Dynamique holocène de la végétation et des feux d’un paysage contemporain dominé par des espèces de début de succession au sein de la Pessière à mousses de l’Ouest du Québec

Dans le contexte d’études visant à établir des liens entre les paysages forestiers naturels actuels et la façon dont ils se sont transformés au cours de l’Holocène (variabilité naturelle), il est important de définir des stratégies sylvicoles qui répondent aux critères de la mise en place de l’aménagement écosystémique. Au sein du domaine bioclimatique de la pessière à mousses de l’Ouest du Québec, certains paysages forestiers sont aujourd’hui caractérisés par de vastes peuplements de début de succession dominés par le peuplier faux-tremble et le pin gris. Les objectifs de cette étude étaient 1) de reconstituer l’histoire postglaciaire de la végétation et des feux d’un secteur dominé par de tels peuplements, et 2) de préciser leur variabilité naturelle plurimillénaire. À cette fin, les paysages forestiers d’un territoire couvrant une superficie de 4000 km2 dans la région de la plaine du lac Matagami ont d’abord été caractérisés. Dans un deuxième temps, l’histoire de la végétation et des feux a été reconstituée à l’aide de l’analyse pollinique et anthracologique de deux tourbières. Les lieux de prélèvement des sédiments ont été choisis en fonction d’obtenir un enregistrement local et extra-local de l’histoire des forêts jouxtant chacune des tourbières. Les résultats montrent que la majeure partie de l’Holocène (7000 à 1000 ans A.A.) a été caractérisée des feux peu fréquents qui ont permis le maintien de paysages dominés par la pessière noire à sapin baumier. Au cours des 1000 dernières années, des feux plus fréquents et sans doute plus sévères et de plus grandes étendues ont provoqué une diminution de l’abondance du sapin et une augmentation des espèces de début de succession. Les feux du dernier millénaire seraient ainsi à l’origine des actuels peuplements de début de succession qui se maintiendraient selon une dynamique de récurrence.

Effet de la réduction et de la substitution du NaCl dans le Camembert sur la croissance de la microflore fongique d'affinage

Santé Canada encourage les transformateurs à réduire le contenu en NaCl dans plusieurs aliments, dont les fromages, puisque sa surconsommation est associée à plusieurs problèmes de santé. L’effet causé par la réduction du NaCl dans le Camembert, ou de sa substitution partielle par du KCl, sur la qualité globale de ce fromage n’est pas connu. Le but du projet visait à étudier la cinétique d’incorporation du sodium et du potassium lors du saumurage d’un Camembert commercial afin de produire des fromages réduits en NaCl et substitués par du KCl. Ces nouvelles conditions ont ensuite permis d’étudier le comportement des ferments fongiques d’affinage Penicillium camemberti et Geotrichum candidum. Les résultats ont démontré une modification du profil de croissance des deux espèces, plus accentuée chez G. candidum, en fonction des modifications salines apportées. L’impact causé par ces changements de comportement doit maintenant être évalué au niveau de l’activité spécifique des deux espèces.

Concrete deterioration due to sulfide-bearing aggregates

Dans la région de Trois-Rivières (Québec, Canada), plus de 1 000 bâtiments résidentiels et commerciaux montrent de graves problèmes de détérioration du béton. Les problèmes de détérioration sont liés à l’oxydation des sulfures de fer incorporés dans le granulat utilisé pour la confection du béton. Ce projet de doctorat vise à mieux comprendre les mécanismes responsables de la détérioration de béton incorporant des granulats contenant des sulfures de fer, et ce afin de développer une méthodologie pour évaluer efficacement la réactivité potentielle de ce type de granulats. Un examen pétrographique détaillé de carottes de béton extraites de fondations résidentielles montrant différents degré d’endommagement a été réalisé. Le granulat problématique contenant des sulfures de fer a été identifié comme un gabbro à hypersthène incorporant différentes proportions (selon les différentes localisations dans les deux carrières d’origine) de pyrrhotite, pyrite, chalcopyrite et pentlandite. Les produits de réaction secondaires observés dans les échantillons dégradés comprennent des formes minérales de "rouille", gypse, ettringite et thaumasite. Ces observations ont permis de déterminer qu’en présence d’eau et d’oxygène, la pyrrhotite s’oxyde pour former des oxyhydroxides de fer et de l’acide sulfurique qui provoquent une attaque aux sulfates dans le béton. Tout d’abord, la fiabilité de l’approche chimique proposée dans la norme européenne NF EN 12 620, qui consiste à mesurer la teneur en soufre total (ST,% en masse) dans le granulat pour détecter la présence (ou non) de sulfures de fer, a été évaluée de façon critique. Environ 50% (21/43) des granulats testés, représentant une variété de types de roches/lithologies, a montré une ST > 0,10%, montrant qu’une proportion importante de types de roches ne contient pas une quantité notable de sulfure, qui, pour la plupart d’entre eux, sont susceptibles d’être inoffensifs dans le béton. Ces types de roches/granulats nécessiteraient toutefois d’autres tests pour identifier la présence potentielle de pyrrhotite compte tenu de la limite de ST de 0,10 % proposée dans les normes européennes. Basé sur une revue exhaustive de la littérature et de nombreuses analyses de laboratoire, un test accéléré d’expansion sur barres de mortier divisé en deux phases a ensuite été développé pour reproduire, en laboratoire, les mécanismes de détérioration observés à Trois-Rivières. Le test consiste en un conditionnement de 90 jours à 80°C/80% RH, avec 2 cycles de mouillage de trois heures chacun, par semaine, dans une solution d’hypochlorite de sodium (eau de javel) à 6% (Phase I), suivi d’une période pouvant atteindre 90 jours de conditionnement à 4°C/100 % HR (Phase II). Les granulats ayant un potentiel d’oxydation ont présenté une expansion de 0,10 % au cours de la Phase I, tandis que la formation potentielle de thaumasite est détectée par le regain rapide de l’expansion suivi par la destruction des échantillons durant la Phase II. Un test de consommation d’oxygène a également été modifié à partir d’un test de Drainage Minier Acide, afin d’évaluer quantitativement le potentiel d’oxydation des sulfures de fer incorporés dans les granulats à béton. Cette technique mesure le taux de consommation d’oxygène dans la partie supérieure d’un cylindre fermé contenant une couche de matériau compacté afin de déterminer son potentiel d’oxydation. Des paramètres optimisés pour évaluer le potentiel d’oxydation des granulats comprennent une taille de particule inférieure à 150 μm, saturation à 40 %, un rapport de 10 cm d’épaisseur de granulat par 10 cm de dégagement et trois heures d’essai à 22ᵒC. Les résultats obtenus montrent que le test est capable de discriminer les granulats contenant des sulfures de fer des granulats de contrôle (sans sulfures de fer) avec un seuil limite fixé à 5% d’oxygène consommé. Finalement, un protocole d’évaluation capable d’estimer les effets néfastes potentiels des granulats à béton incorporant des sulfures de fer a été proposé. Le protocole est divisé en 3 grandes phases: (1) mesure de la teneur en soufre total, (2) évaluation de la consommation d’oxygène, et (3) un test accéléré d’expansion sur barres de mortier. Des limites provisoires sont proposées pour chaque phase du protocole, qui doivent être encore validées par la mise à l’essai d’un plus large éventail de granulats.

Évolution naturelle des savanes mises en défens à Ibi-village, sur le plateau des Bateke, en République Démocratique du Congo

En République Démocratique du Congo (RDC), les savanes couvrent 76,8 millions d’hectares et constituent le second type d’écosystème après les forêts denses qui représentent 10% des forêts au niveau mondial. Ces formations herbeuses et arbustives offrent des potentialités importantes de séquestration du dioxyde de carbone pouvant contribuer par le fait même à la lutte contre le réchauffement climatique. C’est dans cette optique que se situe cette thèse intitulée « Évolution naturelle de savanes mises en défens à Ibi-village sur le plateau des Bateke en République Démocratique du Congo» dans le cadre du projet puits carbone d’IBI-Bateke. L’objectif général de notre recherche est d’étudier l’évolution naturelle en absence de feu de savanes situées dans des zones climatiques avec précipitations abondantes. Le plateau des Bateke nous a servi d’analyse de cas. Les inventaires floristiques et dendrométriques de la strate arbustive et arborescente de nos dispositifs hiérarchiques, ont permis de suivre ce processus naturel en tenant compte du gradient écologique dans les trois types de formations végétales (îlot forestier, la galerie forestière et la plantation d’Acacia auriculiformis). Nous avons mis en défens des savanes arbustives du plateau des Bateke pour étudier leur évolution naturelle vers une forêt, leur établissement, qualité, régénération forestière et en déterminer le taux de séquestration du carbone à l’aide des équations allométriques de Chave et al. (2005). Nous avons obtenu des valeurs moyennes de 107,477 t/ha de biomasse totale soit 51,05 Mg C/ha dans la galerie forestière, 103,772 t/ha de biomasse totale soit 49,29 Mg C/ha dans l’Îlot forestier, et 22,336 t/ha de biomasse totale soit 10,60 Mg C/ha dans la plantation. La mise en défens a stimulé l’installation des espèces forestières, et par le fait même accéléré la production de biomasse et donc la fixation de carbone. La comparaison de la richesse et la diversité spécifiques de l’Îlot et la galerie montre 22 familles botaniques inventoriées avec 55 espèces dans l’îlot forestier contre 27 familles dont 58 espèces dans la galerie. L’analyse canonique réalisée entre les variables de croissance et les variables environnementales révèle qu’il existe effectivement des relations fortes d’interdépendance entre les deux groupes de variables considérées. Cette méthodologie appropriée à la présente étude n’avait jamais été évoquée ni proposée par des études antérieures effectuées par d’autres chercheurs au plateau des Bateke. Mots Clés : Galerie forestière, Îlot forestier, mise en défens, plantation d’Acacia auriculiformis, reforestation, régénération naturelle, République Démocratique du Congo, savanes.

Influence des conditions climatiques sur la croissance du sapin baumier et de l'épinette noire

L’effet du climat sur la croissance de la végétation est depuis longtemps un fait acquis. Les changements climatiques globaux ont entrainé une augmentation des efforts de recherche sur l’impact de ces changements en milieux naturels, à la fois en termes de distribution et d’abondance des espèces, mais également à travers l’étude des rendements des espèces commerciales. La présente étude vise à déterminer, à travers l’utilisation de relevés dendrochronologiques, les effets de variables climatiques sur la croissance de l’épinette noire et du sapin baumier à l’échelle de la forêt boréale du Québec. Le but est d’identifier les principaux modificateurs climatiques responsables de la croissance des peuplements boréaux en fonction de leur âge et de leur localisation. Se focalisant sur un modèle non-linéaire des moindres carrés incorporant les modificateurs climatiques et un modificateur d’âge, la modélisation de la croissance en surface terrière en fonction de ces critères a permis de détecter des différences entre le sapin baumier et l’épinette noire. Les résultats montrent que les deux espèces réagissent surtout à la longueur de la saison de croissance et aux températures estivales maximales. L’épinette noire semble également plus sensible aux conditions de sécheresse. Les modèles basés sur l’âge ainsi que sur la localisation le long d’un gradient nord-sud révèlent quelques différences, notamment concernant la réaction plus prononcée des jeunes peuplements au climat, en particulier aux températures, tandis que les vieux peuplements sont sensibles au rayonnement solaire. L’étude démontre tout de même une relative indépendance de l’épinette vis-à-vis du gradient latitudinal, à l’inverse du sapin. Les résultats permettent de discuter des modifications de productivité de ces espèces liées à l’allongement de la saison de croissance (gain pour les deux essences) et aux températures croissantes en conjonction avec les précipitations (perte due à la sécheresse pour l’épinette), dans un contexte de changements climatiques.

Integrating functional connectivity and climate change in the design of protected area networks

Le rapide déclin actuel de la biodiversité est inquiétant et les activités humaines en sont la cause directe. De nombreuses aires protégées ont été mises en place pour contrer cette perte de biodiversité. Afin de maximiser leur efficacité, l’amélioration de la connectivité fonctionnelle entre elles est requise. Les changements climatiques perturbent actuellement les conditions environnementales de façon globale. C’est une menace pour la biodiversité qui n’a pas souvent été intégrée lors de la mise en place des aires protégées, jusqu’à récemment. Le mouvement des espèces, et donc la connectivité fonctionnelle du paysage, est impacté par les changements climatiques et des études ont montré qu’améliorer la connectivité fonctionnelle entre les aires protégées aiderait les espèces à faire face aux impacts des changements climatiques. Ma thèse présente une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées tout en tenant compte des changements climatiques et de la connectivité fonctionnelle. Mon aire d’étude est la région de la Gaspésie au Québec (Canada). La population en voie de disparition de caribou de la Gaspésie-Atlantique (Rangifer tarandus caribou) a été utilisée comme espèce focale pour définir la connectivité fonctionnelle. Cette petite population subit un déclin continu dû à la prédation et la modification de son habitat, et les changements climatiques pourraient devenir une menace supplémentaire. J’ai d’abord construit un modèle individu-centré spatialement explicite pour expliquer et simuler le mouvement du caribou. J’ai utilisé les données VHF éparses de la population de caribou et une stratégie de modélisation patron-orienté pour paramétrer et sélectionner la meilleure hypothèse de mouvement. Mon meilleur modèle a reproduit la plupart des patrons de mouvement définis avec les données observées. Ce modèle fournit une meilleure compréhension des moteurs du mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi qu’une estimation spatiale de son utilisation du paysage dans la région. J’ai conclu que les données éparses étaient suffisantes pour ajuster un modèle individu-centré lorsqu’utilisé avec une modélisation patron-orienté. Ensuite, j’ai estimé l’impact des changements climatiques et de différentes actions de conservation sur le potentiel de mouvement du caribou. J’ai utilisé le modèle individu-centré pour simuler le mouvement du caribou dans des paysages hypothétiques représentant différents scénarios de changements climatiques et d’actions de conservation. Les actions de conservation représentaient la mise en place de nouvelles aires protégées en Gaspésie, comme définies par le scénario proposé par le gouvernement du Québec, ainsi que la restauration de routes secondaires à l’intérieur des aires protégées. Les impacts des changements climatiques sur la végétation, comme définis dans mes scénarios, ont réduit le potentiel de mouvement du caribou. La restauration des routes était capable d’atténuer ces effets négatifs, contrairement à la mise en place des nouvelles aires protégées. Enfin, j’ai présenté une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées efficaces et j’ai proposé des nouvelles aires protégées à mettre en place en Gaspésie afin de protéger la biodiversité sur le long terme. J’ai créé de nombreux scénarios de réseaux d’aires protégées en étendant le réseau actuel pour protéger 12% du territoire. J’ai calculé la représentativité écologique et deux mesures de connectivité fonctionnelle sur le long terme pour chaque réseau. Les mesures de connectivité fonctionnelle représentaient l’accès général aux aires protégées pour le caribou de la Gaspésie-Atlantique ainsi que son potentiel de mouvement à l’intérieur. J’ai utilisé les estimations de potentiel de mouvement pour la période de temps actuelle ainsi que pour le futur sous différents scénarios de changements climatiques pour représenter la connectivité fonctionnelle sur le long terme. Le réseau d’aires protégées que j’ai proposé était le scénario qui maximisait le compromis entre les trois caractéristiques de réseau calculées. Dans cette thèse, j’ai expliqué et prédit le mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique sous différentes conditions environnementales, notamment des paysages impactés par les changements climatiques. Ces résultats m’ont aidée à définir un réseau d’aires protégées à mettre en place en Gaspésie pour protéger le caribou au cours du temps. Je crois que cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur le comportement de mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi que sur les actions de conservation qui peuvent être prises en Gaspésie afin d’améliorer la protection du caribou et de celle d’autres espèces. Je crois que la méthode présentée peut être applicable à d’autres écosystèmes aux caractéristiques et besoins similaires.

Diversité microbienne associée au cycle du méthane dans les mares de fonte du pergélisol subarctique

La fonte et l’effondrement du pergélisol riche en glace dans la région subarctique du Québec ont donné lieu à la formation de petits lacs (mares de thermokarst) qui émettent des gaz à effet de serre dans l’atmosphère tels que du dioxyde de carbone et du méthane. Pourtant, la composition de la communauté microbienne qui est à la base des processus biogéochimiques dans les mares de fonte a été très peu étudiée, particulièrement en ce qui concerne la diversité et l’activité des micro-organismes impliqués dans le cycle du méthane. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier la diversité phylogénétique et fonctionnelle des micro-organismes dans les mares de fonte subarctiques en lien avec les caractéristiques de l’environnement et les émissions de méthane. Pour ce faire, une dizaine de mares ont été échantillonnées dans quatre vallées situées à travers un gradient de fonte du pergélisol, et disposant de différentes propriétés physico-chimiques. Selon les vallées, les mares peuvent être issues de la fonte de palses (buttes de tourbe, à dominance organique) ou de lithalses (buttes de sol à dominance minérale) ce qui influence la nature du carbone organique disponible pour la reminéralisation microbienne. Durant l’été, les mares étaient fortement stratifiées; il y avait un fort gradient physico-chimique au sein de la colonne d’eau, avec une couche d’eau supérieure oxique et une couche d’eau profonde pauvre en oxygène ou anoxique. Pour identifier les facteurs qui influencent les communautés microbiennes, des techniques de séquençage à haut débit ont été utilisées ciblant les transcrits des gènes de l’ARNr 16S et des gènes impliqués dans le cycle du méthane : mcrA pour la méthanogenèse et pmoA pour la méthanotrophie. Pour évaluer l’activité des micro-organismes, la concentration des transcrits des gènes fonctionnels a aussi été mesurée avec des PCR quantitatives (qPCR). Les résultats montrent une forte dominance de micro-organismes impliqués dans le cycle du méthane, c’est-à-dire des archées méthanogènes et des bactéries méthanotrophes. L’analyse du gène pmoA indique que les bactéries méthanotrophes n’étaient pas seulement actives à la surface, mais aussi dans le fond de la mare où les concentrations en oxygène étaient minimales; ce qui est inattendu compte tenu de leur besoin en oxygène pour consommer le méthane. En général, la composition des communautés microbiennes était principalement influencée par l’origine de la mare (palse ou lithalse), et moins par le gradient de dégradation du pergélisol. Des variables environnementales clefs comme le pH, le phosphore et le carbone organique dissous, contribuent à la distinction des communautés microbiennes entre les mares issues de palses ou de lithalses. Avec l’intensification des effets du réchauffement climatique, ces communautés microbiennes vont faire face à des changements de conditions qui risquent de modifier leur composition taxonomique, et leurs réponses aux changements seront probablement différentes selon le type de mares. De plus, dans le futur les conditions d’oxygénation au sein des mares seront soumises à des modifications majeures associées avec un changement dans la durée des périodes de fonte de glace et de stratification. Ce type de changement aura un impact sur l’équilibre entre la méthanogenèse et la méthanotrophie, et affectera ainsi les taux d’émissions de méthane. Cependant, les résultats obtenus dans cette thèse indiquent que les archées méthanogènes et les bactéries méthanotrophes peuvent développer des stratégies pour survivre et rester actives au-delà des limites de leurs conditions d’oxygène habituelles.

Dynamique d’une population faunique en expansion sous différents scénarios climatiques : le dindon sauvage (Meleagris gallopavo)

Les changements climatiques récents ont mené à l’expansion de la répartition de plusieurs espèces méridionales, mais ont aussi causé l’extinction locale d’espèces se retrouvant à la limite de leur tolérance environnementale. Ces populations en expansion peuvent favoriser différentes stratégies d’histoire de vie en répondant à différents facteurs limitants. Dans cette thèse, je vise à déterminer et quantifier l’effet du climat et des évènements extrêmes sur le cycle de vie complet d’une espèce en expansion (le dindon sauvage) pour comprendre les changements au niveau populationnel ainsi que les mécanismes impliqués dans l’expansion de la distribution d’une espèce. J’ai défini les évènements extrêmes de pluie, d’épaisseur de neige au sol et de température, comme un évènement dont la fréquence est plus rare que le 10e et 90e percentile. En utilisant l’approche « Measure-Understand-Predict » (MUP), j’ai tout d’abord suivi trois populations le long d’un gradient latitudinal de sévérité hivernale pour mesurer l’effet de variables météorologiques sur la dynamique des populations. La survie des dindons sauvages diminuait drastiquement lorsque l’accumulation de neige au sol dépassait 30 cm pour une période de 10 jours et diminuait également avec la température. Au printemps, la persistance de la neige affectait négativement le taux d’initiation de la nidification et l’augmentation de la pluie diminuait la survie des nids. Dans une deuxième étape, j’ai examiné l’impact des évènements climatiques extrêmes et des processus démographiques impliqués dans l’expansion du dindon, liés à la théorie des histoires de vie pour comprendre la relation entre la dynamique de ces populations en expansions avec le climat. J’ai démontré que la fréquence des évènements extrêmes hivernaux et, d’une façon moins importante, les évènements extrêmes estivaux limitaient l’expansion nordique des dindons sauvages. J’ai appuyé, à l’aide de données empiriques et de modélisation, les hypothèses de la théorie classique des invasions biologiques en montrant que les populations en établissement priorisaient les paramètres reproducteurs tandis que la survie adulte était le paramètre démographique affectant le plus la dynamique des populations bien établies. De plus, les populations les plus au nord étaient composées d’individus plus jeunes ayant une espérance de vie plus faible, mais avaient un potentiel d’accroissement plus élevé que les populations établies, comme le suggère cette théorie. Finalement, j’ai projeté l’impact de la récolte sur la dynamique des populations de même que le taux de croissance de cette espèce en utilisant les conditions climatiques futures projetées par les modèles de l’IPCC. Les populations en établissement avaient un taux de récolte potentiel plus élevé, mais la proportion de mâles adultes, possédant des caractéristiques recherchées par les chasseurs, diminuait plus rapidement que dans les populations établies. Dans le futur, la fréquence des évènements extrêmes de pluie devrait augmenter tandis que la fréquence des évènements extrêmes de température hivernale et d’accumulation de neige au sol devraient diminuer après 2060, limitant probablement l’expansion nordique du dindon sauvage jusqu’en 2100. Cette thèse améliore notre compréhension des effets météorologiques et du climat sur l’expansion de la répartition des espèces ainsi que les mécanismes démographiques impliqués, et nous a permis de prédire la probabilité de l’expansion nordique de la répartition du dindon sauvage en réponse aux changements climatiques.

Influence du climat, de la disponibilité des ressources et de la taille des populations sur la phénologie et les patrons de migration du caribou migrateur, "Rangifer tarandus"

De nombreuses populations migratrices sont actuellement en déclin. Les changements climatiques entrainent des modifications dans les habitats des espèces migratrices et la phénologie des processus naturels, lesquels se répercutent sur la migration, une période critique pour ces espèces. Comprendre comment les variables environnementales et climatiques affectent la phénologie et les patrons de migration est donc crucial. Ma thèse s’intéresse à l’impact du climat, des ressources alimentaires et de la compétition sur les migrations printanières et automnales des caribous migrateurs, Rangifer tarandus, des troupeaux Rivière-George (TRG) et Rivière-aux-Feuilles (TRF) du Nord-du-Québec et du Labrador. Le premier volet de ma thèse propose une approche objective, basée sur la détection des changements dans la structure des déplacements saisonniers, pour identifier les dates de départ et arrivée en migration. Validée à l’aide de trajets simulés, elle a été appliquée aux migrations printanières et automnales de femelles caribous. Le second volet porte sur l’impact des conditions environnementales sur la phénologie des migrations de printemps et d’automne. Il montre que la phénologie de la migration est principalement affectée par les conditions climatiques rencontrées lors de la migration, les conditions d’enneigement affectant notamment les coûts des déplacements. Au printemps, les caribous subissent des conditions défavorables lorsque la fonte des neiges est précoce. À l’automne, ils semblent ajuster leurs déplacements et migrent plus vite quand la neige débute tôt pour limiter les coûts de déplacement dans une neige profonde. Le troisième volet porte sur les patrons de migration à l’automne et montre que ceux-ci sont affectés essentiellement par une compétition intra- et inter-troupeaux pour les aires d’hivernages. Les caribous du TRG répondent à une augmentation de la compétition sur les aires les plus proches de l’aire de mise bas, liée à une taille de population élevée, en migrant préférentiellement vers les aires les plus éloignées. L’utilisation des aires hivernales par les caribous du TRF est, quant à elle, contrainte par la présence et l’abondance du TRG, cette contrainte diminuant à mesure que le TRG décline et abandonne les migrations vers les aires d’hivernages communes aux deux troupeaux. Cette thèse améliore notre compréhension de l’influence des facteurs environnementaux sur la phénologie et les patrons de migration du caribou migrateur. Ces connaissances sont très utiles pour comprendre l’impact des changements climatiques et établir les plans de conservation pour les espèces migratrices.

Mise en valeur des résidus du concentrateur de la mine Niobec par la flottaison de l’apatite

L’usine Niobec traite un minerai de pyrochlore porteur de niobium pour produire le ferro-niobium utilisé pour la fabrication d’acier. L’usine récupère environ 60% des minéraux de niobium. Les rejets contiennent du niobium et d’autres espèces minérales potentiellement valorisables. Les travaux présentés dans ce mémoire visent à identifier les espèces pouvant être valorisées dans les rejets de Niobec dont les plus prometteurs sont les éléments de terres rares, les minéraux de niobium et l’apatite. Dans le but de concentrer l’apatite des rejets de l’usine, une analyse chimique des rejets a permis de cibler comme flux d’intérêt les particules de dimension supérieure à 0,038mm dans le concentré de carbonates et les rejets du circuit de flottation du pyrochlore. La méthode utilisée pour valoriser les phosphates est la flottation. Les meilleurs résultats ont été obtenus par flottation directe des minéraux de phosphate du concentré de carbonates dans les rejets de Niobec. Le collecteur utilisé est un acide gras de type AERO 6493 avec un mélange d’amidon de tapioca et de NaOH utilisé comme déprimant pour les carbonates. Ces conditions ont permis de produire un concentré d’apatite titrant entre 30 à 32 % P2O5 avec un rendement de 50 à 60% du P2O5 contenue dans le concentré de carbonates. La teneur en MgO dans le concentré d’apatite est comprise entre 3 et 4% comparativement à 15% dans l’alimentation. Puisque le MgO est principalement associé à la dolomie ces résultats confirment une bonne dépression de ce minéral lors de la flottation de l’apatite du concentré de carbonates. La flottation de l’apatite à partir des rejets du pyrochlore n’a pas permis d’obtenir un concentré de valeur commerciale. Le meilleur résultat obtenu lors des essais de flottation sur les rejets pyrochlore correspond à une teneur de 14%avec un rendement de 53% P2O5. Les résultats obtenus montrent toutefois le potentiel associé à la récupération des minéraux de phosphates et justifient la poursuite des travaux, cette fois, moins exploratoires que les travaux rapportés dans ce mémoire.

Dynamique de l'oxygène et l'activité microbienne dans les lacs de fonte du pergélisol subarctique

Les lacs de thermokarst (lacs peu profonds créés par le dégel et l’érosion du pergélisol riche en glace) sont un type unique d’écosystèmes aquatiques reconnus comme étant de grands émetteurs de gaz à effet de serre vers l’atmosphère. Ils sont abondants dans le Québec subarctique et ils jouent un rôle important à l’échelle de la planète. Dans certaines régions, les lacs de thermokarst se transforment rapidement et deviennent plus grands et plus profonds. L’objectif de cette étude était d’améliorer la compréhension et d’évaluer quelles variables sont déterminantes pour la dynamique de l’oxygène dans ces lacs. C’est pourquoi j’ai examiné les possibles changements futurs de la dynamique de l’oxygène dans ces lacs dans un contexte de réchauffement climatique. Une grande variété de méthodes ont été utilisées afin de réaliser cette recherche, dont des analyses in situ et en laboratoire, ainsi que la modélisation. Des capteurs automatisés déployés dans cinq lacs ont mesuré l’oxygène, la conductivité et la température de la colonne d’eau en continu de l’été 2012 jusqu’à l’été 2015, à des intervalles compris entre 10 à 60 minutes. Des analyses en laboratoire ont permis de déterminer la respiration et les taux de production bactériens, les variables géochimiques limnologiques, ainsi que la distribution de la production bactérienne entre les différentes fractions de taille des communautés. La température de l’eau et les concentrations d’oxygène dissous d’un lac de thermokarst ont été modélisées avec des données du passé récent (1971) au climat futur (2095), en utilisant un scénario modéré (RCP 4.5) et un scénario plus extrême (RCP 8.5) de réchauffement climatique. Cette recherche doctorale a mis en évidence les conditions anoxiques fréquentes et persistantes présentes dans de nombreux lacs de thermokarst. Aussi, ces lacs sont stratifiés pendant l’hiver comme des concentrations élevées d’ions s’accumulent dans leurs hypolimnions à cause de la formation du couvert de glace (cryoconcentration) et de la libération des ions avec la respiration bactérienne. Les différences de température contribuent également à la stabilité de la stratification. La dynamique de mélange des lacs de thermokarst étudiés était contrastée : la colonne d’eau de certains lacs se mélangeait entièrement deux fois par année, d’autres lacs se mélangeaient qu’une seule fois en automne, alors que certains lacs ne se mélangeaient jamais entièrement. Les populations bactériennes étaient abondantes et très actives, avec des taux respiratoires comparables à ceux mesurés dans des écosystèmes méso-eutrophes ou eutrophes des zones tempérées de l’hémisphère nord. L’érosion des matériaux contenus dans le sol des tourbières pergélisolées procure un substrat riche en carbone et en éléments nutritifs aux populations bactériennes, et ils constituent des habitats propices à la colonisation par des populations de bactéries associées aux particules. Le modèle de la concentration d’oxygène dissous dans un lac a révélé que le réchauffement des températures de l’air pourrait amincir le couvert de glace et diminuer sa durée, intensifiant le transfert de l’oxygène atmosphérique vers les eaux de surface. Ainsi, la concentration en oxygène dissous dans la colonne d’eau de ce lac augmenterait et les périodes de conditions anoxiques pourraient devenir plus courtes. Finalement, cette thèse doctorale insiste sur le rôle des lacs de thermokarst comme des réacteurs biogéochimiques pour la dégradation du carbone organique, qui était retenu dans les sols gelés, en gaz à effet de serre libérés dans l’atmosphère. L’oxygène est un indicateur sensible du mélange de la colonne d’eau et de la dynamique chimique des lacs, en plus d’être une variable clé des processus métaboliques.

L’étendue et l’abondance en Amérique du Nord de plantes exotiques : explication par l’aire de répartition d’origine eurasiatique

Les espèces végétales exotiques peuvent devenir envahissantes une fois naturalisées sur un nouveau territoire. La méthode de lutte la plus efficace étant la prévention, il est primordial de pouvoir prédire à l’avance si une nouvelle espèce introduite deviendra envahissante. Afin d’en arriver à un outil d’aide à la décision facile d’utilisation, il importe de développer des modèles plus simples, ayant peut-être un pouvoir explicatif moins grand, mais qui seront par contre plus faciles à comprendre et à utiliser. Il est possible de simplifier un modèle en utilisant moins de variables mais en les choisissant mieux, sur une base théorique. Le but de ce mémoire est donc de tester la force de la relation liant l’aire de répartition d’origine eurasiatique avec l’abondance et l’étendue de l’aire de répartition d’introduction en Amérique du Nord. La variable explicative principale, l’aire de répartition d’origine eurasiatique, a été utilisée avec deux autres covariables, soit le temps de résidence sur le continent nord-américain et le cycle de vie des espèces afin de bâtir un modèle statistique. Ce dernier a été testé à deux échelles géographiques, soit à l’échelle d’un pays entier, les États-Unis, et à une échelle plus régionale. L’utilisation de spécimens d’herbier et d’autres sources de données disponibles en ligne a permis de construire une base de données comportant un grand nombre d’espèces (N = 481). Les modèles ont révélé qu’avec peu de variables explicatives, il est possible d’expliquer une proportion importante du phénomène d’envahissement et d’abondance (> 40 %) dans certaines régions des États-Unis. Cette recherche contribue au développement d’un outil d’aide à la décision simple et démontre qu’il est possible d’expliquer une partie importante le phénomène d’abondance et d’étendue des espèces exotiques grâce à des données disponibles et à un petit nombre de variables bien sélectionnées.

Optical emission spectroscopy as a process-monitoring tool in PECVD of amorphous carbon coatings

Dans ce projet de recherche, le dépôt des couches minces de carbone amorphe (généralement connu sous le nom de DLC pour Diamond-Like Carbon en anglais) par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapor deposition en anglais) a été étudié en utilisant la Spectroscopie d’Émission Optique (OES) et l’analyse partielle par régression des moindres carrés (PLSR). L’objectif de ce mémoire est d’établir un modèle statistique pour prévoir les propriétés des revêtements DLC selon les paramètres du procédé de déposition ou selon les données acquises par OES. Deux séries d’analyse PLSR ont été réalisées. La première examine la corrélation entre les paramètres du procédé et les caractéristiques du plasma pour obtenir une meilleure compréhension du processus de dépôt. La deuxième série montre le potentiel de la technique d’OES comme outil de surveillance du procédé et de prédiction des propriétés de la couche déposée. Les résultats montrent que la prédiction des propriétés des revêtements DLC qui était possible jusqu’à maintenant en se basant sur les paramètres du procédé (la pression, la puissance, et le mode du plasma), serait envisageable désormais grâce aux informations obtenues par OES du plasma (particulièrement les indices qui sont reliées aux concentrations des espèces dans le plasma). En effet, les données obtenues par OES peuvent être utilisées pour surveiller directement le processus de dépôt plutôt que faire une étude complète de l’effet des paramètres du processus, ceux-ci étant strictement reliés au réacteur plasma et étant variables d’un laboratoire à l’autre. La perspective de l’application d’un modèle PLSR intégrant les données de l’OES est aussi démontrée dans cette recherche afin d’élaborer et surveiller un dépôt avec une structure graduelle.

Effets directs et indirects de la prédation sur les lemmings dans l’Arctique canadien.

Les populations caractérisées par des fluctuations cycliques ont fasciné et continuent de générer un grand intérêt chez la communauté scientifique en raison de la complexité des facteurs de régulation qui en sont responsables. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer ces fluctuations cycliques mais aucun consensus n’a encore été atteint malgré près de 100 ans de recherche. La disponibilité de la nourriture et les effets sociaux (e.g. interactions compétitives) ont été proposés comme facteurs responsables de cycles de certaines espèces. Toutefois, la prédation est probablement le facteur le plus susceptible de causer des fluctuations cycliques chez les populations fauniques en raison de son effet dépendant de la densité avec délai. Un tandem circulaire de raréfaction et densification des prédateurs et des proies par des effets directs (i.e. mortalités) seraient à l’origine des cycles d’abondance. De plus, de récentes études montrent que les effets indirects (comme le stress) de la prédation pourraient être aussi importants que les effets directs pour générer les fluctuations cycliques. Cette thèse vise à identifier les effets directs et indirects de la prédation qui affectent la population de lemmings bruns de l’Île Bylot, Nunavut, caractérisée par des cycles d’abondance de 3-4 ans. Pour ce faire, nous avons d’abord comparé la plausibilité de l’hypothèse de la limitation par nourriture vis-à-vis l’hypothèse de la prédation en déterminant la chronologie saisonnière des cycles des lemmings. Ensuite, nous avons construit en 2012-2013 une clôture de 9 ha coiffée d’un filet anti-prédateur aviaire dans lequel nous avons piégé les lemmings de 2013 à 2015. Une deuxième grille de trappage sans clôture a été utilisée à des fins de comparaisons. Ces deux grilles étaient actives dès 2008, ce qui nous a permis d’avoir un contrôle pré-expérimental pour les données démographiques (effets directs). En 2014 et 2015, nous avons récolté les fèces des lemmings dans les deux grilles de trappage afin de quantifier les métabolites d’hormones de stress. Une validation de la mesure des métabolites fécales des glucocorticoïdes (i.e. hormones de stress) a été menée afin de mesurer le stress des lemmings de façon non-invasive. Les résultats sont clairs : (1) le déclin des lemmings se produit à la fin de l’été alors que les prédateurs sont au plus fort de leur abondance et pas à la fin de l’hiver, supportant ainsi l’hypothèse de la limitation par la prédation. Nos résultats suggèrent aussi (2) que les lemmings à l’intérieur de la clôture avaient une survie plus élevée qu’à l’extérieur, favorisant ainsi une croissance plus forte de la population. Ensuite, (3) les lemmings ont montré des niveaux de stress plus faibles sans prédation sans toutefois que cela ait un impact sur leur reproduction. À la lumière des résultats de cette thèse et en les comparant avec deux autres études ayant aussi réduit expérimentalement l’abondance des prédateurs dans la toundra arctique, nous pouvons conclure que la prédation est la force trophique dominante de régulation de l’abondance des lemmings. Cette étude montre également que le stress induit par la prédation est insuffisant pour avoir un impact sur la dynamique des lemmings en été, soit pendant la saison où la prédation est maximale. Il est possible que cette absence d’effet soit une réponse adaptative des lemmings pour maintenir une reproduction élevée face à une prédation élevée, et ainsi maximiser leur aptitude phénotypique.

Foresterie urbaine : recensement mondial des publications, situation actuelle et besoins de recherche des municipalités canadiennes

L’arbre en ville offre plusieurs bienfaits, et ce, même s’il est souvent confronté à des conditions de vie difficiles. Au cours des années, la foresterie urbaine a suscité plusieurs travaux de recherches. Ce projet visait à faire un recensement des publications scientifiques de recherche en foresterie urbaine, à faire l’état de la situation des municipalités en matière de foresterie urbaine et à identifier les besoins de recherche en foresterie urbaine des municipalités canadiennes de 5 000 habitants et plus. Le premier objectif a été réalisé en utilisant plusieurs bases de données d’articles scientifiques et des mots clefs en foresterie urbaine. Un sondage pancanadien a permis de réaliser les deux autres objectifs. Le recensement que nous avons effectué des publications en foresterie urbaine depuis 1800 a montré, comme pour les publications scientifiques en général, mais de façon encore plus marquée, un accroissement de leur nombre ces dernières années. Ce recensement a aussi permis de révéler que les préoccupations de recherche touchent surtout l’effet des arbres sur la santé humaine et la qualité de l’air. L’identification des besoins de recherche réalisée auprès des responsables des espaces verts a permis de constater qu’il y avait toujours place pour la recherche dans ce domaine. Les municipalités veulent connaître, entre autres, quelles espèces d’arbres sont adaptées à l’environnement urbain, quel est l’effet des arbres sur le ruissellement des eaux de pluie et sur la santé humaine. Nous avons aussi constaté qu’il y avait un manque de transfert de connaissances entre les chercheurs et les responsables d’espaces verts ou que les recherches menées ne répondent pas aux besoins exprimés par les répondants. Le présent mémoire a permis de mieux cerner les besoins de recherche des municipalités canadiennes et permettra aux chercheurs de mieux définir les priorités de recherche en foresterie urbaine.