Dégradation du pergélisol en Alaska : impact sur les stocks en éléments minéraux dans la végétation et dans la couche active et effet sur la libération d’éléments en solution

Les pergélisols présentent une température égale ou inférieure à 0°C pendant plus de deux années consécutives et couvrent un quart de la surface continentale de l’hémisphère nord. Cependant, le changement climatique favorise la dégradation du pergélisol à l’échelle globale. Cette dégradation se caractérise par un accroissement des zones de subsidence, une augmentation de la profondeur de la partie supérieure du sol qui dégèle annuellement, la couche active, et des modifications de la hauteur de la nappe d’eau. Ces changements ont un impact direct sur la végétation et la mobilité des éléments minéraux dans le pergélisol. Ce mémoire vise à (i) suivre l’évolution des stocks en éléments minéraux (plus particulièrement Ca, K, P, Mn, Ti, Si, Al, Fe) dans la végétation et dans la couche active du pergélisol lors de la dégradation du pergélisol, et à (ii) quantifier expérimentalement la libération d’éléments minéraux de l’horizon de surface (0-5 cm) lors du dégel. Plus spécifiquement, trois espèces représentatives de la toundra arctique ont été étudiées sur le site d’étude d’Eight Mile Lake en Alaska (Eriophorum v., Vaccinium v-i, Betula n.). Les teneurs en éléments minéraux ont été mesurées dans la végétation et dans la couche active sur trois parcelles présentant des stades différents de dégradation du pergélisol (minimal, modéré et extensif). Les concentrations en éléments minéraux dans les feuilles des trois espèces végétales étudiées révèlent qu’aucune évolution de ces concentrations n’est perceptible avec la dégradation du pergélisol. Cependant, les différentes espèces présentent des différences de concentrations en éléments spécifiques à chaque espèce. Il en découle que les stocks d’éléments minéraux dans la végétation sont dictés par l’évolution de la biomasse de chaque espèce en particulier. Les stocks en éléments minéraux dans la couche active montrent une évolution distincte avec la dégradation du pergélisol selon les éléments. Une première catégorie d’éléments manifeste une tendance à l’appauvrissement avec la dégradation du pergélisol (Si, Ti, Fe, Al), tandis que la deuxième ne montre pas de diminution (P, Ca, Mn). Deux hypothèses sont discutées pour expliquer les processus contrôlant la mobilité de ces éléments dans la couche active. La première est la lixiviation des éléments minéraux vers des horizons plus profonds de la couche active, et la seconde est le recyclage des éléments minéraux par la végétation qui conserve ainsi les éléments en surface. Ces deux processus pourraient avoir un impact relatif distinct en fonction de l’élément concerné. Enfin, une expérience de dégel a mis en évidence que la libération d’éléments minéraux est 4 à 10 fois plus importante lors du dégel initial qu’après une saturation en eau visant à simuler la fonte de la neige à la surface du sol, et ce pour tous les éléments testés. Cette expérience confirme qu’un cycle de gel-dégel peut conduire à la libération de colloïdes, et met en avant que ce processus de libération de colloïdes n’est pas dépendant du stade de dégradation du pergélisol. Ce mémoire montre la nécessité de considérer le système sol-plante dans son ensemble pour mieux comprendre l’évolution de la distribution des éléments minéraux dans la végétation arctique et dans la couche active en fonction du stade de dégradation du pergélisol.