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Évolution et impacts de la contamination anthropique dans les sédiments et les sols du bassin du lac Clair, Station Forestière de Duchesnay (Québec, Canada).

Ndzangou, Sabary Omer (2003). Évolution et impacts de la contamination anthropique dans les sédiments et les sols du bassin du lac Clair, Station Forestière de Duchesnay (Québec, Canada). Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 210 p.

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Résumé

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Nous avons effectué l'analyse géochimique et isotopique des sédiments, des sols et des arbres du bassin du lac Clair (Québec, Canada) dans le but d'y reconstruire la chronologie d'accumulation des contaminants d'origine anthropique et de vérifier la fiabilité de l'approche dendrogéochimique comme outil de biomonitoring spatio-temporel de la contamination des écosystèmes forestiers par les métaux traces anthropiques. Les sédiments carottés couvrent près de 18 siècles d'accumulation sédimentaire. Ceux prélevés dans la partie la plus profonde du lac (26 m) sont très peu affectés par la bioturbation et affichent une haute résolution stratigraphique. Les concentrations de tous les métaux traces analysés varient très peu dans la section pré-anthropique de la colonne sédimentaire et représentent les valeurs du bruit de fond géochimique du bassin versant. Tous les éléments analysés suggèrent une contribution anthropique qui aurait commencé vers 1872. L'absence de tributaire et d'activités industrielles ou agricoles dans le bassin versant implique une origine atmosphérique pour cette composante anthropique. Dans la section anthropique des sédiments, les fluctuations observées sur les profils des éléments majeurs résultent principalement des variations du taux de sédimentation et de la provenance de particules de minéraux silicatés. Ce changement de provenance refléterait l'établissement et le développement de petits villages ainsi que de l'agriculture dans la vallée du Saint-Laurent. Les données géochimiques de la fraction particulaire des sédiments suggèrent fortement que la distribution de Pb, Zn et V est corrélée à la présence de phases sulfurées stables. Dans les conditions réductrices qui prévalent dans les sédiments riches en matière organique du lac Clair, ces métaux associés au soufre montrent une mobilité diagénétique réduite. Les calculs de flux diffusifs montrent que la distribution du Pb dans la colonne sédimentaire est très peu affectée par des processus d'enrichissement diagénétique. En l'absence d'une forte bioturbation des sédiments, les variations de concentrations et des rapports isotopiques de Pb (ex. 206Pb/207Pb), observées sur les profils géochimiques reflètent vraisemblablement l'évolution de la contamination du lac et de son bassin versant par des sources atmosphériques diffuses. Selon les correspondances âge-profondeur des profils sédimentaires, la contamination en métaux de source anthropique est apparue entre 1872 et 1900. À partir de 1900, leur taux d'accumulation ont augmenté de façon exponentielle. On note, tout de même, une diminution apparente des taux d'accumulation de tous ces métaux au cours des deux dernières décennies. Les sources anthropiques du Pb, déposé avant 1894, sont plus radiogéniques et seraient reliées au développement de petits villages et de l'agriculture dans la vallée du Saint-Laurent. La majorité du Pb anthropique accumulé entre 1894 et 1937 proviendrait de la combustion de charbons, alors que les fortes augmentations enregistrées à partir de 1937 reflètent surtout l'introduction progressive des additifs d'alkyles de Pb dans les carburants utilisés aux États-Unis et au Canada. Cette période correspond également à celle où les compositions isotopiques du Pb deviennent moins radio géniques. Entre 1975 et 1996, les concentrations en Pb dans les sédiments du lac Clair ont été réduites de 36 % alors que les rapports isotopiques de Pb augmentent légèrement. Ceci témoigne de l'efficacité des lois américaine et canadienne interdisant l'utilisation du Pb comme additif dans les carburants. En somme, les sédiments étudiés ont reçu près de 2,07 glm² de Pb anthropique entre 1872 et 1996. Malgré de légères, dissimilitudes probablement reliées à une perturbation de la forêt vers 1945 et/ou à la physiologie des arbres, la chronologie d'accumulation du Pb dans les sédiments se corrèle bien avec celle observée dans les cernes de croissance des arbres du bassin versant du lac Clair et reflète principalement l'introduction et le retrait du Pb dans les carburants utilisés en Amérique du Nord. Le parallélisme entre l'évolution du Pb dans les sédiments et dans les arbres du même bassin nous amène à conclure que l'approche de biomonitoring dendrogéochimique peut se révéler un complément important dans l'étude de la contamination des écosystèmes forestiers par des retombées de polluants atmosphériques. De la même façon, les données géochimiques des arbres permettent de corroborer l'interprétation faite à partir des sédiments. Toutefois, dans certains cas, les données dendrogéochimiques peuvent être difficilement interprétables en présence d'essences d'arbres à haute perméabilité radiale et pour des éléments hautement solubles dans l'aubier des arbres. Finalement, les bilans élémentaires, calculés pour les derniers 11 000 ans, montrent que les sols du bassin du lac Clair ont perdu des quantités importantes de cations basiques Ca, K et Mg au cours de cette période. Ces pertes qui constituent jusqu'à 77% du contenu initial (cas de Mg) reflètent principalement l'altération de minéraux silicatés primaires. Les taux d'altération historiques de ces éléments varient entre 2,2 et 3,8 kg/ha/an pour le Ca, entre 3,5 et 4,5 kg/ha/an pour le K et entre 0,6 et 0,8 kg/ha/an pour le Mg. Compte tenu de la faible dimension des réservoirs échangeables de Ca (200 kg/ha), de K (135 kg/ha) et de Mg (27 kg/ha) présents dans les sols étudiés, le rendement à long terme de la forêt et la capacité de ces sols à neutraliser les apports atmosphériques acides pourraient être affectés dans un avenir relativement proche. La distribution du Pb dans les deux profils de sol étudiés reflète essentiellement la contamination progressive du bassin forestier par des sources anthropiques. Ces apports anthropiques sont toutefois limités aux premiers 10 cm de chaque profil. Au-delà de cette profondeur, les concentrations et les rapports isotopiques du Pb sont relativement constants et représentent les bruits de fond géochimiques du bassin versant. Les bilans élémentaires révèlent qu'au cours des 127 dernières années, les sols du bassin versant du lac Clair ont reçu entre 1,24 et 1,8 g/m² de Pb anthropique. Ces quantités sont similaires à celles accumulées dans les sédiments de la partie profonde du lac Clair au cours de la même période.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Richer-Laflèche, Marc
Co-directeurs de mémoire/thèse: Houle, Daniel
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: contamination; métaux lourds; sédiments; sols; arbres; forêt
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 15 juin 2012 20:21
Dernière modification: 25 nov. 2015 15:04
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/370

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