Axe 2 - Fonctionnement et évolution des environnements nordiques

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Axe 2 - Fonctionnement et évolution des environnements nordiques

Les environnements nordiques sont en changement depuis des millénaires mais le rythme de ces changements s’accélère sous l’effet du réchauffement climatique actuel et des activités anthropiques. Les travaux du CEN visent à préciser la vitesse de ces changements à différentes échelles temporelles et spatiales afin de mieux évaluer leur ampleur et déterminer leurs conséquences sur le fonctionnement des géo-écosystèmes nordiques continentaux et côtiers. Les mécanismes par lesquels ces changements agissent sur différentes composantes des écosystèmes et ultimement sur les services écosystémiques sont précisés grâce aux travaux des membres du CEN. L’étude des processus de rétroactions entre les composantes des systèmes et la détermination des seuils critiques et des points de basculement entre différents états des écosystèmes et géosystèmes est au cœur de nos préoccupations. La transformation de la cryosphère (pergélisol, glace de lacs, neige, glaciers) et ses effets en cascades sur l’hydrologie, les réseaux trophiques aquatiques et terrestres, et l’approvisionnement en eau potable des communautés nordiques reçoivent une attention particulière. La modélisation numérique de processus physiques et biologiques appuyée par de solides données empiriques de terrain et des suivis à long-terme permettent de quantifier les conséquences des changements et de prévoir la trajectoire des systèmes dans le futur. Cet axe comporte quatre thèmes de recherche.

Responsables : Esther Lévesque et Gilles Gauthier

Thème 2.1 : Reconstitutions paléo-environnementales et paysages nordiques de demain

Les modèles prédictifs des impacts du réchauffement climatique et des activités anthropiques sur la dynamique des géo-écosystèmes sont alimentés par des études paléo-environnementales basées sur l’analyse d’archives diverses. L’analyse de géo-indicateurs (couches stratigraphiques, sédiments, géochimie, isotopes stables, etc.) et de bio-indicateurs (diatomées, invertébrés, pigments fossiles, ADN, pollen, cernes des arbres, etc.) permet de retracer les processus de transformation des paysages du Nord et de reconstituer l’historique des changements au cours des derniers siècles ou millénaires. Ces reconstitutions renseignent sur la sensibilité des géo-écosystèmes face aux forçages climatiques et environnementaux de même que sur leur dynamique et leur équilibre dans le temps. D’autre part, l’étude de l’interaction des matériaux géologiques de surface avec les couverts végétal, nival et glaciel permet de jeter un nouvel éclairage sur les processus géomorphologiques qui façonnent les environnements froids. Les reconstitutions paléo-environnementales combinées aux processus qui régissent le fonctionnement des géosystèmes permettent d’anticiper les trajectoires futures de ces environnements et des espèces qui y vivent et d’élaborer des stratégies d’adaptation, de suivi et de conservation.

Responsable : Reinhard Pienitz

Équipe : Antoniades, Dermot ; Arseneault, Dominique ; Bhiry, Najat ; Boucher, Étienne ; De Lafontaine, Guillaume ; Francus, Pierre ; Garneau, Michelle ; Hétu, Bernard ; Lajeunesse, Patrick ; Lavoie, Martin ; Payette, Serge ; Rautio, Milla ; Rochefort, Line ; Simard, Martin.

Thème 2.2 : Cycles biogéochimiques et réseaux trophiques des systèmes aquatiques

Les changements climatiques modifient la nature et la physique des écosystèmes aquatiques et leur connectivité avec le milieu terrestre, avec des implications majeures sur leur productivité biologique et leur biodiversité microbienne, végétale et animale. Ces changements affectent également le cheminement des contaminants (transformation, dégradation, transferts trophiques), qu'ils proviennent de dépôts atmosphériques ou de sources anthropogéniques locales. Les chercheuses et chercheurs du CEN étudient la biogéochimie des lacs arctiques en lien avec l’accélération du cycle hydrologique, la réduction du couvert de glace et l’érosion et le dégel du pergélisol. Les lacs thermokarstiques présentent un intérêt particulier car ils abritent une diversité microbienne unique et méconnue, et sont d’importantes sources de gaz à effet de serre. Les tourbières enregistrent aussi d’importants changements et on connait encore mal le bilan net du carbone de ces écosystèmes susceptibles de produire d’importantes quantités de méthane. La réponse des écosystèmes aquatiques aux changements du climat et les mécanismes de rétroaction climatique sont quantifiés pour alimenter les modèles globaux. Les membres du CEN étudient également les changements dans l’englacement, le régime hydrologique et le débit des rivières, qui contrôlent l’expansion ou la contraction des écosystèmes aquatiques, et leurs effets sur la faune, la flore et les habitants du Nord. Une attention particulière est portée à la qualité de l’habitat, au régime alimentaire et aux mouvements de l’omble chevalier, une espèce vulnérable à ces changements et vitale pour les peuples du Nord. Finalement, les transferts d’eau douce et de matière dissoute vers l’océan sont étudiés, en particulier en lien avec le dégel du pergélisol.

Responsable : Isabelle Laurion

Équipe : Amyot, Marc ; Antoniades, Dermot ; Babin, Marcel ; Chokmani, Karem ; Comte, Jérôme ; Couture, Raoul Marie ; Culley, Alexander ; Dominé, Florent ; Fortier, Daniel ; Garneau, Michelle ; Kinnard, Christophe ; Langlois, Alexandre ; Larivière, Dominic ; Lovejoy, Connie ; Moore, Jean-Sébastien ; Pienitz, Reinhard ; Pilote, Martin ; Rautio, Milla ; Sonnentag, Oliver ; Vincent, Warwick F.

Thème 2.3 : Transformation des communautés écologiques et des réseaux trophiques terrestres

Les impacts du réchauffement climatique sur les écosystèmes terrestres sont majeurs, que ce soit de façon directe sur la physiologie des organismes ou indirecte via ses effets sur l’environnement physique (ex. neige) et le régime de perturbations (ex. feux). L’arbustation rapide de l’Arctique transforme les paysages nordiques nécessitant l’étude de ses causes et conséquences en lien avec le recyclage des nutriments, la séquestration du carbone, l’enneigement et le régime thermique du pergélisol. Les conséquences de ces changements sur les grands herbivores comme le caribou sont étudiées via des suivis à long-terme de leurs populations et de celles de leurs prédateurs. Ces prédateurs exercent un contrôle majeur sur le réseau trophique de la toundra, mais cette dynamique est sensible à la présence d’espèces migratrices, elles-mêmes influencées par les environnements souvent anthropisés qu’elles utilisent en hiver, ou par l’ajout de nouvelles espèces (ex. orignal) dont l’aire de répartition se déplace vers le Nord. Les membres du CEN mènent des suivis écosystémiques à long-terme couplés à des études sur le comportement et l’écophysiologie des espèces, et caractérisent la connectivité entre les écosystèmes nordiques et le reste du globe généré par les mouvements saisonniers des espèces. Cela permet de modéliser la dynamique des réseaux trophiques sur une base saisonnière et évaluer leur sensibilité à des perturbations qui surviennent dans le Nord ou ailleurs sur la planète.

Responsable : Steeve Côté

Équipe : Berteaux, Dominique ; Bêty, Joël ; Boudreau, Stéphane ; Dominé, Florent ; Fauteux, Dominique ; Festa-Bianchet, Marco ; Gauthier, Gilles ; Gravel, Dominique ; Lecomte, Nicolas ; Legagneux, Pierre ; Lessard, Jean-Philippe ; Lévesque, Esther ; Pelletier, Fanie ; Rochefort, Line ; Simard, Martin ; St-Laurent, Martin-Hugues ; Tremblay, Jean-Pierre ; Villarreal A., Juan Carlos ; Vézina, François.

Thème 2.4 : Dynamique et évolution du cycle de l’eau et de la cryosphère

L’étude du cycle de l’eau et de la cryosphère est fondamentale pour répondre à plusieurs enjeux des communautés nordiques qui dépendent de la pérennité des sources d’eau potable et de l’accessibilité au territoire pour pratiquer leurs activités traditionnelles. Les eaux de surface utilisées comme source d’eau potable sont vulnérables au tarissement, au brunissement causé par le dégel du pergélisol et à la contamination chimique et microbiologique. Avec le réchauffement climatique, l’exploitation des eaux souterraines devient envisageable en raison de la fonte de la glace de sol qui rend accessible cette source d’eau auparavant gelée, et à un écoulement souterrain qui gagne en importance dû à un accroissement de l’infiltration. Cependant, la dégradation des principales composantes de la cryosphère, soit la neige, la glace de lacs et de rivières, et le pergélisol, affecte la qualité de la ressource et l’accessibilité au territoire. Pour mieux comprendre les boucles de rétroaction entre le réchauffement climatique, la dégradation de la cryosphère et le cycle de l’eau, les membres du CEN combinent les informations issus du réseau de stations environnementales SILA avec des mesures hydrogéologiques fines réalisées in situ et la télédétection satellitaire du couvert nival et de glace afin de réaliser un bilan d’énergie de surface complet. L’analyse de la composition de la neige, de la glace et de l’eau permettent d’évaluer leur qualité chimique et biologique. La qualité et la vulnérabilité des sources d’eau potable sont étudiées non seulement à la source mais aussi tout le long de la chaîne de traitement et de distribution jusqu’à sa consommation humaine.

Responsable : Jean-Michel Lemieux

Équipe : Allard, Michel ; Antoniades, Dermot ; Bernier, Monique ; Buffin-Bélanger, Thomas ; Chokmani, Karem ; Comte, Jérôme ; Dominé, Florent ; Fortier, Richard ; Grenon, Martin ; Kinnard, Christophe ; Langlois, Alexandre ; Larivière, Dominic ; Laurion, Isabelle ; Molson, John ; Pienitz, Reinhard ; Roy, Alexandre ; Royer, Alain ; Therrien, René.

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