Québec Université Laval, Bibliothèque 2012

L’objectif de ce mémoire est de quantifier la diagenèse de l’arsenic (As) dans les sédiments, d'utiliser ceux-ci comme archive environnementale et d’identifier les réactions clés de l’As. Huit lacs ont été visités en juin 2018 et mai 2019, le long d’un transect de 80 km au nord-ouest de la mine d’or Giant, à Yellowknife, dans les Territoires du Nord-Ouest, Canada, pour y prélever de l’eau de surface, des carottes de sédiments et de l’eau porale. Ces échantillons ont été analysés afin d’obtenir les concentrations dissoutes et solides de carbone organique, d’As, de fer (Fe), manganèse (Mn) et d'aluminium (Al) et des anions nitrate, sulfate, sulfure et chlorures. Les concentrations d’As dans l’eau porales ont été interprété à l’aide de la modélisation diagenétique inverse et de calculs thermodynamiques. L'historique des flux d’As solide déposés au fond des lacs a été calculé après correction pour l'influence de la diagenèse. Les flux diffusifs d’As à l’interface eau-sédiment en réponse à la contamination causée par l’activité minière ont été calculés pour les deux années d'échantillonnage. Les résultats montrent que la diagenèse est plus importante dans les lacs avec des taux de sédimentation plus faibles. Après correction, les données indiquent que les flux d'As maximaux coïncident avec la période d'activité de la mine. Néanmoins, les lacs près de la mine sont toujours sous l’influence d’apports importants d’As dissous depuis leur bassin versant, et montrent des flux diffusifs élevés d’As vers la colonne d’eau. Les calculs thermodynamiques de spéciation et des indices de saturations suggèrent que la mobilité de l'As est liée à celle des oxydes de fer et au soufre. Le sulfure de fer amorphe se forme dans les sédiments et l’As co-précipite ou s’adsorbe sur cette phase minérale. Enfin, le moment de la fonte du couvert de glace, qui permet l’arrivée de l’oxygène, semble déterminer la mobilité de l’As auprintemps. Dans le contexte où les changements climatiques influencent la durée du couvert de glace, une étude approfondie de l’effet du couvert de glace sur les conditions d’oxydoréduction est souhaitable. / The goal of this thesis is to quantify the diagenesis of arsenic (As) in the sediments, using them as environmental archives and identify the key reactions of As. Eight lakes have been visited in June 2018 and May 2019, along an 80 km transect northwest from the gold mine Giant, near Yellowknife in the Northwest Territories, Canada to collect surface water, sediment cores and porewater. These samples have been analyzed to obtain the dissolved and solid concentration of organic carbon, As, iron (Fe), manganese (Mn) and aluminium (Al) and anions (nitrate, sulfate, sulfide and chloride). As concentrations in porewater were interpreted using inverse diagenetic modeling and thermodynamics calculations. The history of the fluxes of solid As deposited at the bottom of the lakes was calculated after correction for the influence of diagenesis. Diffusive fluxes of As at the sediment-water interface in response to contamination from mining activity were calculated for the two years of sampling. The results show that diagenesis is greater in lakes with lower sedimentation rates. After correction, the data indicates that the maximum As fluxes coincide with the period of mine activity. Nonetheless, lakes near the mine are still influenced by large inputs of dissolved As from their watersheds, and show high diffusive fluxes of As to the water column. Thermodynamic calculations of speciation and saturation index suggest that the mobility of Asis related to that of iron oxides and sulfur. Amorphous iron sulfide forms in the sediment and As coprecipitates or adsorbs to this mineral phase. Finally, the timing of the melting of the ice cover, which allows the arrival of oxygen, seems to determine the mobility of As in the spring. In the context of climate change shortening the duration of ice cover, an in-depth study of the effect of ice cover on redox conditions is desirable.

Dans les régions nordiques, les changements climatiques sur les milieux terrestres auront des conséquences encore peu connues sur les écosystèmes aquatiques. La fonte du pergélisol et le changement de la composition végétale auront pour effets de libérer des concentrations élevées de matière organique allochtone vers les écosystèmes aquatiques. Cette matière organique dissoute colorée (CDOM) joue un rôle majeur dans l'atténuation de l'éclairement subaquatique. Cette étude s'intéresse aux effets optiques de la qualité et de la quantité du CDOM en système estuarien nordique. Le CDOM des systèmes d'estuaires de la Grande Rivière de la Baleine et du fleuve Mackenzie a été caractérisé par absorption et par fluorescence synchrone. Ces analyses ont révélé des différences fondamentales entre ces deux systèmes en terme de qualité et de quantité de CDOM. Cependant, une signature de fluorescence particulière a été mise en évidence pour le CDOM nordique, celle-ci étant plus constante que les propriétés d'absorption du CDOM. L'importance optique du CDOM dans l'atténuation de la radiation solaire a été observée dans le système estuarien du fleuve Mackenzie, rivière reconnue pour l'influence des particules sur l'éclairement subaquatique. Les stratégies pigmentaires, la composition du phytoplancton et la production primaire ont également été mesurés. Le CDOM et la matière particulaire contrôlaient l'éclairement dans le visible (400-700 nm), mais seule le CDOM affectait la radiation ultraviolette (<400 nm). Contrairement à la matière particulaire, l'effet optique du CDOM fluvial était mesurable même au-delà de l'épanchement du fleuve Mackenzie, sur le plateau de la Mer de Beaufort. L'impact d'un accroissement de la concentration de CDOM allochtone sur la production primaire a été mesuré dans le système d'estuaire de la Grande Rivière de la Baleine. Les analyses par modélisation ont montré que les modifications du régime spectral affectent la quantité d'éclairement disponible pour la photosynthèse, la profondeur de la zone euphotique, ainsi que le couplage spectral du phytoplancton. En utilisant l'approche expérimentale, les paramètres photosynthétiques ont été mesurés sous un régime spectral modifié par une concentration accrue de CDOM allochtone. Ceci a permis de démontrer que de hautes concentrations de CDOM contribuent à une réduction significative de la production primaire dans la colonne d'eau.

Thesis (Ph. D.)--University of Calgary, 1975. / Includes bibliographical references (p. 213-224).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Le plateau côtier de la rivière Mackenzie dans la mer de Beaufort. un écosystème majeur du bassin arctique, reçoit une quantité considérable de sédiments et de matière organique terrigènes. Cette région de V Arctique canadien ouest est de plus en plus affectée par le réchauffement climatique qui augmentera vraisemblablement les apports riverains de carbone organique via l'avancée de la ligne des arbres, le dégel du pergélisol et l'augmentation des précipitations. Le réseau microbien occupe une place centrale dans le cycle du carbone et les transferts d'énergie dans les écosystèmes, mais à ce jour aucune étude n'aborde les variations spatiales et temporelles de la production bactérienne (PB) et des assemblages bactériens dans l'Arctique. La présente thèse avait pour objectif d'évaluer la structure et la dynamique des communautés microbiennes sur le plateau côtier arctique, avec une emphase sur le rôle des particules et des bactéries attachées à celles-ci. L'étude spatiale dans le panache de la rivière Mackenzie a montré que le gradient de salinité structure les communautés bactériennes qui sont dominées par le groupe Beîaproteobacteria en eau douce, et par les Alphaproteobacîeria dans la mer de Beaufort. Les secteurs influencés par la rivière présentaient des taux maximaux de PB, dont entre 75% et 96% pouvaient être attribués aux bactéries associées aux particules (AP). Cette première étude annuelle de la PB en milieu côtier arctique a montré que les communautés bactériennes de la baie de Franklin demeurent actives toute l'année puisqu'elles utilisent les substrats disponibles, soit les apports allochtones de carbone organique, pour survivre durant la noirceur hivernale. Même si en période estivale les bactéries utilisent les substrats organiques labiles de la production primaire in situ, la baie de Franklin semble être un écosystème hétérotrophe sur une base annuelle. Les bactéries AP étaient particulièrement actives au printemps et à l'été, très probablement en raison des apports allochtones saisonniers de matière organique particulaire (MOP). L'analyse de l'ADN par DGGE {denaturing gradient gel electrophoresis) a montré des différences phylogénétiques entre les assemblages de bactéries libres et les assemblages de bactéries AP lorsque les concentrations en MOP sont plus élevées. A plusieurs autres sites, les assemblages libres et PA étaient similaires. La thèse souligne l'importance des particules allochtones pour les réseaux microbiens des milieux arctiques côtiers, et qu'il faut les considérer dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique