Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Plusieurs composantes du cycle du carbone sont encore mal connues. On connaît particulièrement mal les flux de carbone à l'échelle continentale. Dans la présente thèse, on aborde deux types de flux, ceux d'un fleuve, en l'occurence le Saint-Laurent, vers son estuaire et ceux à l'interface eau-air d'un plan d'eau (ici, le réservoir Robert-Bourassa). La thèse se présente donc en deux volets distincts mais avec une méthodologie commune, surtout basée sur des approches isotopiques. Pour le volet fluvial, le but de l'étude est de produire une estimation annuelle des flux et des sources des formes majeures du carbone, c'est-à-dire du carbone inorganique et organique dissous ainsi que de carbone organique particulaire (CID, COD et COP respectivement), du Saint-Laurent vers son estuaire; on porte ici une attention particulière aux variations saisonnières. Pour le volet "gaz à effet de serre" (GES), l'objectif principal est de quantifier les émissions annuelles de CO2 du réservoir hydroélectrique Robert-Bourassa. Les objectifs secondaires incluent la détermination des sources du CO2 émis et de son cycle saisonnier ainsi que le développement d'un modèle de calcul isotopique de flux de CO2 à l'interface eau-air. Afin d'atteindre les objectifs des deux volets, on a eu recours à des analyses isotopiques et élémentaires, ainsi qu'à la mesure de divers paramètres physico-chimiques.

Le fleuve Saint-Laurent exporte vers son estuaire de 0,10 à 0,13-10n g de COP, environ 1,38-1012 g de COD et de 5,24 à 5,54-1012 g de CID. Le COP présent dans le fleuve est majoritairement d'origine aquatique et produit dans le fleuve même. Ce qui n'est pas nécessairement le cas pour le COP des tributaires. Tandis que le COP exporté par la rivière des Outaouais vers le fleuve Saint-Laurent, est majoritairement terrigène, celui de la rivière Mascouche est majoritairement d'origine aquatique en été et terrestre en hiver. En contrepartie, le COD, qui est dix fois plus abondant que le COP, semble être majoritairement terrigène toute l'année aussi bien dans le fleuve Saint-Laurent que dans ses tributaires. De plus, il est fortement oxydé dans le fleuve avant son export vers l'estuaire sauf durant l'hiver. Durant l'été et l'automne c'est jusqu'à 25% du COD qui entre dans le fleuve qui est oxydé. Annuellement, cette perte de COD représente près de 10% du COD exporté vers l'estuaire. Les sources et le cycle saisonnier du CID a été traité antérieurement. Quoi qu'il en soit, la présente étude démontre que les flux instantanés de carbone du fleuve Saint-Laurent vers son estuaire peuvent être estimés à partir de relations polynomials avec le débit à Québec.

Dans le réservoir Robert-Bourassa, le CO2 émis à la surface est essentiellement issu de la dégradation et de l'oxydation de la matière organique dissoute (MOD), dans la colonne d'eau du réservoir. Cette MOD provient principalement du bassin de drainage du réservoir et est relativement "jeune". L'activité photosynthétique ne semble pas ici influencer de façon importante les signatures isotopiques du CID et du COD. Ainsi, les signatures isotopiques observées à un moment quelconque de la journée, sur l'ensemble du réservoir, sont-elles considérées représentatives de celles de l'ensemble de la journée. Les résultats de cet échantillonnage indiquent que la production de CO2 est faible sur la moitié de la surface du réservoir et forte pour l'autre moitié. L'hiver, la dégradation de la MOD paraît fortement réduite puis, au printemps, la MOD fraîche accumulée au cours de l'hiver semble fortement dégradé lors de la débâcle. On retiendra aussi, qu'en été, le réservoir Robert-Bourassa s'apparente aussi bien isotopiquement que physico-chimiquement à un lac profond du Moyen Nord québécois. Le modèle isotopique de calcul de flux de CO2 révèle un flux moyen de CO2 à l'interface eau-air du réservoir Robert-Bourassa de l,04±0,21-1011 g de CO2 en 2000 et de l,89±0,40-1011 g de CO2 en 2001. La perte annuelle de CO2 aux turbines a été estimée à 3,3±2,2 xl011 g de CO2 soit à 50 à 80% des émissions totales de CO2 qui s'élèverait annuellement à 4,64 à 5,79-1011 g de CO2. Les pertes de CO2 à la débâcle printanière semblent ici négligeables (5 à 10% des émissions totales annuelles).