Impacts de la régulation des rivières sur l'apport en CDOM sur la côte est de la baie James

RÉSUMÉ : La matière organique dissoute chromophorique (CDOM) influence la répartition de la lumière et la biogéochimie dans les milieux aquatiques. Les eaux côtières directement impactées par le ruissellement fluvial reçoivent de grandes quantités de CDOM terrestre. La côte est de la baie James (EJB) abrite de nombreuses rivières, dont la plupart sont peu ou pas affectées par les activités humaines. La Grande Rivière (LGR) a cependant été fortement régulée pour construire un vaste complexe hydroélectrique de 1974 à 2013, comprenant de grands réservoirs et des canaux de dérivation. Les objectifs de ce projet sont 1) d'évaluer l'impact de la régulation du débit de la rivière sur l'abondance et les caractéristiques chimiques de la CDOM terrestre délivrée dans l'EJB, 2) de caractériser les dynamiques de mélange de la CDOM et leur variabilité saisonnière et interannuelle potentielle dans la baie, et 3) d'explorer la faisabilité d'utiliser la CDOM comme indicateur du carbone organique dissous (DOC) dans l'EJB. Pour atteindre ces objectifs, un plan d'échantillonnage pluriannuel (2018-2021) et multisaisonnier a été exécuté permettant la collecte des données de CDOM et du DOC ainsi que des données auxiliaires telles que la température de l'eau, la salinité et la composition isotopique de l'oxygène (d18O-H2O). L'eau douce déversée par la Grande Rivière largement régulée était constamment appauvrie en DOM par rapport aux rivières non régulées (URRs), avec un coefficient d'absorption de la CDOM à 440 nm (aCDOM(440)) en moyenne 3,35 fois plus faible et un DOC 2,50 fois plus faible. En revanche, la pente spectrale d'absorption entre 275 et 295 nm (S275-295, un proxy du poids moléculaire) et le coefficient d'absorption spécifique à 254 nm (aCDOM(254), un indicateur de l'aromaticité) de la CDOM des URR n'étaient que 10,6% inférieurs et 11,7% supérieurs à ceux de la CDOM de la LGR, respectivement. L'apport fluvial s'est avéré être la source dominante de CDOM dans la zone d'étude, avec peu d'influence de la formation ou de la fonte de la glace de mer. La répartition de la CDOM a révélé deux régimes distincts : la zone à faible teneur en CDOM influencée par la LGR au nord et la zone à forte teneur en CDOM influencée par les URRs au sud. Les deux zones ont montré de fortes relations conservatrices, mais distinctes entre aCDOM(440) et la salinité, convergeant vers un membre final commun (salinité ~25) avec peu de saisonnalité. Les données composites combinant les deux zones et toutes les saisons et années ont montré des relations non linéaires entre S275-295, a*CDOM(254) et aCDOM(440) et une corrélation linéaire simple robuste entre DOM et aCDOM(440). Cette étude suggère un fort impact de la régulation des rivières sur l'apport de CDOM dans l'EJB, révèle une faible variabilité saisonnière de la dynamique et des caractéristiques du mélange de la CDOM, et démontre la faisabilité de l'utilisation de la télédétection spatiale pour l'évaluation synoptique et en temps réel de la dynamique de la DOM et des cycles biogéochimiques associés dans l'EJB. -- Mot(s) clé(s) en français : absorption de la CDOM; carbone organique dissous; régulation des rivières; côte est de la baie James. -- \nABSTRACT : Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) influences light distribution and biogeochemistry in aquatic environments. Coastal waters directly impacted by river runoff receive large amounts of terrestrial CDOM. The eastern James Bay (EJB) coast harbors numerous rivers, most of which are little or not affected by human activities. The La Grande River (LGR) has, however, been heavily regulated for building a vast hydroelectric powerplant complex between 1974 and 2013, including large reservoirs and diversion channels. The objectives of this project are to 1) assess the impact of river discharge regulation on the abundance and chemical characteristics of terrestrial CDOM delivered into the EJB, 2) characterize the mixing dynamics of CDOM and their potential seasonal and interannual variability in the bay, and 3) explore the feasibility of using CDOM as an indicator of dissolved organic carbon (DOC) in the EJB. To achieve these objectives, multi-year (2018-2021) and multi-season field surveys were conducted to collect CDOM and DOC data, along with ancillary data including water temperature, salinity, and oxygen isotopic composition (d18O-H2O). Freshwater discharged from the extensively regulated LGR was constantly depleted in DOM compared with the unregulated rivers (URRs), being on average 3.35 times lower in CDOM absorption coefficient at 440 nm (aCDOM(440)) and 2.50 times lower in DOC. In contrast, the absorption spectral slope between 275 and 295 nm (S275-295, a proxy of molecular weight) and the specific absorption coefficient at 254 nm (a*CDOM(254), an indicator of aromaticity) of the URRs CDOM were only 10.6% lower and 11.7% higher than those of the LGR CDOM, respectively. Riverine input was found to be the dominant source of CDOM in the study area, with little influence from sea ice formation or melting. CDOM distribution fell into two distinct regimes: the LGR-influenced low-CDOM area in the north and the URRs-influenced high-CDOM area in the south. The two areas showed strong conservative but separate aCDOM(440)-salinity relationships converging at a common marine endmember (salinity ~25) with little seasonality. The composite data combing both areas and all seasons and years exhibited non-linear relationships between S275-295, a*CDOM(254) and aCDOM(440) and a robust simple linear correlation of DOC to aCDOM(440). This study suggests a strong impact of river regulation on CDOM input into the EJB, reveals low seasonal variability of CDOM mixing dynamics and characteristics, and demonstrates the feasibility of using remote sensing from space for real-time and synoptical assessment of DOM dynamics and the associated biogeochemical cycles in the EJB. -- Mot(s) clé(s) en anglais : CDOM absorption; dissolved organic carbon; river regulation; eastern coast of James Bay.

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