Un fil conducteur: la biogéochimie aux interfaces
Nous nous intéressons aux processus biogéochimiques et à tous les éléments chimiques dont la distribution dans les systèmes naturels est liée au cycle du carbone. Nous sommes particulièrement intéressés par les mécanismes aux interfaces: à l’interface entre le continent et l’océan ; à l’interface entre la colonne d’eau et les sédiments ; à l’interface entre biologie et géochimie ; et à une échelle encore plus fine, à l’interface entre solide et liquide. Nos travaux visent à améliorer nos connaissances sur:
- les processus de minéralisation dans les systèmes transitoires
- le transport et le devenir du carbone entre les eaux souterraines et les eaux de surface (rivière et côtière)
- la quantification des résurgences d'eau souterraine à travers les sédiments perméables (plage et zone hyporéhique)
- la biogéochimie des systèmes intertidaux et côtiers d'une façon générale
Axe 1: Fonctions chimiques des plages de sable dans le continuum continent - océan
Les sédiments perméables des plages côtières ont longtemps été considérés comme des déserts biogéochimiques car leur contenu en matière organique particulaire et autres substances réactives est généralement faible. Des observations récentes ont cependant montré l’inadéquation de cette vision avec la réalité. À l’interface continent - océan, les processus océaniques (oscillation tidale, déferlement, action des vagues et des courants) se surimposent au gradient hydraulique continental pour contrôler conjointement la circulation des fluides dans les sédiments perméables. Les gradients de pression ainsi générés favorisent les flux d’eau porale (advection) et de composés dissous (dispersion) dans le système et créent des gradients de concentrations. Les sédiments perméables peuvent piéger et totalement décomposer la matière organique, les flux advectifs océaniques permettant la pénétration d’oxydants, dont l’oxygène, et de matière organique réactive. Enfin, les plages de sable sont des voies privilégiées de transfert d’eau douce et de composés dissous du continent vers l’océan. L’eau douce continentale se mélange alors avec les eaux salées marines dans un estuaire souterrain. Cette zone est particulièrement dynamique d'un point de vue non seulement des écoulements, mais aussi des réactions chimiques qui s'y produisent.
Nos recherches s'intéressent particulièrement à :
- aux sources de matière organique dissoute (MOD) dans les estuaires souterrains des plages ;
- aux flux de composés dissous (nutriments, carbone, métaux) qui sont transportés par les eaux souterraines vers l’océan côtier ;
- au rôle des paléosols et au devenir de la matière organique terrigène dans l’océan côtier ;
- aux différents processus de transformations biogéochimiques dans cette zone d’interface.
Axe 2: Aquifères côtiers et résurgences
Les zones côtières accueillent près de la moitié de la population mondiale. L’établissement de cette population engendre irrémédiablement le développement d’activités économiques qui nécessitent de l’eau douce. L’extraction d’eau souterraine pour soutenir les besoins domestiques, agricoles et industriels accrus devient un enjeu majeur dans les zones côtières. En milieu insulaire, cet enjeu est exacerbé puisque l’eau douce de l’aquifère insulaire est en contact permanent avec l’eau salée de l’océan qui l’entoure. La nappe d’eau douce « flotte » sur une nappe d’eau salée avec pour seule séparation une zone de transition d’eau saumâtre. Comment les changements globaux, qu'ils soient naturels ou anthropiques, modifient-ils la dynamique de ces systèmes souterrains et leur connectivité avec les écosystèmes côtiers? est une des questions-clés que nous tentons d'appréhender dans le cadre nos travaux.
L'altération des aquifères côtiers, due à une remontée d’eau salée ou à toute autre contamination, est un problème pour la consommation humaine, mais aussi un problème écologique. De nombreux écosystèmes sont directement ou indirectement tributaires de la qualité des eaux souterraines et de leur décharge dans les écosystèmes. Ces décharges se manifestent principalement sous forme de suintements sous la surface de l’océan ou sous forme de source. Alors que le statut de sources ou de puits de carbone des océans et des zones côtières est largement discuté aujourd’hui, ces systèmes de résurgences, difficilement accessibles, sont rarement intégrés dans les bilans globaux. Or, selon certaines études, ils constitueraient une voie d’échange chimique majeure entre le continent et l’océan.
Nos recherches s'intéressent particulièrement à :
- dresser un portrait réaliste de la qualité, de la quantité et de la vulnérabilité des aquifères côtiers;
- comprendre le rôle des aquifères côtiers en milieu agricole comme vecteur d'azote dans les écosystèmes côtiers;
- comprendre et quantifier la connectivité entre les eaux souterraines et les eaux de surface;
- développer des stratégies efficaces et utiles pour transférer les connaissances sur la qualité de l’eau aux acteurs publiques.
Axe 3: Diagénèse précoce dans les sédiments côtiers
Les sédiments modernes situés dans les premiers décimètres sous l’interface eau/sédiment représentent un écosystème fortement structuré et dynamique. Les processus d’altération biogéochimiques sont principalement liés à la dégradation de la matière organique originaire de la zone photique de l’océan. Les réactions qui s’y produisent déterminent les cycles benthiques des espèces rédox, mais aussi le devenir de la matière organique sédimentaire, la chimie des espèces carbonatées, la distribution de l’endofaune fossilisable (induite par la distribution de la matière organique métabolisable), ou encore l’activité macro-benthique.
Nos recherches s'intéressent particulièrement à:
- au cycle benthique des éléments diagénétiques;
- au rôle de l’activité benthique sur les cycles biogéochimiques benthiques;
- aux réactions secondaires de la diagénèse.