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L’objectif général de cette thèse est de faire l’étude de communautés forestières d’arbres et d’arbustes sous l’angle de leur mémoire écologique et, plus précisément, de leur relation avec des legs paysagers et différents filtres écologiques ayant agi au fil du temps et à travers différentes échelles spatiales. Le territoire forestier du sud du Québec, hautement fragmenté et où les activités liées à l’agriculture et l’exploitation forestière ont façonné les paysages depuis 200 ans, se révèle un territoire idéal pour nos travaux. Le chapitre 1 vise à évaluer si les communautés actuelles d’arbres et d’arbustes situées dans des paysages forestiers hautement fragmentés possèdent une mémoire écologique. Plus précisément, nous posons la question à savoir si les communautés actuelles sont liées aux conditions de peuplement et de paysage du passé à travers la présence de legs, tels que des patrons dans l’abondance, la richesse et la diversité des arbres et arbustes, qui auraient persisté au fil du temps. Nous examinons l’influence de plusieurs filtres écologiques agissant à l’échelle locale, du peuplement et du paysage sur les communautés actuelles d’arbres et d’arbustes. Pour les filtres à la dispersion à l’échelle du peuplement et du paysage, notre investigation couvre quatre périodes à l’intérieur des 85 dernières années, soit le passé lointain (1930-40), intermédiaire (1958), récent (1983) et le temps présent (2015). Les résultats montrent que les perturbations et la structure du paysage constituent des facteurs importants influençant les patrons de diversité et d’abondance des communautés d’arbres et d’arbustes et que leur influence persiste à travers le temps jusqu’à 57 à 85 ans plus tard. Ces communautés sont ainsi caractérisées par une mémoire écologique prenant la forme d’un délai de réponse suite à des changements survenus dans le passé dans la structure du paysage. Les résultats montrent également que les conditions d’habitat plus récentes ou actuelles pouvaient aussi être importantes pour expliquer l’abondance de certaines espèces d’arbres et d’arbustes, laissant entrevoir que des filtres écologiques plus récents (ex., perturbations, conditions biotiques et abiotiques) avaient la capacité d’effacer la mémoire lointaine des communautés. Le chapitre 2 vise d’abord à déterminer si les communautés forestières d’arbres possèdent une mémoire écologique à travers leurs patrons de traits fonctionnels qui seraient liés aux conditions d’habitat du passé. Il vise également à déterminer si une trajectoire d’évolution du paysage hautement perturbée peut conduire à une érosion de la diversité des traits fonctionnels de réponses et à un filtrage des traits de réponses dans les communautés d’arbres actuelles. Cette trajectoire implique une altération des legs au sein du paysage au fil du temps, en raison de l’importance des milieux ouverts perturbés sur le territoire. Nos résultats indiquent que la structure fonctionnelle des communautés étudiées porte une mémoire écologique liée aux conditions d’habitat des années 1930-40 et 1958, mais que les conditions plus récentes ou actuelles sont également importantes. L’analyse des trajectoires de paysages indique par la suite que l’altération des legs paysagers, à travers des perturbations continues au fil du temps, peut conduire à une érosion de la diversité de réponses et à un filtrage des traits de réponses favorisant les espèces qui possèdent des graines se dispersant sur de plus longues distances par le vent ou les mammifères. Les trajectoires moins perturbées (davantage forestières au fil du temps) favorisent quant à elles une plus grande diversité de réponses et les espèces dispersant leurs graines par les oiseaux et capables de se reproduire végétativement. Ainsi, les espèces des communautés situées au sein de paysages historiquement plus perturbés possèdent une meilleure capacité de colonisation, mais une persistance locale plus faible à travers le mécanisme de reproduction végétative. Le chapitre 3 investigue la relation entre les arbres résiduels actuels distribués au sein des paysages agricoles et les patrons des communautés forestières locales, tant au niveau spécifique que fonctionnel. Nous avons donc cartographié les arbres reliques présents en 2015 dans le paysage et les avons inclus dans le couvert forestier. Nos résultats montre d’abord que les arbres résiduels dans le paysage ont un effet positif sur la connectivité et que leur contribution relève surtout de leur rôle en tant que pas japonais. Nos résultats indiquent également qu’il existe une relation entre les arbres résiduels et les patrons des communautés d’arbustes en ce qui a trait à leur diversité spécifique et la diversité de leurs traits de réponses liés à la dispersion des graines et la reproduction. Les arbres résiduels sont également associés aux patrons des communautés d’arbres en ce qui concerne quatre traits fonctionnels de réponses, soit : la proportion d’espèces se reproduisant végétativement par drageonnement à partir de la couronne des racines, se reproduisant surtout de manière sexuée, dispersant leurs graines par les oiseaux et dispersant leurs graines par le vent. Les arbres résiduels persistants (présents en 2015 et en 1983) ne se sont toutefois pas révélés plus importants que les arbres reliques non-persistants (présents seulement en 2015). L’association entre les patrons des communautés forestières et les arbres résiduels suggère que ces derniers peuvent agir comme sources de propagules et favoriser le déplacement des animaux dispersant les propagules vers les forêts adjacentes, bien qu’ils pourraient aussi être le résultat de la dispersion des propagules en provenance de ces forêts. Dans les deux cas, les arbres reliques sont interconnectés avec les forêts dans le paysage et pourraient contribuer à leur mémoire écologique externe. Dans ce contexte, leur rôle ne devrait donc pas être négligé. En somme, cette thèse permet de faire progresser nos connaissances quant à la profondeur temporelle de la mémoire des communautés forestières suite à la modification du paysage qui les entoure. Elle illustre également les effets que peuvent avoir les perturbations historiques continues sur les communautés forestières actuelles et nous permet d’anticiper une perte de résilience des forêts face à de futures perturbations. Enfin, en explorant les liens qui unissent les arbres reliques situés en milieux perturbés aux communautés forestières, cette thèse pave également la voie à de futures études qui viseraient à déterminer plus précisément le rôle que pourraient jouer ces legs du paysage dans l’augmentation de la résilience et de la capacité d’adaptation des forêts dans un contexte de changements globaux. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : communautés d’arbres et d’arbustes, traits fonctionnels de réponses, mémoire écologique, structure et perturbations historiques du paysage, arbres reliques

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 (

La chaîne des Appalaches du nord a été façonnée par l'obduction d'ophiolites sur la marge laurentienne durant l'orogénie taconienne à l'Ordovicien, l'extension et le dépôt de séries sédimentaires durant le Siluro-Dévonien dans des bassins contemporains de l'orogénie salinique, et une collision continentale Laurentia-Avalon durant l'orogénie acadienne au Dévonien moyen. Les bassins sédimentaires tardi-à post-orogéniques reçoivent les détritus de l'orogène. L'étude géochronologique des minéraux détritiques (en U-Pb sur zircons et 39Ar/40Ar sur micas, par exemple) de ces bassins permet donc l'analyse des variations de la nature des sources d'érosion qui sont représentatives de la paléogéographie et de la tectonique ayant eu cours à la suite de l'orogénie. Dans les Appalaches du sud du Québec et du Vermont, ces bassins sont représentés essentiellement par les séries sédimentaires d'âge ordovicien supérieur à dévonien moyen : (1) du Groupe de Magog, une séquence flyschique reposant au sein du synclinorium de Saint-Victor dans le sud du Québec, et (2) des séries sédimentaires sus-jacentes de la Ceinture de Gaspé et de la Connecticut Valley Sequence reposant dans la fosse de Connecticut Valley-Gaspé (CVG) respectivement au Québec et en Nouvelle-Angleterre (USA). Au sein du synclinorium de Saint-Victor, l'étude géochronologique sur zircons détritiques du Groupe de Magog suggère que sa partie sommitale, la Formation de Saint-Victor, n'appartient pas exclusivement à l'Ordovicien tel que suggéré au préalable, mais s'étend jusque dans le Silurien (ca. 430 Ma). Une paraconformité correspondant à un hiatus ≤ 10 m.y. est identifiée à la base de la Formation de Saint-Victor. Cela reflèterait l'enregistrement par le Groupe de Magog d'une transition d'un bassin d'avant-arc syn-taconien déposé durant l'Ordovicien moyen à tardif vers un basin péri-continental syn-salinique déposé à partir de la fin Ordovicien-début Silurien. La provenance des sources de la sédimentation du Groupe de Magog est bimodale, incluant les ophiolites du sud du Québec et les roches sédimentaires adjacentes de la marge laurentienne au nord-ouest et les roches volcaniques du complexe d'Ascot, de Shelbourne Falls et les massifs de Bronson Hill au sud-est du bassin. La Formation de Frontenac, une unité présentant une composante volcanique importante et le pluton de East Inlet, tous deux affleurant au sud-est du bassin, sont présentement considérés comme les sources proximales les plus à même d'être responsables du dépôt des zircons les plus jeunes retrouvés vers le sommet de la Formation de Saint-Victor. Au sein de la fosse de CVG, l'analyse des zircons détritiques n'a rendu que peu d'échantillons comportant une population représentative de l'âge de sédimentation de la partie basale de la séquence (les formations d'Ayers Cliff et de Waits Rivers). Cela suggère que les sources siluro-dévoniennes affleurant aux alentours du bassin sédimentaire étaient submergées, un constat cohérent avec l'existence d'une importante transgression marine dans les Appalaches du Nord durant le Silurien et d'un contexte d'extension. Les parties sommitales de cette séquence (les formations de Compton et de Gile Mountain) ont respectivement rendu des âges maximums de déposition de ca. 413 Ma et ca. 401 Ma. La provenance de zircons et muscovites détritiques au sein de la fosse de CVG reflète, quant à elle, la transition du contexte d'extension syn-à tardi-salinique vers un environnement de bassin d'avant-pays lors des premiers stades de la compression acadienne ainsi que la contribution de sources crustales ayant préservé des épisodes métamorphiques grenvillien, taconien et salinique. L'étude structurale et métamorphique détaillée de la fosse de CVG met en lumière un contraste entre le sud du Québec et le Nord du Vermont. L'étude de ce contraste montre une augmentation de l'intensité du métamorphisme régional (de ca. 370°C à 500°C et de 4 à 9 kbar) et le développement progressif de structures pénétratives et polyphasées du nord (Québec) vers le sud (USA) de manière diachronique sur plus de 60 millions d'années durant l'orogénie acadienne. Le mécanisme majeur ayant contribué au développement d'un tel contraste est attribué à la présence prépondérante du Massif de Bronson Hill, un massif interprété comme le vestige d'un arc Ordovicien qui s'étend du Massachusetts au Maine, au sud-est de la fosse de CVG. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Appalaches du Québec et du Vermont, géochronologie détritique U-Pb sur zircon, géochronologie détritique et métamorphique 40Ar/39Ar sur micas, tectonique, stratigraphie, spectrométrie raman, modélisation de diagramme de phase

L'évolution paléozoïque des Appalaches a été ponctuée par l'obduction d'ophiolites sur la paléo-marge laurentienne durant l'Ordovicien moyen à supérieur. Les travaux présentés dans cette thèse visent à déterminer la nature et la chronologie des phénomènes tectono-sédimentaires associés à cette obduction, tels que préservée au sein de la chaîne taconienne du sud du Québec. Les roches cambriennes-ordoviciennes des Appalaches du sud du Québec sont divisées en deux zones lithotectoniques : les zones de Humber et de Dunnage, qui représentent, respectivement, les vestiges de la paléo-marge laurentienne et du domaine océanique adjacent. Une couverture sédimentaire silurienne-dévonienne, la Ceinture de Gaspé, masque toutefois une partie importante des terrains cambriens-ordoviciens. La zone de Dunnage inclut, d'ouest en est, une ceinture ophiolitique, le Mélange de Saint-Daniel, le Groupe de Magog et l'arc volcanique du Complexe d'Ascot. De nouvelles données stratigraphiques et géochronologiques 40Ar/39Ar et U-Pb sont présentées ici selon le contexte des Appalaches du sud du Québec et du Vermont afin de reconstituer et synthétiser l'évolution lithotectonique de la chaîne taconienne. Les travaux ont été concentrés sur le Mélange de Saint-Daniel et certaines unités sédimentaires et ophiolitiques qui lui sont associées dans les régions de la Beauce et du lac Memphrémagog : le Complexe ultramafique de la Rivière-des-Plante et l'ophiolite du LacBrompton, la Volcanite de Ware, la séquence de la Colline Bunker et le Groupe de Bolton. Le Complexe ultramafique de la Rivière-des-Plante, tout comme l'ophiolite du Lac-Brompton, sont composés de péridotite mantellique harzburgitique recoupée par des intrusions syn-tectoniques de granitoïde à muscovite et biotite. Ces granitoïdes sont interprétés comme résultant de la fusion partielle des roches sédimentaires de la marge continentale laurentienne durant l'obduction des ophiolites. Le Complexe ultramafique de la Rivière-des-Plante est corrélé stratigraphiquement avec les ophiolites de Thetford-Mines, d'Asbestos et de Lac-Brompton, qui sont collectivement interprétés comme faisant partie d'un même segment de lithosphère océanique obductée. Le Mélange de Saint-Daniel repose en discordance sur l'ensemble de ces massifs ophiolitiques et provient en partie de l'érosion des roches ophiolitiques et celles de la marge laurentienne. Cette discordance entaille profondément les ophiolites et atteint localement les unités continentales sous-jacentes. La séquence de la colline Bunker est divisée en un membre sédimentaire et un membre volcanique et, contrairement aux études précédentes, elle est exclue du Mélange de Saint-Daniel. Le membre sédimentaire peut être corrélé avec les roches métasédimentaires de la zone de Humber, tandis que le membre volcanique possède des affinités avec les unités inférieures du Groupe de Magog, ce qui est concordant avec sa position stratigraphique et un âge U-Pb de 455 ± 6 Ma qui a été obtenu pour ses roches volcanoclastiques. Le Groupe de Bolton est constitué de coulées basaltiques interstratifiées dans le Mélange de Saint-Daniel et d'intrusions mafiques qui le recoupent. La Volcanite de Ware est également interstratifiée dans le Mélange de Saint-Daniel, mais celle-ci est principalement de composition felsique. Nos travaux de géochronologie 40Ar/39 Ar sur le Complexe ultramafique de la Rivière-des-Plante et l'ophiolite du Lac-Brompton suggèrent qu'ils ont subi une histoire thermochronologique semblable à celle de l'ophiolite de Thetford-Mines. Suite à la cristallisation de la lithosphère océanique, l'obduction des ophiolites a été marquée par la formation des roches métamorphiques infraophiolitiques entre ca. 479 et 472 Ma, et s'est terminée vers 460-457 Ma, un âge qui correspond aux derniers stades de recristallisation et de déformation ductile dans la nappe ophiolitique et à la sédimentation du Mélange de Saint-Daniel. Nos données soulignent également un diachronisme dans l'abduction des ophiolites entre les régions de la Gaspésie et du sud du Québec, un phénomène qui est possiblement relié à la géométrie irrégulière de la zone de collision. La présence du Groupe de Bolton et de la Volcanite de Ware au sein du Mélange de Saint-Daniel peut être expliquée par un événement de délamination de la plaque subductée durant les stades tardifs de mise en place des ophiolites. Le Groupe de Magog repose sur le Mélange de Saint-Daniel à la faveur d'une discordance et ensemble ils forment un bassin avant-arc syn-collisionnel. Les provenances suggérées par la datation de zircons et muscovites détritiques provenant du Groupe de Magog et de la Formation de Compton (Ceinture de Gaspé) peuvent être entièrement réconciliées avec le contexte péri-laurentien de ces formations sédimentaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Appalaches du Québec, ophiolite, tectonique, abduction, mélange, Dunnage, stratigraphie, géochronologie, 40Ar/39Ar, U-Pb