207 - De la terre à la mer : hypoxie et apports de nutriments et de matière organique dans le continuum du Saint-Laurent

La baisse des concentrations d’oxygène dissous dans les eaux profondes de l’estuaire maritime du Saint-Laurent est un problème connu depuis plusieurs décennies. Alors que la concentration minimum d’oxygène dans l’estuaire s’était stabilisée entre 50 et 60 µmol/kg entre le début des années 2000 et 2019, plusieurs équipes ont mesuré en 2020 et 2021 des concentrations autour de 35 µmol/kg, représentant une chute marquée et soudaine. Cette chute s’explique par la poursuite d’une tendance observée depuis déjà quelques décennies, soit une baisse de la contribution en eaux froides et riches en oxygène du Courant du Labrador aux eaux profondes du chenal Laurentien, au profit d’eaux chaudes et pauvres en oxygène du Gulf Stream. En 2020, cette contribution était même nulle au détroit de Cabot, ce qui signifie que les concentrations minimales en oxygène dissous à la tête de l’estuaire maritime vont continuer de chuter dans les trois à quatre prochaines années, le temps que ces eaux transitent jusqu’à Tadoussac.

Cette baisse marquée s’accompagne de l’apparition d’hypoxie sévère dans des zones précédemment non touchées, comme la tête du chenal Esquiman et du chenal d’Anticosti. L’aire de la zone hypoxique dans l’estuaire maritime est elle-même sept fois plus importante en 2021 qu’elle ne l’était en 1993, ce qui impose un stress important sur les écosystèmes.

Au cours du dernier siècle, une augmentation des températures et une diminution des concentrations en oxygène dissous ont été observées dans les eaux de fond du chenal Laurentien (CL), dans l’estuaire maritime (EMSL) et dans l’ouest du Golfe du Saint-Laurent (GSL). Afin de documenter l'impact de ces changements, nous avons analysé les assemblages de foraminifères benthiques et la composition géochimique de quatre carottes de sédiments prélevées dans le CL. Les mesures radiométriques (²¹⁰Pb, ²²⁶Ra, ¹³⁷Cs) indiquent que les carottes étudiées couvrent les 50 dernières années dans l’EMSL et les ~160 dernières années dans le GSL. L'enregistrement sédimentaire révèle une diminution de 60 à 65 % de la diversité taxonomique des foraminifères benthiques dans le CL depuis les années 1960. Un changement majeur des assemblages de foraminifères est observé approximativement au même moment à toutes les stations étudiées, vers la fin des années 1990 et le début des années 2000. Il est marqué par une transition vers des assemblages dominés par des taxons tolérants vis-à-vis l'hypoxie : Brizalina subaenariensis, Eubuliminella exilis et Globobulimina auriculata. Ce changement reflète les incursions de la zone hypoxique dans l’ouest du GSL au cours des dernières décennies. Les résultats mettent en évidence le potentiel des assemblages de foraminifères benthiques comme proxy de l'hypoxie des eaux de fond.

Au cours des dernières décennies, la remédiation des pluies acides et les changements climatiques ont causé une augmentation de la concentration en carbone organique dissous (COD) des rivières boréales. Les impacts sur la qualité de l’eau, comme la compromission des réserves et traitements d’eau potable, sont nombreux. Cependant, cette augmentation généralisée du COD présente des variations régionales inexpliquées. Nous adressons ici ces différences à l’aide de modélisations explorant les effets de l’utilisation de terres et de l’hydromorphologie sur les tendances historiques (1985-2019) de la concentration en COD de 91 stations situées sur 54 tributaires du fleuve Saint-Laurent. Nous avons trouvé majoritairement des augmentations des concentrations, surtout en régions forestières. Les régions agricoles se sont révélées plutôt stables dans le temps ou présentant des baisses, tandis que les régions urbanisées n’ont eu aucun impact sur les variations historiques du COD. Quand les facteurs hydrogéomorphologiques sont ajoutés au modèle, l’élévation d’un bassin versant, accompagnée par les surfaces couvertes de milieux humides, promeuvent également les augmentations historiques, soulignant l’importance d’incorporer l’hydromorphologie et les activités humaines dans l’évaluation de la qualité de l’eau et l’optimisation des traitements des usines d’eau potable.

L’accroissement des apports fluviaux en nutriments et en matière organique issus principalement des rejets d’effluents domestiques, industriels et agricoles ou des eaux de ruissellement constitue une menace pour la santé des eaux côtières. Ces apports accrus peuvent avoir de nombreuses conséquences indésirables, notamment en amplifiant la désoxygénation et l'acidification des océans. L’un des objectifs du programme SECO.Net (St. Lawrence Ecosystem Health Research and Observation NETwork) est de déterminer à quel point les apports fluviaux en nutriments et en matière organique détériorent la santé de l’estuaire du Saint-Laurent. Pour répondre à cet enjeu, des pièges à particules (aire de collecte : 0.5 m²) ont été installés à 125 et à 260 m de profondeur dans l’estuaire maritime du Saint-Laurent pour quantifier les flux saisonniers de matière organique particulaire sur une période de deux ans. Les résultats de cette étude démontrent que la déposition maximale de matière organique particulaire dans les eaux de fond survient principalement au cours de l’hiver et lors de la crue printanière – c’est-à-dire bien avant le développement estival de la floraison phytoplanctonique dans l’estuaire maritime. Nos résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les apports fluviaux en matière organique contribuent à l’hypoxie et à l’acidification des eaux profondes de l’estuaire du Saint-Laurent et que ceci devrait être considéré dans l’élaboration des mesures d’atténuation.

La végétation aquatique submergée (VAS) joue plusieurs rôles écologiques cruciaux et offre des services écosystémiques inestimables aux sociétés humaines. Cependant, une tendance mondiale montre un déclin de la VAS généralement causé par la hausse des matières en suspension et de nutriments dans l’eau. La VAS du lac Saint-Pierre a été étudiée entre 2002 et 2021. La probabilité d’observer de la VAS aux différentes stations d’échantillonnage est passée de 75% en 2002 à 20% en 2021. Ce déclin de la VAS est accompagné d’un changement de composition de la communauté végétale principalement attribuable à la diminution de la vallisnérie d’Amérique (Vallisneria americana). L’augmentation du niveau d’eau, de la température estivale et de la turbidité auraient contribué à ces changements. Un potentiel refuge photique associé à la masse d’eau des Grands Lacs supporterait la VAS dans lac Saint-Pierre. Toute intervention réduisant la dispersion de cette masse d’eau dans le lac Saint-Pierre devrait être évitée. Des actions de gestion visant l’amélioration de la qualité de l’eau du lac Saint-Pierre et ses tributaires sont nécessaires afin de protéger et restaurer cette réserve mondiale de la biosphère de l’UNESCO.

Les macrosystèmes fluviaux comprennent un réseau hydrologique d'habitats fluviaux et terrestres interconnectés. Ces macrosystèmes sont organisés à la fois par un gradient longitudinal continu et par différentes masses d'eau (lacs fluviaux) qui causent des discontinuités le long de la dimension transversale. L'interaction entre ces axes peut avoir un impact considérable sur la répartition des communautés aquatiques. Au Canada, la plupart des études menées dans les grands écosystèmes fluviaux se sont concentrées sur les estuaires. Rares sont ceux qui ont évalué les effets des réseaux hydrologiques, de l'hétérogénéité environnementale, des changements climatiques et des espèces envahissantes sur un continuum fluvial à estuarien. Une occasion unique d'examiner cette question s'est présentée dans le fleuve Saint-Laurent, l'un des plus grands fleuves du monde, composé d'une mosaïque de zones hydrogéomorphes à forte connectivité longitudinale et transversale. Ici, je présente un aperçu des projets collaboratifs qui examinent comment les processus hydrologiques, environnementaux et climatiques affectent les communautés aquatiques du fleuve en termes de biodiversité, de fonction et de rétablissement. Nous avons examiné cette question à la fois à l'échelle locale et sur le continuum fluvial. Nous avons également considéré la dynamique saisonnière à pluriannuelle. Ensemble, ces études visent à suivre les changements de la composition des espèces face aux pressions anthropiques.

La qualité de l’eau du fleuve Saint-Laurent est grandement influencée par les Grands Lacs, mais aussi par ses multiples tributaires, la plupart grandement affectés par les activités humaines. Ceux-ci exercent donc une grande influence sur l’intégrité des écosystèmes du fleuve Saint-Laurent. De plus, la physico-chimie de ses masses d’eau a un impact non négligeable sur le fonctionnement des écosystèmes situés en aval, tels l’estuaire moyen et le golfe Saint-Laurent. Dans cette perspective, le ministère de l'Environnement, de la Lutte contre les changements climatiques, de la Faune et des Parcs suit depuis les années 1990 plusieurs variables physico-chimiques des masses d’eau du fleuve entre Valleyfield (ouest de Montréal) et l’île d’Orléans (pointe ouest). Le suivi actuel consiste en sept transects (rive nord-rive sud) de trois stations chacune, et six stations uniques, pour un total de 27 stations. Cette communication a pour but de présenter la variabilité spatiale (amont-aval), la variation saisonnière ainsi que les tendances à long terme des différentes variables physico-chimiques, notamment l’azote, phosphore et le carbone. Les résultats présentés contribueront à la réflexion sur les enjeux émergents en lien avec la physico-chimie des eaux du fleuve Saint-Laurent.

Influencés par des facteurs naturels ou anthropiques, plusieurs aspects du territoire impactent la biogéochimie des rivières. Comprendre comment ils agissent sur ces écosystèmes aquatiques est crucial pour les gérer et les maintenir en santé. Le Net anthropogenic nitrogen and phosphorus inputs (NANI/NAPI) est une approche de balance de masse relativement simple qui permet d’identifier des régions sur le territoire où les nutriments sont en forte concentration, en fonction d’activités humaines (agriculture et urbanisation). Cette approche a déjà été utilisée avec succès pour prédire le N et P livrés aux rivières. Par contre, peu de tentatives de calculer NANI/NAPI ont été effectuées à des échelles pertinentes pour la gestion, ou ont quantifié comment les changements historiques ont influencé l’importance relative des nutriments. Nous présentons quelques exemples de l’applicabilité de NANI/NAPI comme étant un outil pertinent pour la gestion des bassins versants à l’échelle la plus fine possible, celle de la municipalité. De plus, nous montrons comment des changements historiques et des interventions humaines sur le territoire ont altéré de façon différentielle ce qui est livré aux rivières ainsi que la stœchiométrie de ces éléments, afin de fournir des solutions de réduction.