Étude écotoxicologique des émissions de la fonderie Horne sur le biome du sol forestier et les arbres boréaux : approches spatio-temporelle et expérimentale combinant dendrogéochimie et génome du microbiome des sols

Dejoie, Elsa ORCID: https://orcid.org/0009-0009-3561-6212 (2026). Étude écotoxicologique des émissions de la fonderie Horne sur le biome du sol forestier et les arbres boréaux : approches spatio-temporelle et expérimentale combinant dendrogéochimie et génome du microbiome des sols. (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1857

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Résumé

RÉSUMÉ

La pollution industrielle, notamment les émissions provenant des fonderies, est une source majeure d’émissions atmosphériques de métaux lourds et de gaz acidifiants. Ces polluants peuvent entraîner une contamination des sols et des perturbations écologiques, notamment en forêt boréale. Nous pouvons citer le cas de RouynNoranda au Québec (Canada), où la fonderie Horne opère depuis près d’un siècle et a rejeté de nombreux polluants dans l’atmosphère, notamment de l’arsenic, du plomb, du cadmium et des oxydes de soufre et d’azote. Dans cette thèse nous avons décidé d’utiliser les cernes des arbres comme des archives environnementales pour retracer l’historique spatio-temporel des métaux dans l’environnement et les perturbations du cycle biogéochimique de l’azote dans la région de Rouyn Noranda, tout en intégrant une amélioration de la compréhension des mécanismes en jeu grâce à des expériences en milieu contrôlé. Deux approches complémentaires ont été mises en œuvre.

En premier lieu, un échantillonnage dans les arbres urbains et en forêt a été réalisé pour reconstituer la contamination métallique dans les cernes. Pour cela, nous avons fait des analyses dendrogéochimiques des cernes de conifères (pins, épinettes) situés aux alentours de la fonderie afin de quantifier les concentrations en plomb (Pb) et en cadmium (Cd).

En deuxième lieu, nous avons réalisé des expérimentations en serre. Des graines d’épinette noire ont été exposées à des variations de la teneur en plomb et de pH dans le sol afin d’évaluer leurs effets sur la germination, la croissance, la composition isotopique de l’azote dans le xylème (δ15N) et la structure des communautés microbiennes du sol impliquées dans le cycle de l’azote.

Nous avons montré que les arbres urbains à Rouyn-Noranda révèlent une accumulation significative de Pb et Cd dans les cernes, avec une forte variabilité intraspécifique mais une différenciation spatiale et temporelle limitée dans un rayon d’analyse de 5 km autour de la fonderie. D’autre part, les signatures isotopiques δ15N dans le bois des plantules en serre indiquaient une perturbation du cycle de l’azote en milieu pollué, corrélée à l’acidification des sols mais qui contrastaient avec les valeurs de δ15N des arbres en milieu naturel. De plus, nous avons démontré que la baisse du pH a eu un effet marqué sur la croissance des plantules et sur la composition microbienne du sol, réduisant la diversité des microorganismes impliqués dans le cycle de l’azote. La contamination au Pb a amplifié ces effets uniquement au niveau du microbiome, modifiant la structure des taxons microbiens liés au cycle de l’azote mais sans induire d’effet au niveau de la croissance des plantes.

Ces résultats révèlent des interactions complexes entre la contamination des sols, la dynamique des communautés microbiennes et les réponses physiologiques des plantes, soulignant l’importance d’approches intégrées pour comprendre les impacts de la pollution industrielle sur les écosystèmes et évaluer l’efficacité des mesures d’atténuation de la pollution.

ABSTRACT

Industrial pollution, particularly emissions from smelters, is a major source of atmospheric releases of heavy metals and acidifying gases. These pollutants can lead to soil contamination and ecological disturbances, especially in boreal forests. A notable example is Rouyn-Noranda in Québec (Canada), where the Horne smelter has operated for nearly a century and released numerous atmospheric pollutants, including arsenic, lead, cadmium, as well as sulfur and nitrogen oxides. In this thesis, we used tree rings as environmental archives to reconstruct the spatio-temporal history of metal deposition and disruptions to the nitrogen biogeochemical cycle in the Rouyn-Noranda region, while improving our understanding of the underlying mechanisms through controlled experiments. Two complementary approaches were implemented.

First, sampling in urban and forest trees was conducted to reconstruct metal contamination recorded in tree rings. We performed dendrogeochemical analyses on conifer growth rings (pine, spruce) located around the smelter to quantify concentrations of lead (Pb) and cadmium (Cd).

Second, we carried out greenhouse experiments in which black spruce seeds were exposed to variations in soil lead concentrations and pH to assess their effects on germination, growth, nitrogen isotopic composition in the xylem (δ15N), and the structure of soil microbial communities involved in the nitrogen cycle.

We showed that urban trees in Rouyn-Noranda exhibit significant accumulation of Pb and Cd in their rings, with strong intraspecific variability but limited spatial and temporal differentiation within a 5-km radius of the smelter. In addition, δ15N isotopic signatures in the wood of seedlings grown in the greenhouse revealed disruptions to the nitrogen cycle under polluted conditions, associated with soil acidification but contrasting with δ15N values of trees in natural environments. We also demonstrated that decreasing soil pH strongly affected seedling growth and soil microbial composition, reducing the diversity of microorganisms involved in nitrogen cycling. Lead contamination amplified these effects only at the microbiome level, altering the structure of nitrogen-cycle-related microbial taxa but not affecting plant growth.

Overall, these results highlight the complex interactions between soil contamination, microbial community dynamics, and plant physiological responses, emphasizing the importance of integrated approaches to understand the impacts of industrial pollution on ecosystems and to evaluate the effectiveness of pollutionmitigation measures.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur ou directrice de recherche:	Fenton, Nicole
Codirecteurs de mémoire/thèse:	DesRochers, Annie et Gennaretti, Fabio
Informations complémentaires:	Doctorat sur mesure en écologie forestière et écotoxicologie
Mots-clés libres:	pollution industrielle, cernes des arbres, isotopes stables, cycle de l’azote, contamination des sols, microbiome du sol, industrial pollution, tree rings, stable isotopes, nitrogen cycle, soil contamination, soil microbiome
Divisions:	Forêts > Doctorat sur mesure
Date de dépôt:	07 juill. 2026 15:58
Dernière modification:	07 juill. 2026 15:58
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1857

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