Linking biogeochemistry and microbial ecology to understand the fate of methane in lakes and hydropower reservoirs

Campos Junqueira Reis, Paula (2020). « Linking biogeochemistry and microbial ecology to understand the fate of methane in lakes and hydropower reservoirs » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

Le méthane (CH4) est un puissant gaz à effet de serre avec un potentiel de réchauffement 34 fois plus élevé que le dioxyde de carbone. Les lacs et les réservoirs d’eau douce sont des sources importantes de CH4 vers l’atmosphère, mais une large fraction du CH4 produit dans ces écosystèmes est oxydée par des bactéries oxydatives du méthane (BOM), et n’atteint jamais l’atmosphère. Malgré l’importance bien connue de l’oxydation du CH4 dans l’atténuation des émissions de CH4 vers l’atmosphère, beaucoup moins de connaissances existent quant à comment l’environnement et les traits de la communauté BOM interagissent pour déterminer le sort du CH4 dans les lacs et réservoirs. Pour aider à résoudre cette problématique, cette thèse étudie les liens entre l’environnement, les BOM (du niveau cellulaire à la communauté), et l’oxydation du CH4 dans les lacs et dans un complexe hydroélectrique. Le chapitre I examine le couplage entre la structure de la communauté BOM et les taux d’oxydation du CH4 dans la colonne d’eau de six lacs tempérés d’eau douce. Les résultats montrent une séparation verticale de niche au sein de la communauté BOM, principalement modulée par la concentration en oxygène. Les approches de modélisation suggèrent que les facteurs environnementaux et la composition de la communauté BOM influencent tous les deux les taux estivaux d’oxydation du CH4 dans les lacs, avec un effet indépendant de l’abondance des BOM-Gamma. Le chapitre II examine comment le CH4 et l’abondance, la composition, et l’activité de la communauté BOM changent dans l’eau d’amont en aval d’un complexe hydroélectrique tropical. Les changements de la communauté BOM le long du système rivière-réservoir reflètent un tri environnemental des taxons et une interruption de la connectivité hydrologique. Le pic de BOM se trouvait dans l’hypolimnion hypoxique dans le bassin principal du réservoir, où l’oxydation microbienne du CH4 déconnecte le CH4 en profondeur des émissions de CH4 vers l’atmosphère. L’oxydation du CH¬4 dans la rivière en aval était accompagnée d’un changement rapide de la communauté, avec une croissance préférentielle des BOM-Alpha, permettant la réduction des émissions de CH4 également dans les eaux en aval du barrage. Le chapitre III montre que, bien que généralement présentes en faibles abondances dans les lacs, les cellules BOM, particulièrement au sein des BOM-Gamma, sont plus grandes et plus actives que le reste de la communauté bactérienne. À hauts ratios molaires CH4 : O2, les BOM ont un avantage écologique par rapport aux bactéries hétérotrophes, métabolisant une plus grande quantité totale de carbone. À l’échelle d’un lac, l’importance relative de la méthanotrophie dépend de la concentration en carbone organique dissout (COD) et de la morphométrie, à travers leurs effets sur la stratification et l’oxygénation de la colonne d’eau. Dans les lacs riches en COD, la méthanotrophie peut être le processus principal de transformation du carbone, remettant en question notre compréhension actuelle de la boucle microbienne. Dans l’ensemble, les résultats des trois chapitres montrent que le sort du CH4 dans les lacs et complexes hydroélectriques dépend des caractéristiques environnementales et microbiennes. L’environnement contrôle les conditions de base pour que l’oxydation du CH4 se produise, et façonne aussi la composition, l’abondance, et l’activité des BOM, ce qui peut à son tour affecter le sort du CH4 dû à des différences intrinsèques de niche, de métabolisme, et de taille de cellule. Différents taxons de BOM peuvent être responsables de taux d’oxydation locaux dépendamment des conditions environnementales, et les caractéristiques métaboliques des BOM influencent l’importance de la méthanotrophie dans le cycle du carbone à l’échelle de l’écosystème et dans le potentiel du CH4 à supporter les réseaux trophiques dans les lacs. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : méthanotrophe, bactérie, méthane, lac, hydroélectricité.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF / A.
Directeur de thèse: Prairie, Yves
Mots-clés ou Sujets: Méthanotrophes / Méthane / Oxydation / Réservoirs hydroélectriques / Lacs
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 23 avr. 2021 08:33
Dernière modification: 23 avr. 2021 08:33
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/14204

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