Étude de la matière organique dissoute provenant de la décharge d'eau souterraine d'une flèche de sable en milieu côtier

RÉSUMÉ: L'est du Canada est sujet à une augmentation du niveau de la mer depuis la fin de l'Holocène. Cette augmentation est principalement associée à un ajustement isostatique et a provoqué des transgressions marines, lesquelles ont généré une submersion de la végétation terrigène établie le long de la côte nord-est de l'Amérique du Nord. Au fil du temps, la matière organique (MO) terrigène associée à cette végétation côtière est susceptible de former des horizons composés d'anciens sols organiques appelés paléosols. Ces paléosols sont souvent enfouis sous des sédiments côtiers tels que le sable et les galets, lesquels ont une perméabilité élevée qui permet l'advection d'eau dans les sédiments et les paléosols. Par conséquent, les paléosols peuvent constituer une source de vieille MO terrigène pour l'océan côtier et sont donc susceptibles d'influencer sa biogéochimie à une échelle locale, voir régionale, en affectant non seulement les bilans carbone, mais également les processus biogéochimiques en cours dans le système. La présente étude se concentre sur la dynamique tidale des flux de matière organique dissoute (DOM) mobilisée à partir d'un paléosol localisé sous les sédiments d'une flèche de sable située dans la Baie-des-Chaleurs (QC, Canada). Les trois principaux objectifs consistent à : 1) déterminer les débits de décharge d'eau souterraine provenant de la flèche en utilisant la loi de Darcy ainsi que la mesure de l'activité en 222Rn dans la zone de décharge ; 2) estimer les flux de C organique dissous (COD) du système en utilisant les concentrations en DOC mesurées dans la zone de décharge et les débits de décharge calculés ; et 3) caractériser la MOD de la zone de décharge et des sources environnantes potentielles à partir de leur signature optique (absorbance et fluorescence) afin de déterminer les sources possibles de MOD pour le système. Les résultats de l'analyse hydrologique obtenus en appliquant la loi de Darcy montrent une forte variation des flux de décharge d'eau souterraine, avec des valeurs passant de 0 cm·j-1 à marée haute à 106 cm·j-1 à marée descendante. Le suivi de l'activité en 222Rn dans la zone de décharge a permis d'établir que la contribution des eaux riches en 222Rn aux débits de décharge d'eau souterraine obtenus selon la loi de Darcy varie de 13 à 31 %. Les résultats de l'analyse du 222Rn suggèrent également la présence de deux cellules distinctes d'eau souterraine qui proviennent toutes deux de la recirculation d'eau de mer dans la flèche de sable et illustrent la complexité de la relation entre la variation du niveau de marée et la décharge des eaux souterraines. Les flux de COD provenant de la décharge d'eau souterraine sont estimés à 391,3 (± 100,2) et 360,0 (± 423,5) mmol C·j-1·m-1 en 2018 et 2019, respectivement. Bien qu'il demeure encore difficile d'établir le lien en les flux de MOD et la présence du paléosol sous la flèche de sable, les résultats démontrent une nette différence entre les propriétés optiques de la MOD de la zone de décharge et celles des sources environnantes potentielles. En effet, l'analyse optique de la MOD de la zone de décharge révèle un fort caractère terrigène, une haute aromaticité et un important degré d'humification, suggérant ainsi que la présence du paléosol influence les caractéristiques optiques de la MOD dans la zone de décharge. Les résultats soulignent le rôle complexe des paléosols localisés en zone intertidale sur les flux de MOD et les caractéristiques optiques de l'océan côtier, et ils soulignent la nécessité de mieux quantifier l'impact des systèmes côtiers transgressifs sur les bilans de carbone régionaux et locaux. -- Mot(s) clé(s) en français : Décharge d'eau souterraine, Matière organique dissoute, Transgression marine, Paléosol, Océan côtier. -- ABSTRACT: Since the Late Holocene, eastern Canada has been subjected to a sea-level rise that is mainly associated with post-glacial rebound. This rise has caused marine transgressions and thus submersion of terrigenous vegetation along the northeastern coast of North America. Over time, terrigenous organic matter (OM) from coastal vegetation is likely to form horizons of old organic soils, which are commonly known as paleosols. These paleosols are often buried under coastal sediments such as sands that have a high permeability and allow water in the sediments to advect through the paleosols. Therefore, paleosols can be a source of terrigenous OM to subterranean estuaries (STE). Here, we focused on the tidal dynamics of dissolved organic matter (DOM) fluxes mobilized from the paleosol of a sand spit located in Chaleur Bay (Québec, Canada). We estimated volumetric submarine groundwater discharge (SGD) fluxes using Darcy's law and radon-222 (222Rn), and we determined associated dissolved organic carbon (DOC) fluxes exported to receiving water. We also focused on the characterization of SGD-derived DOM based on the absorbance and fluorescence of the colored dissolved organic matter (CDOM). A multivariate data analysis was realized to better understand DOM sources. Results from Darcy's law show a wide range of SGD fluxes, reaching 106 cm·d-1 during the ebb tide. The contribution of 222Rn-rich groundwaters to total discharge rates determined using Darcy's law ranged between 13 and 31%. Furthermore, analysis of 222Rn activity in the discharge zone suggested the presence of two different cells of recirculated saline groundwater in the sand spit and illustrates the complex relationship between tidal oscillation and SGD. Results indicated mean potential SGD-derived DOC fluxes of 60.7 (± 15.5) and 55.8 (± 36.5) mol C·yr-1 in 2018 and 2019, respectively. The optical analysis of DOM from the discharge zone revealed an important old terrigenous component to the DOM pool. Our findings revealed a clear difference between the optical properties of DOM from the discharge zone and the endmembers. Furthermore, these findings demonstrate the complex role of the paleosol as a source of organic carbon to the coastal ocean and highlight the need to better quantify the impact of transgressive coastal systems on regional and local carbon budgets. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Submarine Groundwater Discharge, Dissolved Organic Matter, Marine Transgression, Paleosol, Coastal Ocean.

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