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.
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
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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
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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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