face à l'évolution de la recharge est principalement contrôlée par le pourcentage que représente l'apport des eaux souterraines dans le total de leurs apports en eau, avec une sensibilité optimale pour une fraction de 50 à 80% des apports totaux. Par l'amélioration des connaissances sur les interactions entre lacs et eaux souterraines et sur les outils qui les mettent en évidence, ce travail de recherche a montré que la signature géochimique des lacs peut être utilisée comme indicateur du devenir des ressources en eaux souterraines face aux changements climatiques et environnementaux, pour une meilleure gestion durable de ces hydrosystèmes. __________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Interactions lacs-eaux souterraines ; Traceurs environnementaux ; Isotopes stables de l'eau ; Radon-222 ; Recharge ; Changements climatiques ; Changements environnementaux