Contexte

D’après le rapport du GIEC (IPCC, Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019), le réchauffement climatique a directement affecté la cryosphère (réduction de la couverture de glace, perte de masse des glaciers, augmentation de la température du pergélisol…). Une perturbation de ces habitats uniques impacte le système climatique dans sa globalité, et notamment le cycle du carbone. En effet, les zones arctiques et subarctiques disposant de nombreux lacs sont des zones favorisant les échanges de carbone avec l’atmosphère. Il est donc capital de surveiller ces zones afin de mieux comprendre leur future évolution et ainsi protéger les écosystèmes et les infrastructures dont dépendent les populations locales, en anticipant le risque et en s’adaptant.

Dans le Nord du Canada, on estime que le réchauffement est à minima deux fois plus intense que la moyenne mondiale (Rapport sur le climat changeant du Canada, gouvernement du Canada). Les basses-terres de la Baie d’Hudson (Hudson Bay Lowlands), situées en zone subarctique principalement au nord de l’Ontario et du Manitoba (figure 1), représentent la deuxième plus grande étendue de tourbières en zone de pergélisol après la Sibérie de l’Ouest. Il s’agit d’une zone de transition entre la taïga et la toundra mais également entre le pergélisol continu et le pergélisol discontinu. Cette région regroupe ainsi trois éco-zones distinctes : la taïga (forêt boréale), la toundra et le domaine marin arctique. La biodiversité y est riche et variée, avec plus de 500 espèces végétales typiques de ces écozones, des oiseaux migrateurs et la population d’ours polaire la plus accessible pour la recherche et le tourisme. Cet environnement offre également aux populations locales les ressources en eaux dont elles ont besoin. On y dénombre des dizaines de milliers de lacs, principalement thermokarstiques (c.-à-d. formés par la fonte de la glace dans le sol).

Cependant de récentes études et observations de terrain ont mis en évidence plusieurs phénomènes :

• Une augmentation des températures de l’air entrainant un amincissement de la couverture de glace de mer et une réduction de son expansion (Rühland et al. 2013)
• Une réduction de la couverture neigeuse entre mai et juin de 17.8% par décennie comme le montrent les images satellites des 40 dernières années (Dersken et Brown 2012).
• Les reconstructions paléolimnologiques ont mis en évidence que depuis les années 1990, les lacs sont impactés pas le réchauffement climatique (Rühland et al. 2013). Il est également observé une baisse du niveau d’eau, voire un assèchement total de nombreux écosystèmes de la région. À l’été 2010, lorsque la région a subi une période sèche résultant de faibles précipitations hivernales, certains lacs ont été presque totalement asséchés (Bouchard et al. 2013).

De tels bouleversements du système hydrologique peuvent, si la tendance s’amplifie, gravement impacter les populations et la biodiversité de la région. L’enjeu de ce projet est donc de déterminer si ces cycles d’assèchements font partie d’une variabilité naturelle ou s’ils sont observables seulement à l’ère industrielle (c.-à-d., depuis les deux derniers siècles environ).

Approche méthodologique

Une première partie visera donc à reconstituer l’équilibre hydrologique des lacs de la région à partir de carottes sédimentaires lacustres, de photos aériennes et d’images satellites. Pour cela, une mission d’échantillonnage aura lieu à l’été 2023. Quelques lacs représentatifs des différentes écozones seront carottés sur 50 à 100 cm dans le Parc national de Wapusk, près de Churchill (Manitoba). Ces carottes seront datées (14C et 210Pb/137Cs) et permettront d’obtenir un enregistrement des deux derniers siècles environ. Afin d’obtenir une reconstruction des conditions paléoenvironnementales, différentes méthodes seront appliquées telles que des analyses isotopiques et élémentaires (d18O de la cellulose pour repérer les périodes d’évaporation plus intense, d13C), l’analyse de biomarqueurs (ex. diatomées) ou encore l’utilisation d’un Core scanner à imagerie hyperspectrale afin de caractériser les propriétés des sédiments indicatrices d’événements d’assèchement (Ghanbari et al. 2020). Il est notamment possible d’obtenir la distribution granulométrique en utilisant les propriétés optiques telles que l’absorbance ou la réflectance dans une approche Machine Learning. Pour les changements récents, les photos aériennes et images satellites permettront de caractériser précisément l’évolution des lacs étudiés.

La seconde partie aura pour ambition de reconstituer la dynamique du carbone organique dans le passé récent (derniers 200 ans environ), en parallèle avec l’historique des tourbières adjacentes. En se basant sur les mêmes carottes que pour le premier volet, des analyses supplémentaires (et complémentaires) reliées à la dynamique du carbone (TOC, 14C) seront réalisées. L’objectif est d’étudier la réponse des tourbières et des lacs de la région aux variations climatiques récentes et l’impact sur le paysage et les écosystèmes dans une approche pluridisciplinaire. Les taux d’accumulations (donc de stockage/séquestration) du carbone de la période préindustrielle seront comparés aux taux actuels afin de quantifier l’impact anthropique sur la dynamique de ce type de paysage.

Enfin, dans le cadre de cette thèse, il est proposé de tester l’hypothèse selon laquelle le dégel récent du pergélisol, en favorisant la connectivité des eaux de surfaces et le développement accru des tourbières adjacentes, a déclenché les évènements d’assèchement et contribué à une augmentation de la séquestration de carbone dans la région.

Bouchard F et al. (2013). Vulnerability of shallow subarctic lakes to evaporate and desiccate when snowmelt runoff is low. Geophys Res Lett, 40(23), 6112-6117.

Bush, E. et D.S Lemmen, éditeurs. Rapport sur le climat changeant du Canada, gouvernement du Canada, Ottawa, Ontario, 2019, 446 p.

Derksen, R. Brown (2012) Spring snow cover extent reductions in the 2008–2012 period exceeding climate model projections, Geophysical Research Letters Volume 39, Issue 19

Ghanbari H. et al. (2020) Remote Sensing of Lake Sediment Core Particle Size Using Hyperspectral Image Analysis, Remote Sens. 2020, 3850

IPCC, Special Report on the ocean and cryosphere in a changing climate, 2019, https://www.ipcc.ch/srocc/

M. Rühland et al. (2013). Global warming triggers the loss of a key Arctic refugium, roc R Soc B 280: 20131887

https://storymaps.arcgis.com/stories/19d24f59487b46f6a011dba140eddbe7