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Pouvoir anticiper les crues de nos rivières grâce à des chercheurs de l'INRS

9 avril 2013



En 2011, la rivière Richelieu sortait de son lit et ravageait plusieurs municipalités riveraines en Montérégie. Aujourd'hui des chercheurs de l'INRS mettent au point un système d’alertes qui permettrait d’anticiper ce type de crues. Ils tentent de prévoir comment un cours d’eau pourrait se comporter sous l’influence de certains facteurs physiques comme les variations de température, le débit ou l’accumulation de sédiments.

 


Source :   Université INRS | PlanèteINRS.ca | Par Christiane Dupont 

 

Ce n’est pas tous les jours qu’un scientifique a la chance de contribuer à définir une nouvelle discipline. C’est pourtant ce qui est arrivé à André St-Hilaire, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS et à son associée de recherche Anik Daigle, astrophysicienne et enseignante au cégep Garneau, à Québec. L’hydrologie environnementale, située à la frontière de la physique et de la biologie et intégrant des notions de mathématiques, d’ingénierie et de géographie, est encore toute jeune. En permettant aux gestionnaires de minimiser l’impact de leurs constructions sur les cours d’eau, entre autres apports à la protection des écosystèmes, cette science fournira des modèles à suivre pour les décennies à venir.

L’hydrologie, c’est la science qui s’intéresse à la circulation de l’eau dans l’atmosphère, sur la surface terrestre et dans son sous-sol. Lorsqu’on y ajoute l’adjectif «  environnementale », la discipline intègre la préoccupation de fournir des outils concrets pour mieux prévoir et comprendre les interactions entre l’humain et l’écosystème aquatique, en considérant des variables physiques (température de l’eau – la thermie –, débit, sédiments) qui affectent le vivant (la faune, la flore), d’où l’importance d’une certaine compréhension de la biologie. C’est d’ailleurs dans un chapitre de l’Encyclopedia of Environmentrics qu’on peut désormais lire une définition complète de l’hydrologie environnementale, rédigée par André St-Hilaire, Anik Daigle et le chercheur Daniel Caissie de Pêches et Océans Canada.

Une collaboration hors de l’ordinaire

Au sein de l’équipe multidisciplinaire composée de nombreux étudiants de maîtrise et de doctorat en sciences de l’eau d’André St-Hilaire, l’associée de recherche Anik Daigle, qui collabore aussi avec le professeur Normand Bergeron du Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, fait un peu figure d’électron libre. Son rare profil d’astrophysicienne, de chercheure et d’enseignante au niveau collégial fait d’elle une valeur précieuse pour l’équipe. L’astrophysique? L’étude de l’univers peut sembler bien loin de l’hydrologie, mais il s’avère que plusieurs outils mathématiques de prévision maîtrisés par Anik Daigle sont transférables aux recherches plus « terre à terre » de l’équipe. En plus de fournir des exemples concrets de problématiques pour les cours de physique au collégial, cette collaboration unique permet chaque été à un étudiant du cégep de participer à un stage d’initiation aux sciences de l’eau à l’INRS et, peut-être, d’éveiller une vocation.

Installation de jauges thermographeInstallation d'un canal de jaugage dans une tourbière

Il vaut mieux prévenir que guérir

La simulation informatique, qui permet de se projeter dans le futur en élaborant divers scénarios, est un incontournable pour prévoir comment un cours d’eau pourrait se comporter sous l’influence de certains facteurs physiques comme les variations de température, le débit ou l’accumulation de sédiments. Prenons pour exemple la rivière Richelieu, en Montérégie, qui, en 2011, sortait de son lit et ravageait les municipalités riveraines de Saint-Jean-sur-Richelieu, Venise-en-Québec, Noyan, Henryville, Saint-Paul-de-l’Île-aux-Noix et Sainte-Anne-de-Sabrevois. Christian Saad, inscrit à la maîtrise, travaille justement sur un projet de modélisation des débits pouvant aider à concevoir un système d’alertes qui permettrait d’anticiper les crues. Dans un même ordre d’idées, les doctorantes Deepti Joshi et Alida Thiombiano tentent respectivement de construire des scénarios d’évolution des étiages (faibles débits) et des crues extrêmes sur les rivières pouvant être modulées par les changements climatiques. « Le projet doctoral de Julien Mocq est un bel exemple où la biologie et la physique se côtoient, raconte André St-Hilaire, car il cherche à modéliser la préférence d’habitat du saumon pour en faire un outil transférable à plusieurs cours d’eau. » En effet, les modèles reflétant les endroits préférés des saumons dans une rivière, là où l’eau est plus fraîche, ne peuvent souvent pas être transférés à une autre rivière. Cette innovation permettra d’évaluer plus rapidement le potentiel d’habitat d’un grand nombre de cours d’eau.

Des rivières dans l’eau chaude

L’approche d’André St-Hilaire se distingue par sa composante « terrain » plus importante qu’en hydrologie statistique « classique », où plusieurs étudiants ne fouleront peut-être jamais leur site d’étude. Ne suscitant l’intérêt des chercheurs que depuis une dizaine d’années, l’étude de la température des cours d’eau, un pan majeur des recherches en hydrologie environnementale, nécessite l’installation d’appareils sophistiqués tels que des capteurs de température et mini-stations météorologiques et fournit des informations qui étaient auparavant inaccessibles. Grâce à ces instruments, la récente finissante au doctorat Valérie Ouellet a ainsi pu donner une explication plausible de la cause du décès de plus de 25 000 carpes au lac St-Pierre, renflement du fleuve St-Laurent près de Trois-Rivières et réserve de la biosphère de l’UNESCO : « Elles sont mortes à la suite de grandes chaleurs en 2001, et la température est l’un des déclencheurs de cette mortalité », rappelle André St-Hilaire, qui est également président de l’Association canadienne des ressources hydriques (ACRH). Une connaissance approfondie de la thermie d’une rivière ne fait pas qu’outiller les gestionnaires pour préserver l’habitat des poissons : elle permet également d’évaluer l’impact de constructions gigantesques comme les barrages. Ainsi, les projets de la doctorante Audrey Maheux et de l’étudiante à la maîtrise Laurie Beaupré fourniront des données et des méthodes utiles pour évaluer les changements de température de l’eau des rivières associés aux constructions de ce type.

Capture de carpes dans la baie Lavallière au lac Saint-PierreObservation de poissons dans la rivière Beaupré

L’étude des sédiments, ces fines particules minérales ou organiques, implique aussi des campagnes de terrain et, comme le mentionne l’hydrologue, « ça demande plus de logistique, mais c’est plus stimulant pour l’étudiant, qui connaît alors mieux le site à l’étude ». Dans le cas du port de Saint-Jean, au Nouveau-Brunswick, qui souffre d’une accumulation de sédiments charriés entre autres par le fleuve Saint-Jean, des sondes spécialisées ont été installées dans le cours d’eau. Les résultats de la maîtrise de Sébastien Ouellet-Proulx permettront aux autorités portuaires de mieux budgéter leurs dépenses pour la coûteuse manœuvre du dragage des sédiments et protégeront la faune côtière des risques associés à une charge sédimentaire importante (par exemple, l’étouffement de certains mollusques). Quant à l’associée de recherche Julie Corriveau, qui travaille en partenariat avec l’UQAT, elle tente aussi de solutionner cette problématique, mais cette fois dans de petits cours d’eau en Abitibi. Là-bas, les sédiments proviennent des forêts tourbeuses ayant subi  des coupes forestières et des traitements du sol pour la régénérescence des arbres. En trop grande concentration, les fines particules colmatent les frayères de certaines espèces de poissons, par exemple les truites et les saumons, bouleversant la reproduction de ces espèces.

Bien qu’il soit évident qu’on ne se préoccupera jamais trop de nos ressources naturelles au XXIesiècle, certaines lois sur les pêches et les eaux navigables ont été édulcorées par le gouvernement canadien. « Avec les instances gouvernementales qui se désengagent de la protection des rivières et des plans d’eau, on se rend compte à quel point les méthodes d’analyse et de modélisation qu’on développe vont devenir précieuses pour les gestionnaires. Les moyens législatifs et matériels se faisant plus rares, le travail accompli vaut vraiment son pesant d’or », conclut André St-Hilaire. ?

Photo d'équipe

Au premier plan, agenouillée : Deepti Joshi
Assise sur la première marche : Julie Corriveau
Assises sur la deuxième marche : Valérie Ouellet, Laurie Beaupré et Anik Daigle
Debouts, à gauche : Audrey Maheu et Christian Saad
Assis sur la troisième marche : Julien Mocq et Sébastien Ouellet-Proulx
Assis, à droite de la photo : André St-Hilaire


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