Cycles du carbone et des éléments traces dans les sédiments des lacs boréaux

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Le but général des recherches proposées est de comprendre de façon approfondie les cycles des éléments et leur altération due à l’activité humaine dans les lacs boréaux, à partir de l’analyse détaillée des sédiments et de leurs eaux interstitielles et de la modélisation thermodynamique et cinétique des données acquises. Au cours des cinq prochaines années, nos travaux viseront à améliorer les connaissances concernant les cycles du méthane, du S, et d’éléments traces constituant des contaminants émergents potentiels, soit les terres rares (TR), le Ga et le Ge. Ainsi, nous déterminerons les taux nets de production et de consommation du méthane dans des sédiments de lacs et documenterons la cinétique in situ des réactions d'oxydation anaérobie de ce gaz à effet de serre. Nous clarifierons par ailleurs les réactions impliquant le S dans les sédiments lacustres, en particulier les réactions de précipitation de sulfures de Fe (FeS, FeS2), de sulfurisation de la matière organique et de formation d'esters sulfate. Nous affinerons également notre compréhension des réactions impliquant les TR, le Ge et le Ga dans les sédiments, en particulier les réactions de précipitation et d’adsorption sur les oxyhydroxydes et les sulfures de Fe, et évaluerons la cinétique de ces réactions. Nous quantifierons en outre la redistribution post-dépôt des TR, du Ge et du Ga dans la colonne de sédiments et reconstituerons la chronologie de leurs dépôts aux sites de prélèvement depuis le début de l’industrialisation et, éventuellement, distinguerons les parts naturel et anthropique de ces éléments. Enfin, les informations obtenues sur les réactions impliquant le méthane, le S et les éléments traces mentionnés seront incorporées à un modèle de transport-réactions sans contrainte d'état stationnaire qui sera utilisé comme outil pronostique, ce qui constituera une percée importante dans le domaine de la géochimie aquatique. Ce programme offre plusieurs possibilités de projets stimulants pour la formation de personnel hautement qualifié. Les étudiants qui y participeront baigneront dans un milieu scientifique multidisciplinaire dans lequel ils auront l’opportunité de réaliser des travaux sur le terrain, de pratiquer des méthodes analytiques de pointe et de développer des habiletés en modélisation de systèmes complexes. Enfin, au plan sociétal, nos travaux permettront: i) d'évaluer le succès de mesures prises pour réduire les émissions anthropiques d’éléments traces; ii) de fournir des données de base sur la contamination omniprésente de l'environnement qu'on se doit de circonscrire, de manière à éviter de l'attribuer à tort à une source industrielle; iii) de faire des prédictions réalistes des modifications des cycles des éléments (ou gaz à effet de serre comme le CH4) consécutifs à des changements environnementaux (e.g., acidification, eutrophisation, anoxie); et iv) d'améliorer les méthodes d’évaluation des impacts des effluents miniers en utilisant des réactions explicites plutôt que des coefficients de partage pour traiter des échanges solide/solution.