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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

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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(trice) de mémoire/thèse : Zakardjian, Bruno
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Le Clainche, Yvonnick
Information complémentaire : 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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