Caractérisation de la chimie des carbonates et composition de la matière organique dissoute des eaux suprapergélisol dans le continuum terre-à-océan côtier arctique (Cambridge Bay, NU)

Guay, Carole-Anne (2025). Caractérisation de la chimie des carbonates et composition de la matière organique dissoute des eaux suprapergélisol dans le continuum terre-à-océan côtier arctique (Cambridge Bay, NU). Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 126 p.

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Résumé

Le pergélisol côtier arctique, représentant 34 % du littoral mondial, est de plus en plus affecté par des processus induits des changements climatiques, tels que la modification des régimes hydrologiques, l’épaississement de la couche active, l’érosion côtière accélérée et l’élévation du niveau de la mer. Par l’intermédiaire des eaux souterraines suprapergélisol, qui circulent dans la couche active dégelée, d’importantes quantités de carbone réactif, incluant du carbone organique dissous (DOC) labile, de la matière organique dissoute (DOM), de la matière organique particulaire (POM) et des nutriments, peuvent être mobilisées et exportées vers l’océan côtier à travers les sédiments perméables des plages. Au sein de l’estuaire souterrain (STE), où les eaux douces continentales interagissent avec les eaux marines, ces composés subissent des transformations biogéochimiques et un mélange physique. Ces processus peuvent modifier la composition moléculaire de la DOM, favoriser le dégazage du CO₂ et influencer les paramètres du système des carbonates tels que le pH, l’alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC). La contribution des eaux souterraines suprapergélisol aux flux de carbone et à la dynamique acido-basique des eaux côtières arctiques demeure toutefois peu documentée. Comprendre ces transformations est donc essentiel afin de quantifier la capacité tampon des zones côtières face à l’acidification des océans.
Cette étude caractérise le rôle des eaux souterraines suprapergélisol dans la modulation de la chimie des carbonates et de la composition de la matière organique dissoute (DOM) le long d’un continuum terre-à-océan côtier, près d’Iqaluktuuttiaq (Cambridge Bay, Nunavut, Canada). En combinant des traceurs isotopiques stables, des mesures du système des carbonates et une caractérisation moléculaire de la DOM par spectrométrie de masse à ultra-haute résolution (FT-ICR-MS), nous présentons un aperçu détaillé des gradients géochimiques entre les eaux douces continentales et l’eau de mer de surface. Nos résultats révèlent une forte diminution de la pCO₂ le long du gradient de salinité, passant de 5155 μatm à 306 μatm, suggérant un important dégazage de CO₂ lors du déversement dans le STE et une exportation limitée du DIC, issu du pergélisol, vers les eaux côtières. Les concentrations en DOC diminuent significativement entre les eaux douces et les eaux marines (de 1918 μmol kg⁻¹ à 62 μmol kg⁻¹), accompagnées de modifications de la composition moléculaire de la DOM vers des structures moins aromatiques et plus aliphatiques, suggérant une minéralisation hétérotrophe dans les sédiments de plage. Malgré une forte variabilité moléculaire, la composition de la DOM semble avoir une influence plus limitée sur les paramètres du système des carbonates que la concentration en DOC. Ces résultats mettent en évidence le rôle des plages arctiques comme filtres biogéochimiques actifs, régulant les flux de carbone inorganique et organique lors du déversement des eaux souterraines, et renforçant la résilience des eaux côtières face à l’acidification des océans.--
Arctic coastal permafrost, which accounts for 34% of the world’s coastline, is increasingly affected by climate-driven processes such as altered hydrological regimes, thickening of the active layer, accelerated coastal erosion and rising sea levels. Through suprapermafrost groundwater flowing within the seasonally thawed active layer, large quantities of reactive carbon, including labile dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic matter (DOM), particulate organic matter (POM), and nutrients, can be mobilized and discharged into the coastal ocean via permeable beach sediments. Within the subterranean estuary (STE), where continental freshwater interacts with marine waters, these compounds are subject to biogeochemical transformations and physical mixing. These processes can alter the molecular composition of DOM, enhance CO₂ degassing, and influence carbonate system parameters such as pH, total alkalinity (TA), and dissolved inorganic carbon (DIC). The contribution of suprapermafrost groundwater to carbon fluxes and acid–base dynamics in Arctic coastal waters, however, remains poorly documented. Understanding these transformations is therefore essential for quantifying the coastal buffering capacity against ocean acidification.
This study characterizes the role of suprapermafrost groundwater in modulating carbonate chemistry and DOM composition along a land-to-coastal ocean continuum near Iqaluktuuttiaq (Cambridge Bay, Nunavut, Canada). By combining stable isotope tracers, carbonate system measurements, and DOM molecular characterization through ultrahigh-resolution mass spectrometry (FT-ICR-MS), we provide a detailed overview of geochemical gradients from inland freshwater to surface seawater. Our results show a sharp decrease in pCO₂ along the salinity gradient, from 5155 μatm to 306 μatm, suggesting substantial CO₂ degassing upon discharge into the STE and limited export of permafrost-derived DIC to coastal waters. DOC concentrations decline significantly from freshwater to marine waters (from 1918 μmol kg- 1 to 62 μmol kg-1), accompanied by shifts in DOM molecular composition toward less aromatic, more aliphatic structures, indicative of heterotrophic mineralization within beach sediments. Despite high molecular variability, DOM composition appears to have a limited influence on carbonate parameters compared to DOC concentration. These findings underscore the function of Arctic beaches as active biogeochemical filters, regulating both inorganic and organic carbon fluxes during groundwater discharge and enhancing the resilience of coastal waters to acidification.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Chaillou, Gwénaëlle
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Kush, Stéphanie et Mucci, Alfonso
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Carbonates - Nunavut - Cambridge Bay - Composition ; Matière organique particulaire - Nunavut - Cambridge Bay ; Carbone organique dissous - Nunavut - Cambridge Bay ; Eau souterraine - Nunavut - Cambridge Bay - Composition ; Pergélisols - Nunavut - Cambridge Bay ; Climat - Changements - Nunavut - Cambridge Bay ; Littoral - Nunavut - Cambridge Bay ; Cambridge Bay (Nunavut) ; Suprapergélisol ; Matière organique dissoute.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Date de dépôt :	08 janv. 2026 20:50
Dernière modification :	08 janv. 2026 20:50
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3384