Supervision par :

Daniel Nadeau (Membre régulier.ère (co-chercheur.euse))

Co-supervision par :

Florent Domine (Membre régulier.ère (co-chercheur.euse))

Description du projet de recherche

Impact de l’expansion arbustive en Arctique sur le régime thermique estival du pergélisol

Introduction

Le réchauffement climatique en région polaire est quatre fois plus rapide que la moyenne planétaire (Rantanen et al., 2022), ce qui implique des changements majeurs qui menacent les écosystèmes locaux et le climat à grande échelle (IPCC, 2022). Un de ces changements est l’expansion arbustive dans la toundra arctique (McDermott et al., 2021). En hiver, diverses études ont montré la grande variété de processus physiques causé par les arbustes et influant sur le régime thermique du pergélisol (Dominé et al., 2022). En période estivale, l’impact de ces arbustes sur le sol reste majoritairement incompris (Oehri et al., 2022), ce qui mine notre capacité à estimer l’épaisseur de la couche active du pergélisol (qui dégèle en été). Pourtant, celle-ci est déterminante dans la quantité de composés organiques stockés depuis des milliers d’années qui peut être transformée en gaz à effets de serre par le métabolisme microbien (Schaefer et al., 2014).

Objectifs

Afin de combler cette lacune, notre étude a pour objectif de comparer le bilan d’énergie de surface de parcelles de toundra herbacée et arbustive voisines afin d’identifier les mécanismes contrôlant le dégel du pergélisol en été. Pour ce faire, les composantes du bilan énergétique seront quantifiées, y compris les flux radiatifs, latents et sensibles, ainsi que le stockage et les flux de chaleur dans le sol. Une meilleure compréhension de ces processus contribuera à l’amélioration des modèles climatiques. Une composante de modélisation est également visée par l’étude, où le modèle CLASSIC (Canadian Land Surface Scheme Including Biogeochemical Cycles) sera employé afin de le comparer avec les observations au site d’étude.

Sites d'études

Le site d’étude se trouve dans la vallée Qarlikturvik de l’île Bylot (73°N) dans l’archipel arctique canadien, où une fraction de la surface est recouverte d’arbustes. Nous avons sélectionné deux sites d’étude pertinents : Toundra et Salix. Le premier est un environnement de toundra herbacée sans arbustes, et le second environnement comporte des parcelles d’arbustes Salix richardsonii d’environ 40 cm de hauteur. Le site d’étude est situé à quelques kilomètres de la station de recherche du Centre d’Études Nordiques à l’Île Bylot.

Matériel et méthodes

Une instrumentation préliminaire a été déployée dans la vallée Qarlikturvik à l’été 2023 afin de mesurer les composantes du bilan d’énergie de surface. À ce site de toundra herbeuse et arbustive, les données préliminaires semblent indiquer une couche active moins profonde sous les arbustes. Cependant, des enjeux de quantification des flux de chaleur sensible et latent ont été rencontrés pour le site arbustif, ce qui limite la portée des travaux effectués. De plus, la grande variabilité spatiale des propriétés thermiques du sol empêche la généralisation de cette observation. Ainsi, des sites ayant des sols différents seront étudiés afin de quantifier l’impact des propriétés du sol sur le bilan d’énergie. Par conséquent, un deuxième site dans une unité géomorphologique différente sera instrumenté à l’été 2024, permettant une comparaison plus précise des conditions de chaque milieu et une meilleure quantification des flux turbulents de l’environnement arbustif.

Références

Domine, F., […], (2022). Permafrost cooled in winter by thermal bridging through snow-covered shrub branches. Nature Geoscience, 15(7), 554–560. IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 3056 pp. McDermott, M. T., […], (2021). Willow drives changes in arthropod communities of northwestern Alaska: Ecological implications of shrub expansion. Ecosphere, 12(5). Oehri, J., […], (2022). Vegetation type is an important predictor of the Arctic Summer Land Surface Energy Budget. Nature Communications, 13(1). Rantanen, M., […], (2022b). The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979. Communications Earth & amp; Environment, 3(1). Schaefer, K., […], (2014). The impact of the Permafrost Carbon Feedback on Global Climate. Environmental Research Letters, 9(8), 085003.

Coordonnées des sites de recherche