Linking terrestrial landscape to aquatic CO2 through the processing of organic carbon in boreal freshwaters

Cette thèse a pour but commun d'améliorer notre compréhension du rôle que la dégradation de carbone organique dans les milieux aquatiques joue dans les flux de carbone entre le paysage terrestre, les milieux aquatiques et l'atmosphère. Ainsi, au cours des cinq dernières années, un survol de près de 500 lacs, rivières et milieux humides a été réalisé à travers différentes régions du biome boréal canadien afin de mieux comprendre comment le carbone organique dissous (COD), en termes de quantités et de qualité, est relié aux propriétés du paysage environnant. Ces caractéristiques ont ensuite servi à mieux comprendre le potentiel du COD à être dégradé par les processus biologiques et photochimiques ayant lieu dans l'eau, et ultimement, à mieux cerner le rôle que la dégradation de COD joue sur les émissions aquatiques de dioxyde de carbone (CO2) dans le biome boréal. Les résultats principaux ont d'abord démontré (Chapitre 1) qu'à travers un paysage boréal de près de 1 million km2, le métabolisme des lacs était auto-corrélé spatialement, de telle sorte que les lacs près les uns des autres tendent à avoir des taux comparables de production et de dégradation de carbone organique et des concentrations comparables de CO2. Ce sont largement les propriétés du climat et du paysage qui structurent le métabolisme des lacs dans l'espace, mais cet effet est presque entièrement intégré par les concentrations et la qualité des nutriments et du COD (aussi auto-corrélés spatialement), qui à leur tour ont un effet causal sur les processus qui contribuent au cycle du carbone dans l'environnement aquatique. Cet effet contrôlant du COD sur le métabolisme aquatique se répercute spatialement au niveau du CO2, comme en témoignent les diverses relations régionales existant entre CO2 et COD (Chapitre 2). La nature et la force de cette relation, par contre, différent grandement de région en région en fonction de la connectivité avec le milieu terrestre et des moyennes régionales en nutriments. Ces patrons supportent l'importance de l'effet intégrateur du COD, et exposent le besoin d'explorer les processus qui relient directement le COD au CO2 aquatique. Les concentrations, mais surtout la qualité du COD expliquent en grande partie les patrons de dégradation biologique et photochimique dans les lacs, rivières et milieux humides boréaux étudiés (Chapitre 3). Les analyses optiques ont révélé que même si les groupes de COD concernés diffèrent, le paysage terrestre exporte simultanément de grandes quantités de carbone biologiquement et photo-chimiquement dégradable. Les résultats montrent que le milieu terrestre exporte d'importantes quantités de carbone biodégradable qui ressemble beaucoup au carbone typiquement associé à des sources autochtones, provenant de la production primaire dans l'environnement aquatique, de telle sorte que le potentiel total de dégradation du COD, et donc de production de CO2, semble augmenter plutôt que diminuer en s'approchant de l'interface sol-eau. La dégradation de COD d'origine terrestre dans les écosystèmes aquatiques semble donc relier, causalement, le climat et le paysage terrestre au CO2 aquatique. Des changements au niveau du climat et du paysage terrestre ont occasionné de considérables augmentations de concentrations en COD d'origine terrestre dans les écosystèmes aquatiques au cours des dernières décennies, et nos résultats démontrent qu'effectivement il y a un lien fort entre contenu en COD terrestre, dégradation de carbone organique, concentrations et flux de CO2 dans à travers les lacs, rivières et milieux humides boréaux (Chapitre 4). En conséquence, les émissions de CO2 par les écosystèmes aquatiques ont vraisemblablement augmenté de 10 à 50% au cours des 30 dernières années en réponse aux tendances temporelles en COD, et devraient continuer à augmenter proportionnellement aux tendances projetées. L'ensemble des résultats présentés dans cette thèse démontre donc une dégradation efficace de carbone organique d'origine terrestre dans les eaux de surface, laquelle devrait résulter en une accélération considérable du retour de carbone terrestre vers l'atmosphère via la portion aquatique du paysage boréal en fonction des pressions environnementales actuelles. Il y a globalement, à chaque année, presque autant de carbone émis par les écosystèmes aquatiques de carbone stocké dans les sols. Les différents changements environnementaux dans le biome boréal à travers le monde devraient donc non seulement amplifier la perte de carbone terrestre vers les milieux aquatiques, mais aussi les flux de CO2 de l'eau vers l'atmosphère, avec un impact majeur sur le cycle global du carbone. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Carbone organique dissous, écosystèmes aquatiques, paysage, climat, dégradation, flux

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