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Géochimie du cadmium dans un lac oligotrophe acide.

Alfaro de la Torre, Ma. Catalina (2001). Géochimie du cadmium dans un lac oligotrophe acide. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 189 p.

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Résumé

Au cours du dernier siècle, les émissions des métaux dans l'atmosphère ont augmenté considérablement. Ces éléments peuvent être transportés dans les aérosols sur de longues distances et être déposés sur les écosystèmes aquatiques et terrestres loin des sources d'émission. Cependant, l'accumulation des métaux dans les écosystèmes aquatiques n'est généralement pas équivalente aux flux atmosphériques; il y a plusieurs facteurs spécifiques au bassin versant, aux systèmes aquatiques eux-mêmes et au comportement chimique des métaux qui peuvent influencer leur transport dans la colonne d'eau et leur accumulation dans les sédiments. Les lacs sont des récepteurs importants de ces métaux traces et supportent une vie aquatique diversifiée d'où l'importance de comprendre les processus physiques et biogéochimiques qui contrôlent la mobilité et la distribution de ces métaux. Malgré leur importance, peu d'études systématiques ont été réalisées sur la géochimie des métaux traces dans les lacs. La plupart de ces travaux impliquent des lacs productifs, de pH élevé et très peu d'information concerne les lacs oligotrophes, pourtant abondants en Amérique du Nord. Nous avons choisi d'étudier la géochimie du cadmium dans ce type de lac parce qu'il est un métal toxique pour le biota et que les organismes planctoniques et benthiques peuvent l'accumuler facilement; de plus, les émissions de Cd dans l'atmosphère sont encore importantes et font actuellement l'objet de mesures de contrôle. Nous avons voulu comprendre avec ce travail, les processus qui contrôlent le transfert de Cd de la colonne d'eau vers les sédiments et les processus responsables de l'accumulation de Cd dans les sédiments. Une étude systématique des profils de concentration du Cd dissous et d'autres éléments en fonction de la profondeur dans la colonne d'eau a été réalisée durant la période de stratification du lac Tantaré (mai - novembre); ce lac est situé dans une réserve écologique à 40 km au nord de la ville de Québec et à la limite sud du plateau précambrien des Laurentides. Pour la mesure de ces profils on a utilisé des dialyseurs (à 8 reprises) et des échantillonneurs à gel (DGT; Diffusion Gradients in Ihin films) à 3 reprises. On a observé que les concentrations de Cd ne changent pas appréciablement dans la colonne d'eau pendant la période de stratification; elles ne changent pas non plus appréciablement en fonction de la profondeur à l'exception de quelques faibles variations, principalement dans le métalimnion et dans l'hypolimnion, attribuées au relargage du métal lors de la décomposition de la matière organique. L'application de la technique DGT dans sa conception actuelle dans les eaux de faible contenu en cations est limitée par les effets électriques dus à la co-diffusion des ions à travers le gel de diffusion qui nous amènent à surestimer les concentrations de Cd in situ. Afin de comprendre comment le Cd est transporté vers les sédiments, nous avons utilisé des trappes à sédiment (à 8 reprises) pour récolter des particules dans l'hypolimnion. La composition de ces particules est dominée par la matière organique d'origine allochtone (substances humiques) provenant du bassin versant et par les oxydes de Fe probablement formés dans le lac. La corrélation positive du flux particulaire de Cd avec ceux de ces deux phases solides est un indice que le métal est très probablement associé à ces substrats durant son transport vers le sédiment. Il est difficile pour le moment de connru.tre la phase porteuse principale de Cd parce que le Fe et le C organique dans les particules sont auto-corrélés. Des expériences d'adsorption de Cd sur ces particules ne nous ont pas permis de déterminer l'importance relative de ces deux phases. Un modèle simple impliquant les flux d'entrée et de sortie de Cd, indique que la concentration de Cd dissous dans le bassin étudié est contrôlée par l'hydrodynamique du système plutôt que par les processus internes au lac comme le transport de Cd de la colonne d'eau vers les sédiments et son transport par diffusion ou bioirrigation à travers l'interface sédiment-eau. Finalement, les profils du Cd et d'autres éléments ont été déterminés dans les eaux interstitielles des sédiments au moyen de dialyseurs (à 6 reprises) durant la période de stratification du lac. Trois carottes de sédiments ont été prélevées à une reprise pour déterminer le profil sédimentaire du Cd et du 210pb servant à la datation des sédiments, ainsi que d'autres variables utiles pour l'interprétation. À partir du profil de Cd total dans les sédiments et du taux d'accumulation des sédiments déterminé avec le 210pb on a estimé le flux actuel de déposition de Cd avec les particules à la surface des sédiments; ce flux représente ~60% de l'accumulation totale actuelle du Cd. Nos résultats montrent que le Cd diffuse vers les sédiments et que sa concentration augmente dans l'eau interstitielle au cours à certaines périodes de l'année; cette augmentation a été interprétée comme étant le résultat de la bioirrigation par les organismes benthiques. Nous avons estimé que les flux de Cd dissous à l'interface sédiment - eau dus à la diffusion moléculaire, la bioirrigation et la bioturbation expliquent ~40% de l'accumulation totale actuelle de Cd. Le profil vertical du flux apparent de Cd en fonction de la profondeur dans les sédiments semble être déterminé principalement par des variations historiques des apports atmosphériques sur le lac et, en moindre importance, par le transport post-déposition dû à la diffusion moléculaire et probablement à la bioirrigation.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Tessier, André
Mots-clés libres: cadmium; géochimie; lac oligotrophe acide; hydrogel; DGT; dialyseurs; résine Chelex-100; métaux traces; eaux lacustres; sédiment; diagénèse; datation; bioturbation; bioirrigation; géochronologie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 04 juin 2013 19:54
Dernière modification: 06 nov. 2015 16:46
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1338

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