201 - De la fin de la période glaciaire jusqu’à l’Anthropocène dans l’est de l’Amérique du Nord : nouvelles méthodes, questions et perspectives

Cette présentation traite de nos connaissances sur les environnements postglaciaires de l’Amérique du Nord septentrionale. Bien que de nouvelles méthodes soient maintenant accessibles, des réseaux spatiaux suffisamment étendus ne sont disponibles que pour les méthodes basées sur les microfossiles, principalement les assemblages de pollen. Des banques de données modernes, utilisées pour quantifier les environnements passés, sont maintenant à notre disposition pour plusieurs groupes de fossiles. Les carottes de sédiments couvrent maintenant tout l’Arctique nord-américain, bien qu’à une très faible densité. Les plantes arctiques ont immigré dans tout l’Arctique immédiatement après la déglaciation. La réponse de la végétation aux variations climatiques se produit principalement par des changements de production biologique, plutôt que par la diversité. La température maximale de l’Holocène s’est produite à différents moments dans différentes régions, et une reconstruction paléoclimatique cohérente est disponible pour le Canada boréal et arctique, l’Alaska et le Groenland. L’histoire de la limite des arbres montre une réponse plus nuancée aux changements climatiques qu’un simple déplacement vers le nord ou sud. La dynamique de la population humaine est aussi associée aux changements climatiques passés.

Les microfossiles qui s'accumulent dans les sédiments du lac Crawford, un petit bassin profond sur l’escarpement du Niagara dans le sud de l’Ontario enregistrent plusieurs phases d'impact anthropique qui peuvent être précisément datées en dénombrant les laminations, ou varves annuelles. Ces phases comprennent notamment un établissement agricole iroquoien du 14^è au 16^è siècle. suivi de l'exploitation forestière et de l'agriculture par les colons canadiens à partir du milieu du 19è siècle. C’est toutefois le récit clair de l'accélération de l’impact humain d'après-guerre qui fait de cette séquence sédimentaire un candidat potentiel fort pour marquer le début de l'époque anthropocène au milieu du 20^è siècle.

Décrire la succession des espèces dans l’espace et le temps est un problème colossal en raison de la complexité des relations entre les espèces animales et végétales. Certains patrons généraux comme les relations espèces-surface et espèces-temps illustrent toutefois ces phénomènes. L’approche mathématique traditionnelle utilise des facteurs d’échelle et des fonctions de puissance mais malgré des apports importants, elle ne décrit jamais complètement la succession des espèces. Les populations tendent à se stabiliser vers la fin du processus lorsque les milieux atteignent leur capacité de support (carrying capacity), alors que les lois de puissance continueront à générer des espèces à l’infini. Aucune théorie n’appuie de façon rigoureuse l’application de lois de puissance pour décrire la succession des espèces malgré un comportement semblable aux données empiriques au début du processus. Nous proposons une théorie fondée sur les statistiques des évènements rares pour décrire la relation entre les espèces et le temps. Les données polliniques de sites couvrant l’Amérique du Nord durant l’Holocène illustrent la correspondance entre nos valeurs théoriques et les données extraites de ces sites. Le pollen, en raison de sa grande résilience joue le rôle de témoin de la présence des plantes vasculaires. Nous estimons que notre théorie pourrait être généralisée à d’autres espèces animales et végétales ainsi qu’à d’autres milieux où des successions d’espèces s’opèrent.

La vannerie est pratiquée par les W8banakiak depuis des temps immémoriaux. Vers 1880, la fabrication des Abaznodal devient une industrie pour la Nation W8banaki et elle constitue le principal moyen de subsistance de nombreuses familles. L’importance de la vannerie et la disparition du frêne noir et du foin d’odeur nous conduit à aborder cette pratique en relation aux contextes culturel, naturel et économique entre l’homme et l’environnement qui la sous-tendent. Le Ndakina est indissociable des connaissances des W8banakiak touchant la gestion des ressources, le prélèvement de la matière première, les modes de fabrication et la transmission des différents savoirs. Nous présentons aujourd’hui les premiers résultats d’un projet de recherche collaboratif entre le Bureau du Ndakina et l’INRS-ETE subventionné par le CRSH. Il comprend trois axes : 1) une analyse des modes de production et la transmission des savoirs; 2) une mise en dialogue des sources orales, historiques et archéologiques; 3) le géoréférencement des données afin de traduire cette pratique au sein des schèmes d’occupation du territoire. À partir de ces données géospatiales, nous évaluons les impacts des changements climatiques et de l’anthropisation du Ndakina sur la viabilité de la pratique de la vannerie w8banaki.

Plusieurs études dendrochronologiques et paléoécologiques ont récemment porté sur la dynamique forestière dans la région de Nain au Nunatsiavut, (centre-nord du Labrador). Ces études ont documenté la composition, le taux de croissance et la diversité des espèces de ces forêts ainsi que les patrons de récolte de bois par les résidents de la région au cours des cinq derniers siècles. La présente étude consiste en une synthèse de données publiées ainsi que de résultats originaux, afin d’évaluer dans quelle mesure la dynamique de la forêt d’épinettes est liée aux impacts anthropiques. Dans les trois études de cas choisis, des évènements de détente de la croissance des cernes de Picea sp. démontrent que plusieurs perturbations isolées de la forêt sont survenues à partir du XVII^è siècle. Le régime des perturbations s’est accéléré vers 1875; cette augmentation est liée à une hausse de la demande en bois due aux changements socio-économiques vécus par les communautés inuites et les premiers arrivants Européens. Les relevés de terrain en cours révèlent des traces manifestes d’une exploitation forestière à travers toute la région de Nain ce qui indiquerait que les impacts anthropiques ne se limitent pas aux zones spécifiques d’habitation humaine récente.

Pour déterminer si le changement climatique anthropique affecte le climat d’une région, de longues données instrumentales sont requises mais en Gaspésie intérieure, elles sont particulièrement brèves. Les données sur le climat et l’écoulement des eaux y remontent en effet seulement à l’année 1960. Les régions montagneuses sont reconnues comme étant particulièrement sensibles aux changements climatiques anthropiques. Les reconstitutions climatiques basées sur l’analyse de cernes d’arbres, relativement rares dans les monts Chic-Chocs et McGerrigle, permettent pourtant de déduire des données plus anciennes sur une base annuelle ou même sous-annuelle. Nous présentons ici les résultats finaux pour 6 sites de cèdres blancs (Thuja occidentalis) dans une vallée fluviale et pour 3 sites à la limite altitudinale des arbres, dont 2 d’épinettes noires (Picea mariana) et 1 d’épinette blanche (Picea glauca). Les données couvrent collectivement les derniers 456 ans. Cinq des sites présentent un important signal de haut débit estival de la rivière Sainte-Anne et un des sites localisés à la limite des arbres traduit une réponse à la température moyenne de fin d’été. Ces reconstitutions climatiques et hydrologiques pourraient être utiles pour la gestion de la flore et de la faune du Parc national de la Gaspésie, particulièrement pour le caribou, une espèce en voie de disparition, et pour les pêcheries de saumon de la rivière Sainte-Anne.

Le feu influence le système terrestre à l’échelle globale et fait partie des principaux agents de perturbation des forêts. Les régimes de feux sont liés aux fluctuations climatiques ainsi qu’aux impacts directs des activités humaines. Cependant, les effets cumulés de ces deux causes, ainsi que leurs interactions potentielles, restent très peu documentés. Nous re-analysons un ensemble de jeux de données issus d’études antérieures ayant reconstitué l’historique des feux aux cours des derniers siècles dans l’est du Canada. Les taux de brûlage historiques de 12 différents paysages (de 1800 à 16 000 km²) ont été reconstitués en couplant des photographies aériennes et des archives historiques, ainsi que des données dendrochronologiques. Nous testons comment les taux de brûlage ont répondu aux périodes climatiques propices aux feux ainsi qu’aux périodes de colonisation américano-européenne. Nos résultats préliminaires indiquent que depuis la seconde moitié du 19^e siècle au moins, les deux facteurs ont eu un impact significatif avec des surfaces brûlées plus élevées durant les périodes sèches, et dans une moindre mesure durant les périodes de colonisation. L’effet de la colonisation semble par ailleurs minimisé lors des périodes climatiques les plus sèches, confirmant l’effet prépondérant du climat sur les régimes de feux. Cette étude souligne la nécessité d’une approche holistique, intégrant les facteurs climatiques et anthropiques dans les analyses de régime de feux.

On observe de part et d’autre de la rivière L’Assomption dans la région de Lanaudière plusieurs méandres abandonnés aux formes variées. Certains semblent abandonnés depuis longtemps, tandis que les processus de recoupement sont encore actifs pour d’autres. Ce projet visait à reconstituer le processus de comblement sédimentaire de l’un d’entre eux. L’analyse d’une série de photographies aériennes portant sur l’évolution du méandre et des terres adjacentes depuis 1957 a été combinée à une analyse paléoécologique (macrorestes végétaux, chrono et lithostratigraphie) d’une carotte sédimentaire. Le recoupement du méandre s’est produit entre 210 et 150 BC. Au total, 63 taxons vasculaires ont été identifiés dans les assemblages macrofossiles. Suite au recoupement, l’accumulation sédimentaire a débuté au sein d’un environnement aquatique riverain. Les conditions ont ensuite évolué successivement vers un milieu aquatique (étang), herbacé humide et, enfin, minérotrophe. Le processus de comblement fut perturbé par le défrichement des terres périphériques et des activités agricoles subséquentes. Ces perturbations ont eu pour effet d’éroder une partie des sédiments et de déposer un lit silteux. Le comblement fut régi par des facteurs autogènes, à l’exception des dernières décennies durant lesquelles les activités humaines ont influencé la dynamique sédimentaire. C’est la première fois au Québec qu’une telle étude paléoécologique était menée sur les sédiments d’un méandre abandonné.

Des recherches récentes réalisées à grande échelle ont démontré une augmentation de la fréquence, de l’intensité et/ou de la durée des vagues de chaleur dans plusieurs régions du globe. Or, au Canada, seules quelques recherches ont porté sur les impacts des vagues de chaleur, et aucune n’a considéré leur fréquence historique et régionale. Notre projet de recherche vise à mettre en lumière les tendances historiques des vagues de chaleur de Montréal, Ottawa et Toronto, afin de déterminer si le phénomène s’est amplifié au pays comme ailleurs dans le monde. Les températures ressenties (Humidex) en période de vague de chaleur seront déterminées de même que les tendances de ces périodes dans les régions rurales sises aux abords de ces centres urbains. Le rôle des températures ressenties en période de vagues de chaleur et l’influence des îlots urbains de chaleur pourront alors être examinés. Nos analyses ont été réalisée grâce aux données météorologiques historiques offertes par Environnement Canada. Les résultats préliminaires de l’étude démontrent qu’il n’existe pas de tendances, ni à la hausse ni à la baisse, des caractéristiques des vagues de chaleur dans les trois grandes villes canadiennes étudiées. Il reste toujours à analyser les deux autres composantes de l’étude, soit les températures ressenties et l’effet de l’îlot urbain de chaleur. Nous pouvons donc actuellement conclure que les vagues de chaleur dans les régions d’études ne se sont pas amplifiées.

Les cyclones tropicaux et les tempêtes hivernales sont des dangers omniprésents pour les communautés côtières dans l'Est du Canada. Pour mieux comprendre l’impact des changements climatiques sur ces évènements, nous avons récupéré, durant l’été 2020, deux carottes de tourbe de 3,16 et 7,19 mètres de long dans deux tourbières de l’Île du Havre-Aubert, au Sud de l’archipel des Îles-de-la-Madeleine, à l’aide d’un carottier russe. Nos échantillons couvrent l’intégralité des séquences de tourbe, la base des carottes se terminant sur des sédiments d’origine glaciaire ou marine. Nous avons effectué la datation au carbone 14 pour trois échantillons de la carotte de 7,19 mètres. La plus ancienne date, se trouvant près de la base, remonte à près de 8500 cal BP. Quand la chronologie des deux carottes sera établie, nous réaliserons une analyse par microfluorescence‑X et une analyse de la présence de sable éolien, ce qui permettra de détecter dans les échantillons les éléments allochtones provenant de l’océan ou des falaises environnantes, et qui se seraient déposés dans les tourbières lors d’évènements météorologiques extrêmes. À terme, une chronologie des ouragans et tempêtes durant l’Holocène sera établie.

La région des Cantons de l'Est, dans le Sud du Québec, connaît fréquemment des inondations majeures, mais on ne sait pas si elles sont de plus en plus fréquentes en raison du réchauffement climatique. Les reconstitutions sédimentologiques ont le potentiel de prolonger les enregistrements instrumentaux et observationnels des inondations pour aider à résoudre cette question. Pour évaluer le potentiel d'une telle approche dans les Cantons de l'Est, nous avons extrait une carotte de sédiments d'un bras mort, situé à proximité de la rivière Coaticook, que nous avons analysée pour déterminer la granulométrie, la perte au feu et la susceptibilité magnétique. La datation préliminaire au Pb-210 indique que la carotte de ~120 cm de long représente moins de 100 ans d'accumulation de sédiments. Des augmentations brusques de la taille des grains se produisent dans les sédiments les plus récents et entre 60 et 90 cm de profondeur, ce qui suggère que ces pics sont associés à des événements fluviaux à haute énergie. La susceptibilité magnétique est plus variable et présente plusieurs pics associés à des augmentations abruptes de sable qui pourraient traduire la présence de différentes zones-sources de sédiments. Nos travaux en cours examineront ces données conjointement avec les enregistrements des jauges de crues locales et des photographies aériennes afin de déterminer si ces changements sédimentologiques sont associés à des inondations historiques.

Le site archéologique de Qajartalik, sur une île du Détroit d’Hudson, regorge d’artéfacts des cultures dorsétienne, thuléenne et inuite. Des pétroglyphes très anciens y représentent ~180 visages stylisés d’un grand intérêt culturel. Notre étude vise à préciser les changements climatiques et océanographiques de la région et déterminer leur impact éventuel sur les activités humaines au cours des 2 derniers millénaires. La reconstruction (MAT) des paramètres du milieu marin adjacent est réalisée par l’analyse palynologique d’une carotte sédimentaire (MSM46-22-8-GC) prélevée dans le détroit d’Hudson. Les résultats préliminaires indiquent des flux élevés de dinokystes (~10³ individus/cm²/an). Les concentrations des restes organiques de ciliés et des réseaux organiques de foraminifères indiquent que la productivité primaire y est très élevée. Les assemblages de dinokystes montrent une dominance des kystes de Pentapharsodinium dalei, d’Islandinium minutum et de Brigantedinium sp. suivie par les kystes d’Operculodinium centrocarpum, de Spiniferites ramosus et de Spiniferites elongatus. Ils témoignent tous de la saisonnalité de la glace de mer. La température estivale de la mer varie entre 1 et 4°C, la salinité, entre 31 et 32‰, la productivité primaire moyenne est de 750 mg C/m²/j et le couvert de glace de mer est de 7 à 9 mois par année. D’autres analyses permettront d’obtenir une meilleure résolution pour vérifier les tendances et leur variation dans la région du Détroit d’Hudson.

Des analyses palynologiques ont été effectuées sur la séquence composite de sédiment marin MSM46‑03 prélevée dans la partie centrale du Golfe du Saint-Laurent, afin de reconstruire des fluctuations climatiques au cours des derniers ~2000 ans. Les données des assemblages de dinokystes ont permis de reconstruire la température de surface de la mer (SST), la salinité de surface de la mer (SSS), la durée de la glace de mer et la productivité primaire par la technique des Analogues Modernes (MAT). Les résultats ont révélé un refroidissement graduel et remarquable d’environ 4°C à partir de 1230 cal yr BP (720 CE), et un minimum thermique daté de 170-40 cal yr BP (1780-1910 CE) qui correspondrait vraisemblablement au signal régional du Petit Âge Glaciaire. Cet intervalle froid est suivi par un réchauffement important et rapide d’environ 3°C au cours des derniers 100 ans. À l’échelle des derniers 1700 ans, l’enregistrement du pollen a démontré une tendance qui indiquerait des changements dans les régimes du vent, marqués par des incursions plus fréquentes de la masse d’air froid et sec de l’Arctique au-dessus de l’Est du Canada.

Durant la dernière glaciation, le développement puis le retrait de l’Inlandsis Laurentidien a affecté les paysages et la végétation de vastes régions du Canada et de l’Est des États-Unis d’Amérique. Les dépôts de la tourbière de Scotstown, Cantons-de-l'Est, Québec, comptent parmi les rares séquences sédimentaires étudiées à haute résolution par des méthodes paléoécologiques dans cette région. Six mètres de sédiments y furent récupérés : une argile silteuse héritée d’un lac proglaciaire y est surmontée de gyttja (une boue organique lacustre), puis de tourbe de marais riverain, de fen (minérotrophe) et enfin de bog (ombrotrophe) accumulée après le comblement du bassin lacustre. Les sédiments de la tourbière de Scotstown remontent à plus de 12 700 ans avant nos jours. Ils furent soumis à une analyse à haute résolution des microcharbons en utilisant des échantillons contigus de 1 cm, afin d’en tirer des informations sur l'occurrence et la fréquence des feux de forêt. Étonnamment, les sédiments du lac proglaciaire ne contenaient pas de charbon, même si la marge nord de la forêt boréale n'était située qu'à ~100 km. La transition de l’argile silteuse du lac proglaciaire à la gyttja du lac se fait très rapidement, en moins de 2 cm. La transition rapide d’une absence totale de charbon à des quantités appréciables de charbon se produit en même temps. Par conséquent, nous en concluons que les incendies de forêt sont également apparus tout aussi soudainement dans le paysage.

La végétation et le climat postglaciaires furent reconstitués pour 61 sites des domaines bioclimatiques des pessières et des sapinières du Québec. Les végétations illustrées sur des cartes montrent qu’à l’échelle des millénaires, les gradients de composition et de structure de la végétation ont différé dans le temps. Les paramètres climatiques reconstitués incluent les températures de juillet et de janvier, les précipitations annuelles et l’ensoleillement estival. Le climat de l’est du Québec est comparé à celui de l’ouest. Un contraste est manifeste entre les deux secteurs jusque vers 7500 ans AA, particulièrement dans l’ensoleillement estival. La migration des arbres et l’établissement de forêts de type moderne est asynchrone, étant plus tardif dans l’ouest que dans l’est; un retard d’environ 1000 ans est survenu entre la côte nord de la Gaspésie et les secteurs voisins. La localisation des sites par rapport au front de l’inlandsis et les conditions de surface des eaux du golfe du Saint-Laurent et de la mer du Labrador, jumelées aux feux de forêts, expliquent l’asynchronisme observé. Avec l’amélioration climatique, la progression des forêts a culminé entre 8000 et 4000 ans AA par l’abondance accrue d’essences relativement thermophiles. Il y a 6000 ans AA, des végétations contrastées se côtoyaient, alors que 10 principaux types de végétation occupaient le territoire, ce qui traduit une plus grande diversité que de nos jours où ils se chiffrent à 4 seulement.

Cette étude aborde les processus à l’origine de la mosaïque paysagère actuellement observée à la latitude du réservoir Manicouagan, où se côtoient la pessière à mousses et la pessière à lichens. Cette mosaïque marque le passage de la forêt fermée à la forêt ouverte. L’analyse pollinique des sédiments lacustres permet difficilement d’identifier l’histoire holocène propre à chacune mais elle peut toutefois être captée par des marqueurs géochimiques. Des analyses de sols minéraux des forêts contemporaines (C:N, taux de carbone, oxyde d'aluminium, concentration en cations) ont d’abord montré des différences marquées entre les deux types d’écosystèmes. Des analyses géochimiques effectuées sur les sédiments lacustres de surface (n=6) ont ensuite révélé une signature spécifique à chacune des pessières. Les analyses, étendues finalement à la totalité des carottes sédimentaires, ont permis de caractériser les changements survenus dans la géochimie des lacs depuis 8000 ans et de les mettre en relation avec l’histoire des feux déduite par les charbons de bois accumulés dans les sédiments. Deux types de dynamique furent identifiés, l’un portant sur un renouvellement cyclique de pessières noires et l’autre, sur une dynamique d’ouverture menant à la formation et au maintien de pessières à lichens. Les changements se seraient surtout produits depuis 4000 ans. En plus des feux, le climat et le milieu physique auraient également contribué au développement de la mosaïque paysagère actuelle.

Des études menées dans le sous-domaine de la pessière à mousses de l’Ouest (PMO) ont montré l’importante diversité des paysages forestiers à l’échelle des régions écologiques. L’analyse de redondance sur des données d’inventaires écologiques a permis de lier la composition forestière avec le climat local, les conditions de l’environnement physique et le régime de perturbations. Des analyses paléoécologiques basées sur des comptages de grains de pollen de sédiments lacustres et organiques (tourbières) ont permis de reconstruire l’histoire postglaciaire locale de la végétation autour de plusieurs sites répartis dans la PMO. En utilisant ces deux sources de données, nous nous sommes demandés si les écosystèmes actuellement observés avaient une histoire postglaciaire qui leur serait spécifique ? Une analyse en composantes principales menée sur les données polliniques de 16 sites (14 lacs, 2 tourbières) a mis en évidence trois types de dynamiques forestières régionales mises en place très tôt au cours de l’Holocène. Chacun de ces types présente une dynamique postglaciaire qui s’est développée sous les effets combinés de la migration des espèces forestières, de l’environnement physique et des feux (données de charbons microscopiques). Chaque dynamique de végétation est fortement associée à un paysage forestier dont les caractéristiques contemporaines et plurimillénaires doivent être prises en compte dans un contexte d’aménagement écosystémique.

Aux abords du lac Labelle, en plein domaine de la Sapinière à bouleau blanc se trouve une des érablières les plus disjointes de l’aire de peuplement des érablières. Pour en identifier l’origine et examiner le rôle des feux sur son établissement et son développement ultérieur, les sédiments du lac Labelle et de 2 autres lacs situés au sud, dans les domaines de la sapinière à bouleau jaune (lac Le Chasseur) et de l’érablière à bouleau jaune (lac Fur) ont fait l’objet d’analyses polliniques et anthracologiques. L’établissement local de l’érable à sucre est attesté dès 7800 cal. BP au site Fur, 5100 cal. BP au site Chasseur et 3900 cal. BP au lac Labelle. D’après le pollen, l’érable à sucre (Érs) : 1) n’a pas culminé durant l’Optimum climatique holocène mais il a augmenté durant le Néoglaciaire ; 2) ne présente aucun lien avec les feux détectés par les charbons de bois ; 3) augmente seulement après l’émergence du pollen des bouleaux vers 6000 cal. BP et la diminution graduelle de celui du pin blanc au cours de l’Holocène. L’Érs paraît limité par la proportion de conifères dans le paysage. L’augmentation des bouleaux aurait ainsi permis la fragmentation de la combustibilité du paysage, la diminution de la sévérité des feux et une fertilisation accrue des sols en éléments nutritifs essentiels à la croissance de l’Érs. La diminution du pin blanc et son remplacement par les bouleaux. auraient donc été les éléments déclencheurs de l’établissement et du maintien de l’érable à sucre.

Le Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs du Québec (MFFP) a développé un système hiérarchique de classification écologique visant à exprimer la diversité des écosystèmes forestiers. Or, l’aménagement écosystémique au centre du régime forestier québécois nécessite de comprendre non seulement la végétation contemporaine, mais aussi l’histoire des paysages végétaux durant les derniers millénaires (Holocène). Nous avons donc étudié plusieurs archives, dont les sédiments lacustres (chironomides, pollen, charbons), les tourbes (thécamoebiens, charbons, pollen) et les sols minéraux (charbons), et nous avons effectué une synthèse des nombreux diagrammes polliniques existants. Ces derniers permettent de caractériser la variabilité naturelle des paysages relativement au climat, aux feux, à la végétation ainsi qu’à la proportion de vieilles forêts et de se questionner à savoir si les changements climatiques nous conduiront hors de cette variabilité. Nous avons également pu, par la paléoécologie, appuyer des changements de composition forestière provoqués par les activités anthropiques (coupes) initialement documentées par les archives d’arpentage historique. Les populations marginales des espèces forestières tempérées en milieu boréal et les processus qui ont favorisé leur expansion-maintien-régression au cours des derniers millénaires sont également au centre de nos préoccupations. Ces diverses connaissances sont utiles pour la gestion et l’aménagement des forêts.