Caractérisation et devenir de la matière organique dissoute issue du dégel du pergélisol côtier (mer de Beaufort, TNO, Canada)

RÉSUMÉ : L'augmentation du taux d'érosion côtière et de dégel du pergélisol le long de la côte Arctique représente une source majeure de matière organique dissoute (DOM), vers l'océan côtier. Cette matière, issue du pergélisol, a la capacité d'influencer grandement les écosystèmes côtiers marins, la chimie de l'océan ou encore les chaînes trophiques. Le fer, qui interagit avec la matière organique, aurait la capacité de contrôler la mobilité et l'export de la DOM issue du pergélisol. L'objectif de ce projet de maîtrise était de caractériser l'origine et le devenir de la MO issue du pergélisol dans la zone côtière de la mer de Beaufort, afin de mieux comprendre le rôle des marges continentales arctiques dans le transfert de matière du continent à l'océan. Plus spécifiquement, il vise à 1) caractériser et tracer la signature optique de la DOM nouvellement mobilisée des falaises côtières de pergélisol à la zone infralittorale et 2) évaluer expérimentalement l'affinité de la DOM issue du pergélisol côtier avec les hydroxydes de fer, en caractérisant et quantifiant la portion piégée. Au cours des étés 2019 et 2021, des échantillons d'eau de fonte de pergélisol, d'eau souterraine de plage et d'eau de mer ont été prélevés sur plusieurs transects, des falaises côtières jusqu'à 1 - 2 km de la ligne de rivage. Les concentrations de carbone organique dissous (DOC) et de matière organique dissoute chromophorique (CDOM) diminuent rapidement dans le gradient de salinité, dès que la matière est mobilisée dans la phase dissoute. Une analyse de la fraction fluorescente de la DOM (FDOM) par une méthode multifactorielle (PARAFAC) a permis de caractériser la FDOM issue de l'eau de fonte comme étant à haut poids moléculaire, humique et terrigène et la FDOM issue d'échantillons collectés au large de la côte, comme étant protéinique, à faible poids moléculaire et d'origine microbienne. La signature optique de l'eau de fonte de pergélisol s'estompe rapidement dans le gradient continent-océan. Des expérimentations ont révélé que cette perte de signal pourrait être causée par l'interaction de la DOM avec des hydroxydes de fer réactifs qui pourraient alors agir comme un piège, permanent ou temporaire, à l'export de cette matière vers les eaux côtières arctiques. L'export de molécules de plus petits poids moléculaires non stabilisées par le fer serait alors favorisé. Globalement, cette étude a permis de montrer que des processus de régulation prennent place dès la mobilisation de la MO issue du dégel du pergélisol contrôlant ainsi les flux de carbone terrigène vers les eaux côtières arctiques. -- Mot(s) clé(s) en français : pergélisol, arctique, matière organique dissoute, carbone organique dissous, océan côtier, hydroxyde de fer réactif. -- \nABSTRACT : Increasing rates of coastal erosion and permafrost thaw along the Arctic coast represent a major source of dissolved organic matter (DOM) to the coastal environment. This material, originating from thawing permafrost, can greatly influence marine coastal ecosystems, ocean chemistry and food web dynamics. Iron, an element that interacts with organic matter, could have the ability to control the mobility and export of this permafrost-derived DOM. The objective of this master's project was to characterize the origin and fate of permafrost-derived OM in the coastal Beaufort Sea, to better understand the role of Arctic continental margins in the transfer of material from the continent to the ocean. Specifically, it aimed at 1) Characterizing and trace the optical signature of newly mobilized DOM from coastal permafrost cliffs to the subtidal zone and 2) experimentally assess the affinity of DOM from coastal permafrost with iron hydroxides, characterizing and quantifying the trapped portion. During the summers of 2019 and 2021, permafrost meltwater, beach groundwater, and seawater samples were collected from several coastal bluffs transects up to 1-2 km from the shoreline. Dissolved organic carbon (DOC) and chromophoric dissolved organic matter (CDOM) concentrations decreased rapidly across the salinity gradient once the material was into the dissolved phase. A PARAFAC analysis of fluorescent DOM indicated that permafrost-derived DOM had a high molecular weight, humic, and was from terrigenous origin, while coastal ocean-derived FDOM was protein-rich with low molecular weight, and from microbial (autochthonous) origin. The optical signature of meltwater faded along the continent-ocean continuum. Experiments revealed that this loss of signal could be caused by the interaction of DOM with reactive iron hydroxides which could act as a permanent or temporary trap, during its export to Arctic coastal waters. The export of smaller molecules, which are not stabilized by iron, would be favored. Overall, this study has shown that regulatory processes take place from the mobilization of permafrost-derived OM, controlling the flow of terrigenous carbon into Arctic coastal waters. -- Mot(s) clé(s) en anglais : permafrost, Arctic, dissolved organic matter, dissolved organic carbon, coastal ocean, reactive iron hydroxide.

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