Dynamique holocène d’une tourbière à palses de la
région du lac à l’Eau-Claire (Nunavik)
Mémoire
Karine Langlais
Maîtrise en sciences géographiques
Maître en sciences géographiques (M. Sc. Géogr.)
Québec, Canada
Dynamique holocène d’une tourbière à palses de la
région du lac à l’Eau-Claire (Nunavik)
Mémoire
Karine Langlais
Sous la direction de :
RÉSUMÉ
Cette recherche porte sur l’étude paléoécologique d’une tourbière à palses, située à l’intérieur des terres, au-delà de la limite marine de la mer de Tyrrell, sur la rive nord du lac à l’Eau-Claire (Wiyâshâkimî en langue crie). L’objectif principal est de retracer l'impact des changements climatiques sur l'évolution temporelle de cet écosystème. L’analyse de macrorestes végétaux extraits de la tourbe accumulée depuis la déglaciation nous a permis de reconstituer l’évolution des conditions trophiques de la tourbière depuis sa formation. L’accumulation de la matière organique a débuté vers 6290 ans BP (années étalonnées). Par la suite l’évolution de la tourbière a suivi trois étapes successives: une étape d’étang (de 6290 à 5790 ans étal. BP), une étape de tourbière minérotrophe (de 5790 à 4350 ans étal. BP) et une étape de tourbière ombrotrophe (à partir de 4350 ans étal. BP). L’installation du pergélisol menant à la formation de la palse est survenue vers 160 ans étal. BP. La dégradation des palses et la formation subséquente d’une mare de thermokarst auraient été engendrées par le réchauffement climatique qui a commencé au début du siècle. Ainsi, l’étude de l’évolution de la mare de thermokarst située en marge de la tourbière à palse indique la succession de trois phases distinctes, subaquatique, minérotrophe et ombrotrophe. La comparaison de nos résultats avec ceux portant sur les tourbières à palses situées près de la baie d’Hudson et de la baie de James suggère que la continentalité n’a pas influencé d’une façon significative l’évolution de la tourbière du Lac à l’Eau-Claire.
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ... iii
TABLE DES MATIÈRES ... iv
LISTE DES TABLEAUX ... vi
LISTE DES FIGURES ... vii
LISTE DES ESPÈCES VÉGÉTALES CITÉES ... ix
REMERCIEMENTS ... xi
CHAPITRE 1 ... 1
INTRODUCTION ... 1
CHAPITRE 2 ... 6
RÉGION ET SITE D’ÉTUDE ... 6
2.1 Localisation ... 6
2.2 Géologie, géomorphologie et biogéographie ... 6
2.3 Climat régional ... 11
2.4 Description du site d’étude et principales caractéristiques ... 11
CHAPITRE 3 ... 12
MÉTHODOLOGIE ... 13
3.1 Travaux de terrain ... 13
3.1.1 Relevé de végétation actuelle ... 13
3.1.2 Échantillonnage de la tourbière à palse ... 14
3.1.3 Échantillonnage de tourbières à palses, à proximité du site ... 14
3.1.4 Échantillonnage de la mare thermokastique comblée ... 14
3.2 Travaux de laboratoire ... 17
3.2.1 Stratigraphie et analyses macrofossiles ... 17
3.2.2 Datations 14C ... 18
3.2.3 Analyses topodensitométriques ... 19
CHAPITRE 4 ... 20
RÉSULTATS ET INTERPRÉTATIONS ... 20
4.1 Relevé de végétation actuelle ... 20
4.1.1 Sections en marges SE (0-24,5 m) et NO (52-80 m) ... 20
4.1.2 Section sur la palse (24,5-37 m) ... 21
4.1.3 Section dans la mare thermokarstique (37-52 m) ... 21
4.2 Chronostratigraphie de la tourbe de la palse ... 23
4.3 Taux d’accumulation et données macrofossiles de la palse ... 26
4.3.1 Zone macrofossile Mac 1 : 185-178 cm (6290-5790 ans étal. BP) ... 26
4.3.2 Zone macrofossile Mac 2 : 177-150 cm (5790-5360 ans étal. BP) ... 32
Sous-zone Mac 2a : 177-162 cm (5790-5510 ans étal. BP) ... 32
Sous-zone Mac 2b : 161-150 cm (5510-5360 ans étal. BP) ... 33
Sous-zone Mac 4a : 101-50 cm (4350-2210 ans étal. BP) ... 35
Sous-zone Mac 4b : 49-35 cm (2210 à 854 ans étal. BP) ... 36
4.3.5 Zone macrofossile Mac 5 : 34-0 cm (850-160 ans étal. BP) ... 37
4.4 Stratigraphie et contenu en eau de la tourbe extraite de la palse ... 39
4.5 Stratigraphie de la tourbe extraite de la mare thermokastique comblée par la végétation ... 42
4.6 Données macrofossiles de la mare thermokarstique comblée ... 43
4.6.1 Zone MC 1 : 47-32 cm ... 43
4.6.2 Zone MC 2 : 31-10 cm ... 43
Sous-zone MC 2 a : 31-24 cm ... 43
Sous-zone MC 2 b: 23-10 cm ... 44
4.6.3 Zone MC 3 : 9-0 cm ... 48
4.7 Dates d’établissement des tourbières et la formation des palses dans la région du LEC ... 48
CHAPITRE 5 ... 50
DISCUSSION ... 50
5.1 Évolution des conditions trophiques de la tourbière à palses du lac à l’Eau-Claire ... 50
5.1.1 Phase aquatique (6290-5790 ans étal. BP) ... 50
5.1.2 Phase de comblement et minérotrophie du milieu (5790-5360 ans étal. BP) ... 52
5.1.3 Phase de transition minérotrophe vers ombrotrophe (5360-4350 ans étal. BP) ... 52
5.1.4 Phase de tourbière ombrotrophe boisée (4350-2210 ans étal. BP) ... 53
5.1.5 Phase de tourbière ombrotrophe (2210-850 ans étal. BP) ... 53
5.1.6 Établissement du pergélisol et formation de la palse (160 ans étal. BP) ... 54
5.2 Dégel du pergélisol, dégradation de la palse et formation de mares de thermokarst ... 55
5.3 Comparaison avec les sites côtiers ... 56
5.3.1 Installation des tourbières ... 57
5.3.2 Développement des tourbières ... 57
5.3.3 Soulèvement des palses ... 58
CONCLUSION ... 61
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1. Listes des espèces végétales retrouvées en marge, sur la palse et dans la mare de thermokarst lors du relevé de végétation effectué en été 2014, au site d’étude de la tourbière à palses du LEC. (Nomenclature vasculaire selon Brouillet et al., 2000). ... 22
Tableau 2 : Dates 14C des restes végétaux extraits à différents niveaux de la carotte de la tourbière à palse,
LEC ... 24
Tableau 3 : Épaisseur des carottes gelées, dégelées et pourcentage en eau, selon les spectres analysés au carbone, hydrogène et azote (CHN), dans le cadre du projet ADAPT. ... 41
Tableau 4 : Datations de l’établissement de la tourbière et de la formation des palses aux sites
échantillonnés de la région du LEC. Voir figure 5 pour la localisation des sites. ... 49
Tableau 5 : Évolution des conditions trophiques de la tourbière à palse du Lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. Nomenclature vasculaire selon Brouillet et al. (2000). ... 51
Tableau 6 : Évolution des tourbières à palses de la région du LEC, de Kuujjuarapik, de Boniface et de Radisson. ... 60
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Localisation du site d’étude, lac à l’Eau-Claire, nord du Québec, Canada et les zones
écologiques d’après Payette (1983). Source : Chabot, 2010. La flèche rouge indique la localisation du site d’étude. ... 7
Figure 2 : Géologie de la région à l’étude. Source : Ministère des ressources naturelles et de la Faune (2002) ... 8
Figure 3. Lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik. Localisation des sites échantillonnés (1-2-3) afin de
comparer les dates d’installation des tourbières et du soulèvement des palses de la région du LEC. Le site d’étude principal (1) est identifié en jaune et les autres sites en rouge, soit la palse externe (2) et la GTAP (3). Le site étudié par Payette (1988) est également identifié en rouge et est situé sur l’Ile centrale (4). Image de Google Earth modifiée. ... 9
Figure 4 : Site d'étude de la tourbière à palse du lac à l’Eau-Claire (LEC). Identification de trois secteurs distincts : la palse, la mare thermokarstique et la mare comblée par les végétaux. Photo modifiée. Source: D. Sarrazin, 2014 ... 12 Figure 5: Site d’étude principal. Transect du relevé de végétation actuelle effectué sur un transect de 80 m.
L’étoile jaune représente l’endroit d’échantillonnage dans la mare comblée. Source modifiée : D. Sarrazin, 2014. ... 13
Figure 6: Monolithe de la palse principale (tourbe non-gelée), du sommet à 50 cm. Source : N. Bhiry, 2013 ... 16
Figure 7: Échantillonnage dans la mare comblée. Le couteau pointe la transition entre ancienne palse et la mare thermokastique ... 16 Figure 8 : Chronostratigraphie de la carotte de tourbe échantillonnée à la tourbière à palse du Lac à
l’Eau-Claire, LEC, Nunavik. Les unités ont été déterminées en fonction du taux de décomposition et de la couleur de la tourbe. ... 25
Figure 9 : Modèle âge-profondeur de la tourbière à palses, lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik. Les zones macrofossiles (Mac) et leur taux d’accumulation respectif (mm/an) sont identifiés. ... 27 Figure 10 : Diagramme macrofossiles des groupes botaniques et du charbon (%) de la palse, du lac à
l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 28
Figure 11: Diagramme macrofossiles des arbres et arbustes (dénombrement/50cc), de la palse du lac à l’Eau-Claire, Nunavik, Québec. ... 29
Figure 12 : Diagramme macrofossiles des herbacées (dénombrement/50cc), de la palse du lac à l’Eau-Claire. Nunavik, Québec.. ... 30 Figure 13 : Diagramme macrofossiles des bryophytes (mousses brunes et sphaignes en %) identifiées au
microscope optique. Les échantillons proviennent de la tourbe de la tourbière à palses à l’étude, au lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 31
Figure 14 : Présence de fragments de bois dans le spectre 42-43 cm, échantillon de la tourbière à palses lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 38
Figure 15: Dominance de sphaignes et présence de morceaux de bois, spectre 30-31, échantillon de la tourbière à palses lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec ... 38
Figure 17 : Stratigraphie de la tourbe prélevée de la mare de thermokarst comblée, de la tourbière à palses du lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 42 Figure 18 : Diagramme macrofossiles en pourcentage des groupes botaniques et de fragments de charbon
(%), tourbe de la mare thermokarstique, au site de la tourbière à palses, lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 45
Figure 19 : Diagramme macrofossiles des arbres, arbustes et herbacées dénombrés dans tourbe
échantillonnée à la mare thermokarstique, au site de la tourbière à palses, lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 46 Figure 20 : Diagramme macrofossiles en pourcentage des bryophytes (sphaignes et mousses) contenus
dans tourbe échantillonnée à la mare thermokarstique, au site de la tourbière à palses, lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. ... 47
Figure 21 : Base de la carotte de tourbe gelée échantillonnée au lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec. . ... 50
LISTE DES ESPÈCES VÉGÉTALES CITÉES
Alnus crispa (Aiton) Pursh Andromeda glaucophylla Link. Betula glandulosa Michx.
Calliergon stramineum (Brid.) Kindb. Carex canescens Linnaeus
Carex rostrata Stokes Carex aquatilis (Wahlenb.)
Chamaedaphne calyculata (Linnaeus) Moench Dicranum fuscescens Turner
Drepanocladus spp. (Müll. Hal.) G. Roth Equisetum sp. Linnaeus
Empetrum nigrum Linnaeus
Eriophorum vaginatum subsp. Spissum (Fernald) Hultén Hippuris vulgaris Linnaeus
Larix laricina (Du Roi) ) K. Koch Menyanthes trifoliata Linnaeus Myriophyllum sp. Linnaeus Myrica gale Linnaeus
Picea mariana (Mill.) Britton, Sterns & Poggenburgh Pleurozium schreberi (Bird.) Mitt
Potamogeton alpinus Balbis
Potentilla palustris (Linnaeus) Scopoli Ranunculus aquatilis Linnaeus
Rhododendron tomentosum Harmaja
Rubus chamaemorus Linnaeus
Sarmentypnum exannulatum (Schimper) Hedenas Scheuchzeria palustris Linnaeus
Sphagnum fuscum (Schimper) Klinggraf
Sphagnum angustifolium (C.Jens. ex Russ.) C. Jens Sphagnum jensenii H. Lindb.
Sphagnum lindbergii Schimp. Sphagnum riparium Angstr. Sphagnum rubellum Wils Sphagnum russowii Warnst. Sphagnum warnstorfii Russow
Straminergon stramineum (Dickson ex Bridel) Hedenas
Tomentypnum nitens (Hedw.) Loeske Vaccinium angustifolium Aiton Vaccinium oxycoccos Linnaeus Vaccinium vitis-idaea Linnaeus Vaccinium uliginosum Linnaeus
REMERCIEMENTS
En premier lieu, je tiens à remercier ma directrice de maîtrise, Madame Najat Bhiry, pour sa confiance, ses judicieux conseils, son temps et son encadrement. Grâce à sa rigueur et sa passion, j’ai pu développer mes connaissances en paléoécologie et largement me dépasser. Je dois également la remercier, et plus d’une fois, de m’avoir offert l’opportunité de me rendre sur le terrain, au lac à l’Eau-Claire. Sa générosité et son partage de savoirs, lors des missions, ont rendu ces expériences mémorables et m’ont permis de me découvrir une magnifique passion pour le Nord.
Je remercie également Mme Esther Lévesque et toute l’équipe de son laboratoire de m’avoir accueillie à bras ouverts, parmi vous, les UQtériens. Cette possibilité a grandement facilité les travaux de laboratoire et agrémenté les analyses. Merci aussi à Mme Lévesque pour l’évaluation de mon mémoire.
Un énorme merci à Myosotis Bourgon Desroches pour l’initiation à l’analyse des macrofossiles, mais davantage pour l’aide dans leur identification et les réponses à mes multiples, multiples, multiples questions, au laboratoire et surtout, à distance. Son professionnalisme, sa patience, ses encouragements et nos discussions ont été grandement appréciés et ont significativement augmenté le plaisir que j’ai eu à mener cette recherche. Je tiens également à souligner le minutieux travail en laboratoire de Gabrielle Filteau et Julien Lebrun, lors de la préparation des échantillons, sans qui, je serais probablement encore à l’étape du tamisage! Aussi, je remercie le gars de terrain, Denis Sarrazin, pour le soutien au LEC, ainsi que pour tous nos échanges. Enfin, je ne peux passer sous silence l’équipe du CEN, toujours disponible et d’une aide constante, toutes situations confondues.
Finalement, merci infiniment à ma famille et amis, d’avoir su trouver les bons mots et d’avoir eu confiance en moi, pendant ces deux dernières années. À Mathieu, d’avoir gardé le phare à maintes reprises et enduré mes humeurs variables, sans te décourager et en me poussant vers l’avant. Aussi, à François, Biljana, Karen, Isa et Sophie, pour les encouragements, les
lectures et l’écoute. Et évidemment, merci à celle qui ne désespère pas et croit encore en son étudiante professionnelle, ma maman. Merci Mom.
Ce projet n’aurait pu être mené à terme sans l’apport d’un soutien financier de la part du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) (Mme Najat Bhiry), le Programme de formation scientifique dans le nord du Ministères des Affaires autochtones et nord du Canada (PFSN), Hudsonie 21 et le projet ADAPAT (dirigé par W. Vincent). De plus, je remercie le Centre d’études nordiques pour son appui logistique sur le terrain.
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
Depuis l’époque préindustrielle (avant 1800), la température moyenne mondiale s’est réchauffée de 0,85°C, avec une élévation marquée dans la partie nord de l’hémisphère nord
(GIEC, 2014). Selon le cinquième rapport émis par le Groupe intergouvernemental
d'experts sur l'évolution du climat (GIEC), les scénarios concernant les changements climatiques sont plutôt pessimistes. En effet, excepté le scénario le plus sobre en émissions de carbone, tous les autres envisagés excèdent l’objectif international établi lors des conférences des Nations Unies sur le climat, soit le seuil d’un réchauffement fixé à 2°C et ce, dès 2030. Ce réchauffement risque d’avoir des répercussions tangibles sur les environnements nordiques, sensibles aux variations climatiques par, entre autres, la réduction de la zone de pergélisol (Sannel et Khury, 2009).
Si les actuels changements climatiques sont de nature anthropique (GIEC, 2007), notamment par les émissions de gaz à effet de serre, il n’en demeure pas moins que des
variations climatiques naturelles ont eu lieu dans le passé. De ce fait, de nombreuses
recherches ont porté, et d’autres sont présentement en cours, dans les régions nordiques offrant une compréhension plus juste des changements climatiques passés et présents, ainsi que leurs effets sur les écosystèmes (p. ex. Mayewski et al., 2004). Les thèmes de recherche sont variés et il est aisé de constater l’engouement de la recherche à travers les nombreuses publications dans diverses disciplines (aménagement du territoire, archéologie, biologie et microbiologie, paléoécologie, géographie, géologie et génie, etc.). Les résultats de ces études permettront d’améliorer les modèles de prédictions concernant les changements climatiques et leurs impacts.
Dans un tel contexte, il est primordial d’effectuer des études sur les environnements holocènes, soit les derniers 11 700 ans (années étalonnées), puisque cette période est
températures ont influencé le couvert végétal (Gajewski et al., 1993) et la présence du pergélisol (Payette et al., 2004). Divisé en quatre périodes, l’Holocène se caractérise par une première phase de réchauffement post-glaciation qui a eu lieu entre 10 000 et 8000 ans étal. BP, suivi d’une période de refroidissement. La troisième phase a eu lieu entre 6000 et 5000 ans étal. BP, où l’Hypsithermal était caractérisé par une période plus chaude et sèche (Mayewski et al., 2004). Finalement, le Néoglaciaire, une période de refroidissement, a eu lieu après 3000 ans étal. BP. Cette période a été ponctuée de fluctuations climatiques marquées, dont l’Optimum climatique médiéval (vers 1200 ans étal. BP) et le refroidissement du Petit Âge glaciaire (PAG, 500-100 ans étal. BP). Ces fluctuations climatiques pourraient être expliquées par des activités volcaniques (Bryson et Goodman, 1980) ou des variations d’activités solaires (Mayewski et al., 2004).
L’étude de l’évolution des écosystèmes depuis leur mise en place, permet de déterminer les impacts des variations climatiques sur l’environnement. Ainsi, lorsqu’il est question des changements climatiques, les tourbières représentent un des écosystèmes les plus sensibles et sujet à ces variations. Ce sont des habitats généralement humides, où la biomasse végétale produite chaque année par la photosynthèse s’accumule plus qu’elle ne se décompose (Payette, 2001). Les tourbières sont largement distribuées à l’échelle du globe, couvant près de 5 millions de km², en particulier dans les régions tempérées, boréales, subarctiques et arctiques, où les températures basses et le bilan hydrique favorisent le maintien de ces milieux humides (Tamocai et Stolbovoy, 2006). Au Canada, les tourbières se retrouvent principalement dans les zones boréales et subarctiques. La formation des tourbières au Québec a débuté dès la déglaciation et le retrait des mers, soit à partir de 10 000 ans étal. BP (MacDonald et al., 2006). Plus précisément pour la région nordique, les tourbières se sont formées vers 8000 ans étal. BP (Gorham et al., 2007). Également, on remarque une différence d’âge entre des tourbières du Sud et celle du Nord du Québec, selon la période d’émersion des terres.
0°C, un faible couvert de neige favorisant la pénétration du gel dans le sol et la présence d’un substrat minéral (Seppälä, 1986; Pissart, 2013). L’état de gel doit être maintenu, malgré les périodes estivales, pendant un minimum de deux hivers consécutifs. Ainsi, les palses sont des formes périglaciaires qui se développent lorsque la glace de ségrégation s’accumule sous forme de lentilles, dans les dépôts organiques ou minéraux (Seppala, 1986). La formation des lentilles de glace nécessitent un substrat fin (silt ou argile), une période de gel lente permettant à l’eau de migrer vers le front de glace et une source d’eau dans les sédiments (Pissart, 2013). Le soulèvement significatif de la surface des tourbières et la formation des palses se produisent lorsque le pergélisol atteint le sol minéral et des lentilles de glace se forment et s’épaississent.
Les palses se développent dans les dépressions en zone du pergélisol discontinu de la zone circumpolaire. Ainsi, les tourbières à palses n’ont été que rarement trouvés dans la zone du pergélisol continu (Filteau, 2016), puisque l’absence d’apport d’eau sous-terraine limite le développement des lentilles de glace. La limite nordique de répartition des tourbières à palses se trouve donc à la limite du pergélisol discontinu. Les faibles précipitations et la mince épaisseur du couvert nival, ajoutées à la température annuelle moyenne sous 0°C, sont des facteurs déterminant la distribution des palses. Les tourbières à palses sont communes dans la zone de pergélisol discontinu des régions nordiques de la Russie, de la Scandinavie et du Canada (Zoltaï et Tarnocai, 1971; Zoltaï, 1993, 1995; Sollid et Sorbel, 1998; Bhiry et al., 2007; Kuhry, 2008; Thibault et Payette, 2009).
Au cours des dernières décennies, plusieurs études paléoécologiques ont porté sur les tourbières à palses dans le nord du Québec (Couillard et Payette, 1985 ; Allard et Séguin, 1987); Lavoie et Payette, 1995 ; Payette et al., 2004 ; Arlen-Pouliot et Bhiry, 2005 ; Bhiry et Robert, 2006 ; Bhiry et al., 2007 ; Thibault et Payette, 2009 ; Tremblay et al., 2014 ; Fillion et al., 2014). Les résultats de ces études ont démontré la succession de plusieurs stades de développement des tourbières à palses, commençant par une étendue d’eau peu profonde (étang), suivi d’un stade de comblement du plan d’eau. Ensuite, le site se développe en une tourbière minérotrophe riche, puis pauvre, où les apports en eaux de
Finalement, la tourbière passe par une phase de tourbière ombrotrophe, avant d’atteindre la forme de tourbière à palses.
Selon les travaux effectués au Québec nordique mentionnés plus haut, les tourbières à palses montrent généralement une tendance évolutive similaire, mais asynchrone. Plus précisément, les conditions plus clémentes ont permis l’établissement des tourbières, dès l’émersion des terres, vers 7000-6000 ans étal. BP, tant dans le sud (Radisson) que dans le nord du Québec subarctique (à la limite des arbres). Ensuite, vers 3000 ans étal. BP, les conditions fraiches et humides de la période Néoglaciaire aurait influencé l’hydrologie des tourbières (Lizotte, 2002; Miousse, 2003; Tremblay et al., 2014) et le pergélisol commençait à s’installer dans les tourbières situées à la limite des arbres (Bhiry et al., 2007). Ce refroidissement aurait culminé au PAG, une période climatique favorable à l’expansion du pergélisol. Depuis la fin du PAG, le réchauffement du climat accentue la dégradation des palses et la formation de mares de thermokarst (Seppälä, 1986; Payette, 2001 ; Tremblay et al., 2014).
Le développement similaire des tourbières à palses le long de la côte de la Baie d’Hudson, en subarctique, suggère que le climat influence leur évolution. Ainsi, les variations d’humidité atmosphérique et de températures sont des facteurs qui modifient le régime hydrique et le développement des tourbières. Toutefois, il est essentiel de prendre en considération les facteurs autogènes, tels que l’accumulation de la tourbe de sphaignes (Payette, 1988). Ce facteur entraine une diminution de l’humidité du sol et un appauvrissement des conditions trophiques. Ce facteur serait l’origine des transitions asynchrones d’une phase trophique à l’autre. Également, la présence d’un manteau de sphaignes agit à titre d’isolant thermique. Cette condition permet le maintien de l’état de gel dans la tourbe, facilite l’installation du pergélisol, ainsi que le développement des palses (Bhiry et Robert, 2006).
maritime aurait exercé une pression sur le milieu, c’est-à-dire que les étés sont tempérés et la région subit les effets des eaux froides de la baie et l’influence des vents dominants provenant de l’ouest. Alors qu’en situation continentale, les saisons sont plus contrastées (été chaud, pluie modérée et hiver froid à précipitations neigeuses modérées). Cette présente étude porte sur une tourbière à palses en position géographique continentale, soit au lac à l’Eau-Claire (LEC), donc à l’extérieur de la zone d’influence du climat maritime. Plusieurs travaux ont été réalisés dans la région du LEC, dont l’étude de glissements de terrain (Bégin et al., 1985; Marion et al., 1995), des combes à neige (Mathieu et al. 1987), l’étude gravimétrique des astroblèmes (Plante et al. 1990), de la géologie (Simard et al. 2004), de la dynamique écologique et géomorphologique des rivages (Lemay, 2009) et de la végétation riveraine (Bégin, 1986; Chabot, 2010). De plus, Payette et al. (1986; 1988) ont étudié les coins de glace et le développement d’un plateau palsique de l’Île centrale du LEC. Toutefois, l’étude paléoécologique détaillée du développement des palses du LEC n’est guère réalisée jusqu’à présent.
Ainsi, l’objectif principal de cette recherche est de documenter l’évolution d’une tourbière à palses, située au-delà de la limite marine, en déterminant l'impact des changements climatiques. Les résultats seront comparés avec ceux d’autres études réalisées en Hudsonie et en Jamésie, dans le but de cerner l'impact de la continentalité et des variations climatiques sur ces écosystèmes. L’hypothèse de recherche qui sera testée est que le développement de la tourbière à palse du LEC est sous l’influence du climat continental.
CHAPITRE 2
RÉGION ET SITE D’ÉTUDE
2.1 Localisation
La tourbière à l’étude se trouve sur la rive nord du lac à l’Eau-Claire (LEC; 56° 20’ 524’’N ; 74° 27'167’’O), à l’intérieur des terres à près de 150 km de la côte de la baie d’Hudson (Figure 1). Tout comme le Lac Guillaume-Delisle, le LEC fait partie du parc national Tursujuq, créé en 2013. LEC est composé de deux bassins circulaires, ouest et est, qui ont respectivement 30 et 20 km de diamètre. Ils ont été créés, il y a environ 290 millions d’années, à la suite d’un double impact météoritique (Plante et al, 1990). Avec une superficie de 1 226 km², il s’agit du deuxième plus grand lac naturel du Québec, après le lac Mistassini (2 335 km²).
2.2 Géologie, géomorphologie et biogéographie
La région du LEC fait partie du Bouclier canadien qui est la principale région géologique du Canada et couvre plus de la moitié de sa superficie (Payette et Bouchard, 2001). Le Bouclier canadien est divisé en plusieurs provinces géologiques, dont celle du Lac-Supérieur, qui recouvre la plus grande partie du nord du Québec, incluant la région du LEC (Figure 2). Le contexte géologique est dominé par des affleurements précambriens de granite et gneiss datés d’environ 2,5 milliards d’années (Avramtchev, 1982). Le substrat rocheux est généralement recouvert d’une mince couche de sédiments glaciaires (till) (Chabot, 2010). Cette région est caractérisée par un relief peu prononcé, d’une amplitude variant en moyenne entre 50 et 100 m. Le secteur du LEC se démarque par un paysage ceinturé de nombreuses petites collines isolées qui le distingue du plateau qui l’entoure. Le bassin ouest se distingue par une série d’îles de différentes tailles disposées de façon circulaire près du bord. Parmi ces îles, on peut citer l’île des Foreurs, Lepage, Atkinson, des Tétards. Au centre, se trouvent deux petites îles. Le lac est drainé à l’ouest par la rivière à l’Eau Claire, qui est son seul exutoire, et alimenté au nord-est par la rivière Noonish
Figure 1 : Localisation du site d’étude, lac à l’Eau-Claire, nord du Québec, Canada et les zones écologiques d’après Payette (1983). Source : Chabot, 2010. La flèche rouge indique la localisation du site d’étude.
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Figure 2 : Géologie de la région à l’étude. Source : Ministère des ressources naturelles et de la Faune (2002)
Figure 3. Lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik. Localisation des sites échantillonnés (1-2-3) afin de comparer les dates d’installation des tourbières et du soulèvement des palses de la région du LEC. Le site d’étude principal (1) est identifié en jaune et les autres sites en rouge, soit la Palse externe (2) et la Grande tourbière à palses GTAP (3). Le site étudié par Payette (1988) est également identifié en rouge et est situé sur l’Ile centrale (4). Image de Google Earth modifiée.
Dans la région du LEC, des drumlins et des formes profilées orientées dans une unique direction montre un sens d’écoulement glaciaire prédominant de l’est vers l’ouest (Deshaye et Morisset, 1985). Lors de la déglaciation de la région, le retrait du glacier se serait déroulé rapidement, libérant la côte entre 8000 et 7000 ans étal. BP et le LEC, il y a environ 6000 à 6500 ans étal. BP (Bégin, 1986). La période de la déglaciation pour le secteur du LEC n’a pas pu être déterminée avec précision en raison de la rareté de fossiles datables. En effet, aucun coquillage fossile ni sédiment fin d’eau profonde ou calme ne fut trouvé (Allard et Séguin, 1985). Ainsi, c’est à l’aide de datations de tourbe basale développée sur de petits îlots au centre du lac et en considérant un décalage temporel (près de 200 à 300 ans) pour les réajustements isostatiques du lac glaciaire du LEC, qu’Allard et Séguin (1985) ont estimé la déglaciation de la région du lac, entre 6500 à 6000 ans étal. BP.
Par la suite, la mer de Tyrrell a pénétré dans les vallées des rivières du Nord, du Caribou, à l'Eau-Claire et Ouiatchouane jusqu'à mi-chemin environ entre le lac Guillaume-Delisle et le LEC. La présence d’un delta dans la vallée de la rivière du lac à l’Eau-Claire, à environ 60 km de la côte, suggère que la mer de Tyrrell n’aurait pas atteint l’altitude du LEC (Bégin, 1986). Le delta qui marque la limite de l'invasion marine sur l'actuelle décharge du lac est à 220 m d’altitude, alors que le LEC est au niveau de 237 m (Allard et Séguin, 1985). Actuellement, les études réalisées dans la région du LEC n’ont pas révélé la présence de sédiments marins, ce qui appuie alors cette l’interprétation de Bégin (1986).
La région du LEC est dans la zone de la forêt coniférienne boréale. Plus précisément, elle fait partie de la sous-zone arbustive de la toundra forestière. Le paysage est composé de milieux ouverts caractérisés par une toundra à lichens et de milieux forestiers dominés par Picea mariana ([Mill.] B.S.P.), épinette noire et Larix laricina ([Du Roi] K. Koch) mélèze laricin (Bégin, 1986; Deshaye et Morisset, 1985). Étant dans la zone du pergélisol discontinu, la région compte un grand nombre de tourbières aux faciès uniques dû à la présence du pergélisol. Il s’agit de tourbières à palses ou de plateaux palsiques.
2.3 Climat régional
Le climat régional est de type subarctique. Compte tenu de sa localisation à l’intérieur des terres et son altitude élevée, la région du LEC n’est pas influencée par le climat de la baie d’Hudson, comme le sont les zones côtières. Les eaux froides de la baie d’Hudson influencent le climat et la végétation de la côte sur une distance allant jusqu’à 10 km à l’intérieur des terres (Payette, 2001). Alors, le climat des terres intérieures est de type continental et il contribue au refroidissement des températures, en période hivernale, et à une diminution de la durée de la saison de croissance en été (Bégin, 1986). De plus, le climat local du LEC est modelé par sa déglaciation tardive au printemps et de sa température froide, qui rafraichissent la température de l’air, puisque le site est exposé à des forts vents. La température moyenne annuelle fluctue autour de -4,7°C, alors que les précipitations sont en moyenne de 648 mm par an, dont environ les tiers tombent sous forme de neige (241 mm, équivalent en eau) (Chabot, 2010). Ces données sont semblables à celles de la côte (Kuujjuarapik), où la température annuelle est de -4,4 °C et les précipitations sont de 656 mm par an, dont 37% tombent sous forme de neige (Fillion et al., 2014).
2.4 Description du site d’étude et principales caractéristiques
Le site d’étude est une tourbière contenant une palse en dégradation. Le site est situé, sur une petite île faisant partie de la ceinture insulaire nord du bassin ouest du LEC. La palse étudiée occupe une superficie d’environ 100 m² (Figure 4). La juxtaposition de milieux sec (la palse), humide (mare comblée par les végétaux) et aquatique (mare) offre une large diversité floristique sur le site : arbres, arbustes, herbacées et bryophytes. La palse montre des signes de dégradation avancée, indiqués par la faible hauteur de la palse, des fissures profondes en surface et l’effondrement de ses versants, ainsi que par la présence d’une mare thermokarstique, formée suite au dégel du pergélisol. Le comblement de la mare par des végétaux, tels que des espèces de Carex et des sphaignes, s’effectue en périphérie du site. La palse est couverte par des éricacées telles que Rubus chamaemorus, Vaccinium vitis-idae, Rhododendron groenlandicum et des lichens. Le site (palse et mares)
est ceinturé par des arbres matures, majoritairement Picea mariana et quelques Larix laricina.
Figure 4 : Site d'étude de la tourbière à palse du lac à l’Eau-Claire (LEC). Identification de trois secteurs distincts : la palse, la mare thermokarstique et la mare comblée par les végétaux. Photo modifiée. Source: D. Sarrazin, 2014
CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.1 Travaux de terrain
3.1.1 Relevé de végétation actuelle
Un relevé de la végétation actuelle de la palse, de la mare thermokarstique et de la mare comblée par la végétation, a été effectué sur un transect de 80 mètres de long (Figure 5). Le transect a été divisé en quatre sections : deux sections en marge (NO et SE), une sur la palse et une dans la mare de thermokarst. Ce relevé qualitatif a permis de déterminer les espèces actuelles qui ont aussi servi lors l’identification des macrorestes extraits de la tourbe. Les espèces ont été identifiées sur le site, à l’aide de l’Atlas des plantes des villages du Nunavik (Blondeau et Roy, 2010), ou échantillonnées pour identification ultérieure au Laboratoire de paléoécologie du Centre d’études nordiques (CEN), Université Laval.
Coordonnées de départ 56˚20’516’’N
74˚27'162’’O
Section en marge SE (0-24.5 m)
Section sur la palse (24,5-37 m)
Section dans la mare (37-52 m)
Section en marge NO (52-80 m)
Figure 5: Site d’étude principal. Transect du relevé de végétation actuelle effectué sur un transect de 80 m. L’étoile jaune représente l’endroit d’échantillonnage dans la mare
3.1.2 Échantillonnage de la tourbière à palse
Lors de l’été 2013, une équipe du CEN formée de Mme Najat Bhiry, M. Yves Bégin, M. Denis Sarrazin et Mme Lina Noël a extrait de la palse, une carotte gelée à l’aide d’un carottier à béton de 10 cm de diamètre. Ce carottier est muni d’une couronne diamantée montée sur un train de tige et actionné à l’aide une foreuse de marque Stilh (Portable earth-drill system) (Calmels, 2005). De la partie supérieure de la palse non gelée (molissol), a été prélevé à la pelle, un bloc de tourbe de 50 cm d’épaisseur (Figure 6). De la base au sommet de la palse, 210 cm de tourbe ont été prélevés, coupés en blocs, identifiés, emballés, transportés et conservés dans la chambre froide (4°C) du CEN, pour analyses ultérieures en laboratoire.
3.1.3 Échantillonnage de tourbières à palses, à proximité du site
La tourbe de transition minéral-organique (base) et celle de surface de deux autres palses situées dans la section nord du LEC, la Palse externe et la Grande tourbière à palses (GTAP) (Figure 3), ont aussi été échantillonnées, afin de dater l’établissement des tourbières et l’installation du pergélisol. Plus précisément, deux échantillons ont été prélevés sur le site de la Palse externe (56°19'546’’ N ; 74°21'358’’ O), soit la tourbe de surface (3-4 cm) et la transition minéral-organique (169-170 cm). Il en est de même pour la tourbière à palses GTAP (56°19'535’’ N ; 74°21'367’’ O), où les niveaux 10-12 cm et 138-140 cm ont été prélevés.
3.1.4 Échantillonnage de la mare thermokastique comblée
Un échantillonnage de tourbe a été effectué dans la mare thermokarstique comblée par la végétation, entourant la palse, section ouest de la tourbière à palse (Figure 5). Ainsi, un monolithe de 22 cm a été extrait à la pelle. Ensuite, à l’aide d’une sonde russe de 5 cm de diamètre, des carottes de tourbe ont été prélevées jusqu’à 48 cm de profondeur. La transition entre la tourbe décomposée foncée de l’ancienne palse et la tourbe non décomposée orange-beige de la mare comblée a été identifiée (Figure 7). Les échantillons
ont été coupés à tous les centimètres sur le terrain et conservés dans la chambre froide du CEN, pour analyses ultérieures.
Figure 7: Échantillonnage dans la mare comblée. Le couteau pointe la transition entre ancienne Figure 6: Monolithe de la palse principale (tourbe non-gelée), du sommet à 50 cm. Source : N. Bhiry, 2013.
3.2 Travaux de laboratoire
3.2.1 Stratigraphie et analyses macrofossiles
Au Laboratoire de paléoécologie terrestre du CEN, la description stratigraphique du monolithe et des carottes a été réalisée, en se basant sur les caractéristiques principales de la tourbe, telles que la couleur, la composition et le degré d’humidification. Aussi, un échantillonnage a été effectué pour obtenir des tranches de 1 cm d’épaisseur. Ces sous-échantillons ont été traités et analysés en termes macrofossiles, selon la méthode de Bhiry et Filion (2001), l’intervalle d’analyse est de 2 cm. Un macrofossile est une pièce d’origine végétale ou animale qui est préservée dans un sédiment organique ou minéral (Bhiry et Filion, 2001). Dans le cas présent, seulement les pièces végétales (graines, aiguilles, feuilles, etc.) ont été identifiées. L’intérêt de ce type d’analyse est de reconnaitre les espèces végétales ayant colonisé le site localement, en comparaison avec l’analyse pollinique qui permet de déterminer les espèces identifiées dans une région donnée. De plus, les macrofossiles d’origine végétale sont très utiles pour déterminer les stades de développement de la tourbière avant l’installation du pergélisol et après sa fonte (Lavoie et Payette, 1995; Arlen-Pouliot et Bhiry, 2003), ce qui permet de reconstituer l’histoire de la tourbière à palses et de la mare thermokastique comblée. Sur les 186 échantillons de la coupe de la palse principale, 95 sous-échantillons ont été retenus pour les analyses macrofossiles, alors que pour la mare comblée, 24 sous-échantillons des 48 extraits ont été analysés.
Au laboratoire, chaque échantillon de tourbe de 1 cm d’épaisseur a été traité, selon la méthode suivante :
1- Le volume d’échantillon prélevé est mesuré par déplacement d’eau (V2-V1=volume échantillon). Lorsque l’échantillon était disponible en quantité suffisante, nous avons prélevé 50 cm3 de tourbe.
2- Pour les échantillons de tourbe fibrique, nous avons trempé l’échantillon dans l’eau jusqu’à saturation, puis filtré et lavé à faible jet d’eau à travers 3 tamis (850, 425, 180 µm). Alors que pour une tourbe mésique ou humique : tremper dans une solution composée d’eau et d’hydroxyde de potassium (KOH 5% : 15 à 20 ml selon le volume d’échantillon
traité) et faire bouillir cette solution 2 à 3 minutes. Laver et tamiser comme précédemment (Bhiry et Filion, 2001).
3- Récupérer le matériel dans un contenant, en identifiant le spectre de l’échantillon traité et la taille du tamis. Pour les pièces macrofossiles, procéder à l’identification à l’aide d’une loupe binoculaire. Les pièces végétales (graines, aiguilles, cônes, etc.) sont dénombrées dans un volume déterminé. Lorsque les pièces sont trop nombreuses pour être comptées, par exemple des feuilles de bryophytes, il convient d’évaluer un pourcentage d’abondance par rapport au volume total. Ensuite, une centaine de feuilles de mousses ou de sphaignes, sont prélevées aléatoirement, montées entre lame et lamelle et identifiées au microscope optique.
3.2.2 Datations 14C
Des échantillons sélectionnés à la limite des zones déterminées par l’analyse macrofossiles ont été datés, afin d’établir un cadre chronologique et de reconstituer l’histoire de la tourbière à palse. Huit échantillons de la palse principale ont été datés au Laboratoire de radiochronologie du CEN et au Keck Laboratory de l'Université Irvine en Californie. Un échantillon de la mare thermokastique comblée, et quatre échantillons provenant des palses extra-sites ont aussi soumis pour datation. Les échantillons ont été nettoyés en soustrayant des racines et radicelles qui pourraient appartenir aux plantes actuelles. Ceci vise à éviter la contamination de la tourbe par la présence de carbone récent. Les pièces aériennes, telles que des feuilles, aiguilles, graines de plantes vasculaires et tiges et/ou feuilles de sphaignes et mousses ont été privilégiées pour la datation. Toutes les datations obtenues ont été étalonnées (ans étal. BP) à l’aide du logiciel CALIB 7.1; avec un intervalle de confiance de 2σ (Stuiver et Reimer, 1993). Le taux d’accumulation de la tourbe a été calculé en divisant l’épaisseur de la tourbe par le nombre d’années. Ce taux exprime le rapport entre la production et la décomposition de la matière organique (accumulation = production/décomposition) (Bhiry et Filion, 2001).
3.2.3 Analyses topodensitométriques
Dans le cadre du projet ADAPT (Arctique en développement et adaptation au pergélisol en transition), les échantillons de tourbes gelées extraits de la palse principale du LEC ont été soumis à la topodensitométrie. Cette méthode produit des images à haute résolution des lentilles de glace, des couches de sol, des fissures, des structures sédimentaires et des inclusions gazeuses (Calmels, 2005). Dans le cas présent, nous avons pris en considération les volumes des sédiments (solides), de la glace et des gaz (vide), afin de déterminer la présence de lentilles de glace, dans la carotte échantillonnée.
De plus, la masse humide, la masse sèche et le pourcentage d’eau ont été calculés pour chaque extrémité des blocs de tourbe gelés prélevés. Les échantillons dégelés ont été pesés pour obtenir la masse humide. Ensuite, la tourbe a été séchée dans une étuve et repesée, afin de déterminer la masse sèche. À l’aide de ces deux données, le pourcentage en eau dans les échantillons a été calculé :
Masse humide – Masse sèche
_______________________ x 100 = % H2O
Masse humide
CHAPITRE 4
RÉSULTATS ET INTERPRÉTATIONS
Les résultats et les interprétations de ce chapitre sont présentés en plusieurs sections. La première consiste à présenter les résultats du relevé de végétation actuelle. La chronostratigraphie de la tourbe est abordée à la section 2, alors que la troisième section concerne le taux d’accumulation et les données macrofossiles de la palse. Une quatrième section présente la stratigraphie de la glace et le contenu en eau de la tourbe extraite de la palse. Enfin, la stratigraphie de la mare et les données macrofossiles terminent ce chapitre.
4.1 Relevé de végétation actuelle
Rappelons qu’un relevé qualitatif de la végétation a été effectué le long d’un transect de 80 mètres, en marge SE de la tourbière (coordonnées de départ m 20’ 516’’ N; m 27' 162’’O), passant par la palse et la mare thermokarstique, se terminant en marge NO, à la marge du couvert forestier (Figure 5). Ce relevé de végétation a permis d’identifier les espèces végétales en place (Tableau 1).
4.1.1 Sections en marges SE (0-24,5 m) et NO (52-80 m)
Les deux sections en marge de la tourbière à palse, soit la section sud-est (SE) et la section nord-ouest (NO), sont très similaires en termes de composition végétale. Elles sont toutes les deux dominées par des arbustes tels que Betula glandulosa, Rubus chamaemorus, Andromeda glaucophylla, Chamaedaphne calyculata, Empetrum nigrum, Kalmia polifolia, Rhododendron groenlandicum, Ledum decumbens et Vaccinium oxycoccos. Au début de la section SE et à la fin de la section NO, quelques arbres d’épinettes noires (Picea mariana) sont présentes. Des espèces de bryophytes ont été relevées, entre autres Sphagnum fuscum, S. papillosum, S. rubellum et Polytrichum sp. Des lichens se sont installés sur les buttes relativement sèches du transect. La section SE se différencie par la présence d’une Equisetaceae (Equisetum sp.) et la section NO par celle de Larix laricina et Carex sp. Ces
deux sections sont caractérisées par une plus grande diversité végétale que la palse et la mare de thermokarst.
4.1.2 Section sur la palse (24,5-37 m)
La section de la palse est dominée par des arbustes. Vaccinium vitis-idaea, Rhododendron groenlandicum et Rubus chamaemorus sont les trois espèces les plus fréquentes, alors que Empetrum nigrum est présent en faible quantité. Dans les endroits plus humides, tels que les fissures ou sur les versants effondrés de la palse, on trouve Polytrichum sp. Les lichens colonisent toute la surface de la palse.
4.1.3 Section dans la mare thermokarstique (37-52 m)
La section dans la mare thermokarstique est dominée par des herbacées et des bryophytes. La première moitié de la section (entre 37 et 43 m) est formée d’eau libre. Eriophorum spissum et Eriophorum russeolum dominent la végétation de la mare, entre 43 et 50 m. Dans l’espace de la mare en voie de comblement (entre 50 et 52 m), ont été identifiées quelques espèces de bryophytes, dont Sphagnum fallax, S. riparium et Polytrichum sp.
Espèces végétales Marges SE
(0 -24,5 m) (24,5-37 m) Palse Mare thermokarstique (37-52 m) Marges NO (52-80 m)
Andromeda glaucophylla x x Betula glandulosa x x Carex sp x Chamaedaphne calyculata x x Empetrum nigrum x x x Equisetum sp x Eriophorum spissum x Eriophorum russeolum x Kalmia polifolia x x Larix laricina. x Ledum decumbens x x Lichen x x x Picea mariana x x Polytrichum sp x x x x Rhododendron groenlandicum x x x Rubus chamaemorus x x x Sphagnum fallax x Sphagnum fuscum x x Sphagnum papillosum x x Sphagnum riparium x Sphagnum rubellum x x Vaccinium vitis-idaea x Vaccinium oxycoccos x x
Tableau 1. Liste des espèces végétales retrouvées en marge, sur la palse et dans la mare de thermokarst lors du relevé de végétation effectué en été 2014, au site d’étude de la tourbière à palses du LEC. (Nomenclature vasculaire selon Brouillet et al., 2000).
4.2 Chronostratigraphie de la tourbe de la palse
Le monolithe et les carottes dégelées extraits de la palse du lac à l’Eau-Claire ont ensemble, une épaisseur de 185 cm de tourbe surmontant un dépôt d’argile silteux. En se basant sur la couleur et le taux de décomposition de la tourbe, cinq unités distinctes ont été définies dont certaines comprennent des sous-unités (Figure 8 et Tableau 2). À la base, l’unité 1 (185-178 cm) est formée de sédiments fins grisâtres (silt/argile), à matière organique brune foncée, datée à 6290 ans étal. BP. Au-dessus, l’unité 2 a été accumulée à partir de 5790 ans étal. BP. Elle comprend deux sous-unités : 2a (177-162 cm) et 2b (161-150 cm). Les deux sous-unités sont formées de tourbe très décomposée de couleur brun foncé. Toutefois, l’unité 2b se démarque par la présence de morceaux de bois (écorces/branches). L’unité 3, située entre 149 et 102 cm de profondeur s’est accumulée entre 5360 et 4350 ans étal. BP. Elle est composée de tourbe brune pâle moyennement à très décomposée. L’unité 4 (101-36 cm) comprend deux sous-unités : la sous-unité 4a (101- 50 cm) est formée de tourbe brune foncée moyennement à très décomposée avec des morceaux de bois (écorces/branches), alors que la sous-unité 4b, dont la base est datée à 2210 ans étal. BP, est mince (49 à 36 cm) et formée de tourbe brune foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée. Finalement, l’unité 5 qui se situe entre 34 cm et la surface est composée de tourbe de sphaignes peu décomposée. Un dépôt de tourbe brune très foncée d’un centimètre d’épaisseur s’insère dans la tourbe de sphaigne, à 7cm de profondeur. La surface de la palse (0-1 cm) est datée à 160 ans étal. BP (Tableau 2).
*Macrofossiles incluent les restes végétaux aériens d’arbres, d’arbustes et/ou d’herbacées Profondeurs (cm) Numéro de laboratoire ULaval Date 14C (ans BP) Intervalles (ans étal. BP) (2σ ) Moyenne pondérée (ans étal. BP) Matériel daté
LEC 0-1 ULA-5429 220 ± 20 153-168 160 Sphagnum
LEC 34-35 ULA-5465 930 ± 20 794-914 850 Macrofossiles*
LEC 48-49 ULA-5433 2230 ± 20 2180-2244 2210 Sphagnum
LEC 101-102 ULA-5432 3905 ± 20 4287-4419 4350 Macrofossiles
LEC 150-151 ULA-5428 4695 ± 20 5328-5384 5360 Sphagnum
LEC 160-161 ULA-5426 4780 ± 25 5482-5533 5510 Macrofossiles/Sphagnum
LEC 178-179 ULA-5431 5105 ± 25 5764-5809 5790 Macrofossiles/Sphagnum
LEC 184-185 ULA-5430 5480 ± 25 6278-6303 6290 Macrofossiles/Sphagnum
Tableau 2 : Dates 14C des restes végétaux extraits à différents niveaux de la carotte de la tourbière à palse, LEC
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Profondeur (cm) 180 170 160 150 Anné es (ét al.BP ) 160 2210 4350 5360 5510 5790 6290
---Tourbe de sphaignes peu décomposée
Tourbe foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée
Tourbe foncée moyennement à très décomposée, morceaux de bois (écorce/branches)
Dépôt de tourbe très foncée
Tourbe pâle moyennement à très décomposée
Argile silteuse grise
Tourbe foncée très décomposée, gros morceaux de bois (écorce/branches) Tourbe foncée très décomposée
Unité 5 Unité 4b Unité 4a Unité 3 Unité 2b Unité 2a Unité 1 85 Unités Dépôts e moye morce hes)
Figure 8 : Chronostratigraphie de la carotte de tourbe échantillonnée à la tourbière à palse du Lac à l’Eau-Claire, LEC, Nunavik. Les unités ont été déterminées en fonction du taux de décomposition et de la couleur de la tourbe.
4.3 Taux d’accumulation et données macrofossiles de la palse
En se basant sur les assemblages macrofossiles, cinq zones (Mac) ont été identifiées: Mac1, Mac 2, Mac 3, Mac 4 et Mac 5 (Figures 9 - 13). Les zones Mac 2 et Mac 4 ont été subdivisées en deux sous-zones (Mac 2a et Mac 2b; Mac 4a et Mac 4b). L’abondance des pièces végétales et leur bonne préservation ont facilité leur identification.
4.3.1 Zone macrofossile Mac 1 : 185-178 cm (6290-5790 ans étal. BP)
La zone Mac 1 est d’une épaisseur de 7 cm (185-178 cm). Formée d’un mélange d’argile silteuse grise et de tourbe, cette zone a été accumulée entre 6290 et 5790 ans étal. BP, à un faible taux d’accumulation (0,12 mm/an) (Figure 9). Mac 1 contient principalement des restes de mousses brunes et quelques restes d’herbacées et de ligneux (ex : aiguilles de conifères).
Les espèces végétales identifiées dans cet assemblage indiquent le caractère aquatique du milieu. En effet, les macrorestes de Ranunculus cf. aquatilis, Myriophyllum sp., Potamogeton alpinus et Hippuris vulgaris, des espèces de milieu aquatiques (Marie-Victorin, 1995 ; Deshaye et Morisset, 1985), dominent cette zone. Des pièces d’espèces subaquatiques ont aussi été dénombrées (akènes et graines), dont celles de Carex rostrata, trouvées habituellement dans les parties inondées des fens, et de Carex aquatilis, une espèce de fen pauvre ou de bord de mare (Garneau, 2001 ; Marie-Victorin, 1995 ; Deshaye et Morisset, 1985). Les mousses brunes sont représentées par Warnstorfia fluitans et Sarmentypnum exannulatum des espèces de milieu aquatique ou très humide (Garneau, 2001). Les pièces végétales (graines) dénombrées de Picea mariana, Betula glandulosa et Empetrum nigrum, des espèces ubiquistes (Deshaye et Morisset, 1985) et Larix laricina, une espèce préférant les milieux humides, indiquent que ces dernières étaient à proximité du site. L’assemblage macrofossile de cette zone démontre qu’entre 6290 et 5790 ans étal. BP, le site était un étang peu profond, ceinturé par un site surélevé, donc moins humide.
1 1 1 1 0 00 20 40 80 60 20 140 60 80 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,12 mm/an 0,64 mm/an 0,40 mm/an 0,49 mm/an 0,25 mm/an Profondeur (cm)
Âge (ans étal. BP)
Zone Mac 1 Zone Mac 2a Zone Mac 2b Zone Mac 3 Zone Mac 4a Zone Mac 4b Zone Mac 5 0,10 mm/an 0,48 mm/an 0,06 mm/an
Figure 9 : Modèle âge-profondeur de la tourbière à palses, lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik. Les zones macrofossiles (Mac) et leur taux d’accumulation respectif (mm/an) sont identifiés.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 20 40 60 8080 Mou sses brunes 20 40 60 80 100 Spha ignes 20 40 6060 Herb acées 20 40 60 80 100 Ligne ux 20 4040 Feuil les vas culai res 20 Aigu illes 20 Char bons 0 0 0 0 0 0 0
Années (étal. BP)StratigraphieProfondeur (cm)
160 2210 4350 5360 850 5510 5790 6290 Mac 5
---Tourbe de sphaigne peu décomposée Tourbe foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée Tourbe foncée moyennement à très décomposée, fragments de bois Dépôt de matière organique très foncée
Tourbe pâle moyennement à très décomposée
Argile silteuse
Tourbe foncée très décomposée, gros fragments de bois Tourbe foncée très décomposée
Mac 4b Mac 4a Mac 3 Mac 2b Mac 2a Mac1 Zones macrofossiles
---Figure 10 : Diagramme macrofossiles des groupes botaniques et du charbon (%) de la palse, du lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec.
Figure 11: Diagramme macrofossiles des arbres et arbustes (dénombrement/50cc), de la palse du lac à l’Eau-Claire, Nunavik, Québec. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 600 1200 Larix laric ina 0 1 Betu la g land ulos a 0 1 2 Empe tum nig rum 0 300 900 1500 Pice a m aria na Arbustes Arbres 0 5 10 15 20 25 Vacc iniu m a ngus tifolium 0 100 200 Vacc iniu m o xyco ccos 0 10 20 30 40 Myr ica g ale 0 3 6 9 Andr omed a gl auco phyl la 0 100 200 300 400 Cha mae daph nee caly cula ta 0 30 60 90 Vacc iniu m v itis-id aea 0 1 2 Alnu s cr ispa 0 5 10 15 Rubu s ch amae mor us 0 15 30 45 60 75 Rhododendron gro enla ndicu m Mac 5 Mac 4b Mac 4a Mac 3 Mac 2b Mac 2a Mac 1
Profondeur (cm) Zones macrofossiles
Tourbe de sphaigne peu décomposée Tourbe foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée Tourbe foncée moyennement à très décomposée, fragments de bois Dépôt de matière organique très foncée
Tourbe pâle moyennement à très décomposée
Argile silteuse
Tourbe foncée très décomposée, gros fragments de bois
Tourbe foncée très décomposée
Années (étal. BP)Stratigraphie 160 2210 850 ---4350 5360 5510 5790 6290
---Figure 12 : Diagramme macrofossiles des herbacées (dénombrement/50cc), de la palse du lac à l’Eau-Claire. Nunavik, Québec. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 3 6 9 12 15 Ranu nculu s cf. aqua tilis 0 1 2 3 4 5 Pota mog eton alpi nus 0 1 2 Hipp uris cf vulgaris 0 2 4 6 8 10 Myriop hyllu m sp. 0 20 40 60 Care x aqu atilis 0 20 40 60 Care x ros trata 0 30 60 90 Men yant hes t rifolia ta 010 20 30 40 50 Care x can esce ns 0 20 40 60 80 Eriop horu m vaginatum subs. s pissu m 0 20 40 60 Care x sp. Mac 5 Mac 4b Mac 4a Mac 3 Mac 2b Mac 2a Mac 1 Zones macrofossiles Profondeur (cm) Années (étal. BP)Stratigraphie
160 2210 4350 5360 850 5510 5790 6290
---Tourbe de sphaigne peu décomposée Tourbe foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée Tourbe foncée moyennement à très décomposée, fragments de bois Dépôt de matière organique très foncée
Tourbe pâle moyennement à très décomposée
Argile silteuse
Tourbe foncée très décomposée, gros fragments de bois Tourbe foncée très décomposée
4 8 12 16 20 Scheuchzeria palustris
Mac1 Mac 2a Mac 2b Mac 3 Mac 4a Mac 4b Mac 5 1 1 1 1 1 1 1 0 50 00 50 10 20 30 40 70 90 80 60 10 20 130 140 60 70 80
Années (étal. BP)Stratigraphie
160 2210 4350 5360 850 5510 5790 6290 ---
---0 30 60 90 Mou sses brunes (total) 0 20 40 60 80100 War nsto rfia flu itans 0 20 40 60 80100 Sarm entyp num exa nnula tum 0 30 60 90 Tom entyp num nite ns 0 20 40 60 80100 Callie rgon cf st ram ineum 0 20 40 60 80100 Dicr anum fusc ence ns 0 10 20 30 40 50 Pleu roziu m sc hreb eri 0 20 40 60 80100 Spha ignes (total) 10 20 30 40 50 Spha gnum war nsto rfii 0 20 40 60 80100 Spha gnum ripa rium 10 20 30 40 Spha gnum jens enii 0 20 40 60 80100 Spha gnum lindb ergii 20 40 60 80100 Spha gnum russ owii 20 40 60 80100 Spha gnum sous-classe Acutofolia 0 20 40 60 80100 Spha gnum fusc um 20 40 60 80100 Sph agnu m ru bellu m 10 20 30 Sphagnum sous-classe Cusp idata 0 0 0 0 0 0 Zones macrofossilesTourbe de sphaigne peu décomposée Tourbe foncée ligneuse peu décomposée à moyennement décomposée Tourbe foncée moyennement à très décomposée, fragments de bois Dépôt de matière organique très foncée
Tourbe pâle moyennement à très décomposée
Argile silteux
Tourbe foncée très décomposée, gros fragments de bois Tourbe foncée très décomposée
Mousses brunes Sphaignes
Figure 13 : Diagramme macrofossiles des bryophytes (mousses brunes et sphaignes en %) identifiées au microscope optique. Les échantillons proviennent de la tourbe de la tourbière à palses à l’étude, au lac à l’Eau-Claire (LEC), Nunavik, Québec
4.3.2 Zone macrofossile Mac 2 : 177-150 cm (5790-5360 ans étal. BP)
La tourbe de couleur brun foncé et décomposée de la zone Mac 2 a été accumulée entre 5790 et 5360 ans étal. BP. En tenant compte de la stratigraphie et l’assemblage des macrorestes végétaux, la zone a été subdivisée en deux sous-zones : Mac 2a et Mac 2b.
Sous-zone Mac 2a : 177-162 cm (5790-5510 ans étal. BP)
Cette sous-zone est caractérisée par la disparition des mousses brunes, alors que les sphaignes et les herbacées dominent les assemblages. Le pourcentage de restes ligneux est faible, néanmoins, les pièces macrofossiles d’aiguilles et de graines dénombrées de Larix laricina et Picea mariana confirment que ces espèces étaient toujours à proximité du site. Des fragments de charbons de bois trouvés aux spectres 170-171 (6 %), 168-167 (3 %) et 162-163 (1%) suggèrent un ou plusieurs épisodes de feu. La persistance des espèces aquatiques et semi-aquatiques, telles Myriophyllum sp., Carex rostrata et Carez aquatilis confirme que le milieu était toujours très humide. Cette interprétation est appuyée par la présence de Menyanthes trifoliata, une espèce de milieu semi-aquatique et indicatrice d’un milieu minérotrophe, et de Vaccinium oxycoccos, une espèce typique de tourbières humides (Marie-Victorin, 1995). Les sphaignes sont représentées par quatre espèces, dont Sphagnum riparium qui domine largement les assemblages. Cette espèce colonise des milieux variés, mais préfèrent les tourbières minérotrophes à nappe phréatique haute (Ayotte et Rochefort, 2014). Sphagnum warnstorfii, identifiée exclusivement en début de la zone, est une espèce indicatrice d’un milieu minérotrophe riche (Faubert, 2013). Des restes de S. jensenii et S. lindbergii, deux espèces de fen pauvre, sont trouvées en faible quantité.
Cette sous-zone correspond au processus de comblement de l’étang identifié précédemment, autrement dit, il s’agit de l’accumulation de restes végétaux dans un plan d’eau. L’assemblage d’espèces aquatiques et minérotrophes riches (Carex aquatilis, Carex rostrata, Myriophyllum sp, Menyanthes trifoliata, S. riparium et S. warnstorfii) en début de zone, suivi de celui des espèces de faible minérotrophie (S. jensenii et S. lindbergii) suggèrent un comblement
Sous-zone Mac 2b : 161-150 cm (5510-5360 ans étal. BP)
D’une épaisseur de 11 cm, la tourbe brune foncée et très décomposée de la sous-zone Mac 2b s’est accumulée entre 5510 à 5360 ans étal. BP. À l’instar de la zone précédente, le taux d’accumulation reste relativement élevé, soit de 0,40 mm/an.
Cette sous-zone macrofossile est caractérisée par la disparition des sphaignes, alors que les mousses brunes dominent l’assemblage. Le spectre 160-161 cm se différencie par la présence de feuilles de Vaccinium angustifolium (N=25), une espèce préférant un milieu acide et assez drainé (Marie-Victorin, 1995), suggérant une acidification du milieu par les sphaignes, qui dominaient dans la sous-zone précédente (Mac 2a). Larix laricina et Picea mariana se maintenaient autour du site, tel que suggéré par l’occurrence des graines et aiguilles. La présence des restes de Scheuchzeria palustis, Carex rostrata et Vaccinium oxycoccos indiqueraient que le milieu est resté humide, favorisant l’abondance des mousses brunes, telles que Calliergon cf stramineum et Tomentypnum nitens, deux espèces de tourbières minérotrophes et de bords de plans d’eau (Rousseau, 1974 ; Payette, 2013; Faubert 2014).
L’assemblage macrofossile de cette sous-zone atteste une diminution de la minérotrophie du site, entamée dans la zone Mac 2a. La disparition de Menyanthes trifoliata de la sous-zone Mac 2b confirme cette tendance. Dans cette sous-sous-zone, la modification des conditions trophiques (diminution de la minérotrophie) a été engendrée par un processus autogène, en l’occurrence l’accumulation rapide de la matière organique.
4.3.3 Zone macrofossile Mac 3 : 149-102 cm (5360-4350 ans étal. BP)
La tourbe de cette zone est brune pâle et moins décomposée que celle de la zone précédente ; le taux d’accumulation reste élevé, soit de 0,49 mm/an. Cette zone est caractérisée par la dominance de restes de sphaignes, d’herbacées et de taxa ligneux. Le dénombrement des macrorestes de graines et d’aiguilles de Larix laricina et de Picea mariana indique que ces espèces continuaient de croître près du site. La zone Mac 3 se démarque par un changement important au niveau des espèces herbacées et arbustives, principalement dans les spectres de 149 à 102 cm. Dans ces spectres, les restes des plusieurs espèces minérotrophes ont été dénombrés : Menyanthes trifoliata, Carex canescens, Carex rostrata et Myrica gale. L’établissement sur le site des arbustes tels que Andromeda glaucophylla, Chamaedaphne calyculata, Vaccinium angustifolium, Vaccinium vitis-idaea et Rubus idaeus, à partir du spectre 120 cm, indique un changement trophique d’un milieu minérotrophe vers un milieu ombrotrophe (Deshaye, et Morisset, 1985). La présence des restes de Carex aquatilis et Carex sp., en fin de zone, suggère l’établissement de ces espèces en marges du site échantillonné, sur une surface plus humides. Les bryophytes ombrotrophes succèdent également aux espèces minérotrophes. En effet, en début de la zone, des restes de Calliergon cf. stramineum ont été identifiées, suivis de Sarmentypnum exannulatum et Sphagnum jensenii, des espèces minérotrophe pauvres (Faubert, 2013). Sphagnum lindbergii, une espèce de tourbière faiblement minérotrophe à ombrotrophe, fut aussi présente sur le site.
Cette zone macrofossile, accumulée entre 5360 et 4350 ans étal. BP, est caractérisée par des espèces de tourbières minérotrophes pauvres surmontées par des espèces de tourbières ombrotrophes. Le faible pourcentage des mousses brunes en fin de zone indique une diminution du degré de minérotrophie. En résumé, les assemblages de la zone Mac 3 suggèrent la transition de la tourbière minérotrophe vers une tourbière ombrotrophe.
4.3.4 Zone macrofossile Mac 4 : 101-35 cm (4350-850 ans étal. BP)
La zone Mac 4 s’est accumulée entre 4350 et 850 ans étal. BP. La tourbe de couleur brun foncé, peu décomposée, est caractérisée par un pourcentage élevé de restes ligneux. Deux sous-zones ont été déterminées (Mac 4a et Mac 4b).
Sous-zone Mac 4a : 101-50 cm (4350-2210 ans étal. BP)
La sous-zone Mac 4a, d’une épaisseur de 51 cm, est formée de tourbe brun foncé moyennement décomposée, dans laquelle il y a présence de morceaux de bois. Entre 4350 et 2210 ans étal. BP, le taux d’accumulation de la tourbe est faible, soit de 0,25 mm/an. Cette sous-zone se différencie par la disparition des mousses brunes à partir de 90-91 cm, outre de faibles pourcentages aux niveaux 68-69 cm (5 %) et 60-61 cm (7 %). De plus, des charbons de bois (10 %) ont été trouvés à 98-99 cm de profondeur, attestant le passage de feu sur ou à proximité du site.
Le dénombrement des macrorestes de graines, cônes et aiguilles de Larix laricina et Picea mariana suggère que ces espèces étaient présentes autour ou sur le site. Bien que Larix laricina soit une espèce décidue, la quantité d’aiguilles trouvées (de 100 à 1200) et la diversité des pièces identifiées (graines, cônes et aiguilles) suggèrent son expansion près ou sur le site, pendant cette période. Des macrorestes de Picea mariana ont été dénombrés en faible quantité en début de la sous-zone, mais ils sont devenus plus abondants par la suite. Les pièces de Myrica gale, ainsi que de Carex cf. rostrata, C. canensens, et C. aquatilis (des espèces de milieux humides) ont disparu en fin de la sous-zone; il en est de même pour les quelques espèces ombrotrophes dénombrées, soit Empetrum nigrum, Chamaedaphne calyculata, Vaccinium angustifolium et Eriophorum spissum. L’identification des graines de Betula glandulosa et d’Alnus rugosa, deux arbustes ubiquistes, indiquent la présence de ces deux taxas près ou sur le site.
Les pourcentages des restes de bryophythes fluctuent de manière importante, de 0 à 100 %. Des espèces de sphaignes minérotrophes à ombrotrophes, Sphagnum russowii et Sphagnum lindbergii, ont succédé rapidement à Sphagnum fuscum, une espèce ombrotrophe. Dicranum
