Thèse en cotutelle: Université Laval Québec, Canada et Aix Marseille Université, Aix en Provence, France / L’augmentation de la décomposition de la matière organique des cryosols arctiques sous l’effet du réchauffement et de la dégradation du pergélisol contribuerait à une rétroaction positive sur les changements climatiques. Nous étudions les interactions entre le régime thermique, le comportement hydrique et le fonctionnement biogéochimique de deux cryosols, l’un développé dans une tourbière (cryosol histique : H) et l’autre dans des argiles marines postglaciaires (cryosol turbique : T), en conditions naturelles et réchauffées expérimentalement. Les profils ont été instrumentés à Salluit (Nunavik, Canada ; 62°14’N, 75°38’W) et les mesures ont été faites pendant les étés 2010 et 2011. Du fait des propriétés isolantes de la tourbe, la couche active du site H est moins épaisse que celle du site T. Le réchauffement augmente la respiration de l’écosystème (ER) de manière plus intense pour H que pour T, bien que ER pour H soit plus faible. La sensibilité thermique de ER (Q10) est supérieure pour T que pour H et diminue avec le réchauffement pour les deux sols. L’étude montre que les cycles journaliers de ER forment des hystérésis en fonction de la température de surface du sol. L’explication de la variance de ER est améliorée lorsqu’on prend en compte la température minimale de la journée et la profondeur du front de dégel pour H. Pour T, l’ajout de la vitesse du vent et la radiation solaire améliore l’explication de la variance de ER. Nous montrons trois dynamiques spécifiques aux écosystèmes nordiques : 1) ER est dépendante des propriétés du sol et de la composition de la solution du sol ; 2) des variables thermo-indépendantes affectent significativement ER et 3) Q10 évolue au cours de la journée, la respiration basale varie d’une année sur l’autre. La décomposition de la matière organique serait la principale source de CO2 pour H alors que les processus végétaux contrôleraient ER pour T. L’approfondissement du front de dégel contrôle les concentrations des solutés dans la solution des deux cryosols. Nos résultats contribuent à la compréhension et à l’extrapolation des mesures ponctuelles dans les écosystèmes de toundra, pouvant amener à l’amélioration de la modélisation du cycle du carbone dans les cryosols. Mots clés : cryosol histique et turbique, modélisation thermique, teneur en eau volumique, toundra, réchauffement expérimental, respiration de l’écosystème, solution du sol, pergélisol arctique, décomposition de la matière organique, respiration dérivée de la végétation. / Increased organic mater decomposition rate in Arctic Cryosols due to warming and to permafrost thawing can lead to the release of greenhouse gases, thus potentially creating a positive feedback on climate change. We aim to assess the interactions between the thermal regime, the hydric behaviour and the biogeochemical functioning of two different permafrostaffected soils (i.e. Cryosols), one being developed in frozen peat (Histic Cryosol: H), the other being developed in postglacial marine clays (Turbic Cryosol: T), both in natural conditions and under an experimental warming. Profiles were instrumented in Salluit (Nunavik, Canada; 62°14’N, 75°38’W) and monitored during summers 2010 and 2011. Both thermal monitoring and modeling results stressed differences between sites due to the insulating properties of dried peat in summer the active layer at the H site is thinner than at the T site. The induced warming increased CO2 fluxes in both soils; this impact was however more striking at H even if ecosystem respiration (ER) was lower than at T. Temperature sensitivity of ER (Q10), which decreased with warming, was higher at T than at H. We highlighted that diurnal ER cycles showed hysteretic loops as a function of soil surface temperatures. Linear models performed to explain ER variance were improved when we added daily minimum temperature and thaw front depth at H. In contrast at T, adding wind speed and solar radiation in models improved the ER variance explanation. We showed three specific CO2 flux dynamics related to northern ecosystems: 1) the large difference of ER depending on soil properties and soil solution composition; 2) environmental variables strongly alter CO2 fluxes and 3) the diurnal Q10 variations and the inter annual variability of basal respiration. Our results support the assumption that organic matter decomposition might be the major source of CO2 at H while plant-derived processes dominated ER at T. Finally, the thaw front depth controlled solute concentrations in the soil solution at H and T. Our results contribute to understand and extrapolate the numerous punctual measurements of CO2 fluxes from tundra ecosystems, improving carbon cycle modeling in Cryosols. Keywords: Histic and Turbic Cryosol, Thermal modeling, Volumetric water content, Tundra, Experimental warming, Ecosystem respiration, Soil solution, Arctic permafrost, Organic matter decomposition, Plant-derived respiration.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/25418 |
| Date | 20 April 2018 |
| Creators | Fouché, Julien |
| Contributors | Allard, Michel, Keller, Catherine, Ambrosi, Jean-Paul |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxviii, 253 pages), application/pdf |
| Coverage | Québec (Province) |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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