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Modélisation de la variabilité saisonnière et de la sensibilité au climat des productions glacielle et pélagique de la baie d'Hudson

Sibert, Virginie (2010). Modélisation de la variabilité saisonnière et de la sensibilité au climat des productions glacielle et pélagique de la baie d'Hudson. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 239 p.

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Résumé

Le système de la baie d'Hudson, comprenant la baie d'Hudson, la baie James, le détroit d'Hudson et le bassin de Foxe, représente la plus grande mer intérieure des régions polaires. Sa situation géographique et océanographique, ainsi que son immense bassin versant, lui confèrent un rôle prédominant dans le climat régional du Canada, mais aussi une importante sensibilité face aux changements du climat récemment observés. Afin de mieux comprendre les conditions environnementales et biologiques qui régissent ce système, des programmes de recherches tels que MERICA ou ArcticNet ont été récemment mis en place. L'acquisition de données in situ reste toutefois limitée spatialement et temporellement à la période estivale libre de glace. Nous avons donc utilisé au cours de cette thèse des outils de simulation numérique afin de mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle de ces écosystèmes polaires et leurs capacités d'adaptation face aux changements climatiques. Les chapitres 2 à 4 de cette thèse présentent une approche globale par modélisation de la dynamique des cycles biogéochimiques du système de la baie d'Hudson au moyen de modèles biologiques simples et adaptés aux conditions prévalant dans les régions arctiques. Le chapitre 2 est entièrement dédié au développement d'un modèle de production des algues de glace et à son couplage au modèle physique 3D couplé glace de mer - océan du système de la baie d'Hudson. Ce modèle donne une réponse cohérente et réaliste de la production des algues de glace à la limitation de la lumière par le couvert de glace, ainsi qu'aux concentrations en sels nutritifs dans la colonne d'eau. La forte variabilité spatio- petite échelle dans le bassin de Foxe), sont liés à la présence de zones de production de glace (polynies) à l'ouest tandis que l'est représente une zone d'accumulation de glace peu favorable à la pénétration de la lumière et donc à la croissance des algues de glace, et ce malgré leur capacité de photoacclimation dont le modèle tient compte. Cette première étude donne une estimation de la production glacielle de ce système de l'ordre de 3 à 4 g C m-2 il. En comparant avec les estimations récentes de la production primaire totale du système (30-50 g C m-2 il), les algues de glace contribueraient donc de façon importante à la dynamique biologique de cet écosystème. Le troisième chapitre de cette thèse a intégré cette composante glacielle de production primaire à un modèle de production planctonique préexistant adapté au cas particulier des environnements polaires. Ce modèle a permis de généraliser les connaissances déjà acquises sur ce système, distinguant quatre sous-systèmes aux caractéristiques physiques et biologiques très dissemblables: le détroit d'Hudson, l'ouest et l'est de la baie d'Hudson et le bassin de Foxe. L' ensemble des caractéristiques physico-chimiques déterminent la productivité de chacun des sous-systèmes, ainsi que la contribution relative des algues de glace à la production primaire totale. L'ouest de la baie apparaît comme largement influencé par un couvert de glace persistant mais peu épais (polynie), et par des apports en sels nutritifs suffisants pour soutenir un bloom d'algues de glace et un bloom relativement important de phytoplancton. Les conditions inverses prévalant dans l'est de la baie (fort couvert de glace associé à de faibles concentrations en sels nutritifs) induisent logiquement des productions beaucoup plus faibles pour ces deux composantes principales de la production primaire. Au contraire, dans le détroit d' Hudson, le couvert de glace trop mince (fonte rapide) associé à des apports continus en sels nutritifs (mélange important) est défavorable à la production des algues de glace mais soutient en revanche un bloom très important de phytoplancton. Enfin, le bassin de Foxe est un sous-système à lui seul réunissant (par sa situation géographique notamment) les conditions observées pour l'ensemble des trois autres sous systèmes (stratification, mélange, glaces minces et épaisses ...). Les flux de matière vers le benthos simulés dépendent largement de la bathymétrie et des processus advectifs, conduisant à des situations de couplage/découplage entre les zones de plus forte production et les zones de plus forte accumulation dans chaque sous-système, corroborant ainsi certaines observations de production benthique dans le système. La très forte variabilité spatio-temporelle (à l'échelle de la saison) simulée par ce modèle a été soumise à un scénario simple de changement climatique basé sur l'augmentation des températures de l'air. Les productions glacielles et pélagiques sont globalement favorisées en réponse directe à la diminution du couvert de glace (et non à sa disparition). L'augmentation de la lumière disponible pour les algues de glace à la base du couvert de glace, mais aussi dans la colonne d'eau favorise ainsi des blooms plus précoces au printemps. À l'augmentation de la production primaire totale du système, est associée une augmentation de la production secondaire et une intensification des flux de matière organique particulaire vers le benthos. La sensibilité à l'augmentation des températures de l'air semble donc indiquer que l'on peut s'attendre, pour les prochaines décennies, à une intensification des cycles biogéochimiques dans le système de la baie d' Hudson, bien que le scénario présenté ici ne tienne pas compte de toutes les sources de variabilité associées au changement futur du climat (c.à.d. précipitations, vents, circulation atmosphérique).

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Zakardjian, Bruno
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Le Clainche, Yvonnick
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Publié aussi en version papier.
Mots-clés: Baie Hudson Production Productivite Primaire Glace Modelisation Variation Saison Changement Climat
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 22 sept. 2011 14:54
Dernière modification: 22 sept. 2011 14:54
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/426

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