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Cycle du carbone
    Portrait physicochimique d'une mare
  Introduction  
  Les mares arctiques  
  Portrait physicochimique d’une mare  
  La vie microbienne
  La photolyse du carbone organique dissous
  L'enjeu climatique  
 

Les valeurs de pH, les concentrations de phosphore total (PT), de carbone organique dissous (COD), de solides en suspension (SS, un indice de la turbidité), les pressions partielles de CO2 et de CH4 (à des fins de comparaison, globalement dans l'atmosphère, les valeurs sont de 380 ppmv en CO2 et 1.7 ppmv en CH4), ainsi que les estimations de flux de CO2 entre l'eau et l'atmosphère sont présentées dans le tableau suivant, résumant les principales caractéristiques de l'eau des mares à l'Île Bylot, telles que mesurées en 2007.

Les mares au centre et en périphérie des polygones présentent certaines similitudes, mais surtout plusieurs différences notables. Les deux types de mares sont relativement riches en nutriments et présentent une grande activité biologique par comparaison à l'ensemble des lacs arctiques de la région : on estime qu'ils sont 10 à 50 fois plus actifs l'été. Les mares au centre des polygones ont un pH plutôt basique, dû à la forte activité photosynthétique des tapis de cyanobactéries (épaisses accumulations d'algues au fond des mares, pouvant alimenter le zooplancton). On remarque par ailleurs que les mares en périphérie des polygones sont plus turbides et présentent une plus grande quantité de phosphore et de carbone organique dissous. De plus, le carbone organique dissous de ces mares est beaucoup plus coloré (données non présentées dans le tableau) ce qui réduit grandement la quantité de lumière qui atteint le fond, et conséquemment l'activité photosynthétique des algues et la température de l'eau. Cette disparité entre les deux types de mares s'explique par le fait que les mares en périphérie se retrouvent dans un milieu où les processus d'érosion sont beaucoup plus actifs, expliquant la plus grande turbidité provenant de la fonte du sol tourbeux et le carbone dissous plus coloré.

Les deux types de mares sont supersaturées en CH4, c'est-à-dire que la concentration est plus élevée dans l'eau que dans l'air. Ceci est dû à la respiration microbienne, en particulier celle qui se produit au fond des mares, là où l'oxygène se fait rare. Les mares en périphérie sont aussi la plupart du temps supersaturées en CO2, ce qui est aussi dû à la respiration microbienne, mais cette fois en présence d'oxygène. Cependant, les mares au centre des polygones sont sous-saturées en CO2, c'est-à-dire que la concentration est inférieure à celle de l'air ambiant. Cette sous-saturation est causée par la forte activité photosynthétique des tapis de cyanobactéries qui puisent le CO2 de la même manière que les plantes et les arbres. Un autre phénomène existe et peut également générer du CO2 dans l'eau : la photolyse du carbone organique dissous, un processus non biologique et uniquement causé par le rayonnement solaire (en particulier les rayons ultraviolets) qui décompose les molécules complexes en plus petites molécules, dont le CO2.

La question qui s'impose alors est la suivante : ces mares de fonte sont-elles des puits ou des sources de GES? Et quelle est la source du carbone utilisé par les microbes qui produisent des GES? Les implications pour le climat seront toutes autres si le carbone provient du vieux pool autrefois stocké dans la toundra, versus s'il vient du carbone récemment fixé par les plantes dans le bassin versant.

Comme il a été mentionné auparavant, il y a deux sources de CO2 : la respiration microbienne (qui génère directement du CO2 ou d'abord du CH4, qui peut ensuite être oxydé en CO2) , et la photolyse du carbone organique dissous. Il y a également deux puits de CO2: la photosynthèse qui transforme le CO2 en oxygène, et la méthanotrophie qui oxyde le CH4 en CO2. La concentration d'un gaz à un moment donné résultera du bilan entre les gains et les pertes du gaz en question. Lorsqu'un gaz est en excès dans la masse d'eau, il a tendance à vouloir s'équilibrer avec l'air au-dessus (par diffusion), ce qui génère un flux positif vers l'atmosphère (valeurs de flux positif dans le tableau précédent), et vice versa. Les flux sont toutefois fortement accélérés par le vent : lorsque celui-ci souffle au-dessus des mares il cause de la turbulence et le mélange de l'eau. Plus la vitesse du vent est élevée, plus les flux seront élevés. On peut mesurer les flux de GES à l'aide d'une chambre flottante branchée sur un analyseur de gaz par infrarouge.

Ainsi, les résultats suggèrent que les mares au centre des polygones sont des puits de CO2, mais elles demeurent des sources de CH4, alors que les mares en périphérie sont à la fois des sources de CO2 et de CH4.

Toutefois, selon les caractéristiques biologiques spécifiques à certaines mares (par exemple les organismes qui composent la communauté microbienne et algale d'une mare et qui dépendent des propriétés physicochimiques), on peut observer une inversion dans les flux de CO2 à l'intérieur d'une même journée. C'est ce qu'on a pu observer dans une mare en périphérie colonisée par des plantes aquatiques au lieu de tapis de cyanobactéries: l'activité photosynthétique et la respiration microbienne influencent la concentration des gaz suivant un cycle diurne (voir la figure ci-dessous) . Même s'il arrive qu'il y ait sous-saturation en CO2 (en fin de journée, lorsque la courbe franchit la barre pointillée correspondant approximativement à la saturation de l'eau en CO2), la plupart du temps la mare est supersaturée et demeure globalement une source de carbone pour l'atmosphère. On peut observer en parallèle les fluctuations de la concentration en oxygène dissous dans l'eau, résultat de l'activité des plantes aquatiques.

Pour plus de détails concernant l’instrument utilisé pour les mesures de CO2 et O2, veuillez consulter Bastien et al. (2008).

 

 

 


BASTIEN, J., J.-L. FRÉCHETTE et R. H. HESSLEIN. 2008. Continuous greenhouse gas monitoring system—operating manual. Rapport préparé par Environnement Illimité Inc. pour Manitoba Hydro et Hydro-Québec.

LAURION, I., W.F. VINCENT, S. MacINTYRE, L. RETAMAL, C. DUPONT, P. FRANCUS et R. PIENITZ. 2010. Variability in greenhouse gas emissions from permafrost thaw ponds. Limnological Oceanography 55: 115-133.