LAURENCE LAPERRIÈRE DÉPARTEMENT DE GÉOGRAPHIE FACULTÉ DE FORESTERIE UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC. Laurence Laperrière, 2007

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1 LAURENCE LAPERRIÈRE EVOLUTION POSTGLACIAIRE DU SECTEUR SUD-OUEST DU BASSIN DE FOXE, ÎLE DE SOUTHAMPTON, INFÉRÉE PAR LES ASSEMBLAGES FOSSILES DE DIATOMÉES Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'université Laval dans le cadre du programme de maîtrise en Sciences géographiques pour l'obtention du grade de Maître en Sciences géographiques (M. Se. Géogr.) DÉPARTEMENT DE GÉOGRAPHIE FACULTÉ DE FORESTERIE UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC 2007 Laurence Laperrière, 2007

2 REMERCIEMENTS Je tiens d'abord à remercier mon directeur, Reinhard Pienitz, de m'avoir encouragée tout au long de ce projet, d'avoir été disponible et de m'avoir soutenue financièrement tout au long de ces années. Grâce à lui, il m'a été possible de réaliser mes études de deuxième cycle en sciences géographiques dans un cadre professionnel exceptionnel. Merci aussi à Patrick Lajeunesse et Pierre Francus, pour leurs conseils et leurs encouragements au cours de ce mémoire. Je souhaite aussi remercier Sonja Hausmann puisqu'elle m'a introduit aux statistiques multivariées et m'a servi de support tout au long de l'élaboration et de la rédaction de ce mémoire! Merci d'avoir été si disponible et si patiente avec moi! Merci aussi à Claudia Zimmermann pour m'avoir fourni de l'aide au laboratoire et de m'avoir enseigné à manipuler tout le matériel nécessaire à la réalisation de ce projet. Un gros merci à Dermot Antoniades pour m'avoir encouragée et aidée de nombreuses fois alors que j'avais bien des questions. Merci pour les discussions qui m'ont permis de mettre certaines choses en perspective. Merci encore à Pierre Francus ainsi qu'à Nicolas Rolland pour leur aide sur le terrain. Je suis aussi vraiment heureuse d'avoir partagé la dernière année au laboratoire avec Ghislain Côté, merci pour la joie que tu dégages et ton support moral indispensable de nombreuses fois!!! Aussi, je veux remercier Caroline Lavoie de m'avoir introduit au monde des datations 14 C! Enfin, merci aux amis et aux membres du CEN pour leur présence et leurs encouragements tout au long de ce mémoire. Je remercie aussi ma famille de m'avoir soutenue si fort tout au long de ces années. Je tiens spécialement à remercier à Stéphane Bisson d'avoir à ce point cru en moi et aussi, je le remercie pour sa présence quotidienne dans ma vie! Merci aussi à ma sœur, toujours disponible, à l'écoute et si encourageante! Finalement, merci à mes amis qui ont partagé ces années avec moi! Cette étude a été rendue possible grâce au soutien financier du programme Arctic Net et du PFSN par le biais de subventions accordées à Dr. Reinhard Pienitz, alors que le support technique a été accordé par le CEN.

3 11 RÉSUMÉ Ce mémoire vise à approfondir les connaissances paléogéographique, paléoécologique et paléoclimatique sur le secteur sud-ouest du Bassin de Foxe, à l'île de Southampton, à travers l'analyse d'indicateurs biologiques et géochimiques préservés dans les sédiments lacustres. Nos objectifs spécifiques sont de fournir des données sur la variabilité régionale du climat depuis la dernière déglaciation (7,7 14 C ka BP et 6 14 C ka BP) et de préciser la nature des paléoenvironnements qui se sont succédés dans la région. Des carottes longues et courtes de sédiments ont été prélevées au nord-est de l'île. Les sédiments échantillonnés ont fait l'objet d'analyses paléolimnologiques détaillées à l'aide des diatomées. Des datations au 210 Pb et 14 C ont été effectuées et des reconstitutions quantitatives de ph, de température de l'eau et de l'air ainsi que du carbone organique dissout ont été appliquées. Cette étude nous permettra d'évaluer les éventuels changements à venir dans l'arctique canadien, car c'est souvent à travers une meilleure connaissance du passé que l'on peut mieux prédire le futur.

4 111 TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS i RÉSUMÉ ii LISTE DES FIGURES v LISTE DES TABLEAUX vi LISTE DES ABRÉVIATIONS vii LISTE DES ABRÉVIATIONS vii INTRODUCTION 1 Changements climatiques globaux et modélisation 1 La paléolimnologie 2 L'intérêt de l'étude des lacs et de leurs fossiles 2 L'utilité des diatomées dans les recherches paléoclimatiques des hautes latitudes 3 L'état des connaissances dans la région du bassin de Foxe 5 Hypothèses de travail et objectifs 6 CHAPITRE 1 8 CHAPITRE Description de la région d'étude Localisation de la région d'étude Géologie, géomorphologie et contexte postglaciaire Climat et végétation Sites d'étude Géographie du Lac à l'île Géographie du Lac au Caribou 14 CHAPITRE Matériel et méthodes Récolte et traitement des échantillons Méthodes d'échantillonnage sur le terrain Préparation des échantillons et des analyses de diatomées Préparation des échantillons pour les analyses de la perte-au-feu Datation des sédiments Plomb Carbone Calcul du taux de sédimentation Traitement statistique Tri des données : espèces Application des modèles de calibration Évaluation de la compatibilité entre les diatomées fossiles et les modèles de calibration 28 CHAPITRE Résultats Datation des sédiments Datation au plomb Lac à l'île Lac au Caribou Taux de sédimentation 33

5 3.1.3 Carbone Description des zones stratigraphiques Stratigraphie des sédiments Lac à l'île Lac au Caribou Biostratigraphie de la flore diatomifère Description des zones diatomifères 40 33AALacàlîle Lac au Caribou Variation du contenu en matière organique Lac à l'île Lac au Caribou Reconstitutions quantitatives de variables environnementales Lac à l'île La température moyenne annuelle La température moyenne de l'eau en été Le ph de l'eau Le COD Lac au Caribou La température moyenne annuelle La température moyenne de l'eau en été Le ph de l'eau Le COD Évaluation de la performance des modèles 50 CHAPITRE 4, Discussion Assemblages des diatomées Lac à l'île Lac au Caribou La perte-au-feu, le ph et le COD La température de l'air et la température de l'eau La géologie des bassins versants et la chimie de l'eau 60 CONCLUSION 63 Références 65 Annexe 1 : Profils de la température, de la conductivité, du ph et de l'oxygène dissous de la colonne d'eau du Lac à l'île, 14 juillet Annexe 2 : Profils de l'oxygène dissous, du ph et de la conductivité de la colonne d'eau du Lac au Caribou, 16 juillet Annexe 2 : Profils de l'oxygène dissous, du ph et de la conductivité de la colonne d'eau du Lac au Caribou, 16 juillet Annexe 2 : Profils de l'oxygène dissous, du ph et de la conductivité de la colonne d'eau du Lac au Caribou, 16 juillet Annexe 3 : Détails des dates 14 C 79 Annexe 4 : Identification des espèces acidophiles du Lac à l'ile 80 Annexe 5 : Identification des espèces alcaliphiles du Lac au Caribou 84 IV

6 LISTE DES FIGURES Figure 1: Localisation de la région d'étude et localisation des bassins versants des deux lacs étudiés 10 Figure 2 : Photos dulac à l'île 12 Figure 3 : Bassin versant du Lac à l'île 13 Figure 4 : Photo du lac au Caribou Figure 5 : Bassin versant du Lac au Caribou 15 Figure 6: A) Décroissance de l'activité du 210 Pb dans le Lac à l'île. B) Profil âgeprofondeur entre 1880 et 2004 pour le Lac à l'île 31 Figure 7: A) Décroissance de l'activité du 210 Pb dans le Lac au Caribou. B) Profil âgeprofondeur entre 1850 et 2004 pour le Lac au Caribou 32 Figure 8: Figure illustrant les dates 14 C cal. BP du Lac à l'île obtenues par AMS par rapport à leur profondeur 37 Figure 9: Figure illustrant les dates 14 C cal BP du Lac au Caribou obtenues par AMS par rapport à leur profondeur 38 Figure 10 : Diagramme des assemblages de diatomées de la carotte courte du Lac à l'île 43 Figure 11 : Diagramme des assemblages de diatomées de la carotte courte et longue du Lac au Caribou 44 Figure 12 : Analyses statistiques du modèle de Joynt et Wolfe (2001) pour les Lac à l'ile QtLac au Caribou 51 Figure 13 : Analyses statistiques du modèle de Fallu et Pienitz (1999) pour les Lac à l'île QtLac au Caribou 52 Figure 14 : Profil de température de la colonne d'eau du Lac au Caribou, le 16 juillet Figure 15 : Température moyenne maximale de juillet entre 1934 et 2005 à Coral Harbour, île de Southampton (Environnement Canada, 2005) 62

7 VI LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Données limnologiques du Lac à l'île le 14 juillet T = Température; DO= oxygène dissous 16 Tableau 2 : Données limnologiques Lac au Caribou le 16 juillet T = température; DO = oxygène dissous 17 Tableau 3 : Caractéristiques physiques et chimiques du Lac à l'île le 14 juillet Tableau 4 : Caractéristiques physiques et chimiques du Lac au caribou le 16 juillet Tableau 5 : Liste des dates 14 C et des âges calibrés des carottes courtes L4-1G et L7-3G et de la carotte longue L7-4P 35 Tableau 6 : Liste des dates 14 C et des âges calibrés des datations effectuées par Craig (1965). Les références de ces dates sont indiquées par un astérisque (*) 36

8 vu LISTE DES ABREVIATIONS Abréviation Années cal. BP Ag Al As B Ba Be Bi Cd Ca CID Cl Co COD Cr Cu Diss. O 2 dpm Fe Ga K La Li Mg Mn Français Années calendaires BP Argent Aluminium Arsenique Bore Barium Béryllium Bismuth Cadmium Calcium Carbone inorganique dissous Chlore Cobalt Carbone organique dissous Chrome Cuivre Oxygène dissoute Degration per minute Fer Gallium Potassium Lanthane Lithium Magnésium Manganèse Anglais Calendar years BP Silver Aluminium Arsenic Bore Barium Béryllium Bismuth Cadmium Calcium Dissolved inorganic carbon Chlorine Cobalt Dissolved organic carbon Chromium Copper Dissolved oxygen Dégradation par minute Iron Gallium Potassium Lanthane Lithium Magnésium manganèse

9 Vlll Mo Na Ni NT-N-UF NKT NO 3 +NO2-F NO2-N-F NH3-N-F Pb PT-P-F PT-P-U PRS Rb Sb Se SiO 2 SO 4 Tl U V Zn Molybdène Sodium Nickel Azote totale non filtrée Azote Kjeldahl totale Nitrate+nitrite filtré Nitrite-azote filter Ammoniaque-azote filter Plomb Phosphore total filtré Phosphore total non filtré Phosphore réactif soluble Rubidium Antimoine Sélénium Silice dissoute Sulphate Thallium Uranium Vanadium Zinc Molybdenum Sodium Nickel Total nitrogen unfiltered Total nitrogen Kjeldahl Nitrate+nitrite filtered Nitrite-nitrogen filtered Ammonia-nitrogen filtered Lead Total phosphorus filtered Total phosphorus unfiltered Soluble reactive phosphorus Rubidium Antimoine Sélénium Dissolved silicia Sulphate Thallium Uranium Vanadium Zinc

10 INTRODUCTION Changements climatiques globaux et modélisation La question du réchauffement climatique préoccupe la communauté scientifique depuis plusieurs décennies. Ce questionnement se fait aussi ressentir de la part des dirigeants politiques, par la succession de conférences (Montréal 1988, Rio 1992, Kyoto 1997, Johannesburg 2002, Montréal 2005), réunissant politiciens et spécialistes, portant sur les thèmes de réchauffement global, biodiversité et développement durable. Ces conférences ont d'abord pour but de mettre sur pied des programmes visant la réduction des effets anthropiques néfastes sur les écosystèmes et aussi, de comprendre les impacts du réchauffement planétaire. Ainsi, le protocole de Kyoto a pour but de diminuer les émissions de gaz à effet de serre sous les niveaux d'émission de Une prise de conscience générale s'amorce quant aux problèmes environnementaux auxquels nous faisons face. De nombreux modèles climatiques (Canadian Center for Climate modelling and Analysis, Canada) ont été développés et plusieurs scénarios climatiques ont été avancés (A2, B2) ces dernières années dans le but de prévoir les impacts d'une augmentation de température variant de 1 C à 6 C dans la basse atmosphère. Une tendance générale semble ressortir de tous les types de modèles : les régions nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique. En effet, ces régions septentrionales sont très sensibles aux moindres variations climatiques. Des phénomènes de rétroaction positive auront pour effet d'accélérer le réchauffement (ACIA, 2004). Les recherches portant sur les variations climatiques et les impacts du réchauffement dans l'arctique se sont donc multipliées depuis quelques années. Dans la région circumpolaire de l'hémisphère Nord, l'île de Southampton occupe une région-clé afin de mieux comprendre la dynamique climatique de l'arctique, puisqu'elle se situe à mi-chemin entre le Haut Arctique et le Québec subarctique. Ces deux régions ont montré des scénarios très différents de changements environnementaux jusqu'à ce jour (Pienitz et al., 2004, Smol et al., 2005). Les modèles climatiques présentés dans le rapport de l'acia, utilisant le scénario d'émission B2 (scénario de type modéré), prévoient une augmentation moyenne annuelle des températures de surface de l'air de 3 C à 4 C

11 entre 1990 et 2090 pour la région du bassin de Foxe, au nord de l'île de Southampton. Cette hausse est aussi plus importante en hiver (décembre, janvier, février), car l'augmentation atteint 8 C à 10 C dans cette même région et pour la même période de temps (ACIA 2004). Ces modèles suggèrent aussi des changements dans le régime des précipitations. Ils prévoient, de à , une augmentation d'environ 2 mm à 3 mm par année pour le mois de février et environ 5 mm à 6 mm pour le mois d'août dans la région du bassin de Foxe (ACIA, 2004). Ces augmentations auront des répercussions environnementales importantes dans ces régions sensibles. Une hausse de la température et du régime de précipitation aura comme effet de réduire l'épaisseur du pergélisol et d'accélérer sa fonte, de réduire l'épaisseur de la glace et de diminuer la durée du couvert de glace sur les lacs, d'accélérer le ruissellement par la fonte de la neige et de la glace ainsi que de hausser le niveau marin global (ACIA, 2004). La paléolimnologie La paléolimnologie est l'étude de l'information biologique, chimique et physique préservée dans les sédiments lacustres. Grâce à cette information séquestrée dans le fond des lacs, il est devenu possible de reconstituer les variations environnementales sur une longue échelle temporelle à haute résolution et recouvrant tout l'holocène. Aussi, ces reconstitutions paléoenvironnementales peuvent permettre d'évaluer les variations environnementales futures et les causes et conséquences des changements environnementaux. Ainsi, ces reconstitutions devraient être d'une importance majeure quant aux décisions prises dans les aménagements terrestres futurs. L'intérêt de l'étude des lacs et de leurs fossiles Les lacs sont des écosystèmes d'une importance particulière quant aux études écologiques réalisées dans l'arctique. En effet, en plus d'être très abondants, ils recueillent dans leur bassin lacustre des fossiles (diatomées, chironomides, pollens, etc.) qu'ils préservent dans leurs dépôts sédimentaires. Ils réagissent aussi de façon très sensible aux variations climatiques. Une augmentation de la température aura pour effet de réduire le couvert de glace presque omniprésent dans ces régions et modifiera aussi la végétation et les sols du

12 bassin versant. Ces modifications entraîneront des conséquences directes dans les lacs comme un brassage des eaux dû au ruissellement de l'eau de fonte qui, à son tour, provoque des variations dans les conditions physiques et chimiques des lacs. Toutes ces variations entraîneront elles aussi des modifications dans les communautés d'organismes aquatiques. En effet, chaque espèce possède son propre optimum écologique et son propre niveau de tolérance, ce qui implique que chaque communauté représentée dans un milieu reflète les caractéristiques naturelles de ce dernier. L'utilité des diatomées dans les recherches paléoclimatiques des hautes latitudes Dans les régions de hautes latitudes, les paysages sont généralement caractérisés par une abondance de lacs et d'étangs (Douglas et Smol, 1999, Pienitz et al., 2004). Ces régions sont localisées bien au-delà de la limite des arbres. Le pollen est donc quasi absent puisqu'on ne retrouve que quelques rares arbustes, lichens et sphaignes. Par ailleurs, on retrouve des diatomées à profusion dans tous les milieux humides, tant dans les milieux d'eau douce que marine. Les diatomées sont des algues unicellulaires de la classe des Bacillariophycées. Leur frustule siliceux est composé de deux valves et leur ornementation typique et variée permet de les identifier jusqu'à l'espèce. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les diatomées sont d'excellents paléo-indicateurs. D'abord, elles sont abondantes dans tous les milieux humides (estimées entre et taxa) et aussi très variées selon chaque milieu (lac, rivières, étangs) (Douglas et al., 2004). Ensuite, elles se reproduisent très rapidement, car leur cycle de vie est court, ce qui explique pourquoi elles répondent aussi rapidement aux moindres changements environnementaux. lin effet, elles sont sensibles aux variations physico-chimiques du milieu aquatique dans lequel elles vivent. De plus, plusieurs espèces ont des optima connus pour plusieurs variables environnementales (par exemple le ph ou le COD), ce qui permet de faire des reconstitutions paléoenvironnementales à l'aide des assemblages fossiles préservés dans les sédiments (Smol et al., 2005). Finalement, c'est l'excellente préservation de leur frustule siliceux qui permet aux paléolimnologistes d'identifier les diatomées jusqu'à l'espèce et d'en déduire des reconstitutions paléoenvironnementales fiables.

13 Afin de réaliser des reconstitutions paléoenvironnementales quantitatives à l'aide des diatomées, il s'avère nécessaire d'appliquer des modèles de calibration, c'est-à-dire des fonctions de transfert. Il est possible de construire ces modèles par l'échantillonnage de sédiments de surface provenant de plusieurs lacs localisés le long d'un transect longitudinal ou latitudinal. Ainsi, les conditions limnologiques récentes des lacs sont mesurées et les assemblages de diatomées sont identifiés pour la partie moderne des sédiments. À l'aide de techniques statistiques multivariées, il est possible de préciser les relations entre les assemblages de diatomées modernes et les conditions limnologiques du milieu. Ces modèles de reconstitution permettent donc d'identifier les variables environnementales qui exercent un contrôle statistique significatif sur la répartition des diatomées, c'est-à-dire les variables environnementales ayant le plus d'influence sur la composition des assemblages. Il est donc possible d'inférer les conditions limnologiques du passé à l'aide des assemblages fossiles de diatomées en utilisant des modèles de calibration. Joynt et Wolfe (2001) ont développé un modèle de calibration à base de 61 lacs situés le long d'un transect latitudinal sur l'île de Baffin, au Nunavut. Ils ont déterminé que le ph, la conductivité, la température estivale de l'eau du lac et la température moyenne annuelle de l'air étaient les variables environnementales significatives. Seuls les lacs situés sur un substrat précambrien cristallin ont été retenus afin d'éliminer les effets édaphiques sur les assemblages de diatomées. Des modèles de reconstitution pour chacune de ces variables environnementales ont été créés. Dans le nord du Québec, Fallu et Pienitz (1999) ont développé un modèle de reconstitution basé sur 58 lacs localisés le long d'un transect latitudinal. Parmi 49 variables environnementales, 5 ont été retenues comme celles ayant une influence statistiquement significative sur la composition des communautés de diatomées de cette région. Ce sont les concentrations en magnésium, en sodium, en COD, en silice et la profondeur des lacs qui semblent le plus influencer les assemblages dans cette région. Dans cette étude, un modèle de reconstitution du COD a été créé.

14 L'état des connaissances dans la région du bassin de Foxe Plusieurs recherches paléolimnologiques (Michelutti et al, 2003, Antoniades et al., 2005) ont démontré des signes de changements significatifs associés au réchauffement planétaire depuis plus de 60 ans dans les sédiments des lacs du Haut Arctique canadien. Par exemple, Antoniades et al. (2005) ont démontré que les assemblages de diatomées, dans trois lacs des îles Ellesmere et Ellef Ringnes, ont été grandement modifiés au cours du 19 eme et 20 eme siècle. Ces communautés aquatiques montraient un profil stable depuis des centaines, voire des milliers d'années. Avant 1850, les trois sites étaient principalement composés d'espèces benthiques de Fragilaria pinnata, Diadesmis spp. et Pinnularia spp. La période post-1850 a été marquée par des assemblages différents et plus diversifiés. Des reconstitutions de ph ont aussi montré une augmentation du ph de l'ordre de 0,5 à 0,8. En parallèle, les données de température enregistrées à Alert, sur l'île d'ellesmere, montrent aussi une augmentation dans les trente dernières années. Cette augmentation affecte principalement l'extension et la durée du couvert de glace des lacs (Antoniades et al., 2005). L'augmentation du ph et la plus grande diversité dans les assemblages de diatomées sont des effets parallèles à l'augmentation de la température de l'air dans cette région. Une autre étude, menée par Michelutti et al. (2003) à l'île de Cornwallis au Nunavut, a permis d'observer des changements majeurs dans les communautés modernes de diatomées du lac Char. Les auteurs associent ces modifications au réchauffement climatique récent, qui a entraîné une réduction dans le couvert de glace du lac et une prolongation de la saison de croissance pour les organismes aquatiques. Ainsi, ils ont observé une diversification dans les assemblages des diatomées du lac Char entre les années 1987 et Les données météorologiques de la station de Resolute montrent la même tendance, car les températures qui y ont été enregistrées ont été plus chaudes pendant cette même décennie. Ce lac révèle un potentiel d'étude très intéressant, car il est localisé à quelques kilomètres de la station météorologique de Resolute qui a enregistré les données météorologiques de façon quotidienne depuis Toutefois, les impacts du réchauffement climatique ne se font pas ressentir de la même manière dans le nord du Québec (Ponader et al, 2002, Saulnier-Talbot et al,. 2003,

15 Pienitz et ah, 2004). Ponader (2002) démontre que le climat est resté stable à la limite des arbres dans le nord du Québec. Ses données sont basées sur des mesures inférées d'alcalinité, de COD et de couleur de l'eau des modèles de reconstitution de Fallu et Pienitz (1999) et de Fallu et al. (2002). Il semble que le COD et la couleur de l'eau n'ont pas variés de manière significative, ce qui concorde aussi avec les études polliniques (Gajewski et ah, 1993) et macrofossiles de la même région (Lavoie et Payette, 1996). Comme très peu d'études géographiques ont été menées dans la région de l'île de Southampton et puisque aucune étude paléolimnologique n'a été réalisée sur cette île, il s'avère très important de documenter la région quant à sa biogéographie, sa paléoclimatologie et ses paléoenvironnements. De plus, puisqu'il n'existe pour cette région aucun répertoire de données climatiques et environnementales avant 1930, il est nécessaire de chercher cette information à travers des indicateurs paléoclimatiques, comme les diatomées ou les chironomides (Antoniades et ah, 2005). Hypothèses de travail et objectifs En se basant sur les études réalisées dans le Haut Arctique canadien et dans le nord du Québec, l'une ou l'autre des hypothèses suivantes est susceptible d'être démontrée : 1) Le réchauffement climatique récent a provoqué des changements dans les assemblages de diatomées de surface dans les lacs de la partie nord-ouest de l'île de Southampton. 2) Le réchauffement climatique récent n'a pas encore eu un impact visible sur les assemblages de diatomées de surface dans les lacs de la partie nord-ouest de l'île de Southampton. Dans le but de vérifier la véracité de l'une ou l'autre de ces hypothèses, les objectifs généraux de cette étude sont : 1) De reconstituer la nature des paléoenvironnements qui se sont succédés dans la région depuis la dernière déglaciation (entre 7,7 14 C ka BP et 6 14 C ka BP)

16 2) De comparer les résultats de cette recherche avec ceux d'autres études paléoclimatiques effectuées aux environs du Bassin de Foxe (sud-ouest de l'île de Baffin, Nord du Québec, partie est du District de Keewatin, Labrador) 3) De combler un manque d'information quant aux changements climatiques et environnementaux ressentis dans la région d'étude. Les objectifs spécifiques sont : 1) De fournir des données précises sur la variabilité limnologique naturelle de deux lacs de l'île de Southampton depuis la déglaciation ( entre 7,7 14 C ka BP et 6 14 C ka BP) à l'aide d'analyses de diatomées fossiles. 2) D'établir des reconstitutions quantitatives des conditions limnologiques, incluant les variables de ph, de température de l'eau, de température de l'air et de COD. 3) De démontrer les relations entre les communautés de diatomées et les variables environnementales et limnologiques.

17 CHAPITRE 1 1- Description de la région d'étude 1.1- Localisation de la région d'étude La région d'étude, l'île de Southampton (Coral Harbour : 64 08,095' N; 83 10,052' O; 64 m a.d.n.m.), fait partie du Nunavut (Figure 1). Elle est située dans le District de Keewatin, au nord-ouest de la Baie d'hudson et elle s'étend sur plus de 41,000 km 2. Elle est localisée dans la zone de toundra arctique (Ressources naturelles et Faune, 2006) et se caractérise par des bas reliefs à l'ouest et au sud qui s'élèvent dans le nord-est jusqu'à 610 m d'altitude (Heywood, 1969) Géologie, géomorphologie et contexte postglaciaire La région d'étude fait partie du Bouclier canadien. On distingue clairement deux provinces physiographiques sur l'île de Southampton : le plateau de Melville (roches d'âge précambrien) et la plaine de Southampton (roches d'âge paléozoïque). La première province, celle du plateau de Melville, se situe dans le nord-est de l'île et a été surélevée au milieu du Silurien ( Ma BP) pour atteindre sa topographie actuelle (Heywood, 1969). Cette région est composée de vallées escarpées, de collines et de plateaux. Le substrat du plateau de Melville est majoritairement composé de gneiss granitoïdes, caractéristiques du Précambrien. On y retrouve aussi d'autres types de granité et quelques roches volcaniques isolées, qui représentent les plus anciennes roches de l'île. Des îlots de roches basiques et ultrabasiques sont aussi répandus sur l'île (Heywood, 1969). Certaines traces de la glaciation sont présentes dans cette région tels les stries et drumlins (Heywood, 1969). La plaine de Southampton s'étend sur la côte ouest et le sud de l'île. Elle se caractérise par de très faibles reliefs où l'élévation ne dépasse que rarement 200 m. Cette formation date du Paléozoïque et est composée en majorité de roches carbonatées tels les calcaires, les dolomies et les schistes argileux (Heywood, 1969).

18 Le contexte post-glaciaire de la région de l'île de Southampton n'a que très peu été étudié. Les connaissances de ce territoire sont donc très restreintes. La région de l'île de Southampton était couverte par l'inlandsis Laurentidien au cours de la dernière glaciation. Selon Dyke et al. (2002), le maximum glaciaire se situe autour de C ka BP et se caractérise par une certaine stabilité climatique et un niveau marin très bas. La surface terrestre a alors subi des déformations importantes dues à la masse de la calotte glaciaire. Des dépressions variant entre 600 m et 900 m ont été creusées dans la croûte terrestre lors de ce maximum glaciaire. Selon Dyke et al. (2003), la déglaciation de l'île de Southampton a eu lieu entre 7,7 14 C ka BP et 6 I4 C ka BP. Toutefois, une étude récente montre que le sud de l'île aurait été libre de glace avant 8 14 C ka BP (Rouault, non publié). De 7,8 I4 C ka BP à 7,7 14 C ka BP, le drainage des lacs Agassiz et Ojibway vers le nord par la Baie James a accéléré le recul de l'inlandsis laurentidien. Cela a provoqué la rupture de l'inlandsis en deux dômes distincts vers 7,2 I4 C ka BP, l'un englobant l'actuel Nunavik, l'autre le District de Keewatin jusqu'à l'île de Baffin (Dyke et al., 2003). Vers 7 14 C ka BP, ce dernier dôme se serait séparé en deux. On retrouve alors trois dômes principaux : celui du Keewatin à l'ouest de l'île de Southampton dans le District de Keewatin, celui du bassin de Foxe situé au nord de l'île de Southampton à l'ouest de l'île de Baffin ainsi que celui du Québec Labrador, centré près de Schefferville (Kerwin, 1996, Dyke et al., 2002). Le dôme du bassin de Foxe s'est fragmenté vers 6,9 ka (Dredge, 2001). Toutefois, une masse de glace isolée a persisté sur la partie nord-est de l'île de Southampton jusqu'à 6 14 C ka BP (Dyke et al, 2003). Le relèvement glacio-isostatique du District de Keewatin aurait atteint son maximum autour de 7000 BP, alors que la glace se retirait encore (Dredge, 2001, Farrand, 1962). La région a par la suite été envahie par les eaux de la mer de Tyrrell (Dyke et Prest, 1987a). La limite marine (L.M.) a été établie par Bird (1970) dans la partie nord de l'île de Southampton, et elle aurait atteint 180 à 190 m (Dredge, 2001).

19 10 Figure 1 : Localisation de la région d'étude et localisation des bassins versants des deux lacs étudiés.

20 Climat et végétation La région d'étude, l'île de Southampton, se situe dans le Haut Arctique pour la partie nord de l'île et dans le Bas Arctique pour la partie sud (Environnement Canada, 2005). Elle se caractérise en hiver par un climat continental arctique avec des vents provenant du nord et en été, par un climat maritime arctique avec des vents dominants du nord-ouest (Grand Atlas du Canada, 2004). Les températures moyennes, enregistrées entre 1971 et 2000, sont de 9,3 C en juillet et de -30 C en janvier (Environnement Canada, 2005). Les précipitations moyennes en juillet sont de 38,4 mm, dont 100% tombe sous forme de pluie, alors qu'elles sont de 7,6 mm en janvier, dont 100% tombent sous forme de neige (Environnement Canada, 2005). L'île de Southampton est sous l'influence des eaux froides et profondes du bassin de Foxe (Stenhouse et al., 2004). Les lacs sont souvent couverts de glace jusqu'en juillet, car les températures restent froides et demeurent proche du point de congélation (Stenhouse et al., 2004). La période sans gel est de 60 jours, soit les mois de juillet et août (Environnement Canada, 2005), donc une saison de croissance très courte. La toundra arctique se caractérise par un pergélisol continu ainsi que par un couvert végétal estival composé de lichens, de dryades (Dryas integrifolia), de saxifrages (Saxifraga oppositifolia) et de saules arctiques (Salix arctica) Sites d'étude Géographie du Lac à l'île Le premier lac à l'étude (Lac à l'île aussi nommé L4) se situe au nord-est de l'île de Southampton (65 05,755'N, 83 47,178'O), dans les roches précambriennes du plateau de Melville, à 100 m a.d.n.m (Figure 3). La longueur maximale du lac est de 1,6 km et sa largeur maximale de 0,75 km. La superficie totale du lac est de 0,66 km 2. La profondeur maximale mesurée est de 30 m et il est orienté nord-ouest sud-est. Il est alimenté par les eaux de deux rivières, qui se jettent dans son bassin lacustre au sud-est, et par les eaux de fonte. La première rivière coule du sud-ouest vers le nord-est. Elle prend sa source dans une succession de lacs pour atteindre une vallée encaissée en amont du lac. L'embouchure de cette rivière se distingue par des chenaux anastomosés. La deuxième rivière coule du sud

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