Les axes de recherche du Geotop gravitent autour de deux pôles structurants qui reflètent l’ambition et les capacités du Geotop.
Le Pôle 1 – Trajectoires géosystémiques : de la reconstitution à la prévision lève les verrous scientifiques qui entravent notre capacité à décrire, expliquer et prévoir l’évolution des géosystèmes, dans un continuum d’échelles temporelles et spatiales. Pour ce faire, le Geotop s’appuie sur deux piliers: i. le développement de traceurs pour décrire quantifier et expliquer les flux (source ® réservoir) de matière et d’énergie au sein des géosystèmes, et ii. l’analyse d’archives naturelles et de géochronologies fournissant un cadre temporel aux changements de trajectoires terrestres.
Le Pôle 2 – Actions et solutions géosystémiques : vers une Terre plus résiliente mobilise les connaissances fondamentales produites au pôle 1 de manière systémique, réflexive et active. Le Geotop contribue à la conception de modèles géoscientifiques et d’outils d’aide à la décision visant à améliorer les capacités de prédiction et à guider les choix sociétaux face aux bouleversements qui affectent le système Terre. Il quantifie les services géosystémiques, bonifie les politiques environnementales, et contribue à l’élaboration de (géo)solutions fondées sur la nature, pour une meilleure adaptation des collectivités. Les axes de recherche ciblent des problématiques d’importance internationale, dont les retombées se manifestent avec acuité aux échelles locale et nationale.
Les axes de recherche sont organisés autour de problématiques d’importance internationale, dont la portée et les retombées se manifestent avec une acuité particulière aux échelles locale, provinciale et nationale. Pour cette raison, tous les axes du Geotop s’inscrivent en lien direct avec plusieurs objetifs de développement durable de l'ONU :
Axe 1. La carbonosphère : de la captation à l'action climatique
Responsable : Peter Douglas
Cet axe investigue le stockage à long terme du carbone à la surface terrestre, sous ses formes organique et inorganique. Dans un contexte marqué par l’intensification des pressions environnementales, l’évaluation incomplète de la répartition de la connectivité et de la vulnérabilité des puits de carbone terrestres (sédiments marins, lacustres, tourbe, biomasse terrestre) limite notre capacité à quantifier les services géosystémiques essentiels (mitigation climatique, rétention d’eau). En combinant des traceurs géochimiques et isotopiques, l'analyse d’archives naturelles, la télédétection et la modélisation, cet axe caractérise et prédit l’évolution des réservoirs de carbone et documente les flux et l’enfouissement du carbone à différentes échelles d’espace et de temps. Ces recherches soutiennent les actions visant à optimiser le stockage naturel au sein des géosystèmes et à rendre nos territoires plus résilients dans un contexte de crise climatique.
Thème 1.1 : Répartition spatiale et connectivité des réservoirs de carbone terrestre
Responsable : Nicole Sanderson
Ce thème documente la répartition et la connectivité des stocks de carbone afin de dresser des bilans représentatifs de la capacité réelle des géosystèmes à stocker le carbone à long-terme. Cette connaissance est mise à profit pour améliorer la comptabilisation des services géosystémiques livrés par ces réservoirs à différentes échelles décisionnelles (municipale, nationale, internationale) et est mobilisée en appui aux politiques de conservation et de planification territoriale.
Thème 1.2 : Trajectoires temporelles de la carbonosphère
Responsable : André Pellerin
Ce thème explore l’évolution des réservoirs de la carbonosphère au cours du temps, depuis les temps géologiques profonds jusqu’à aujourd’hui. Il cible les interactions entre les processus qui régissent la mise en place des réservoirs (captation, transport, transfert, accumulation du carbone) et les pressions environnementales et climatiques qui altèrent leur fonctionnement. Cette connaissance permet d’identifier les seuils et rétroactions au sein de la carbonosphère, et d’améliorer le schéma de surface des modèles climatiques utilisés pour prédire l’évolution future des réservoirs de carbone.
Quelques projets de recherche de l'axe 1
Axe 2. Paléoclimats : variabilité des climats d’hier à aujourd’hui, leçons pour demain
Responsable : Jeannine-Marie St-Jacques
Cet axe propose une analyse intégrée des dynamiques climatiques passées et actuelles afin de permettre une meilleure prévisibilité des changements à venir. Il explore le rôle des forçages naturels, anthropiques et des modes fondamentaux générateurs de variabilité et d’extrêmes au sein du système climatique. Il identifie les impacts du climat sur les biogéosystèmes et l’anthroposphère, ainsi que leurs rétroactions, points de bascule et déclencheurs de changements d’état. Il permet la validation et l’amélioration des modèles climatiques globaux et régionaux, qui sont des outils stratégiques pour l’aménagement durable, la réduction des risques et la résilience climatique des territoires.
Thème 2.1 : Analogues passés des changements climatiques en cours
Responsable : Patrick Lajeunesse
Ce thème est dédié à l’analyse de périodes climatiques passées (analogues climatiques, aka climate twins) où les conditions thermiques, hydrologiques océaniques ou atmosphériques (ex. concentrations en GES) sont comparables aux périodes actuelles et à venir. Ces périodes, que l’on retrouve depuis les temps géologiques profonds jusqu’à l’Ère pré-industrielle, servent de repères pour l’adaptation aux changements climatiques.
Thème 2.2 : Causes et prévisibilité de la variabilité climatique
Responsable : Philippe Gachon
Ce thème explore les causes de la variabilité climatique (conditions moyennes et extrêmes) à l’échelle régionale à globale. En cohérence avec les travaux du GIEC, ce thème mobilise des approches de détection et d’attribution novatrices et établit une synergie originale entre l’expertise en reconstitution (archéo)climatique et les approches de pointe en modélisation du climat. Ceci permet de tester la fiabilité des modèles sur des échelles de temps dépassant largement la période instrumentale, de distinguer le rôle des différents forçages (naturels vs anthropiques) et de renforcer la confiance dans les projections futures et leur utilité pour l’adaptation.
Quelques projets de recherche de l'axe 2
Axe 3. L’eau aux interfaces terrestres: réservoirs, connectivité et soutien aux usages durables
Responsable : Janie Masse-Dufresne
Cet axe investigue la dynamique de la ressource en eau, des milieux superficiels jusqu’aux aquifères profonds, en ciblant particulièrement les interfaces critiques de la géosphère (atmosphère-sol, sol-nappe, cryosphère-nappe, magma-eau, ou continental-marin). Il quantifie la connectivité inter-réservoirs et évalue les processus qui contrôlent les flux d’eau, de matière et d’énergie dans un contexte de pressions anthropiques accrues. Le Geotop mobilise des traceurs géochimiques et isotopiques originaux, des données de télédétection et des modélisations de pointe sur des échelles spatio-temporelles allant de la saison au millénaire. Ces connaissances permettent d’estimer les services géosystémiques fournis par l’hydrosphère terrestre en support aux activités humaines (approvisionnement en eau, chaleur et minéraux). Ces recherches constituent des leviers d’action concrets pour orienter la gestion et la préservation de la ressource en eau au sein des territoires.
Thème 3.1 : Connectivité hydrologique et dynamique des transferts entre réservoirs terrestres
Responsable : Emmanuel Dubois
Ce thème explore les mécanismes hydro(géo)logiques qui contrôlent la connectivité entre les différents réservoirs de l’hydrosphère. Il met l’accent sur la quantification des flux d’eau aux interfaces critiques et sur le rôle de ces transferts dans le soutien du continuum hydrogéologique, depuis la tête des bassins jusqu’aux réservoirs en aval. Cette connaissance est essentielle pour établir des bilans hydriques intégrés et anticiper les effets de perturbations locales à plus grande échelle.
Thème 3.2 : Hydrosystèmes en transition : seuils et adaptation
Responsable : Violaine Ponsin
Ce thème examine les pressions exercées par le changement climatique et les activités humaines sur la disponibilité et la qualité de la ressource en eau. Il comprend également le développement de traceurs hydrogéologiques permettant à la fois d’établir le diagnostic des contaminations (in)organiques et d’anticiper l’évolution des trajectoires hydrogéologiques. Cela est essentiel pour établir des seuils au-delà desquels la pérennité de la ressource hydrique est compromise en termes de quantité ou de qualité.
Thème 3.3 : Aquifères profonds : nouvelles ressources pour le futur
Responsable : Daniele Pinti
Ce thème explore le rôle des fluides profonds comme ressource stratégique future en eau, métaux, éléments critiques (hydrogène naturel, hélium) et chaleur. En utilisant des traceurs isotopiques uniques au Geotop (p. ex. les gaz rares) et le développement d’une nouvelle génération d’échantillonneurs en puits, les sources des fluides sont identifiées, leur temps de résidence quantifié, et la connectivité avec les eaux de surface identifiée. Les chercheurs du Geotop peuvent donc fournir des informations cruciales sur la durabilité de ces nouvelles ressources et leur potentiel à soutenir les sociétés humaines dans un contexte de transition énergétique et environnementale.
Quelques projets de recherche de l'axe 3
Axe 4. La géologie comme levier pour l’action territoriale
Responsable : Olivier Caron
Cet axe établit les fondements géoscientifiques nécessaires pour guider l’exploitation responsable des ressources stratégiques, la gestion des risques liés aux aléas physiques, et la planification éclairée des infrastructures dans le contexte de la transition énergétique et écologique. En combinant la cartographie et la modélisation 3D, les nouveaux outils numériques (apprentissage profond, simulateurs numériques), la géochimie, la géophysique et les méthodes de datation qui font du Geotop une référence internationale, cet axe replace la connaissance géologique au cœur de l’action territoriale, au Québec comme à l’international.
Thème 4.1 : Cycle du lithium: de sa source à sa dispersion dans l’environnement
Responsable : Kim Berlo
Ce thème cible la distribution et la concentration du lithium dans la lithosphère (pegmatites, saumures lithinifères, sources géothermales). À travers des études structurales, chronologiques, pétrologiques et géochimiques, le lithium est analysé depuis son origine dans les environnements ignés et métamorphiques, jusqu’à son accumulation dans la croûte et sa dispersion dans l’environnement (poussières et effluents). Ces connaissances forment le socle sur lequel s’appuient les filières responsables pour répondre à la demande mondiale en minéraux critiques, tout en respectant les plus hauts standards environnementaux.
Thème 4.2 : Géologie urbaine : planification des villes et des infrastructures
Responsable : Joshua Davies
Ce thème vise la caractérisation, la cartographie et la modélisation 3D de l’assise et de la structure géologique des centres urbains (socle géologique et dépôts de surface). Cela fournit une information essentielle pour soutenir un urbanisme durable et résilient dans des environnements géologiques, comme celui de Montréal métropolitain, dont la stabilité demeure méconnue. Ces connaissances pourront alimenter la prise de décision entourant l’implantation d’infrastructures majeures associées à la transition verte des villes (par exemple les transports en commun).
Thème 4.3 : Aléas géologiques et environnementaux
Responsable : Magali Rizza
Ce thème met à profit des archives sédimentaires provenant d’environnements divers (lacs, estuaires, fjords, milieux alluviaux, deltas) afin de dresser un historique complet de la fréquence-intensité des géo-aléas naturels (séismes, instabilités de terrain, inondations ) et environnementaux (ex. sédiments contaminés). Ces archives servent à évaluer les impacts liés aux géo-aléas et offrent au Geotop l’opportunité de collaborer avec les autorités afin d’anticiper les risques à venir.
Quelques projets de recherche de l'axe 4