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Payandi-Rolland, Dahédrey. Biogéochimie du carbone organique dans les eaux de tourbières à pergélisols : une approche expérimentale

Payandi-Rolland, Dahédrey (2020). Biogéochimie du carbone organique dans les eaux de tourbières à pergélisols : une approche expérimentale.

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Résumé en francais

Dans le contexte actuel du réchauffement climatique et de son amplification dans les régions nordiques, l'objectif principal de cette thèse est d'évaluer les facteurs pouvant influencer la dégradation de la matière organique (MO) contenue dans les tourbières à pergélisol. Dans ce but, nous avons étudié l'effet des paramètres, directement ou indirectement influencés par le changement climatique, sur la dégradation de la MO. Des études de terrains et des expérimentations ont été effectuées dans des zones à pergélisol discontinu de la Suède et de l'Est Sibérien, associées à des expériences en laboratoire utilisant des substrats de ces régions et du Nord-Est de l'Europe. Ces études ont eu pour but de déterminer l'influence des paramètres physico-chimiques suivant sur la dégradation de la MO: la température, la biomasse microbienne, l'origine de la MO, le type de végétation, l'hétérogénéité des plans d'eau, les cycles de gel-dégel (CGD), les conditions anoxiques et la profondeur des sols. L'originalité de ce travail réside dans la combinaison d'analyses (bio)géochimiques variées, utilisées à la fois lors des missions de terrain et en laboratoire, liant la microbiologie et la géochimie, pour comprendre la transformation de la MO dans les régions arctiques. Après une introduction générale présentant l'impact et la rétroaction positive que peut avoir le dégel du pergélisol sur le réchauffement climatique, le premier chapitre de cette thèse présente le contexte général du sujet d'étude, traitant de la MO et des problèmes actuels des régions arctiques face à ce réchauffement. Il contient aussi les techniques, analyses et méthodes utilisées durant cette thèse. Le second chapitre décrit les 3 sites d'étude et les caractéristiques générales des travaux réalisés sur le terrain, dont l'étude du comportement de la MO durant les cycles nycthéméraux. Le troisième chapitre traite de l'influence de l'origine de la MO et de l'hétérogénéité des plans d'eau sur la biodégradation de la MO. Le chapitre quatre s'intéresse aux effets des CGD subis par les eaux des tourbières durant les périodes de transition (début du printemps et fin de l'automne). Finalement, le cinquième chapitre traite d'expérimentations aérobies et anaérobies de dégradation de la MO. Les expérimentations aérobies traitent de l'effet de la température et des bactéries hétérotrophes sur la biodégradation, et les expérimentations anaérobies ont été effectuées pour déterminer le potentiel de production en gaz à effet de serre d'un profil de sol issu d'une tourbière. Parmi les résultats les plus importants de cette thèse, on retiendra que : i) durant la nuit les petits lacs thermokarstiques relarguent jusqu'à 3 fois plus de CO2 que durant la journée et que les grands lacs passent de puits à source de CO2 ; ii) le long d'un continuum hydrologique (des dépressions jusqu'aux rivières en passant par les lacs thermokarstiques), la vitesse de biodégradation de la MO diminue et la biodégradabilité des eaux augmente ; iii) les CGD fréquents durant les périodes de transition n'influencent pas la dégradation de la MO mais favorisent la complexation MO-métaux dans les eaux à pH neutres des grands lacs et rivières; iv) les températures de ces périodes (4°C environ) ont le même impact sur la biodégradation de la MO que celles observées en été (25°C) ; v) enfin, lors du dégel anaérobie du pergélisol, la biodégradation de la MO de ce dernier ne produit pas plus de CH4 ni de CO2 que celle de la couche active. Les études menées lors de cette thèse devraient préciser les effets, directs et/ou indirects, du changement climatique sur la dégradation de la MO dans les régions à pergélisol discontinu. De plus, l'étude du devenir du carbone contenu dans les sols et les eaux des tourbières ainsi que les émissions de CO2 et de CH4, permettra d'appréhender l'influence du changement climatique sur les interactions entre le carbone biodégradé de la pédo- et de l'hydrosphère pouvant être émis vers l'atmosphère.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Bénézeth, Pascale
Shirokova, Liudmila
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Biogéochimie - Expérimentation - Carbone - Terrain - Pergélisol discontinu - Tourbières
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :04 May 2021 08:54