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Axe 2 - L'évolution des environnements nordiques dans le contexte du changement planétaire

Responsable : Gilles Gauthier
Co-responsable : Florent Dominé
Co-responsable : Alexandre Langlois

Les environnements nordiques sont en changement depuis des millénaires, mais tout indique que ce rythme s'accélère sous l'effet des activités humaines. Nos travaux visent à mesurer la vitesse de ces changements à différentes échelles de temps et d'espace afin de mieux évaluer l'ampleur des changements actuels et de préciser leurs conséquences sur le fonctionnement des géo-écosystèmes nordiques continentaux et côtiers. Une attention particulière est portée aux seuils critiques, aux processus de rétroactions entre les composantes des systèmes et aux effets des changements climatiques. Nous précisons également les mécanismes par lesquels ces changements agissent sur différentes composantes des géo-écosystèmes. Il existe un besoin pressant pour le développement d’approches d’adaptation et ces connaissances visent à comprendre les processus en cause, les conséquences des changements et prévoir la trajectoire des systèmes.

Cet axe comporte cinq thèmes de recherche.

Équipe de recherche : Florent Dominé, Gilles Gauthier; Michel Allard, Marc Amyot, Dominique Arseneault, Marcel Babin, Simon Bélanger, Pascal Bernatchez, Dominique Berteaux, Joël Bety, Najat Bhiry, Stéphane Boudreau, Étienne Boucher, Steeve Côté, France Dufresne, Marco Festa-Bianchet, Pierre Francus, Rosa Galvez, Michelle Garneau, Bernard Hétu, Christophe Kinnard, Alexandre Langlois, Isabelle Laurion, Claude Lavoie, Martin Lavoie, Nicolas Lecomte, Jean-Philippe Lessard, Esther Lévesque, Connie Lovejoy, Guillaume Marie, Serge Payette, Reinhard Pienitz, Milla Rautio, Line Rochefort, Nigel Roulet, Alain Royer, Martin Simard, Oliver Sonnentag, Martin-Hugues St-Laurent, Jean-Pierre Tremblay, François Vézina, Juan Carlos Villarreal, Warwick F. Vincent.

Thème 2.1 - Raffiner les reconstitutions des  paléo-environnements nordiques afin de mieux prédire les impacts des changements du climat

Responsable : Reinhard Pienitz

Les modèles prédictifs des impacts des changements climatiques en cours et anticipés sur la dynamique des géo-écosystèmes doivent être alimentés de reconstitutions paléo-environnementales par l'analyse d'archives divers. Ces dernières fournissent des informations cruciales sur les forçages climatiques et la dynamique des géo-écosystèmes à travers le temps. Nous réalisons de longues reconstitutions à très fine résolution stratigraphique et temporelle pour bien cerner la variabilité climatique naturelle et les processus qui ont agi sous des conditions environnementales changeantes durant le Quaternaire. L'analyse de bases de données de géo-indicateurs (susceptibilité magnétique, granulométrie, LOI, géochimie, etc.)  et de bio-indicateurs (diatomées, pollen, invertébrés, pigments, etc.) sert à déterminer les patrons de transformation des paysages du Nord canadien, à reconstituer l'historique des changements environnementaux et à comprendre les trajectoires évolutives d'espèces-clés. Le développement de points de référence paléo-écologiques et de données environnementales historiques permet de définir des cibles de restauration écologique et d’élaborer des programmes de suivi et de conservation.

Équipe de recherche : Reinhard Pienitz; Michel Allard, Dermot Antoniades, Dominique Arseneault, Pascal Bernatchez, Najat Bhiry, Étienne Boucher, France Dufresne, Pierre Francus, Bernard Hétu, Claude Lavoie, Martin Lavoie, Milla Rautio, Line Rochefort, Nigel Roulet, Martin Simard, Warwick F. Vincent.

Thème 2.2 - Comprendre les interactions entre le climat, les cycles biogéochimiques et les systèmes aquatiques dans un contexte de changements climatiques

Responsable : Isabelle Laurion

Les impacts des changements du climat sur la physique des environnements aquatiques nordiques (couverture de glace, stratification, régime thermique) et les implications sur leur biogéochimie, la dynamique de leurs contaminants, leur biodiversité végétale et microbienne et leur productivité biologique sont étudiés. Les changements climatiques affectent le débit des rivières et génèrent l'expansion des écosystèmes aquatiques thermokarstiques associés à l'érosion du pergélisol et à l’accélération du cycle hydrologique. Ce phénomène remet en circulation un réservoir important de carbone organique qui peut être transformé par les microorganismes et la lumière, et ensuite libéré sous forme de gaz à effet de serre ayant un fort potentiel de rétroaction positive sur le climat. Nous améliorons les connaissances sur la biogéochimie des milieux aquatiques, leur hydrologie, leur écologie, et leur connectivité avec le milieu terrestre. La complexité de ces importants écosystèmes nordiques nécessite le développement d'outils exploitant la télédétection, la paléoclimatologie, la paléolimnologie, et la biologie moléculaire afin d'estimer leurs émissions de gaz à effet de serre ainsi que leur transformation et leurs réponses face aux changements actuels et futurs. Nous contribuons à la quantification des rétroactions climatiques et donc à une meilleure prévision du climat nordique à moyen terme.

Équipe de recherche : Isabelle Laurion, Michel Allard, Marc Amyot, Dermot Antoniades, Marcel Babin, Najat Bhiry, Karem Chokmani, Florent Domine, Pierre Francus, Rosa Galvez, Michelle Garneau, Christophe Kinnard, Connie Lovejoy, Taha M.J. Ouarda, Reinhard Pienitz, Milla Rautio, Nigel Roulet, Oliver Sonnentag, Martin-Hugues St-Laurent, Juan Carlos Villarreal, Warwick F. Vincent.

Thème 2.3 - Évaluer les interactions entre le climat et les écosystèmes nordiques et paramétrer les modèles climatiques globaux et régionaux

Responsable : Dominique Arseneault

La modélisation des échanges entre l'atmosphère, la végétation et le pergélisol par les modèles climatiques à haute résolution spatiale (ex. cellules de 40 x 40 km) requiert des paramètres mesurés sur le terrain et des algorithmes reproduisant les interactions entre ces compartiments de l’environnement. Par exemple l’impact de la croissance de la végétation sur les propriétés physiques de la neige et le régime thermique du pergélisol n’est représenté dans aucun modèle. Les paramétrisations nécessaires doivent donc être développées, en se basant sur les observations, les mesures et les suivis instrumentés sur le terrain provenant entre autre de notre réseau SILA-Qaujisarvik dont le nombre de variables mesurées est en constante progression. Ces données permettront de quantifier et formaliser les échanges d’énergie et de matière entre les différents compartiments environnementaux afin de les inclure dans les simulations numériques et prédire les impacts en cascade sur les environnements nordiques et les infrastructures. Un outil privilégié implique la réalisation d’une base de données géoréférencées listant les paramètres thermiques des matériaux géologiques de surface et des couverts végétal, nival et glaciel nécessaires aux calculs. La mise à la disponibilité de la communauté internationale est assurée via Nordicana D.

Équipe de recherche : Dominique Arseneault; Michel Allard, Pascal Bernatchez, Monique Bernier, Dominique Berteaux, Florent Domine, Richard Fortier, Pierre Francus, Gilles Gauthier, Christophe Kinnard, Alexandre Langlois, Isabelle Laurion, Esther Lévesque, Reinhard Pienitz, Alain Royer, Nigel Roulet, Diane Saint-Laurent, Oliver Sonnentag, René Therrien, Warwick F. Vincent.

Thème 2.4 - Évaluer les effets des changements environnementaux sur les relations trophiques et modéliser leurs conséquences sur la biodiversité

Responsable : Steeve Côté

Les changements climatiques affectent l’ensemble de la biocénose, cependant la réponse des organismes à ces perturbations varie à toutes les échelles, de l’individu à l’écosystème. Cela peut causer une désynchronisation spatiale et temporelle entre les niveaux trophiques et avoir des conséquences sur la biodiversité. Ces phénomènes sont amplifiés dans les régions nordiques à cause du faible nombre d’espèces et la présence de plusieurs populations migrant sur de longues distances. Cette dynamique est étudiée chez des espèces d’herbivores clés de la forêt boréale et de la toundra, tel que les ongulés, les oies et les lemmings, le long d’un gradient latitudinal de 3000 km. Nous combinons des suivis à long terme de ces populations, de leur nourriture et de leurs prédateurs avec des expériences sur le terrain (réchauffement artificiel, variations d’enneigement) et en milieu contrôlé (acclimatation aux variations de température) afin d’évaluer la sensibilité des réseaux trophiques nordiques aux perturbations et de modéliser ces effets. De plus, des études de terrain couplées à la télédétection des écosystèmes nous permettent d’évaluer l’état actuel et futur de différents habitats nordiques.

Équipe de recherche : Steeve Côté; Dominique Berteaux, Joël Bêty, Marco Festa-Bianchet, Gilles Gauthier, Nicolas Lecomte, Jean-Philippe Lessard, Esther Lévesque, Serge Payette, Fanie Pelletier, Line Rochefort, Martin-Hugues St-Laurent, Jean-Pierre Tremblay, François Vézina.  

Thème 2.5 – Dynamique et évolution du cycle de l’eau dans un environnement nordique

Responsable : Richard Fortier

Sous les pressions combinées des changements climatiques et du développement, les ressources en eau sont vulnérables à la contamination et leur exploitation est complexe en raison des températures froides. La majorité des communautés dépende des eaux de surface comme source d’eau potable et elles sont affectées par des pénuries en période d’étiage hivernal. Dans un contexte de réchauffement climatique et de dégel du pergélisol, l’exploitation des eaux souterraines est envisageable par les communautés puisque la recharge des aquifères serait plus importante en raison de l’eau libérée par la fonte de la glace de sol et de la neige, et l’infiltration de l’eau dans le sous-sol. Afin de mieux comprendre les boucles de rétroaction entre le réchauffement climatique, la dégradation du pergélisol et la dynamique des géosystèmes, il est nécessaire d’analyser le cycle de l’eau. L’évolution de la couche active est analysée à l’aide de mesures de télédétection satellite et terrain qui permettent de suivre les températures des couches de surface, en plus de donner l’information sur le stock de neige et de son influence sur le bilan d’énergie de surface. En zone boréale, nous étudions la variabilité à court et long terme, des apports en eau dans les réservoirs hydroélectriques et dans les systèmes naturels. 

Équipe de recherche : Richard Fortier; Michel Allard, Dermot Antoniades, Dominique Arseneault, Thomas Buffin-Bélanger, Simon Bélanger, Pierre Francus, Richard Fortier, Rosa Galvez, Christophe Kinnard, Alexandre Langlois, Isabelle Laurion, Martin Lavoie, Jean-Michel Lemieux, Dominic Larivière, John Molson, Reinhard Pienitz, Milla Rautio, Alain Royer, Nigel Roulet, Martin Simard, René Therrien, Warwick F. Vincent.

 

 
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