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Détermination des lieux de transformation des sulfates dans le bassin versant du lac Laflamme (parc des Laurentides, Québec) à l'aide des isotopes stables du soufre et de l'oxygène.

Gélineau, Martine (1987). Détermination des lieux de transformation des sulfates dans le bassin versant du lac Laflamme (parc des Laurentides, Québec) à l'aide des isotopes stables du soufre et de l'oxygène. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 94 p.

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Résumé

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Les apports de soufre imputables aux précipitations acides peuvent influencer le cycle naturel du soufre de certains écosystèmes forestiers. Parmi les compartiments de soufre, la végétation joue un rôle important par ses réactions d'assimilation et de réduction des sulfates. Pour sa part, le sol est le siège de plusieurs transformations des sulfates, dont les principales' en milieu aérobique sont les processus de minéralisation-immobilisation et d'adsorption-désorption. On retrouve de plus, dans les eaux de surface et les sédiments, les mêmes processus qu'au niveau de la végétation et du sol. Toutefois, il Y a peu de temps encore, on considérait le sulfate comme un ion conservateur, ou encore que les quantités de soufre impliquées dans ces réactions étaient négligeables par rapport aux apports anthropiques. Des études récentes suggèrent, au contraire, que le sulfate subit une transformation importante lors de son passage à travers le bassin versant. Afin d'identifier à quel endroit du bassin se produit la transformation des sulfates, la composition isotopique du soufre et de l'oxygène des sulfates a été étudiée dans différents réservoirs de sulfates dissous du bassin versant du lac Laflamme (Parc des Laurentides, Québec). La précipitation en milieu découvert et couvert, l'eau de percolation des horizons de sol LFH et Bhf2, l'eau souterraine, l'eau du tributaire du lac Laflamme, du lac lui-même et de l'exutoire constituent les huit réservoirs considérés. L'échantillonnage s'est déroulé du mois de juin au mois d'octobre 1986. Le δ34S des sulfates est très variable d'un mois à l'autre pour un même réservoir. Il existe aussi de grandes variations entre les différents réservoirs. Les variations observées ne sont pas consistantes d'une date à l'autre ou d'un réservoir à un autre. Elles peuvent difficilement être reliées a des processus affectant les sulfates en milieu naturel. Un problème analytique est possiblement la cause de ces résultats incohérents. Le δ18O des sulfates de la précipitation à découvert varie de 8,6 à 11,9 0/00 pour la durée de l'échantillonnage. On constate une diminution progressive du δ18O des sulfates entre les quatre compartiments successifs suivants: la pluie à découvert, la pluie sous couvert forestier, l'eau de percolation de l'horizon LFH et de l'horizon Bhf2. Cependant, d'un point de vue statistique, les valeurs de δ18O des sulfates ne deviennent significativement différentes de celles de la précipitation à découvert que lorsque l'eau a percolé à travers l'horizon Bhf₂ (0,7 à 4,1 0/00). Pour leur part, les valeurs de δ18O des sulfates de l'eau souterraine, de l'eau du tributaire, du lac et de l'exutoire ne sont pas significativent différentes de celles de l'eau de percolation de l'horizon Bhf2. Cette diminution du δ18O des sulfates entre la précipitation à découvert et l'eau de percolation de l'horizon de sol Bhf2, suivie d'une stabilisation sur le reste du parcours, semble indiquer que la transformation impliquant les sulfates se produit, en grande partie, dans les premières couches de sol. Le contact des sulfates avec le couvert forestier joue possiblement, lui aussi, un rôle dans la transformation des sulfates, mais son influence n'a pu être mise en évidence de façon statistique. L'incorporation des sulfates sous forme organique (esters de sulfates et liens C-S) pourrait expliquer la modification du δ18O des sulfates dans le sol. Certains calculs approximatifs laissent croire que près des deux tiers des sulfates pourraient avoir subi une transformation pendant leur passage à travers le bassin versant du lac Laf1amme.

Abstract

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Acid precipitation is responsible for heavy inputs of sulfur which may influence the sulfur cycle of forested ecosystems. Among sulfur pools, vegetation has a major role because it is the site of assimilatory reduction of sulfate. Many transformations also take place in the soil. In aerobic soil, mineralization-immobilisation and adsorption-desorption are important :" components of the sulfur cycle. These processes occurring in vegetation and soil take place in natural waters and sediments as well. However, it has long been assumed that sulfate behaves conservatively in watersheds, the sulfur involved in the processes mentionned above being considered negligible compared to atmospheric inputs. Some recent studies suggest that, on the contrary, transformation implying important amounts of sulfates occurs in some watersheds. In order to identify where in the basin the transformation of sulfates might occur, the isotopic composition of sulfur and oxygen of sulfate ion was studied in different pools of the Laflamme Lake watershed (Laurentides Park, Quebec). Eight reservoirs were sampled: precipitation, throughfall, soil solution from the LHF and Bhf2 horizons, groundwater, water from Laflamme Lake inlet, lakewater and water from the outlet stream. The sampling took place from June to October 1986. Large variations were seen in the δ34S of sulfate from one sampling period to the other in the same reservoir . There were also large variations between the different reservoirs. Those changes were inconsistent from one sampling date to another or from one pool of sulfate to another. It was impossible to relate the variations of isotopie composition to natural processes involving sulfates. An analytical problem could explain those inconsistent results. The values of δ180 of sulfate in precipitation ranged from 6,6 to 11,9 0/00 during the whole sampling period. There was a progressive decrease of δ180 of sulfate between the four following reservoirs: precipitation, throughfall, soil solution from LHF horizon and soil solution from Bhf2 horizon. From a statistical point of view, the δ180 of sulfate of precipitation was significantly modified after the transit of sulfate through the Bhf2 horizon only. The values of δ180 of sulfate of groundwater, inlet water, lakewater and outlet water were not significantly different from those of the soil solution of the Bhf2 horizon. This decrease of the δ180 of sulfate from precipitation to the Bhf2 horizon, followed by a stabilization for the rest of the transit of sulfate through the watershed suggests that the transformation of sulfate essentially takes place in the first ground strata. Passage of precipitation through the canopy could also be involved in the transformation of sulfate although it could not be demonstrated with statistical criteria. Incorporation of sulfate into organic forms (ester sulfates and carbon bonded sulfur) could explain the modification of δ180 of sulfate in the soil. Some crude estimates suggest that nearly two thirds of deposited sulfate could have been transformed during its passage through Laflamme lake watershed.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tessier, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: Carignan, Richard
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: anthropique; bassin versant; biogéochimie; composition; ferro-humique; isotope stable; lac Laflamme; oxygène; percolation; podzol; sol; soufre; sulfate
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 07 oct. 2013 19:10
Dernière modification: 18 nov. 2015 20:38
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1551

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