Supervision par :

Raoul-Marie Couture (Membre régulier.ère (co-chercheur.euse))

Description du projet de recherche

Dynamique du cycle du soufre au travers de gradients redox dans des lacs arctiques couverts de glace

Introduction

Les lacs arctiques subissent de plus en plus de périodes sans glace en réponse aux changements environnementaux (Girard et al., 2023), affectant ainsi la dynamique de l’oxygène dans ces systèmes. Cela a un impact direct sur les espèces chimiques dépendantes des conditions redox, comme le soufre (S), dont la distribution représente un indicateur sensible de ce changement. Le cycle biogéochimique du S est complexe en raison de ses 8 états d'oxydation, de l’activité microbienne qu’ils sous-tendent et de la grande réactivité de ses formes chimiques avec d'autres éléments comme le carbone, l’oxygène, le fer et les éléments traces (Jørgensen, 2021). La spéciation du S joue un rôle clé dans l’organisation des niches microbiennes dans les milieux pauvres en oxygène, comme les lacs arctiques couverts de glace (Vigneron et al., 2021).

Objectifs

Mon projet se place dans une étude à long terme de la biogéochimie des lacs de l’Arctique et du Haut-Arctique. L’objectif principal est d’approfondir les connaissances sur les mécanismes biotiques et abiotiques responsables de la distribution des formes chimiques du S dans la colonne d’eau et les sédiments de lacs au Nunavut sous l’influence des changements environnementaux. D’abord, je vais comparer les espèces réduites de S inorganique présentes dans les sédiments de deux lacs aux dynamiques contrastées près de Resolute Bay. Ensuite, je vais étudier deux lacs méromictiques situés sur l’île d’Ellesmere. Je vais y comparer la distribution du S le long de deux gradients redox, soit à l'interface oxique-anoxique dans la colonne d'eau et à l'interface eau-sédiment aux rives. Tout ça dans le but de réaliser un bilan de masse complet du S et de calculer les taux des réactions. Aussi, je vais tenter de quantifier pour la première fois en Arctique le S organique dissous et sédimentaire.

Sites d'études

Mes premiers sites d’études sont les lacs Meretta et Small, situés à 7 km l’un de l’autre sur l’île Cornwallis au Nunavut (74°42’N). Le lac Meretta possède deux bassins distincts. Le premier a reçu des rejets d'eaux usées entre 1949 et 1998, entraînant des apports de carbone organique favorisant l'anoxie (Antoniades et al., 2011). Le second bassin est resté oligotrophe. Le lac Small n'est pas directement impacté par l’activité humaine, mais semble influencé par les sulfates marins à cause de sa proximité avec l’océan Arctique. Mes autres sites d’études sont les lacs méromictique A (83°00’N) et C2 (82°50’N) situés au nord de l’île d’Ellesmere au Nunavut. Les lacs méromictiques ne se mélangent pas, ils possèdent donc une forte stratification. Cela cause des gradients redox étendus, ce qui en fait des laboratoires naturels idéals pour étudier les cycles biogéochimiques et les niches microbiennes (Vigneron et al., 2021).

Matériel et méthodes

Sur le terrain, nous allons acquérir des profils de haute résolution dans la colonne d’eau de pH, d’oxygène dissous et de fluorescence de la chlorophylle a et de la matière organique dissoute. Nous allons échantillonner la colonne d’eau, les sédiments et l’eau porale. À certains sites, nous allons installer des mouillages équipés de capteurs pour obtenir des données à longueur d’année. Au laboratoire, dans les échantillons d’eau, je doserai le sulfate et le thiosulfate par chromatographie ionique, le soufre élémentaire par voltampérométrie et le sulfure par colorimétrie. J’adapterai des protocoles pour analyser le soufre organique dissous. Pour les sédiments, je quantifierai le S total avec un analyseur élémentaire, la spéciation du S organique par spectroscopie des rayons X et trois fractions de S inorganique (AVS, CRS, ES) par extractions séquentielles. Les métaux extraits simultanément (SEM) seront analysés par spectroscopie de masse.

Références

Antoniades, D., Michelutti, N., Quinlan, R., Blais, J.M., Bonilla, S., Douglas, M.S.V., Pienitz, R., Smol, J.P., Vincent, W.F., 2011. Cultural eutrophication, anoxia, and ecosystem recovery in Meretta Lake, High Arctic Canada. Limnology and Oceanography 56(2), 639-650; Girard, C., Vincent, W.F., Culley, A.I., 2023. Arctic bacterial diversity and connectivity in the coastal margin of the Last Ice Area. ISME Communications 3(1); Jørgensen, B.B., 2021. Sulfur Biogeochemical Cycle of Marine Sediments. Geochemical Perspectives 10(2), 145-307; Riddle, M.J., Muir, D.C.G., 2008. Direct human impacts on high-latitude lakes and rivers, in: Vincent, W.F., Laybourn-Parry, J. Polar Lakes and Rivers: Limnology of Arctic and Antarctic Aquatic Ecosystems. Oxford University Press; Vigneron, A., Cruaud, P., Culley, A.I., Couture, R.-M., Lovejoy, C., Vincent, W.F., 2021. Genomic evidence for sulfur intermediates as new biogeochemical hubs in a model aquatic microbial ecosystem. Microbiome 9(1), 46.

Coordonnées des sites de recherche