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Mares de thermokarst au Québec subarctique: Processus limnologiques et sédimentaires actuels et passés.

Bouchard, Frédéric (2012). Mares de thermokarst au Québec subarctique: Processus limnologiques et sédimentaires actuels et passés. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 248 p.

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Résumé

Cette thèse a pour objet l'étude de l'évolution et de la dynamique sédimentaire de mares de thermokarst au Québec subarctique. Le site d'étude, situé près de Kuujjuarapik-Whapmagoostui en zone de pergélisol discontinu, renferme plusieurs mares de thermokarst ayant des propriétés limnologiques contrastées (exprimées notamment par la couleur). La recherche comporte trois axes méthodologiques: 1) lithostratigraphie et chronologie de sédiments de mares de thermokarst à l'aide d'analyses sédimentologiques, géochimiques et radiochronologiques; 2) biostratigraphie et reconstructions paléolimnologiques à l'aide de l'analyse des diatomées fossiles et des propriétés spectrales des sédiments; 3) dynamique géomorphologique et sédimentaire récente des mares par télédétection et piégeage des sédiments. Les analyses lithostratigraphiques et biostratigraphiques, jumelées aux résultats des datations, ont révélé la présence de trois faciès sédimentaires distincts, généralement les mêmes d'une mare à l'autre: 1) un faciès inférieur (LF, "Iower facies") d'origine marine postglaciaire (~ 7900 cal. a BP), subséquemment affecté par le développement du pergélisol; 2) une zone de transition organique/tourbeuse (TZ, "transition zone"), représentant les vestiges d'anciens sommets tourbeux des buttes de pergélisol; 3) un faciès supérieur lacustre (UF, "upper facies"), déposé depuis la fonte de ces buttes « 200 cal. a BP) et l'affaissement de la surface du sol qui en a résulté. L'analyse des diatomées a montré l'influence majeure de la présence de couches de tourbe (TZ) lors du développement initial des mares sur, d'une part les premiers assemblages d'espèces de diatomées (majoritairement benthiques et bryophiles), et d'autre part la source interne (in situ) de carbone organique dissous (COD), qui a progressivement diminué lors du développement des mares suite à son adsorption par les silts et argiles en suspension dans la colonne d'eau. Par ailleurs, il est démontré que la quasi-disparition (> 95 %) du pergélisol au cours des cinquante dernières années n'a pas été compensée par un développement équivalent des mares de thermokarst, mais plutôt par l'augmentation remarquable (> 300 %) du couvert de végétation. Enfin, l'influence directe de la stratification thermique/oxygénique de la colonne d'eau sur la sédimentologie des mares a été démontrée en étudiant les contrastes géochimiques entre l'épilimnion et l'hypolimnion.

Abstract

The research topic of this thesis is the evolution and sedimentological dynamics of thermokarst ponds in subarctic Québec. The study site, located near Kuujjuarapik-Whapmagoostui in the discontinuous permafrost zone, contains many thermokarst ponds showing contrasting limnological properties (including color). The research methodology is based on a threefold approach: 1) lithostratigraphy and chronology of thermokarst pond sediments by sedimentological, geochemical and chronological analyses; 2) biostratigraphy and paleolimnological reconstructions by fossil diatom analysis and spectral properties of these sediments; 3) recent geomorphological and sedimentological dynamics of the ponds by remote sensing and sediment trap techniques. Lithostratigraphic and biostratigraphic analyses, in conjunction with dating results, revealed the occurrence of three distinct sedimentary facies broadly identical among ponds: 1) a lower facies (LF) of postglacial marine origin (~ 7 900 cal. a BP), subsequently atfected by permafrost inception and growth; 2) a peatlorganic transition zone (TZ), representing former peaty surfaces of permafrost mounds; 3) an upper lacustrine facies (UF), deposited since the thawing of these mounds « 200 cal. a BP) and the resulting subsidence of the ground surface. Diatom analysis showed the major impact of peat layers (TZ) during initial pond development stages, both by strongly controlling diatom species assemblages (mostly benthic and bryophilous life forms) and by providing an internai (in situ) source of dissolved organic carbon (DOC), which progressively decreased during pond development as it was adsorbed onto settling silts and clays in the water column. Moreover, it was shown that the strong decrease (> 95 %) in permafrost extent was not primarily compensated by thermokarst pond development, but rather by a remarkable increase (> 300 %) in vegetation cover. Finally, the direct influence of thermal/oxigenic stratification of the water column on pond sedimentology was demonstrated by investigating the geochemical contrasts between the epilimnion and the hypolimnion.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Francus, Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse: Pienitz, Reinhard
Mots-clés libres: thermokarst; pergélisol; palses; lithalses; diatomées; carbone organique dissous; COD; paléolimnologie; subarctique; Québec
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 04 juin 2013 19:59
Dernière modification: 11 nov. 2015 18:37
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1403

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