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Personne :
Bégin, Paschale Noël

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Bégin

Prénom

Paschale Noël

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Université Laval. Département de biologie

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Résultats de recherche

Voici les éléments 1 - 5 sur 5
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Limnologie d'un lac sentinelle dans le Haut-Arctique canadien : le lac Ward Hunt, Nunavut

2020, Bégin, Paschale Noël, Vincent, Warwick F., Rautio, Milla

Les régions arctiques sont soumises à une augmentation des températures atmosphériques de deux à trois fois plus rapide que celle de la moyenne planétaire, occasionnant une contraction rapide de la cryosphère, y compris une diminution de l’épaisseur, de l’étendue et de la durée du couvert de glace lacustre. Bien que plusieurs effets de la dégradation du couvert de glace soient documentés, peu d’observations ont été recueillies sur les lacs polaires couverts de glace pérenne. Le lac Ward Hunt, le lac le plus nordique du Canada, était jusqu’à récemment caractérisé par un couvert de glace qui a persisté au moins depuis 1953. Ce dernier s’est récemment rapidement dégradé faisant du lac Ward Hunt un lac sentinelle du réchauffement climatique dans l’Arctique. L’objectif de cette thèse était de définir la structure et le fonctionnement de ce lac comme modèle permettant de mieux comprendre la nature et les implications des changements subis par les lacs polaires ainsi que d’évaluer une série de questions et d’hypothèses concernant leurs gradients horizontaux et verticaux affectés par ces changements. Une approche spatio-temporelle a permis d’évaluer l’influence du couvert de glace sur la structure physicochimique et biologique du lac Ward Hunt. Des enregistrements à haute fréquence s’échelonnant sur 2 ans ont été obtenus à l’aide d’un mouillage installé dans la section profonde du lac Ward Hunt. Ces informations ont permis de comparer la dynamique saisonnière de température de l’eau, de fluorescence de la chlorophylle a et d’oxygène dissous entre une année où le couvert de glace a complètement fondu (2016) et une année où il a persisté (2017). La disparition du couvert de glace a provoqué un mélange, occasionnant une perte de chaleur, la température chutant de 6,5°C au fond à moins de 1°C sur toute la colonne d’eau. Le mélange a équilibré la concentration d’oxygène dissous dans l’eau (140% de saturation sous la glace) avec celle de l’air. En absence de glace, le mélange a diminué le rayonnement incident dans la colonne d’eau en remettant en suspension des sédiments et en favorisant une plus grande production de chlorophylle a telle que révélée par la fluorescence. La disparition du couvert de glace pourrait avoir stimulé la production primaire avec un maximum de fluorescence plus élevé et précoce en 2016. L’échantillonnage le long d’un transect reliant le littoral et le large a révélé deux patrons de variation des variables limnologiques physiques et biologiques, qui impliquaient un changement abrupt en marge du couvert de glace qui agissait comme démarcation entre la zone littorale et le large. Les résultats mettent en évidence le rôle écologique de l’étroite bande d’eau libre qui se forme autour du couvert de glace des lacs polaires en été (moat). Une analyse de la composition en acide gras des composantes du réseau alimentaire a permis d’identifier la source principale de nourriture pour le zooplancton des zones pélagique et littorale comme étant, respectivement, le seston et les communautés liées aux mousses. L’analyse de la structure verticale de la colonne d’eau en été a révélé que le couvert de glace, limitant les échanges directs avec l’atmosphère, favorise une stratification thermique inverse de la colonne d’eau et permet l’accumulation de chaleur malgré qu’il bloque de 40 à 60% de la lumière incidente. La radiation incidente qui atteint le fond du lac a tout de même permis la prolifération d’une luxuriante communauté benthique dont les stocks de pigments photosynthétiques étaient 10 à 100 fois supérieurs à ceux de la colonne d’eau. La stabilité de la colonne d’eau permet aussi une sursaturation d’oxygène pouvant atteindre 180% de l’équilibre atmosphérique et une accumulation de dioxyde de carbone, d’oxyde nitreux et de méthane. L’analyse optique de la colonne d’eau indique la présence de matière organique colorée qui a influencé le régime spectral de l’éclairement sous l’eau. Cette thèse apporte une vision intégrée de la structure des lacs couverts de glace pérenne au moment où ils amorcent une transition vers un couvert de glace saisonnier. Elle souligne l’importance du couvert de glace sur les variables limnologiques de la colonne d’eau en contrôlant l’éclairement disponible pour la photosynthèse et en limitant les échanges avec l’atmosphère induits par le vent, favorisant la stabilité de la colonne d’eau et l’établissement de forts gradients écologiques entre le littoral et le large.

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The littoral zone of polar lakes : inshore-offshore contrasts in an ice-covered High Arctic lake

2020-09-23, Culley, Alexander, Bégin, Paschale Noël, Vincent, Warwick F., Rautio, Milla, Tanabe, Yukiko, Uchida, Masaki

In ice-covered polar lakes, a narrow ice-free moat opens up in spring or early summer, and then persists at the edge of the lake until complete ice loss or refreezing. In this study, we analyzed the horizontal gradients in Ward Hunt Lake, located in the Canadian High Arctic, and addressed the hypothesis that the transition from its nearshore open-water moat to offshore ice-covered waters is marked by discontinuous shifts in limnological properties. Consistent with this hypothesis, we observed an abrupt increase in below-ice concentrations of chlorophyll a beyond the ice margin, along with a sharp decrease in temperature and light availability and pronounced changes in benthic algal pigments and fatty acids. There were higher concentrations of rotifers and lower concentrations of viruses at the ice-free sampling sites, and contrasts in zooplankton fatty acid profiles that implied a greater importance of benthic phototrophs in their inshore diet. The observed patterns underscore the structuring role of ice cover in polar lakes. These ecosystems do not conform to the traditional definitions of littoral versus pelagic zones but instead may have distinct moat, ice-margin, and ice-covered zones. This zonation is likely to weaken with ongoing climate change.

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Extreme warming and regime shift toward amplified variability in a far northern lake

2020-07-24, Bégin, Paschale Noël, Tanabe, Yukiko, Vincent, Warwick F., Kumagai, Michio, Sarrazin, Denis, Culley, Alexander, Paquette, Michel, Uchida, Masaki

Mean annual air temperatures in the High Arctic are rising rapidly, with extreme warming events becoming increasingly common. Little is known, however, about the consequences of such events on the ice‐capped lakes that occur abundantly across this region. Here, we compared 2 years of high‐frequency monitoring data in Ward Hunt Lake in the Canadian High Arctic. One of the years included a period of anomalously warm conditions that allowed us to address the question of how loss of multi‐year ice cover affects the limnological properties of polar lakes. A mooring installed at the deepest point of the lake (9.7 m) recorded temperature, oxygen, chlorophyll a (Chl a ) fluorescence, and underwater irradiance from July 2016 to July 2018, and an automated camera documented changes in ice cover. The complete loss of ice cover in summer 2016 resulted in full wind exposure and complete mixing of the water column. This mixing caused ventilation of lake water heat to the atmosphere and 4°C lower water temperatures than under ice‐covered conditions. There were also high values of Chl a fluorescence, elevated turbidity levels and large oxygen fluctuations throughout fall and winter. During the subsequent summer, the lake retained its ice cover and the water column remained stratified, with lower Chl a fluorescence and anoxic bottom waters. Extreme warming events are likely to shift polar lakes that were formerly capped by continuous thick ice to a regime of irregular ice loss and unstable limnological conditions that vary greatly from year to year.

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Water column gradients beneath the summer ice of a High Arctic freshwater lake as indicators of sensitivity to climate change

2021-02-03, Culley, Alexander, Bégin, Paschale Noël, Vincent, Warwick F.

Ice cover persists throughout summer over many lakes at extreme polar latitudes but is likely to become increasingly rare with ongoing climate change. Here we addressed the question of how summer ice-cover affects the underlying water column of Ward Hunt Lake, a freshwater lake in the Canadian High Arctic, with attention to its vertical gradients in limnological properties that would be disrupted by ice loss. Profiling in the deepest part of the lake under thick mid-summer ice revealed a high degree of vertical structure, with gradients in temperature, conductivity and dissolved gases. Dissolved oxygen, nitrous oxide, carbon dioxide and methane rose with depth to concentrations well above air-equilibrium, with oxygen values at >150% saturation in a mid water column layer of potential convective mixing. Fatty acid signatures of the seston also varied with depth. Benthic microbial mats were the dominant phototrophs, growing under a dim green light regime controlled by the ice cover, water itself and weakly colored dissolved organic matter that was mostly autochthonous in origin. In this and other polar lakes, future loss of mid-summer ice will completely change many water column properties and benthic light conditions, resulting in a markedly different ecosystem regime.

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Abondance et diversité des rotifères dans les mares de thermokarst subartiques

2015, Bégin, Paschale Noël, Vincent, Warwick F.

Les mares de thermokarst, issues de la fonte du pergélisol, sont très abondantes dans le Nord et émettent des gaz à effet de serre par leur activité biogéochimique intense. Elles contiennent d’abondantes communautés de rotifères dont la diversité et le rôle écologique sont méconnus. Cette étude présente les résultats d’un échantillonnage réalisé dans les mares de thermokarst subarctiques en comparaison avec des plans d’eau sur des bassins rocheux avoisinants. Les analyses ont révélé la présence d’un total de 24 espèces de rotifères. Les rotifères étaient plus abondants dans les mares de thermokarst que dans les bassins rocheux, alors que la diversité n’y était pas différente. Les taux de filtration estimés par des expériences de broutage étaient de moins de 0.05% de la colonne d’eau par jour à l’échelle de la communauté, ce qui implique que les rotifères n’étaient pas limités par la disponibilité de la nourriture dans ces mares.