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Modélisation et simulation de la dynamique de la matière organique dissoute en milieu fluvial

Massicotte, P. (2012). Modélisation et simulation de la dynamique de la matière organique dissoute en milieu fluvial. [Thèse universitaire]

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Massicotte_2012_MOD_St-Laurent_milieu fluvial_A.pdf

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Résumé

Le réservoir de matière organique dissoute (MOD) dans les écosystèmes aquatiques constitue l'une des plus grandes sources de carbone sur Terre et joue un rôle important dans le cycle biogéochimique du carbone. De plus, la MOD influence considérablement l'écologie des systèmes aquatiques en étant la source principale d'énergie des bactéries hétérotrophes situées à la base de la chaine alimentaire. Le cycle biogéochimique de la MOD dans les grands fleuves est cependant mal connu en raison notamment du caractère dynamique et hétérogène qui caractérise l'hydrologie et la morphologie de tels systèmes. La connectivité spatiale, l'hétérogénéité environnementale et le régime hydrodynamique combinés à un ensemble complexe de processus de production et de transformation du carbone sont les principaux facteurs influençant la dynamique de la MOD. Cette thèse doctorale, par le biais de la modélisation, propose d'étudier la dynamique de production et de transformation de la MOD dans le fleuve Saint-Laurent (FSL). Les objectifs principaux de cette thèse sont: (I) d'identifier les rôles de l'hétérogénéité environnementale et de la connectivité spatiale dans la dynamique de la MOD d'un système fluvial hétérogène présentant d'importantes discontinuités spatiales, environnementales et hydrodynamiques; (II) d'évaluer l'impact du régime hydrodynamique dans le transport de la MOD au sein du lac Saint-Pierre (lac fluvial du FSL) et (III) de modéliser l'influence de ces discontinuités dans le cycle biogéochimique de la MOD par le développement d'un modèle mécanistique. Les résultats indiquent que la matière organique dissoute dans les grands fleuves présente un patron spatial fortement influencé par le régime hydrodynamique et le réseau de tributaire à l'origine de la formation de masses d'eau leur conférant des propriétés physiques, chimiques et biologiques distinctes. En accord avec les hypothèses, la connectivité hydrologique observée dans le FSL influence davantage la distribution spatiale de la MOD humique d'origine terrestre que celle de la MOD produite in situ. Cela peut être expliqué par le fait que la MOD terrestre est essentiellement introduite dans le FSL par le biais des tributaires qui sont par définition structurés géographiquement. La nature réfractaire de la MOD humique favorise donc son accumulation entre les différentes sections du FSL puisqu'elle est moins utilisée qu'elle n'est produite. D'autre part, la MOD protéinique produite in situ, et de nature plus labile, est plus efficacement utilisée par les microorganismes hétérotrophes. Cette MOD est cependant plus rapidement utilisée qu'elle n'est produite et sa distribution le long du FSL ne présente donc pas de patron d'accumulation particulier.
Pour la première fois, nous présentons un modèle mécanistique portant sur la cinétique du cycle biogéochimique du carbone organique dissous (COD, principal constituant de la MOD) dans un lac fluvial. Ce modèle mécanistique est ensuite couplé à un modèle hydrodynamique de haute résolution spatiale. Les principaux résultats démontrent que le patron spatial des acides humiques est fortement contrôlé par les processus hydrologiques alors que le COD de type protéinique est plus étroitement lié à des processus biologiques tels que la production primaire et la consommation bactérienne.

Type de document: Thèse universitaire
Éditeur: Université du Québec à Trois-Rivières
Statut du texte intégral: Public
Mots-clés libres: Matière organique dissoute (MOD), Écosystèmes aquatiques, Carbone, Écologie, Chaine alimentaire, Bactéries hétérotrophes, Cycle biogéochimique, Modélisation, Fleuve St-Laurent, Lac Saint-Pierre, Hétérogénéité environnementale, Connectivité spatiale, Microorganismes hétérotrophes, Modèle mécanistique, Carbone organique dissous, Acides humiques
Sujets: 2. Milieu physique > 2.4. Hydrologie
4. Faune
8. Impacts et monitoring > 8.1. Qualité de l’eau
8. Impacts et monitoring > 8.7. Modélisations et indicateurs
Date de dépôt: 16 août 2016 18:50
Dernière modification: 05 nov. 2016 15:34
URI: http://belsp.uqtr.ca/id/eprint/403

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