Texte remanié de: Diss.--Abo--Abo akademi university, 2001. / Recueil d'articles parus dans différentes revues. Bibliogr. p. 37-47.

Thèse (M. Sc. Géogr.) -- Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 81-91. Publié aussi en version électronique.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis les années 1990, les efflorescences de cyanobactéries se sont intensifiées durant une partie de l'été et de l'automne au lac Brome (Cantons de l'Est, Québec). Malheureusement, ces proliférations cyanobactériennes peuvent s'accompagner d'une production et d'une libération de toxines dans les écosystèmes affectés. Cependant, les conditions qui favorisent la formation de ces fleurs d'eau ne sont pas encore complètement clarifiées. Les objectifs principaux de cette étude était de montrer: 1/ le lien étroit qui existe entre les cellules de résistances présentent à la surface des sédiments et la formation des efflorescences pélagiques; 2/ utiliser les akinètes et les pigments fossiles comme « proxie » pour retracer l'historique des cyanobactéries depuis les premières années d'installation des colons dans la région d'étude; 3/ tenter de relier les fluctuations de l'abondance relative des cyanobactéries ayant la capacité de fixer l'azote atmosphérique (N₂), avec la variation relative des concentrations en éléments nutritifs (N et P), résultant en partie de l'eutrophisation de l'écosystème. Les résultats obtenus confirment qu'il y a présentement un problème de qualité de l'eau au lac Brome, lié à un développement massif de cyanobactéries potentiellement toxiques pendant la saison libre des glaces. Ce lac présente une succession d'efflorescences de cyanobactéries caractéristiques d'un milieu eutrophe, ayant la capacité de produire des akinètes et de fixer le N₂ (Anabaena sp. et Aphanizomenon sp.). Nous avons obtenu une relation significative entre l'abondance relative des akinètes dans les sédiments et la biomasse estimée des cyanobactéries grâce aux pigments fossiles (Canthaxanthine-akinètes : R² = 0.43, p=0,0016; Aphanizophyll-akinètes: R² = 0.71, p<0,0001l). Par ailleurs, cette étude suggère que la zone littorale tout comme la zone profonde peuvent contribuer à l'ensemencement de la colonne d'eau. Enfin, nous avons obtenu une concordance assez nette entre l'augmentation de l'abondance relative des cyanobactéries ayant la capacité de fixer le N₂, la diminution du ratio N/P (qui passe de 30 dans les années 1970 à 10 en 2005) et la diminution du ratio ¹⁵N/¹⁴N reflétant un accroissement des taux de fixation du N₂ dans l'écosystème. Le recoupement entre ces données suggère que les cyanobactéries ont en partie réussi à dominer l'assemblage phytoplanctonique grâce à leur capacité de fixer le N₂. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cyanobactéries, Paléopigments, Akinètes, Eutrophisation.

L'objectif de l'étude était de déterminer la disponibilité de l'azote (N) et les transformations dans la colonne d'eau (WC) et l'interface eau-sédiments (SWI), et d'établir des liens avec les éclosions de cyanobactéries dans la baie Missisquoi du lac Champlain. Ces paramètres ont été évalués à l'embouchure de la rivière aux Brochets et dans le bassin central, afin d'obtenir un gradient environnemental pour étudier l'effet des décharges de nutriments sur le cycle de l'azote et la structure des communautés de phytoplancton (PCS). Les résultats portent à croire qu'en général, les nutriments ne limitent pas la productivité primaire, mais que l'azote peut la limiter à petite échelle. Contrairement à nos hypothèses, le phytoplancton semblait gérer les concentrations en nutriments, et non l'inverse. La PCS n'affectait pas la consommation en NH4+ dans la WC. De même, le taux de régénération du NH4+ dans la WC n'était pas relié à la PCS, ce qui réfute l'hypothèse que les cyanobactéries inhibent la régénération. Les sédiments agissaient comme un puits de NO3-, tel que prédit, mais étaient aussi une source de NH4+ vers la WC, contrairement aux hypothèses. Une biomasse élevée de cyanobactéries était associée avec une relâche subséquente de NO3- des sédiments, ce qui pourrait impliquer une stimulation de la nitrification. L'anammox explique de 6 à 10% de la production totale de diazote, mais la dénitrification en était le principal vecteur. Les taux de dénitrification étaient reliés à la concentration instantanée en azote de la WC, mais pas à ses fluctuations. On observe des relations similaires entre les flux de NO3- dans les sédiments et la dénitrification avec la biomasse cyanobactérienne antérieure. Cela suggère que des concentrations inférieures en azote dans la WC, à la suite de floraisons de cyanobactéries, ont rendu possibles des taux de dénitrifications inférieurs. Les données ne corroborent pas l'hypothèse selon laquelle la dénitrification mènerait à des conditions propices pour les cyanobactéries fixatrices d'azote. Au contraire, les résultats suggèrent que les conditions propices aux cyanobactéries fixatrices d'azote causent une réduction des taux de dénitrification. Le lac était un puits net d'azote dans un budget préliminaire calculé en utilisant le cycle du NH4+ dans la WC et les flux d'azote à l'SWI, comparés aux apports en azote estimés des affluents. Ces calculs révèlent une source d'azote « manquante », qui pourrait être la fixation d'azote dans la WC selon les résultats. Les taux observés de fixation d'azote dans la WC n'étaient pas différents de ceux des contrôles expérimentaux, mais même ces taux négligeables sont d'un ordre de grandeur plus élevé que ceux nécessaires pour combler l'azote « manquant ». ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cycle de l'azote, cyanobactéries, dénitrification, eutrophisation, budget d'azote

La Seine est un écosystème profondément affecté par les activités humaines. Il a subi des changements améliorant le traitement des eaux usées parisiennes et les apports diffus de l'agriculture. Des campagnes de prélèvements en profils longitudinaux ont été menées à l'amont et à l'aval de la station d'épuration Seine-Aval (step SAV) pour décrire la dynamique de l'azote et des activités des micro-organismes nitrifiants et la comparer aux observations disponibles antérieures à l'implémentation d'un traitement de l'azote. Les résultats prouvent que la step SAV rejette moins d'ammonium et plus d'organismes nitrifiants mais avec un développement plus lent et moins important qui disparaissent en aval améliorant le déficit en oxygène en Seine. De plus, le bilan et le rôle du phosphore ont été démontrés avec des apports au milieu fluvial diminués d'un facteur 2.7 depuis le début des années 2000. La mesure expérimentale des paramètres de l'adsorption du phosphore sur la matière en suspension a permis d'affirmer que ceux-ci sont influencés par les rejets des stations d'épuration mettant en oeuvre un traitement du phosphore. Nous montrons, par modélisation, que la dynamique de développement des algues est sensible au processus d'adsorption du phosphore. Les changements apparus dans la fréquence et l'intensité des blooms algaux en Seine peuvent s'expliquer par la réduction de la charge ponctuelle en phosphore. Avec des concentrations en orthophosphates proches de la limitation dans les secteurs amont, une modélisation précise de l'apparition du phytoplancton à l'échelle du bassin versant reste cependant encore difficile avec les outils mécanistiques actuels que nous avons développés. / The Seine river system is an ecosystem deeply affected by human activities. The new water quality requirements have led to significant changes. We provided an overview of nitrogen transfers in the Seine basin. We conducted sampling campaigns in order to describe the dynamics of nitrogen and nitrification. Furthermore, we compared our results with the observations before the implementation of nitrogen treatment at the wastewater treatment plant Seine Aval (WWTP SAV). The results proved that the WWTP discharges less ammonium and more nitrifiers but with a slower development than before. These communities disappear downstream, without causing low oxygen concentrations in the lower Seine and its estuary, as they did before... A simplified modelling of nitrogen concentrations and nitrification before and after the implementation of nitrogen treatment helped to reproduce the past and the present trends.Moreover, the assessment of the fluxes and the analysis of the role of phosphorus were realized. The inputs to the river system have been reduced almost three times in the early year 2000. The experimental measurement of phosphorus sorption characteristics onto suspended solids has shown that particles could be affected by the discharges coming from the WWTP SAV after the introduction of an advanced treatment. We show also by modelling, that the algal growth is very sensitive to adsorption process. The changes in frequency and amplitude of algal blooms observed in the Seine can be explained by the reduction of point phosphorus loadings. The modelling of algal blooms throughout the entire basin remains difficult with the currently available mechanistic tools.

Les lacs du Québec méridional sont soumis à des pressions humaines croissantes. Conséquemment, on observe une accélération de l’eutrophisation avec les effets indésirables y étant associés, comme un accroissement des cyanobactéries. La disponibilité du phosphore est l’élément « clé » de l’état de santé d’un lac, ce nutriment est essentiel à la croissance des cyanobactéries et des algues. Un excès de phosphore favorisera la prolifération des cyanobactéries. Ainsi, un juste équilibre est recherché pour maintenir un lac en santé et éviter son vieillissement prématuré. Bien que l’accroissement du phosphore s’inscrit dans le processus naturel de l’eutrophisation, l’enrichissement d’un lac devrait s’échelonner sur des millénaires plutôt que sur des dizaines d’années, comme observé dans certains lacs subissant l’influence des activités humaines. La gamme des conditions rencontrée au cours du processus d’eutrophisation a permis d’établir une échelle de qualité des lacs basée sur les différentes espèces de diatomées. En s’appuyant sur les préférences écologiques des diatomées, des outils ont été créés pour documenter, d’une part, les concentrations en phosphore qui prévalaient dans les lacs par le passé, et d’autre part, l’évolution de leur état trophique. Nous avons démontré que la composition des assemblages de diatomées était principalement influencée par la physico-chimie de l’eau et la morphométrie des lacs, et que les changements engendrés par l’eutrophisation sur ces derniers facteurs transformaient la composition des assemblages de diatomées. Conséquemment, la similarité entre les assemblages a permis de départager plusieurs groupes de diatomées correspondants à des états trophiques particuliers. Une typologie des lacs a été développée pour les communautés moderne et fossile de diatomées. Incidemment, la différence entre les assemblages de diatomées permet maintenant d’estimer l’ampleur des changements trophiques survenus dans un lac au cours du temps. Finalement, les outils développés et les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse ont été utilisés pour la création de « MILQ », soit une Méthode pour évaluer l'Intégrité écologique des Lacs tempérés du Québec. MILQ permettra d’établir l’état de santé actuel d’un lac et l’ampleur des changements trophiques survenus depuis l’arrivée des colons européens. / The lakes of southern Québec are under increasing human pressure. Consequently, increased eutrophication often generates an increase of cyanobacteria. Based on the ecological preferences of diatoms, diagnostic and biomonitoring tools were developed to document baseline conditions of total phosphorus in the water column of lakes and the evolution of trophic status. Our series of lakes represent a range of trophic states representing different levels of eutrophication. We have demonstrated that the composition of diatom assemblages in the study sites was mainly influenced by the water chemistry and lake morphometry, and changes of these factors caused by eutrophication transformed the community of diatoms. The similarity or discrepancy among the diatom assemblages allowed for the separation of several groups of assemblages corresponding to different trophic states. A typology of lakes has been developed for both modern and fossil diatom communities. The comparison between the two typologies was used to assess the maximum distance between assemblage groups representing oligotrophic and hypereutrophic conditions. In this way, we estimated the extent to which trophic changes occurred over time in a lake. It has also been possible to develop inference models to document historical changes in total phosphorus concentrations in lake water columns. Finally, the monitoring tools developed and the knowledge acquired as part of this thesis were used to create "MILQ”: A Method for the evaluation of the ecological Integrity of temperate Lakes in Quebec.