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Effet thermique, photo-dégradation et variabilité spatio-temporelle de la matière organique dissoute des lacs du bouclier canadien.

Caplanne, Sophie (2008). Effet thermique, photo-dégradation et variabilité spatio-temporelle de la matière organique dissoute des lacs du bouclier canadien. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 167 p.

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Résumé

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Selon les différents scénarios, les changements climatiques auront des effets variables sur les écosystèmes aquatiques. En dépit de certaines contradictions existant entre les différentes prévisions régionales, il semble que la teneur en matière organique dissoute (MOD) des lacs soit une des variables sujette à modification au cours des prochaines années. Quelques auteurs rapportent déjà des changements de concentrations en carbonique organique dissous (COD) dans certains lacs ontariens situés dans une région touchée par la sécheresse. Or la MOD joue un rôle important dans le fonctionnement des écosystèmes lacustres. Elle influe notamment sur la structure thermique de la colonne d'eau, la photosynthèse, la production microbienne et le cycle du carbone. Dans cette thèse, nous nous proposons de définir plus précisément les implications des changements de MOD sur les écosystèmes aquatiques en apportant des éléments de réponse sur: l- la participation de la MOD colorée (MODC) dans le réchauffement de la colonne d'eau et la stratification épilimnétique, 2- les différentes qualités de MOD et leurs rôles (optique et biologique) pour le système et 3- la variabilité optique spatio-temporelle intra-lac. Grâce à un modèle mathématique simple, nous avons montré qu'après une heure de d'ensoleillement zénithal, en l'absence de pertes de chaleur, les premiers 50 centimètres d'une eau fortement humique présente un réchauffement théorique de 1.5 °C alors que celui de la surface d'une eau pure n'est que de 1°C. De même, les contributions relatives des ultraviolets, du visible et des infrarouges dans ce réchauffement sont respectivement de 6, 32 et 62 % pour l'eau humique et 0, 5 et 95 % pour l'eau pure. Cette quantification théorique du potentiel calorifique de la MOD et du spectre solaire nous a permis de comprendre l'importance de l'absorption des IR par les molécules d'eau et de celle du visible par les molécules de MODC dans le réchauffement de l'eau de surface. Par ailleurs, les données in situ confirment la corrélation positive existant entre la MODC et l'apparition d'une stratification diurne. Les épilimnions des lacs du Cordon (COD = 4.6 mg L-1) et Clair (COD = 1.6 mg L-1) présentent, respectivement, une micro-stratification pendant 64 et 53 % de la période estivale indiquant que, contrairement à l'idée généralement répandue, l'épilimnion ne constitue pas une couche homogène et bien mélangée. Outre la concentration en COD, la qualité de la MOD peut changer d'un lac à l'autre. Grâce à la fluorescence, nous avons pu définir que le lac Clair est composé de 65, 22 et 13 % de composés de faible poids moléculaire, moyen et élevé respectivement, comparativement à 25,45 et 30 % pour du Cordon. Ces résultats indiquent que le lac Clair présente une grande quantité de MOD autochtone, constituée de petites molécules labiles, alors que du Cordon montre une MOD majoritairement allochtone, hautement aromatique. Ces différents types de MOD ont des comportements très différents par rapport à la lumière et à la biologie. En effet, notre étude montre que la MOD allochtone du lac du Cordon est plus rapidement photo-dégradée au cours de l'été (taux de perte = 0.07 j-1) et lors d'expériences en bouteille (taux de perte = 0.28 ± 0.01 j-1) que celle du lac Clair (taux de perte = 0.02 et 0.08 ± 0.005 j-1 respectivement). De plus, bien que le lac Clair présente une plus grande quantité de MOD autochtone, réputée labile, la production bactérienne y est beaucoup plus faible que dans le lac du Cordon. La MOD allochtone, associée à la photo-dégradation, semble donc être un pilier de la productivité secondaire du système lacustre. Enfin, constatant que la majorité des études limnologiques sont réalisées au centre des lacs, nous avons souhaité déterminer l'incidence d'un échantillonnage restreint sur la véracité des résultats d'une étude. Nous nous sommes intéressés aux variables optiques et avons constaté que bien qu'une certaine hétérogénéité spatiale horizontale (bord-centre) et verticale existe dans le lac du Cordon, aucune n'est apparue au lac Clair. De plus, une expérience de photo-dégradation réalisée au centre et au bord du lac du Cordon révèle une perte de couleur plus importante en région littorale (taux de perte = 0.43 ± 0.11 j-1) qu'en région pélagique (taux de perte = 0.34 ± 0.05 j-1), indiquant une plus grande photo-réactivité de la MODC en région littorale. Par ailleurs l'échantillonnage des deux lacs, effectué à trois reprises durant l'été, nous a permis de constater la présence d'une évolution temporelle importante. Les teneurs en MOD ont diminué entraînant une augmentation de la transparence de la colonne d'eau. Les statistiques ont montré que parmi les hétérogénéités spatiale et temporelle observées dans les deux lacs, la plus grande source de variabilité dans les mesures est le temps.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Laurion, Isabelle
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: matière organique dissoute; écosystèmes lacustres; rayonnement solaire; réchauffement; lacs; techniques optiques; hétérogénéité spatiale; hétérogénéité temporelle; Bouclier canadien
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 04 juin 2013 19:49
Dernière modification: 11 nov. 2015 20:45
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1425

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