Origine de la production et de la persistance de la matière organique à l'interface eau-sédiment

Abstract

Les zones côtières et estuariennes sont des milieux dynamiques très importants, à l’échelle globale, dans la production de matière organique (MO), dans sa dégradation et dans son enfouissement. Ces zones présentent une variation temporelle et spatiale importante des paramètres comme la salinité, le pH et la concentration en oxygène dissous. Ces variations peuvent avoir un impact sur les réactions biogéochimiques qui se produisent dans ces zones. Par exemple, la réduction de la concentration en oxygène, ou plus précisément du temps d’exposition à l’oxygène, peut réduire le taux de dégradation de la MO et ainsi favoriser le stockage du carbone (C) dans les eaux et les sédiments. L’interface eau-sédiment (IES) est particulièrement dynamique et difficile à étudier. À l’IES, la MO particulaire et dissoute (MOP et MOD) est impliquée dans de nombreuse processus souvent interconnectés, tels que l’hydrolyse / dissolution, la dégradation, la géopolymérisation, la sorption et l’enfouissement de ces dernières. Ces processus sont fortement influencés par le gradient de condition redox présent à l’IES. Des flux élevés de carbone et azote organique dissous (COD et NOD) dans l’eau interstitielle vers la colonne d’eau ont été mesurés par différentes équipes de recherche. Cependant, l’impact de ces flux sur les concentrations et la composition de MOD de la colonne d’eau et sur le cycle global du C est incertain et dépend de la réactivité de la MOD issue des sédiments. Cette réactivité est largement inconnue, car la MOD de l’eau interstitielle n’a été que partiellement caractérisée. Les flux du NOD sont particulièrement pertinents étant donné que l’azote (N) est souvent un nutriment limitant dans les eaux naturelles. Pour avoir des informations sur la réactivité et l’état de dégradation du COD et du NOD dans l’eau interstitielle, une meilleure caractérisation de la MOP et MOD à travers l’IES. Ces informations pourraient aussi révéler leurs origines et leurs mécanismes de formation et de transformation. Cela représente le principal objectif du présent travail. Pour ce faire, les acides aminés (AA), qui sont la principale source de N organique, et l’acide muramique (Mur), un sucre aminé bactérien, ont été quantifiés dans la MOP et MOD à l’IES du système du Saint-Laurent (Canada). Les résultats montrent que les eaux interstitielles étaient beaucoup plus enrichies en MOD (5 à 7 fois) et en AA (6 à 25 fois) que les eaux de fond. Les eaux interstitielles sont donc une source importante d’AA et de MOD pour la colonne d’eau par diffusion. De plus, plusieurs résultats indépendants suggèrent que cette MOD persiste et contribue significativement à la composition de MOD réfractaire des eaux de fond estuariennes et marines. En particulier, la MOD de l’eau interstitielle et la MOD de l’eau de fond étaient les deux types d’échantillons ayant la composition la plus similaire lorsque 31 paramètres ont été considérés. Cette similitude augmente graduellement vers les stations plus en aval. Les flux en AA hydrolysables totaux sont particulièrement élevés à la station 25, une zone de forte production située au début du chenal Laurentien. Cependant, la MOD de cette station apparaît plus fraîche et probablement plus labile qu’aux autres stations. Les flux ne sont pas aussi élevés aux autres stations mais l’état de dégradation de leur MOD de l’eau interstitielle et des similitudes de concentration et de composition de la MOD avec la MOD des eaux de fond suggèrent qu’une plus grande fraction de MOD libéré de leurs eaux interstitielles survit dans la colonne d’eau. La plupart des marqueurs de l’état de dégradation indiquent que la MOD de l’eau interstitielle était relativement dégradée et donc probablement plus récalcitrante. Nos résultats suggèrent que les bactéries sont les principales contributrices des AA et des changements dans la composition de la MOP et la MOD de l’eau interstitielle. Bien que les sédiments ne soient pas la seule source de MOD, les sédiments pourraient être le principal contributeur à la concentration et à la composition de MOD réfractaire persistant dans les eaux de fond estuariennes et marines. Il est difficile de savoir si les résultats de la présente étude peuvent être généralisées à l’océan. Cependant, le système du Saint-Laurent n’est pas unique et peut être représentatif des zones côtières qui sont des zones importantes de la production et de la transformation de MO.