Impact des perturbations anthropiques sur la végétation du complexe de milieux humides des Tourbières-de-Lanoraie

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Dynamique des communautés végétales et impacts des perturbations humaines sur la végétation des tourbières.

Ce mémoire visait à comprendre la dynamique temporelle et les patrons floristiques actuels de deux tourbières du sud-ouest du Québec (Small et Large Tea Field) et à identifier les facteurs anthropiques, environnementaux et spatiaux sous-jacents. Pour répondre aux objectifs, des inventaires floristiques anciens (1985) ont d’abord été comparés à des inventaires récents (2012) puis les patrons actuels et les facteurs sous-jacents ont été identifiés à l’aide d’analyses multi-variables. Mes résultats montrent d’abord qu’un boisement important s’est produit au cours des 30 dernières années dans les tourbières à l’étude, probablement en lien avec le drainage des terres agricoles avoisinantes, diminuant la hauteur de la nappe phréatique. Simultanément, les sphaignes ont proliférées dans le centre des sites s’expliquant par une recolonisation des secteurs ayant brûlés en 1983. D’autre part, mes analyses ont montré que les patrons floristiques actuels étaient surtout liés aux variables environnementales (pH et conductivité de l’eau, épaisseur des dépôts), bien que la variance associée aux activités humaines était aussi significative, notamment dans la tourbière Large (18.6%). Les patrons floristiques ainsi que les variables environnementales et anthropiques explicatives étaient aussi fortement structurés dans l’espace, notamment selon un gradient bordure-centre. Enfin, la diversité béta actuelle était surtout liée à la présence d’espèces non-tourbicoles ou exotiques. Globalement, cette étude a montré que les perturbations humaines passées et actuelles avaient un impact important sur la dynamique et la distribution de la végétation des tourbières Small et Large Tea Field.

Réponse de la communauté de mollusques aux perturbations physiques et chimiques dans un grand lac fluvial (Lac Saint-Pierre, Fleuve Saint-Laurent, QC)

Les mollusques sont des indicateurs de perturbations anthropiques et environnementales. Ce groupe de macroinvertébrés représente en outre une source importante de nourriture pour les poissons et les oiseaux aquatiques du littoral. Les hypothèses de cette étude sont que la communauté de mollusques est influencée indirectement par les tributaires agricoles et/ou par des variables environnementales (comme la dessiccation et l'exposition aux vagues) puisque ces perturbations sont susceptibles de modifier leurs sources alimentaires et leur habitat. Les indicateurs de la réponse des mollusques aux agents perturbateurs sont la composition, la diversité, la densité, ainsi que la biomasse des espèces. En septembre 2013, des mesures de paramètres physico-chimiques de l'eau ont été réalisées, et des échantillons de mollusques et de végétation aquatique ont été prélevés à 14 sites le long des rives du lac Saint-Pierre (Fleuve Saint-Laurent, Québec, Canada). Le long de la rive nord, les sites fortement exposés à l'action du vent, situés à de plus grandes élévations, affichaient une plus faible densité, biomasse et richesse spécifique de mollusques que les sites de la rive sud, en milieu plus abrité et profond. Les sites physiquement perturbés étaient caractérisés par de faibles biomasses en macrophytes submergés. Les sphaeriidae apparaissent comme des exceptions à ces patrons, montrant une abondance plus élevée aux sites presque dépourvus de macrophytes. Bien que les variables physiques et l'habitat exercent une influence déterminante sur les communautés de mollusques, les gastéropodes et les moules unionidés étaient également affectés par la dégradation de la qualité de l'eau dans le panache des tributaires agricoles. La richesse, la densité et la biomasse des gastéropodes étaient négativement influencées par des teneurs élevées de matières en suspension et de fer dissous. Les résultats de notre étude montrent que la communauté de mollusques du lac Saint-Pierre est directement affectée par l'émersion périodique, l'exposition au vent, et indirectement par l'effet de ces variables physiques sur les macrophytes qui constituent leur habitat.

Régionalisation et synthèse des patrons de la végétation du Québec : utilisation d'indices de patrons à l'échelle provinciale.

Le Québec est une immense province à l’intérieur de laquelle existe une grande diversité de conditions bioclimatiques et où les perturbations anthropiques et naturelles du couvert végétal sont nombreuses. À l’échelle provinciale, ces multiples facteurs interagissent pour sculpter la composition et la distribution des paysages. Les objectifs généraux de cette recherche visaient à explorer et comprendre la distribution spatiale des patrons des paysages du Québec, de même qu’à caractériser les patrons observés à partir d’images satellitaires. Pour ce faire, les patrons des paysages ont été quantifiés avec un ensemble complet d’indices calculés à partir d’une cartographie de la couverture végétale. Plusieurs approches ont été développées et appliquées pour interpréter les valeurs d’indices sur de vastes étendues et pour cartographier la distribution des patrons des paysages québécois. Les résultats ont révélé que les patrons de la végétation prédits par le Ministère des Ressources naturelles du Québec divergent des patrons de la couverture végétale observée. Ce mémoire dresse un portrait des paysages québécois et les synthétise de manière innovatrice, en plus de démontrer le potentiel d’utilisation des indices comme attributs biogéographiques à l’échelle nationale.

Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier.

Dynamique végétale récente du complexe tourbeux des Tourbières-de-Lanoraie (Québec).

Les milieux humides sont parmi les écosystèmes les plus menacés de la planète que ce soit par le drainage, l’exploitation des ressources naturelles ou les changements climatiques. Dans une optique de conservation, il est primordial de comprendre la part des facteurs autogènes et allogènes dans la dynamique temporelle de ces écosystèmes. Dans ce contexte, les objectifs de cette étude étaient de : 1) reconstituer la dynamique des communautés végétales de deux secteurs ombrotrophes du complexe de milieux humides des Tourbières-de-Lanoraie au cours des trois derniers millénaires et 2) déterminer l’impact des activités humaines depuis les 500 dernières années sur cette dynamique. Pour ce faire, une approche paléoécologique pluridisciplinaire a été utilisée. La dynamique végétale a été semblable dans les deux secteurs étudiés. Elle a d’abord été caractérisée par une ombrotrophication des systèmes tourbeux puis par une transformation graduelle d’une tourbière ombrotrophe ouverte, dominées par les sphaignes et les éricacées, vers des tourbières ombrotrophes forestières. L’ombrotrophication se serait amorcée peu avant le Petit-Âge glaciaire (1570-1850 AD), période associée à des conditions plus fraiches et plus sèches. Le développement de la phase forestière serait beaucoup plus récent (début 1900) et semble être associé à une période d’intensification de l’empreinte anthropique dans le paysage, notamment du drainage. Ce travail montre que les perturbations anthropiques constituent depuis le début du XXème siècle le moteur principal de la dynamique de la végétation des deux secteurs étudiés.

L'effet des enrochements sur l'utilisation de l'espace par les communautés de poissons dans les Basses-Terres du Saint-Laurent

Ce mémoire a été effectué dans le cadre d'une étude pour le Ministère des Transports.

L'effet des enrochements sur l'utilisation de l'espace par les communautés de poissons dans les Basses-Terres du Saint-Laurent.

Ce mémoire a été effectué dans le cadre d'une étude pour le Ministère des Transports.

Aménagement agroécologique intégrant les pollinisateurs : une contribution à la production agricole du café en Mésoamérique

Les services écologiques sont essentiels au maintien de la vie humaine sur terre, puisqu’entre autres, ils participent à la production d’oxygène, de nourriture et de matériaux divers, régulent les cycles de l’eau et des nutriments et contribuent au bien-être humain ; ces services nous sont fournis depuis toujours, gratuitement et continuellement. Toutefois, les activités humaines compromettent de plus en plus ces services écologiques en déréglant les processus écologiques qui en sont à l’origine. Dans les paysages agricoles, les perturbations anthropiques sont connues pour affecter grandement la biodiversité et les services écologiques. L’intensification agricole ainsi que la perte et la fragmentation des habitats naturels menacent notamment les services de pollinisation, lesquels permettent la production de fruits et de graines, pour la reproduction des plantes et la consommation humaine. Cet essai évalue la perspective du service de pollinisation dans le cas précis du café en Mésoamérique. Le premier objectif de cet essai est de déterminer les enjeux écologiques, économiques et sociaux auxquels sont liés les pollinisateurs et la production durable et rentable de café. Le deuxième objectif de cet essai est d’identifier les mécanismes expliquant comment certains facteurs clés de la biodiversité et de l’aménagement peuvent augmenter les rendements du café à travers sa pollinisation par les abeilles. Le troisième objectif de cet essai est de proposer des mesures d’aménagement qui permettent d’intégrer davantage les pollinisateurs aux exploitations de café. Le quatrième et dernier objectif consiste à développer et prioriser des stratégies locales et régionales, qui puissent concilier l’application de ces mesures d’aménagement avec les réalités économiques et sociales. La revue de la littérature a permis de constater qu’en Mésoamérique, ce sont à la fois les populations d’abeilles sauvages et domestiques qui assurent la pollinisation du café. Ces insectes sont sensibles à la perturbation de leurs habitats, bien que certains soient plus tolérants que d’autres. De fait, l’aménagement local et l’aménagement régional peuvent soit bénéficier, soit nuire à la biodiversité d’abeilles et au service de pollinisation du café. Au niveau local, les systèmes agroforestiers de café, malgré de plus faibles rendements en comparaison à des monocultures intensives, sont plus résilients et maintiennent un service de pollinisation de qualité. Ils doivent donc être encouragés pour ne pas accentuer la dépendance des exploitations agricoles à des intrants externes (engrais, pesticides, herbicides, main d’œuvre supplémentaire ou mécanisation de l’agriculture) qui deviennent nécessaires pour compenser la perte des services écologiques et maintenir de hauts rendements. Au niveau régional, la forêt est essentielle au maintien de communautés de pollinisateurs abondants et riches en espèces. À l’échelle du paysage, des efforts doivent donc être investis pour préserver des habitats naturels de qualité et limiter l’isolement des exploitations de café. Cela est particulièrement vrai dans les paysages tropicaux où, contrairement aux paysages tempérés, il reste une proportion importante d’habitats naturels encore préservés. Ces habitats naturels et les terres destinées à d’autres usages (agriculture, élevage, etc.) forment une mosaïque complexe, si bien que l’aménagement du territoire soulève des enjeux majeurs aux niveaux politiques et institutionnels. Des efforts diversifiés sont donc nécessaires pour développer des solutions efficaces qui bénéficient durablement aux petits producteurs de café. Pour cela, il est essentiel que tous les membres de la chaîne de valeur du café soient des parties prenantes actives dans ces efforts. De l’échelle locale à l’échelle régionale, les producteurs, les coopératives, les gouvernements et les consommateurs ont tous une influence sur l’aménagement des paysages agricoles de café et sur les modes de vie ruraux. Bien que le rôle des insectes pollinisateurs dans l’augmentation des rendements soit reconnu, leur conservation requiert de meilleurs prix pour le café quand il est cultivé de façon respectueuse de la biodiversité, ainsi que des subventions directes pour préserver les forêts aux abords des exploitations et empêcher leur conversion en terres agricoles. À condition d’être ciblée et concertée, l’application de ces stratégies d’aménagement devrait permettre de maintenir le service de pollinisation du café en Mésoamérique.

Increasing stochastic perturbations enhances acquisition and learning of complex sport movements

Traditionally, the aquisition of skills and sport movement has been characterised by numerous repetitions of presumed model movement pattern to be acquired by learners. This approach has been questioned by research identifying the presence of individualised movement patterns and the low probability of occurrence of two identical movements within and between individuals. In contrast, the differential learning approach claims advantage for incurring variability in the learning process by adding stochastic perturbations during practice. These ideas are exemplified by data from a high jump experiment which compared the effectiveness of classical and a differential training approach with pre-post test design. Results showed clear advantages for the group with additional stochastic perturbation during the aquisition phase in comparison to classically trained athletes. Analogies to similar phenomenological effects in the neurobiological literature are discussed.

Metabolomic analysis characterizes tissue specific indomethacin-induced metabolic perturbations of rats

In this study, the promising metabolomic approach integrating with ingenuity pathway analysis (IPA) was applied to characterize the tissue specific metabolic perturbation of rats that was induced by indomethacin. The selective pattern recognition analyses were applied to analyze global metabolic profiling of urine of rats treated by indomethacin at an acute dosage of reference that has been proven to induce tissue disorders in rats, evaluated throughout the time-course of -24-72 h. The results preliminarily revealed that modifications of amino acid metabolism, fatty acid metabolism and energetically associated metabolic pathways accounted for metabolic perturbation of the rats that was induced by indomethacin. Furthermore, IPA was applied to deeply analyze the biomarkers and their relations with the metabolic perturbations evidenced by pattern recognition analyses. Specific biochemical functions affected by indomethacin suggested that there is an important correlation of its effects in kidney and liver metabolism, based on the determined metabolites and their pathway-based analysis. The IPA correlation of the three major biomarkers, identified as creatinine, prostaglandin E2 and guanosine, suggested that the administration of indomethacin induced certain levels of toxicity in the kidneys and liver. The changes in the levels of biomarker metabolites allowed the phenotypical determination of the metabolic perturbations induced by indomethacin in a time-dependent manner.

Scheme of squares: Part II. Systems formalism for sinusoidal perturbations

We extend here the formalism developed in Part I (for the potentiostatic response) to the admittance analysis of the scheme of squares. The results are applicable, as before, to several configurations of the electrode such as the rotating disk or the planar. All that one has to do is “to plug in” the appropriate matrices relating the interfacial concentrations to the fluxes.

Non-Gaussian Cosmological Perturbations from Hybrid Inflation and Preheating

This thesis consists of four research papers and an introduction providing some background. The structure in the universe is generally considered to originate from quantum fluctuations in the very early universe. The standard lore of cosmology states that the primordial perturbations are almost scale-invariant, adiabatic, and Gaussian. A snapshot of the structure from the time when the universe became transparent can be seen in the cosmic microwave background (CMB). For a long time mainly the power spectrum of the CMB temperature fluctuations has been used to obtain observational constraints, especially on deviations from scale-invariance and pure adiabacity. Non-Gaussian perturbations provide a novel and very promising way to test theoretical predictions. They probe beyond the power spectrum, or two point correlator, since non-Gaussianity involves higher order statistics. The thesis concentrates on the non-Gaussian perturbations arising in several situations involving two scalar fields, namely, hybrid inflation and various forms of preheating. First we go through some basic concepts -- such as the cosmological inflation, reheating and preheating, and the role of scalar fields during inflation -- which are necessary for the understanding of the research papers. We also review the standard linear cosmological perturbation theory. The second order perturbation theory formalism for two scalar fields is developed. We explain what is meant by non-Gaussian perturbations, and discuss some difficulties in parametrisation and observation. In particular, we concentrate on the nonlinearity parameter. The prospects of observing non-Gaussianity are briefly discussed. We apply the formalism and calculate the evolution of the second order curvature perturbation during hybrid inflation. We estimate the amount of non-Gaussianity in the model and find that there is a possibility for an observational effect. The non-Gaussianity arising in preheating is also studied. We find that the level produced by the simplest model of instant preheating is insignificant, whereas standard preheating with parametric resonance as well as tachyonic preheating are prone to easily saturate and even exceed the observational limits. We also mention other approaches to the study of primordial non-Gaussianities, which differ from the perturbation theory method chosen in the thesis work.

Primordial Perturbations from a Self-interacting Curvaton

Inflation is a period of accelerated expansion in the very early universe, which has the appealing aspect that it can create primordial perturbations via quantum fluctuations. These primordial perturbations have been observed in the cosmic microwave background, and these perturbations also function as the seeds of all large-scale structure in the universe. Curvaton models are simple modifications of the standard inflationary paradigm, where inflation is driven by the energy density of the inflaton, but another field, the curvaton, is responsible for producing the primordial perturbations. The curvaton decays after inflation as ended, where the isocurvature perturbations of the curvaton are converted into adiabatic perturbations. Since the curvaton must decay, it must have some interactions. Additionally realistic curvaton models typically have some self-interactions. In this work we consider self-interacting curvaton models, where the self-interaction is a monomial in the potential, suppressed by the Planck scale, and thus the self-interaction is very weak. Nevertheless, since the self-interaction makes the equations of motion non-linear, it can modify the behaviour of the model very drastically. The most intriguing aspect of this behaviour is that the final properties of the perturbations become highly dependent on the initial values. Departures of Gaussian distribution are important observables of the primordial perturbations. Due to the non-linearity of the self-interacting curvaton model and its sensitivity to initial conditions, it can produce significant non-Gaussianity of the primordial perturbations. In this work we investigate the non-Gaussianity produced by the self-interacting curvaton, and demonstrate that the non-Gaussianity parameters do not obey the analytically derived approximate relations often cited in the literature. Furthermore we also consider a self-interacting curvaton with a mass in the TeV-scale. Motivated by realistic particle physics models such as the Minimally Supersymmetric Standard Model, we demonstrate that a curvaton model within the mass range can be responsible for the observed perturbations if it can decay late enough.