Academic literature on the topic 'Piégeage du carbone – Québec (Province)'

Le 1er janvier 2012, le Québec a lancé, dans le cadre de la Western Climate Initiative, un système de plafonnement et d’échange de droits d’émission de gaz à effet de serre (SPEDE), l’un des premiers systèmes du genre en Amérique du Nord. Le SPEDE est la clé de voûte de la politique de la province en matière de lutte contre les changements climatiques. Il appartient cependant à une catégorie d’instruments économiques de protection de l’environnement encore peu connue de la communauté juridique québécoise. Son étude paraît donc d’une grande actualité. L’article a pour objectif de proposer une première analyse des règles qui encadrent le SPEDE, à la lumière des enseignements de l’analyse économique du droit. L’analyse permet de dresser une nomenclature cohérente et intelligible des règles du SPEDE structurée autour de leur utilité dans l’échange de droits d’émission. Elle fait ainsi ressortir les stratégies de diversification de l’échange, d’institutionnalisation de ses modalités, ainsi que les enjeux de la surveillance du marché du carbone dans un contexte de fragmentation des autorités de tutelle.

Boiser les terres agricoles abandonnées (friches) est une méthode autorisée par le Protocole de Kyoto pour créer des puits de CO₂ et ainsi réduire la concentration de CO₂ atmosphérique. Il se trouve que l'Abitibi-Ouest offre le plus grand potentiel de boisement des friches au Québec avec ses 51 000 hectares de friches. Or, avant d'enclencher tout projet de boisement, il est essentiel d'évaluer si le boisement procure de réels bénéfices en termes de séquestration de carbone dans une perspective de lutte aux changements climatiques; il s'agit donc du but de cette étude. Pour ce faire, des mesures pédologiques et de la biomasse ont été effectuées de juin à septembre 2019 dans la région de l'Abitibi dans 26 friches naturelles sur lesquelles une succession végétale naturelle s'est installée, et 23 friches plantées en épinette blanche. Le premier objectif a été de reconstruire la chronoséquence de succession végétale dans les friches laissées à l'état naturel. Le deuxième objectif était de comparer l'accumulation du carbone dans le temps dans les principaux réservoirs (végétation, sol) des friches naturelles et plantées. Ainsi, il a été observé que sur un horizon d'environ cinq décennies, les friches plantées stockent 2 fois plus de carbone dans la végétation, tandis que les friches naturelles stockent 2 fois plus de carbone dans le sol. Au final, la quantité totale de carbone stockée (végétation et sol) par les friches plantées en épinette blanche est la même que pour les friches laissées à la succession naturelle. Cette étude permettra d'orienter la prise de décision quant à l'utilisation du boisement des friches en Abitibi, et met en lumière le fait que d'autres objectifs d'aménagement que la séquestration de carbone devraient être considérés. Les résultats obtenus alimenteront également la réflexion sur la pertinence du boisement comme outil de lutte aux changements climatiques que ce soit au niveau provincial, national ou mondial.<br>Afforesting abandoned agricultural lands (fallow lands) is a method authorized by the Kyoto Protocol to create CO₂ sinks and thus reduce atmospheric CO₂. It turns out that Abitibi-Ouest offers the greatest potential for afforestation of fallow lands in Quebec with its 51 000 hectares of fallow land. However, before starting any afforestation project, it is essential to assess whether afforestation provides real benefits in terms of carbon sequestration and therefore contribute to climate change mitigation. The purpose of this study is therefore to document these benefits. To do this, soil and biomass measurements were carried out from June to September 2019 in the Abitibi-Ouest region in 26 fallow lands with natural plant succession, and 23 afforested fallow lands in white spruce. The first objective was to reconstruct the chronosequence of plant succession on fallow lands left to natural vegetation. The second objective was to compare the carbon accumulation over time in the main pools (vegetation, soil) of natural and afforested fallow lands. It has been observed that over a 50-year horizon, afforested fallow lands stored twice as much carbon in vegetation, while natural fallow lands stored twice as much carbon in the soil. Overall, the total amount of carbon stored (including both vegetation and soil) was similar between afforested fallow lands and those left to natural succession. This study will guide decisionmaking on the use of afforestation of fallow lands in Abitibi and highlights the fact that other management objectives than carbon sequestration should be considered. The results obtained will also fuel reflection on the relevance of afforestation as a tool to fight climate change, whether at the provincial, national or global level.

Les énormes quantités de résidus miniers ultramafiques (ultrabasiques), RMU, produites par les activités minières à travers le monde et accumulées sous forme d’amas plurikilométriques suscitent un vif intérêt quant à leur possible virtuosité à séquestrer de manière stable et durable le CO2. Accessibles à coût quasi nul et très souvent sous forme concassés et/ou broyés, les RMU facilitent leur propre mise en œuvre dans diverses technologies et procédés de séquestration minérale du CO2. Conséquemment, les RMU se sont retrouvés au cœur de plusieurs procédés de capture du CO2 de post/précombustion, jumelés à divers actifs accélérateurs tels que les réactifs chimiques, les hautes températures et/ou les hautes pressions. La vitesse de la réaction de carbonatation des RMU étant relativement plus faible que la vitesse d’émission du CO2 des échappements des usines, beaucoup d’études autour de cette alternative de capture du CO2 ont été progressivement abandonnées. La nécessité d’une recherche plus approfondie et plus systématique de la réactivité des RMU s’est donc imposée afin de déceler et de décoder les divers intervenants de la réaction et éventuellement proposer des conditions optimales pour améliorer leur réactivité dans des conditions moins contraignantes. Le présent travail de thèse explore par conséquent le potentiel des RMU disponibles dans la province de Québec (Thetford Mines, Asbestos, Nunavik, Amos, Mont Otish) dans les conditions ambiantes, en tant qu’alternative économiquement rentable pour soutirer directement le CO2 de l’atmosphère et atténuer les conséquences associées à sa hausse, notamment le réchauffement planétaire et les problèmes qui en découlent. Toutes les expériences ont été réalisées à l’échelle laboratoire sur des lits fixes de RMU de plusieurs grammes (3-200 g) avec pour objectif de reproduire, le plus fidèlement possible, les tas de résidus naturellement entreposés sur les sites miniers. Les caractéristiques du volume gazeux (teneur en CO2, teneur en oxygène, humidité relative et température) et des lits fixes de RMU (saturation liquide, conductivité ionique, perte de charge et température) sont continuellement examinées afin de déchiffrer les mécanismes sous-jacents de la réaction. Afin de mener à bien nos études, plusieurs réacteurs ont été spécifiquement construits pour simuler les divers aléas climatiques. L’impact des conditions environnementales auxquelles sont assujetties les résidus dans leur lieu de stockage telles que les fluctuations de température, la précipitation liquide, la submersion, l’assèchement, le gradient d’oxygène et la diffusion du CO2 a été minutieusement étudié. Les périodes sèches et les périodes de fortes pluies ont été catégorisées comme étant non propices à la séquestration du CO2. Une faible saturation liquide des pores des RMU est par contre adéquate à la carbonatation car combinant la dissémination rapide des espèces dissoutes du CO2 et la création dans tout le tas de résidus de zones super-réactives. Les périodes chaudes accélèrent substantiellement la capture du CO2 comparativement aux périodes froides. Ces dernières sont toutefois caractérisées par une génération perceptible de chaleur potentiellement récupérable par des systèmes géothermiques fonctionnant à de basses températures. Le pouvoir oxydant de l’oxygène de l’air génère une passivation précoce des particules de RMU, inhibant la réaction par la précipitation des hydroxydes de fer (III). La mise en œuvre de techniques de chélation, de drainage et d’aération a également été étudiée et proposée dans le but d’améliorer et de faire perdurer la réaction de carbonatation dans les conditions ambiantes.<br>The huge amounts of ultramafic (ultrabasic) mining residues (UMR) produced by mining activities around the world, which accumulate as multi-square kilometer stockpiles, are leading to a growing interest regarding their possible use as stable and permanent sinks for atmospheric CO2. Virtually costless and often found crushed and / or ground, UMR can be exploited in various technologies and methods for CO2 mineral sequestration. Consequently, UMR is ubiquitous at the heart of several post / pre-combustion CO2 capture processes, often paired with various enhancers/accelerators such as chemical reagents, high temperatures and / or high pressures. The carbonation reaction rate using UMR is relatively lower than the rate of CO2 emission from plant exhaust and therefore, many studies revolving around this CO2 capture alternative were gradually abandoned. The necessity of more thorough and systematic investigation of the reactivity of UMR obliges us to identify and decode the various bottlenecks of the carbonation reaction and eventually provide the best possible conditions to improve their reactivity under less constraining conditions. This thesis, therefore, explores the potential of UMR sources available in Quebec (Thetford Mines, Asbestos, Nunavik, Amos, Otish Mountain), under ambient conditions, as a cost-effective alternative to remove CO2 from the atmosphere and mitigate the consequences directly associated to its increase, such as global warming and its associated problems. All experiments were performed on a laboratory scale fixed bed using a small samples (3-200 g) of UMR with the goal to mimic as closely as possible, mining residue piles existing or abandoned on mine sites. The gas volume characteristics (CO2 and oxygen contents, relative humidity and temperature) and UMR fixed-bed characteristics (liquid saturation, ionic conductivity, pressure drop and temperature) were continually monitored in order to unveil the underlying mechanisms of the reaction. In order to carry out our studies, several reactors were built specifically to simulate various modes of climatic change. The impact of various environmental conditions to which the residues are subjected in their storage location, such as temperature fluctuations, precipitation, flooding, drought, oxygen gradients and CO2 diffusion has been thoroughly studied. Dry and heavy rain periods were categorized as unsuitable for CO2 sequestration. Conversely, low liquid saturation within the UMR pores is suitable for carbonation by combining a fast dissemination of CO2 dissolved species and creation of highly reactive sites throughout the mining residue pile. Warm periods substantially accelerate the rate of CO2 uptake as compared to cold periods, which in contrast, are characterized by a substantial heat generation possibly retrievable by low temperature geothermal systems. The presence of oxygen in the reaction medium induces rapid UMR particle passivation by iron (III) hydroxide, promptly inhibiting the reaction. The implementation of techniques such as chelation, draining and venting was also investigated with the aim of improving and sustaining the carbonation reaction under ambient conditions.

L’aménagement forestier peut jouer un rôle dans la lutte contre les changements climatiques en augmentant le stockage de carbone dans la biomasse végétale et les produits du bois ainsi qu’en substituant des matériaux à empreinte carbone plus élevée par le bois. Cette étude visait à déterminer quelle stratégie d’aménagement écosystémique dans la sapinière à bouleau blanc de l’Est de la forêt boréale québécoise peut y contribuer. Ont été simulés sur une période de 199 ans : un scénario de référence représentant une coupe totale à 50 ans, deux scénarios avec révolution plus longue (70 et 80 ans), un scénario avec coupe partielle et un autre sans intervention (conservation). La comparaison des scénarios s’est faite sur la base de bilan de carbone en tonne de CO2e et sous l’approche du forçage radiatif, prenant en considération la distribution temporelle des émissions. Par rapport au scénario de référence, les scénarios à longue révolution et, dans une moindre mesure, la coupe partielle apportent de plus grands bénéfices au climat en augmentant les stocks de carbone en forêt et le ratio de produits de longue durée résultant des récoltes. Les produits du bois sont un élément clé de l’étude : les actions permettant de rallonger leur durée de vie et d’augmenter leur effet de substitution ont un impact majeur sur le bilan total et démontrent l’importance de les inclure dans l’évaluation. L’étude a aussi soulevé les besoins d’augmenter les connaissances par rapport à la dynamique de carbone dans les vieilles forêts, l’influence des changements climatiques sur celles-ci ainsi que sur la croissance des arbres, l’évolution du carbone dans le sol et des patrons de perturbations naturelles. L’effet induit par un scénario d’aménagement sur la vulnérabilité du peuplement face aux effets des changements climatiques pourrait également affecter sa performance d’atténuation du climat et devrait être testé ultérieurement.<br>Management of the world’s forests can play a role for climate change mitigation by increasing CO2 storage in vegetation biomass and harvested wood products, and by displacing CO2-intensive materials such as steel or concrete. This study aimed to determine how management of boreal forest stands can contribute to climate change mitigation in the context of ecosystem-based management. The study was based on the comparison of different strategies applied to a balsam fir-white birch stand in the Eastern boreal forest of Quebec (Canada). We simulated five scenarios over a 199- year period at the stand level: a reference scenario involving clearcut at 50-year intervals, and four 12 alternative scenarios clearcut with longer rotation length (70 and 80 years), partial cut, and a no harvest scenario. Overall, scenarios with longer clearcut rotations and, to a lesser extent, partial cut resulted in a higher potential to mitigate climate change. The substitution effect of wood products was revealed as a key aspect, suggesting that wood product manufacturing and utilisation on the markets, and not only forest management, need to be carefully considered.

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (&lt; 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l'eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l'altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d'écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l'infiltration d'eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.<br>Mineral carbonation in ultramafic mining wastes is a safe and permanent way to sequester atmospheric CO2. This process can occur naturally and passively, and does not require special treatment, which is interesting from an economical point of view. In the context of a carbon market, mining companies could obtain carbon credits and profit financially and environmentally from their residues. However, there is currently insufficient information to accurately assess the potential for natural and passive CO2 sequestration in mining waste piles. It is therefore necessary to study the phenomenon to understand how the reaction evolves over time and estimate the amount of CO2 that can be naturally sequestered in these structures. Several research studies have focused on the ultramafic milling wastes at Thetford Mines (Quebec, Canada), and have particularly focused on laboratory experiments. The results have improved our understanding of the mineral carbonation process in milling waste, but they need to be tested at larger scales and under real atmospheric conditions. The general objective of this study is to quantify the mineral carbonation process in mining waste under natural conditions, and to estimate the amount of CO2 that can be trapped by this process. The methodology is based on the construction of two experimental cells of milling waste located at the Black Lake mine (Thetford Mines). The magnesium-rich milling wastes mainly consist of poorly sorted grains and fibers of lizardite and chrysotile, with smaller amounts of antigorite, brucite and magnetite. Spatial and temporal observations were made in the cells, including measurements of the composition and pressure of gas, soil temperature, volumetric water content, waste mineralogy as well as water chemistry of rain and of the cell leachate. The observations showed evidence of a significant depletion of CO2 gas concentrations (&lt; 50 ppm) and precipitation of hydromagnesite in the milling waste, suggesting that natural and passive mineral carbonation is a potentially important process in milling wastes. After four years of observations, the CO2 sequestration rates in the experimental cells were estimated at between 3.5 and 4 kg/m3/year. These observations have led to the development of a conceptual model of natural and passive mineral carbonation at the cell scale. In this conceptual model, atmospheric CO2 (~ 400 ppm) dissolves in the hygroscopic water contained in the cells where the weathering of magnesium silicates forms magnesium carbonates. Water saturation in the cells was relatively stable over time and varied between 0.4 and 0.65, which is higher than optimal saturation values proposed in the literature, reducing CO2 transport in the unsaturated zone. Gas-phase CO2 concentrations along with gas flow rate measurements in the cells suggest that the reaction is most active close to the surface and that diffusion of CO2 is the dominant transport mechanism in the wastes. Although the carbonation reaction is exothermic, no evidence of thermal convection has been observed in the experimental cells. A numerical model was used to simulate the identified coupled processes and to validate the conceptual model with field observations. The numerical model MIN3P, for multiphase and multi-component reactive transport problems, was used to complete 1D simulations which included water infiltration through the partially-saturated column, gas diffusion, and advective-dispersive reactive mass transport. Although the calibrated moisture content and leachate composition were quite close to field observations, the simulated sequestration rate is 22 times lower than the measured rate. The simulation results also suggested that carbonates would precipitate mainly near the surface whereas field observations suggest that mineral carbonation had occurred throughout the vertical profile. This significant difference could be explained by an insufficient supply of CO2 in the simulated cells, which is the limiting factor for mineral carbonation, suggesting that gas advection, which was not considered in the simulations, could have been important. It is concluded that gas mobility generated by barometric pressure fluctuations and water infiltration, as well as wind effects, likely played a significant role for CO2 supply within the cells and should be considered in future simulations.

Cette étude s’inscrit dans la mouvance internationale qui vise à développer et à mettre en place des mécanismes de marché efficaces pour lutter contre les changements climatiques. Dans le contexte québécois, cela s’est principalement traduit par la mise en place d’un système de plafonnement et d’échange de droits d’émission de gaz à effet de serre et d’un volet des crédits compensatoires (CrC). Contrairement à un projet de réduction de GES, un projet de séquestration de carbone en milieu forestier est intrinsèquement non permanent. Cette caractéristique limite le potentiel réel des CrC délivrés à annuler ou compenser la totalité des effets négatifs résultant d’une émission de GES dans l’atmosphère. C’est principalement pour cette raison que le secteur forestier est actuellement exclu du volet des CrC québécois. Actuellement, peu importe le type de marché (volontaire ou réglementaire), l’approche de délivrance de CrC adoptée pour les projets de séquestration de carbone anticipe un bénéfice climatique, forçant ainsi les promoteurs de projet et les autorités d’un volet de CrC à mettre en place des mesures contraignantes et à long terme de suivi pour assurer l’intégrité environnementale. L’objectif du projet de recherche est de proposer une nouvelle approche de quantification et de délivrance de CrC pour les projets de séquestration de carbone. À l’instar de l’approche actuelle, l’approche proposée doit non seulement quantifier et récompenser une quantité de carbone séquestré, mais également et surtout, quantifier et récompenser la dimension temporelle implicite aux bénéfices de maintenir une quantité de carbone hors de l’atmosphère pendant une période de temps donnée. En utilisant le forçage radiatif comme indicateur d’un effet sur le système climatique, l’approche démontre qu’il est possible d’intégrer ces deux variables dans la détermination du nombre de CrC à délivrer à un promoteur de projet. Par conséquent, les contraintes associées au critère de la permanence deviennent caduques.<br>This study is part of the international movement to develop and implement effective market mechanisms to fight climate change. In Québec, this is mainly reflected in the establishment of a cap-and-trade system for greenhouse gas emission allowances and an offset credit component. Unlike a GHG reduction project, a forest carbon sequestration project is inherently non-permanent. This feature limits the real potential to cancel or offset all the negative effects resulting from a GHG emission into the atmosphere behind the used of an offset credit (OCr). It is mainly for this reason that the forestry sector is currently excluded from the Quebec OCr component. Currently, regardless of the type of market (voluntary, regulatory), the OCr issuance approach adopted for carbon sequestration projects anticipates a climate benefit, forcing project proponents and OCr to put in place binding and long-term follow-up measures to ensure the environmental integrity. The main objective of the research project is to propose a new approach for quantifying and delivering OCr for carbon sequestration projects. Like the current approach, the proposed approach must not only quantify and reward a quantity of carbon sequestered, but also and above all, quantify and reward the temporal dimension implicit in the creation of climate benefits associated with the maintenance of an amount of carbon out of the atmospheric atmosphere for a given period of time. Using radiative forcing as an indicator of an effect on the climate system, the approach demonstrates that it is possible to integrate these two variables into the determination of the number of OCrs to be delivered to a project promoter. As a result, the constraints associated with the permanence test become obsolete.

L'implication des émissions de dioxyde de carbone (CO2) anthropiques dans les changements climatiques est aujourd'hui admise et des solutions émergent pour lutter contre l'accumulation de CO2. La minéralisation du carbone, qui permet de séquestrer le CO2 sous forme de carbonates, stables à l'échelle géologique, est une des options envisagées. Parmi les voies de minéralisation du carbone envisagées, la minéralisation passive des résidus miniers ultramafiques permettrait de compenser les émissions en CO2 d'une exploitation minière. Toutefois, les impacts sur la qualité des eaux de lixiviation et l'évolution de la capacité de séquestration en conditions naturelles, à moyenne et grande échelle, sont peu documentés. La compagnie RNC Minerals a pour objectif d'exploiter un gisement de nickel situé dans le Nord-Ouest de la province du Québec. L'exploitation du Projet Dumont Nickel (PDN) aboutirait à la production d'environ 1,7 Gt de résidus miniers ultramafiques. Les différents facteurs qui influencent la capacité de séquestration des résidus du PDN ont été étudiés en laboratoire, à des teneurs en CO2 variables. Dans cette étude, les processus de la minéralisation passive dans les résidus du PDN, sont décrits et la capacité de séquestration en CO2 atmosphérique est estimée à moyenne échelle, en conditions naturelles. Pour étudier les impacts de l'altération météorique des résidus miniers du PDN, deux cellules expérimentales ont été construites et instrumentées. La première EC-1, contient les résidus ultramafiques, qualifiés de stériles (Waste-rock) et la seconde EC-2 a été remplie avec les résidus d'usinage (Tailings). Les propriétés hydrogéologiques et la surface spécifique des résidus des deux cellules sont différentes alors que la minéralogie est similaire. Les résidus sont composés principalement d'antigorite, de lizardite, de chrysotile, de brucite, de magnetite et de chlorite. Entre 2011 et 2015, l'évolution de la concentration en CO2, de la minéralogie, et de la composition chimique des lixiviats ont été enregistrées. Le suivi des concentrations en CO2 permet d'observer une diminution de la concentration en CO2 de la surface (~390 ppmv) vers le fond des parcelles (~100 ppmv). Dans le même temps, la teneur en carbone dans les résidus altérés a augmenté et les analyses minéralogiques révèlent la présence de plusieurs carbonates de magnésium comme l'hydromagnésite. Ces données suggèrent que les résidus séquestrent du CO2 passivement. Dans les cellules expérimentales le CO2 peut provenir de 3 sources : (1) l'atmosphère, (2) la dégradation de la matière organique, et (3) la dissolution des carbonates. Les compositions isotopiques du CO2(g), et des carbonates néoformés ont été mesurées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence que la dissolution du CO2(g) dans l'eau interstitielle limite la capacité de séquestration et que le CO2 atmosphérique est la source du CO2 séquestré. Malgré les différences entre les deux cellules expérimentales les même processus contrôlent la séquestration du CO2. Un modèle conceptuel de la réaction de minéralisation du carbone, comprenant l'évolution de la composition isotopique, est proposé. Les lixiviats, récoltés aux bas des cellules expérimentales entre mai et novembre depuis 2011 sont caractérisés par un pH alcalin (~9,5), une alcalinité élevée (~90 à ~750 mg/L) et une forte concentration en magnésium (~50 à ~750 mg/L). Cette composition est en accord avec l'altération des résidus ultramafiques en milieu ouvert au CO2. Depuis 2012, la composition chimique des lixiviats évolue en fonction des saisons. Ces variations saisonnières sont expliquées par : (1) les variations climatiques au cours d'une année et (2) l'augmentation de la précipitation de carbonate entre mai et juillet. La diminution saisonnière de l'alcalinité et de la concentration en magnésium, provoqué par l'augmentation de la précipitation de carbonates, induit une sous-saturation des minéraux carbonatés ce qui limite la capacité de séquestration en CO2. Un taux de séquestration en CO2 atmosphérique de 1,4 (+/- 0.3) kg CO2/tonne/an a été mesuré dans les résidus de concentrateur (EC-2). À l'échelle de l'exploitation minière, les résidus de concentrateur permettraient la séquestration de 21 kt de CO2 atmosphérique par an ce qui correspond à un quart des émissions annuelles de la future mine. Le modèle MIN3P, qui permet de simuler le transport réactif multi composants et multiphasiques dans un milieu poreux insaturé, a été utilisé pour simuler en 1D la réaction de minéralisation au centre de la cellule EC-2. L'ensemble des données récoltées a été utilisé pour calibrer le modèle. Toutefois, aucune des simulations n’a permis de reproduire l'évolution de la géochimie des lixiviats et la concentration en CO2 observés. Plusieurs simplifications du modèle conceptuel pourraient expliquer les différences avec les données observées.<br>The implication of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions in climate change is now widely accepted and solutions are emerging in order to limit the accumulation of CO2. Carbon mineralization, which allows the sequestration of CO2 through carbonate precipitation, stable minerals over geological time scales, is one of the options considered. Among the proposed carbon mineralization pathways, passive carbon mineralization in ultramafic mining residues can potentially lead to developing carbon-neutral mines. However, the impacts on leachate water quality and evolution of sequestration capacity in natural conditions, on medium and large scales, are still poorly documented. RNC Minerals plans to mine a nickel deposit located in the northwestern part of Quebec. The operation at the Dumont Nickel Project (DNP) would produce approximately 1.7 Gt of ultramafic mining residues. Several factors which influence the carbon sequestration capacity of the DNP residues have been studied in the laboratory, at variable CO2 concentrations. In this study, the processes of passive carbon mineralization in the DNP mining residues are described and the atmospheric CO2 sequestration capacity is estimated, at the experimental cell scale, under natural conditions. In order to study the impacts of meteoric weathering of the DNP residues, two experimental cells were built and instrumented. The first cell EC-1, contains the ultramafic waste rock, and the second EC-2, was filled with milling residues (Tailings). The hydrogeological properties and surface area of the residues contained in the two cells are different whereas the mineralogy is similar. The main minerals in the residues are chrysotile, lizardite, brucite, chlorite and magnetite. Between 2011 and 2015, changes in CO2 concentrations, mineralogy, and chemical composition of leachate waters were recorded. Monitoring of CO2 concentrations showed a decrease in CO2 concentration from the surface (~ 390 ppmv) to the bottom of the cells (~ 100 ppmv). At the same time, the carbon content in the weathered residues increased and the mineralogical analyses revealed precipitation of several magnesium carbonates such as hydromagnesite. These observations indicate that passive mineral carbonation of the mining residues is occurring within the experimental cells, for which three potential sources of CO2 can be identified : (1) the atmosphere, (2) the CO2(g) produced from organic matter oxydation, and (3) CO2(g) produced from carbonate dissolution. The isotopic compositions of CO2(g) and newly formed carbonates were measured. Using these isotopic compositions it was possible to demonstrate that dissolution of CO2(g) in interstitial water limits the sequestration capacity and that atmospheric CO2 is the main source of the CO2 sequestered. Despite the differences between the two experimental cells the same processes control CO2 sequestration. A conceptual model of the carbon mineralization reactions, including evolution of the isotopic compositions, is proposed. The leachate water sampled at the bottom of the experimental cells, between May and November since 2011, is characterized by an alkaline pH (~9.5), a high alkalinity (~90 to ~750 mg/L CaCO3) and a high concentration of magnesium (~50 at ~750 mg/L). This composition is consistent with weathering of ultramafic rocks in a system open to CO2. Since 2012, the chemical composition of the leachate water was evolved seasonnaly. These seasonal variations are explained by: (1) recharge and temeprature variations over the year and (2) increased carbonate precipitation between May and July. The seasonal decrease of alkalinity and magnesium concentrations, caused by increased carbonate precipitation, induces undersaturation of carbonate minerals. Therefore carbonate precipitation self-limits carbon sequestration through a negative feed-back loop. Since 2011, an estimated 13 kg of atmospheric CO2 was sequestered in the milling residues from EC-2, which corresponds to a mean rate of 1,4 (+/- 0.3) kgCO2/tonne/year. Using this mean rate, during the mining operation the milling residues will sequester about 21 kt of atmospheric CO2 each year, which will represents one quarter of the 127,700 tonnes of CO2 emitted. Using MIN3P, a numerical model which allow to simulate multi-component and multiphase reactive transport in unsaturated porous media, the carbon mineralization reactions were simulated in 1D at the center of cell EC-2. The data collected during the 4 years of monitoring were used to calibrate the numerical model. However, none of the simulations allowed to reproduce the evolution of the leachate water geochemistry and the CO2 concentrations observed in the experimental cell. Several simplifications of the conceptual model could explain the differences with the observed data.

Les forêts d'épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP) contiennent de grandes quantités de carbone stockées dans la biomasse vivante et dans le sol. Les feux de forêt et leur régime (ex. l’intervalle de retour de feu, l’intensité, la saisonnalité et la sévérité) jouent un rôle central dans le stockage et le flux du carbone, en modifiant la distribution et le transfert de carbone. Il y a peu de doute dans la communauté scientifique que le changement climatique provoquera des modifications dans les variables temporelles et spatiales qui contrôlent la fréquence et la sévérité des feux. Un modèle démographique structuré par classes de diamètre a été développé pour simuler le stockage du carbone sous divers régimes de feu. Cette approche intègre l’effet de l’intensité du feu et les mesures de la structure du peuplement sur la sévérité mesurée par la proportion de la mortalité des arbres. Le modèle permet aussi de quantifier et de cartographier les estimations régionales du carbone actuelles et futures pour le domaine bioclimatique de la pessière à mousses du nord du Québec. Les résultats de simulations suggèrent que la sévérité du feu augmente avec l’intensité initiale du feu. La variation de la structure du peuplement est l'un des facteurs qui explique la variation observée dans la sévérité du feu des régions boréales. Nous avons simulé les stocks et fluctuations de carbone sous sept niveaux d’intervalle de retour de feu et deux saisons de feu. Nous avons testé pour un effet de ces paramètres sur la moyenne des stocks de carbone. Les stocks de carbone étaient sensibles aux intervalles entre 60 et 300 ans. Le stock de carbone dans le sol fut plus faible pour les incendies d'été qui se produisaient durant de plus courts IRF. Finalement, les impacts à court terme du changement climatique ont été investigués au cours de quatre périodes climatiques : 1980-2010, 2010-2040, 2040-2070 et 2070-2100. Des cartes d’intervalle de retour du feu historique et futur et des données météorologiques projetées par CanESM2 RCP8.5 ont été utilisées pour simuler la croissance des forêts, le taux de décomposition, le régime du feu et la dynamique du C. Dans nos expériences de simulation, l’accumulation de carbone dans l’écosystème était réduite de 11% d’ici à la fin de 2100. Les forêts d'épinette noire du Québec seraient possiblement en train de perdre leur capacité à séquestrer et à stocker le carbone organique durant les prochaines décennies, à cause des effets du changement climatique sur le régime de feu et la croissance des forêts.<br>Boreal black spruce forests (Picea mariana (Mill.) BSP) store great amounts of carbon in the living biomass and in the soil. Fire regime characteristics (e.g. fire return interval, fire intensity, fire season and severity) play a central role in the storage and flow of carbon, by modifying the distribution and transfer of material among pools. There is little doubt in the scientific community that climate change will cause changes in the temporal and spatial variables that control the frequency and severity of fires. A demographic diameter-class structured model was developed to simulate boreal carbon storage under different fire regimes. This approach incorporates the effect of fire intensity and stand structure measures to simulate fire severity, measured as the proportion of overstory tree mortality. The model allows quantifying and mapping average regional estimates of current and future carbon stocks for the black spruce-feathermoss bioclimatic domain of northern Québec. Simulation results suggest that fire severity increases with fire the intensity. Stand structure is one of the factors that explains the observed variation in boreal fire severity. We simulated carbon stocks and fluxes under seven levels of fire return interval (FRI) and two fire seasons. We tested for an effect of these parameters on average carbon stocks. Carbon stocks were sensitive to IRF's between 60 and 300 years. Soil C stocks were lower for summer fires that occurred during shorter IRF. Finally, we investigated the short-term impacts of climate change under four climatic periods: 1980-2010, 2010-2040, 2040-2070 and 2070-2100. Historical and future FRI maps and historical and forecasted weather data estimated by CanESM2 RCP8.5 were used to drive the growth of forests, decomposition rates, fire regime and C dynamics. In our simulation experiments, the accumulation of carbon in the ecosystem was reduced by 11% by the end of 2100. The results of this study suggest that black spruce forest could be losing their capacity to sequester and store organic C over the next coming decades due to climate change effects on the fire regime and on forest growth.

L’objectif de ce mémoire est de comprendre les valeurs des services écologiques obtenues par différentes méthodes d’estimation et de proposer des critères pour faciliter leur intégration dans les processus décisionnels. Dans le premier chapitre, une comptabilisation des services écologiques rendus par les milieux humides est présentée pour la région de la Minganie au Québec. Cette comptabilisation comporte trois parties, soit la comptabilisation des services écologiques, la comptabilisation du capital naturel et l’estimation de la valeur économique associée à la séquestration du carbone. La capacité d’utiliser ces estimations pour déterminer des valeurs de compensation est discutée. Dans le deuxième chapitre, les trois méthodes d’estimation suivantes sont analysés: les coûts de remplacement, les mesures du bénéfice marginal et les coûts des dommages évités avant de conclure sur l’importance de l’interprétation des différentes valeurs monétaires obtenues par ces méthodes, dans un contexte de prise de décisions.<br>The purpose of this paper is to understand the values of ecosystem services obtained from different estimation methods and to provide guidance to facilitate their use for landscape management decisions. In the first chapter, we present an accounting for the ecosystems rendered by wetlands in Minganie, Québec. The accounting is divided in three categories: ecosystem services, natural capital and carbon sequestration. We proceed to analyse how these values may be used in the field and suggest that further analysis of the underlying estimation methods would help in identifying their areas of applicability. The second chapter takes a closer look at three estimations methods: replacement cost, marginal benefit methods and damage avoided costs. From this analysis it is concluded that a careful interpretation of monetary values is needed to properly guide their use in the decision making process.

La respiration microbienne du carbone ancien stocké dans le pergélisol représente une rétroaction positive au réchauffement climatique. Toutefois, l’avancée récente des arbustes dans l’Arctique pourrait en partie compenser ces émissions, compte tenu de leur biomasse supérieure à celle de la végétation de la toundra et à la litière qui s’accumule. Il est cependant difficile de quantifier ce puits de carbone puisque la minéralisation concomitante du carbone ancien rend l’attribution des changements de la teneur en carbone des sols incertaine. Dans cette étude, la contribution des arbustes au réservoir de carbone terrestre est quantifiée dans un site au Nunavik, pour lequel les teneurs en carbone ancien des sols sont parmi les plus faibles de la région Arctique. Nous rapportons que l’avancée des arbustes Betula gladulosa Michx. dans la toundra lichénique augmente les stocks de carbone terrestre de 3.9 ± 1.3 kg m-2. Dans les milieux plus humides, les arbustes massifs et le remplacement des lichens par des mousses ont induit un gain de 6.6 ± 3.6 kg m-2 de carbone. Le puits de carbone issu de l’avancée des arbustes dans la région d’étude de 1994 à 2010 est estimé à 2.4 ± 0.8 Gg. Des études par pyrolyse couplée à la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (pyGCMS) démontrent que l’avancée des arbustes modifie la nature chimique du réservoir de carbone des sols. Deux biomarqueurs potentiels ont ensuite été étudiés par pyGCMS, l’acide usnique et l’acide bétulinique, dans le but de développer une méthode pour comparer la labilité de la MO des sols de la toundra de lichens à celle de la toundra arbustive de la région. Notre étude sur l’avancée des arbustes à Umiujaq indique que ce processus peut constituer un puits de carbone. Son intensité à l'échelle de l'Arctique mérite donc des études supplémentaires, mais les données obtenues sur un seul site ne peuvent pas être extrapolées à l'ensemble de l'Arctique pour évaluer si ce puits est susceptible de compenser les émissions de carbone ancien liées au dégel du pergélisol.<br>The microbial respiration of ancient carbon stored in permafrost represents a positive feedback to climate warming. However, the recent expansion of shrubs in circumpolar latitudes may partly compensate for this carbon release, due to greater biomass and litter inputs than that of tundra vegetation. Quantifying this carbon sink is challenging, as the concomitant mineralization of ancient carbon often renders the attribution of changes in soil carbon stocks uncertain. Here, we measure the contribution of shrubs to the terrestrial carbon reservoir in a Low-Arctic tundra site in Nunavik where soil ancient carbon stocks are among the lowest in the Arctic. We find that the emergence of Betula glandulosa Michx. shrubs increased the terrestrial carbon stocks by 3.9 ± 1.3 kg m-2. Further increases in carbon were mostly found along water tracks, where the more massive shrubs and the replacement of the lichen understory by mosses resulted in an addition of 6.6 ± 3.6 kg m-2 of carbon. From 1994 to 2010, we estimate the carbon sink provided by shrub expansion in our study area to be of 2.4 ± 0.8 Gg. The analysis of soil organic matter (SOM) using pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry (pyGCMS) revealed that this recent shrub expansion has modified the chemical nature of the soil organic carbon (SOC) reservoir. Lastly, two potential biomarkers for shrub and lichen biomass, betulinic acid and usnic acid, were studied using pyGCMS in hopes of developing a method to compare the lability of the various soil carbon pools of the region. This natural case study in Umiujaq shows that shrub expansion represents a carbon sink. However, further studies throughout the Arctic are needed to evaluate the significance of this sink with respect to permafrost ancient carbon emissions, as the result of one local study cannot be extrapolated to the entire Arctic.

À la fin des années 1970, les Naskapi du Québec ont signé la Convention du Nord-Est québécois (C.N.E.Q.) avec le gouvernement du Québec. Entre autres choses, cette Convention a comme mandat d'offrir des compensations et des bénéfices à tout Naskapi qui n'a pas les ressources, tant matérielles que financières, pour pratiquer des activités d'exploitation de la faune. Afin de répondre à cet objectif, les Naskapi ont mis sur pied le Programme d'aide pour la chasse, la pêche et le piégeage (Hunter Support Programme -H.S.P.). Celui-ci, destiné à fournir un revenu, des prestations et autres mesures d'incitation aux Naskapi qui désirent s'adonner aux activités d'exploitation de la faune comme mode de vie, existe depuis 1978. Parmi les activités d'exploitation de la faune que les Naskapi désirent continuer de pratiquer, il est important de mentionner que la chasse au caribou occupe une place de choix pour eux, et ce pour différentes raisons. Principalement, cette activité hautement significative pour les Naskapi fut à la base de leur mode de vie ainsi que de leur univers pendant plusieurs centaines d'années, voire plusieurs milliers d'années. Quoi qu'il en soit, et depuis la mise sur pied de ce programme, personne ne s'est questionné à savoir quels sont les impacts de ce programme sur la mémoire collective et l'identité des Naskapi. Ayant opté pour une recherche qualitative lors de ma recherche chez les Naskapi de Kawawachikamach, laquelle a duré deux mois, soit du 20 avril au 21 juin 2008, des séances d'entrevues avec douze Naskapi m'ont permis d'identifier différents aspects que les Naskapi souhaitent conserver, protéger et transmettre aux générations futures en lien avec la chasse au caribou. En m'intéressant plus particulièrement au programme d'aide pour la chasse, la pêche et le piégeage, j'ai ainsi tenté de comprendre comment et en quoi celui-ci participe à la sauvegarde de la mémoire collective et de l'identité des Naskapi de Kawawachikamach. De cette manière, j'ai constaté que certaines pratiques en lien avec la chasse au caribou existent toujours chez cette nation autochtone et que le programme en question joue incontestablement un rôle positif dans cette entreprise. Du nombre de ces pratiques, il est possible de mentionner que, non seulement le Comité du programme organise à chaque année des chasses au caribou, ce qui permet ainsi le partage de viande au sein de la communauté, l'utilisation de certaines parties du caribou, l'organisation de festins et l'intégration des jeunes naskapi à la chasse au caribou, mais que ce programme permet avant tout aux Naskapi qui ne peuvent pas assurer les coûts tant monétaire que matériel de la chasse au caribou de continuer d'exercer cette activité hautement significative pour eux.