L’altération des minéraux dans les sols forestiers du Bouclier Canadien : quels facteurs environnementaux affectent la variabilité spatiale et temporelle de la mise en solution des cations basiques?

Les processus d’altération des minéraux constituent un important pourvoyeur de nutriments pour les plantes et jouent parallèlement un rôle déterminant dans la neutralisation des dépositions acides dans les écosystèmes terrestres et aquatiques. Plus spécifiquement, l’altération des silicates et son couplage avec la végétation constituent également un puits de carbone et contrôle l’évolution à long terme du climat. Malgré la place centrale de ces processus dans le cycle biogéochimique global des éléments, il n’existe pas de méthode standard pour quantifier les taux d’altération des minéraux. De plus, l’impact des changements environnementaux sur ces processus demeure difficile à anticiper en milieu naturel. En effet, l’altération des minéraux résulte de l’interaction complexe de facteurs hydro-climatiques (précipitations, température, humidité des sols), bio-chimiques (pH, matière organique, activité biologique) et physiques avec les sols ou le matériel parental. Or, ce caractère multidimensionnel de l’altération des minéraux a rarement été considéré dans des études visant à analyser les impacts de variables environnementales sur ces processus en milieu naturel. De même, les méthodes permettant d’analyser les effets intégrés de plusieurs facteurs agissant simultanément ont été peu explorées. À travers cette thèse, nous avons : 1) quantifié les taux d’altération historiques et contemporains de cations basiques (Ca, Mg, Na et K) dans une vaste aire géographique au Québec; 2) évalué la concordance entre trois méthodes d’estimation des taux d’altération des minéraux; 3) développé une nouvelle approche pour obtenir des taux d’altération fiables sur des échelles de temps de l’ordre de l’année afin d’analyser la variabilité temporelle des taux d’altération des minéraux; et 4) examiné l’impact de certaines caractéritiques des bassins versants et de facteurs environnementaux sur la variabilité des taux d’altération.   Les résultats montrent que des variables reliées au climat expliquent jusqu’à 51.6% de la variation spatiale des taux d’altération contemporains des cations basiques. Des variables liées à la lithologie, aux dépôts acides et aux propriétés des sols captaient également une proportion significative de la variance. Quant aux taux d’altération historiques, certaines propriétés des sols, tels que la surface spécifique et la composition minéralogique, constituaient les principaux déterminants de leur variabilité spatiale dans l’aire d’étude. En ce qui concerne la variabilité temporelle des taux d’altération des cations basiques, les résultats de cette recherche montrent qu’ils dépendent essentiellement de l’évolution des conditions hydrocilimatiques. Dans l'ensemble, les taux d’altération des cations basiques sont positivement affectés par la température, la proportion de feuillus dans la canopée, les précipitations sous forme de pluie, les dépôts de sulfate et la surface spécifique des sols, alors qu’ils sont négativement affectés par les précipitations sous forme de neige et le nombre de jours de gel. Ces résultats représentent une contribution originale à la compréhension des processus d’altération des minéraux en milieu naturel et à l’amélioration des connaissances sur l’impact potentiel des changements climatiques sur l’altération des minéraux et, de là, sur la capacité des sols à soutenir l’apport en nutriments essentiels à la croissance forestière à long terme.

Keyphrases: Altération des minéraux, écosystèmes forestiers, variabilité spatiale, variabilité temporelle, bilan élémentaire en profil, budget intrant-extrant en bassin, extraction sé-quentielle, facteurs environnementaux, climat, statistiques multivariées