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Pierre Francus et la paléoclimatologie

Lire le climat au fond des lacs
19 janvier 2012 // par Benoît Lacroix

Comme dans la célèbre saga du Seigneur des anneaux, la quête de Pierre Francus, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, débute au fond d’une masse d'eau. Non pas grâce à la découverte d’un anneau qui règne sur le monde, mais plutôt grâce à celle de sédiments qui renferment l’histoire climatique!

 

C’est en cherchant des sédiments pouvant permettre de reconstruire le climat du passé que Pierre Francus a fait, en juillet 2011, une découverte inattendue, celle du lac le plus profond au Québec. Le lac Walker, situé à proximité de Port-Cartier, sur la Côte-Nord, fait 280 mètres de profondeur, soit un peu plus de deux fois la hauteur du Complexe G, à Québec.

 

Ces recherches s’inscrivent dans le cadre du projet Archives, qui vise à reconstruire les variations des précipitations et des températures des 1 000 dernières années dans la forêt boréale. Les mesures se font principalement à partir des cernes des arbres, qui portent les marques du climat et de l’hydrologie, mais aussi des sédiments lacustres. Ces dépôts qu’on retrouve au fin fond des lacs sont rarement dans un état de conservation suffisant pour garder des traces du passé climatique. Or, il arrive parfois que si, mais seulement dans certaines conditions. Par exemple, si les sédiments lacustres s’accumulent en couches et que ces dernières ne sont pas, au cours du temps, perturbées par les vagues, les animaux de fond ou le déplacement des glaciers, ils pourront être récoltés par carottage afin de lire le climat qui régnait lors de leur accumulation. Dans le meilleur des cas, chaque strate ainsi formée représentera une année de sédimentation. On nomme une telle couche « varve ». Pour les paléoclimatologues, il s’agit d’une rare découverte. En effet, seuls quelque deux cents lacs varvés sont connus à l’échelle planétaire.

 

Des varves québécoises

Un jour, un scientifique a affirmé à Pierre Francus que les varves n’existaient pas au Québec. Pour le chercheur, le défi était lancé : prouver que son collègue avait tort. Au cœur de la forêt boréale, les lacs varvés sont peut-être absents, admet le chercheur, mais ailleurs au Québec, c’est différent. Et en particulier là où les conditions sont impropres à l’activité biologique. « S’il n’y a pas trop de vie au fond d’un lac, comme dans le cas d’un lac très profond, où la turbulence de l’eau et la présence d’oxygène sont faibles, les couches de sédiments ont plus de chance d’être en bon état », explique-t-il. Toutefois, ce n’est pas la seule condition pour avoir de belles varves. Il doit également pouvoir compter sur des saisons bien marquées et des sédiments en quantité suffisante dans le bassin versant.

 

C’est en cherchant ces conditions idéales que Pierre Francus, son collaborateur David Fortin et ses collègues de l’INRS, notamment Yves Bégin, directeur du Centre Eau Terre Environnement, de la Commission géologique du Canada et de l’Université Laval ont découvert que le lac Walker détenait le record québécois de profondeur. « Avant de prélever des carottes sédimentaires au fond d’un lac, il faut d’abord en déterminer la bathymétrie, c’est-à-dire la profondeur », précise-t-il. Ils ont donc utilisé un sonar, fonctionnant avec le même principe que ceux utilisés par les pêcheurs, et l’ont couplé à une centrale inertielle installée sur le Louis-Edmond-Hamelin, bateau de recherche du Centre d’études nordiques (CEN). Ce système permet de mesurer la profondeur avec une très grande précision puisque la centrale inertielle mesure en tout temps la position et l’inclinaison exacte du bateau afin de compenser pour son instabilité.

 

Un trésor bien enfoui

Échantillonner dans le fond d’un lac de près de 300 m de profondeur, facile à dire, mais comment s’y prend-on? « Le plus simple, répond Pierre Francus, c’est d’attendre que ça gèle. Ainsi, on n’a pas à assurer la stabilité de notre plateforme de carottage, à condition que la glace soit suffisamment épaisse. Il faut espérer qu’avec les changements climatiques, il y aura des périodes assez froides pour cela », mentionne le professeur.

 

Une fois qu’on a récolté les sédiments, sous la forme de carottes de forage, il faut passer par une série d’opérations complexes avant de pouvoir en déduire les données climatiques. Pour débuter, les carottes sont scannées par un tomodensitomètre qui, grâce à plusieurs faisceaux de rayons X, produit une image tridimensionnelle du volume complet de l’échantillon. Ainsi, on peut observer toutes les strates de la carotte, dont la densité varie en fonction de la composition (cailloux, sable, matière organique végétale ou animale). Ensuite, on passe les carottes dans un scanner de microfluorescence-X pour en déterminer la composition chimique sans contact avec le sédiment et avec une résolution de 100 micromètres.

 

Ensuite, on prélève une partie de la carotte, de laquelle on va tirer des sections que l’on prépare pour le microscope électronique. Les images obtenues révèlent alors certains évènements bien caractéristiques du climat québécois. Par exemple, la couche de sédiments correspondant au printemps contient surtout du sable et des particules transportées par la fonte, qui prévaut à cette période de l’année. L’été, c’est plutôt l’abondance de matière organique qui domine, les végétaux et les animaux étant les plus actifs à ce moment. En automne, on voit parfois les traces d’une crue, et enfin, l’hiver, avec la glace qui recouvre le lac, la sédimentation est quasi nulle et on ne voit presque rien.

 

Dans le lac Walker, les chercheurs ont seulement prélevé de courtes carottes d’environ 40 à 60 cm. Celles-ci vont permettre d’évaluer si ça vaut la peine de creuser plus profondément et ainsi de retourner plus loin dans le temps. « Nous allons voir s’il y a des laminations, idéalement annuelles, mais aussi si on peut repérer des traces d’un signal environnemental. Si on est chanceux, on aura de belles strates bien horizontales, ce qui nous donnera davantage confiance dans la qualité de la chronologie », d’expliquer le professeur. Mais l’analyse reste à faire, ce qui devrait être complété d’ici la fin de l’été prochain. Il ne reste plus qu’à souhaiter à Pierre Francus de trouver dans ces échantillons son « précieux » à lui, des sédiments varvés, ceux qui permettent de reconstruire l’histoire climatique avec précision! ♦

 

 

PHOTO // À l'avant-plan, le professeur Pierre Francus pose devant le scanner de microfluorescence-X qui permet d'analyser les carottes de sédiments. En arrière-plan, son assistant de recherche, Arnaud De Coninck.

 


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« Pierre Francus et la paléoclimatologie : Lire le climat au fond des lacs » de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Paternité - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modification 2.5 Canada. Les autorisations au-delà du champ de cette licence peuvent être obtenues en contactant la rédaction en chef. © Institut national de la recherche scientifique, 2012 / Tous droits réservés / Photo © Denis Chalifour

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