Diogo Folhas

Étudiant 3è cycle

Département de chimie, Université Laval

Université Laval

351 218 419 177
diogo.folhas@tecnico.ulisboa.pt

Direction

Projet de recherche

Dynamique de la matière organique naturelle dans les lacs thermokarstiques du pergélisol

Introduction

Le pergélisol est omniprésent dans les régions arctiques et subarctiques, occupant jusqu'à 22% de la superficie terrestre. La hausse des températures dans l'hémisphère Nord a provoqué la fonte du pergélisol, induisant la formation de lacs thermokarstiques et la mobilisation conséquente à la fois de composés inorganiques et de carbone organique, exposant ce dernier à une biodégradation en CO₂ et en CH₄, finalement libéré dans l'atmosphère. Ce plan doctoral vise à: i) quantifier les relations entre les espèces intermédiaires redox et la matière organique naturelle (NOM), et ii) déterminer dans quelle mesure les modèles conceptuels existants pour le devenir des NOM restent pertinents dans le contexte des nouvelles sources de carbone originaires de dégel du pergélisol, et iii) accéder à des changements systématiques de ces facteurs le long d'un gradient bioclimatique unique de 4000 km.

Objectifs

L'objectif principal de ce projet de thèse est de se concentrer sur l'approfondissement des connaissances actuelles sur la dynamique de la matière organique naturelle dans les lacs thermokarstiques du pergélisol et leurs processus biogéochimiques connexes, pour finalement mieux comprendre leurs impacts environnementaux et socio-économiques. Cette proposition peut être divisée en trois domaines principaux:

quantification, caractérisation et transport des NOM à travers ces systèmes de lacs;
les processus biogéochimiques impliqués dans la dégradation des NOM;
la modélisation DOC pour les «modèles de prévision des lacs thermokarstiques du pergélisol» avec les impacts attendus à l'échelle régionale et mondiale.

Pour atteindre ce but, nous proposons les objectifs spécifiques suivants:

Procéder à la caractérisation structurale de la matière organique dissoute (DOM), ainsi qu'à la caractérisation des sédiments au fond du lac.
Analyser les principaux couples redox (Fe (II) / Fe (III), Mn (II) / Mn (IV), S^2- / SO₄^2-) dans les échantillons d'eau et de sédiment, en se concentrant sur son rôle dans l'oxydation des NOM dans environnement de ces lacs.

Sites d'étude

Ce plan de recherche se concentrera sur trois régions spécifiques: Kuujjuarapik-Whapmagoostui (W-K), Umiujaq et l'île Bylot. Alors que W-K est dans une zone de pergélisol sporadique et Umiujaq dans une zone de pergélisol discontinu, l'île Bylot est couverte de sols de pergélisol continus. Cette différence permet de distinguer les processus de biogéochimie et par conséquent de modéliser les variables liées aux différentes origines des lacs.

Matériel et méthodes

Composition chimique du NOM:

Les méthodologies pour les échantillons d'eau de T1 sont:

Quantification du DOC à partir d'échantillons d'eau de lac.
Les acides humiques sont séparés des acides fulviques.
L'échantillon d'eau acidifiée subit une extraction en phase solide et est par conséquent lyophilisé.
Les techniques de caractérisation telles que FTIR, RMN, fluorescence moléculaire, et peut-être les techniques MS éclaireront leur composition.

Les méthodologies pour les échantillons de sédiments sont les suivantes:

Retirer les argiles des échantillons de sédiments.
Extraire et quantifier la matière organique des sédiments et procéder à sa caractérisation comme indiqué pour les échantillons d'eau.

Espèces oxydantes:

Pour les échantillons d'eau, la quantification de:

Fe (II) / Fe (III) en utilisant la méthode de la ferrozine et la spectrométrie UV-Vis.
Mn (II) / Mn (IV) via FAAS.
Espèces de soufre réduit S^2- et intermédiaires par voltampérométrie par décapage cathodique.

Références

Aiken, G.R., McKnight, D.M., Wershaw, R.L., and McCarthy, P.: Humic substances in soil, sediment and water, New York: Wiley and Sons, 1985. Arndt, S., Jorgensen, B.B., LaRowe, D.E., Middelburg, J.J., Pancost, R.D., and Regnier, P.: Quantifying the degradation of organic matter in marine sediments: A review and synthesis, Earth-Sciences Reviews, 123, 53-86, 2013. Couture, R.M., de Wit, H.A., Tominaga, K., Kiuru, P., and Markelov, I.: Oxygen dynamics in a boreal lake responds to long-term changes in climate, ice phenology, and DOC inputs, J. Geophys. Res. Biogeosci., 120, 2441–2456, 2015. Czudek, T. and Demek, J.: Thermokarst in Siberia and Its Influence Relief on the Development of Lowland, Quaternary Research, 120, 103–120, 1970.

Localisation des sites de recherche

Communications scientifiques

Folhas, D., Duarte, A.C., Pilote, M., Vincent, W.F., Freitas, P., Vieira, G., Silva, A.M.S., Duarte, R.M.B.O., Canário, J., 2020. Structural characterization of dissolved organic matter in permafrost peatland lakes. Water, 12(11), 3059. DOI: 10.3390/w12113059 .

Folhas, D., Canário, J., Vincent, W.F., 2019. T-MOSAiC–A new circumpolar collaboration. Advances in Polar Sciences, 30(4): 357-358. DOI: 10.13679/j.advps.2019.0027.

Freitas, P., Vieira, G., Canário, J., Folhas, D., Vincent, W.F., 2019. Identification of a threshold minimum area for reflectance retrieval from thermokarst lakes and ponds using full-pixel data from Sentinel-2. Remote Sensing, 11(6): 657. DOI: 10.3390/rs11060657.