Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La sédimentation des particules contenues dans les eaux de ruissellement est reconnue comme étant le phénomène le plus important pour l'amélioration de la qualité de l'eau en bassin de rétention avant son rejet au milieu récepteur. Ce projet de maîtrise vise à apporter des éléments clés dans sa compréhension. L'objectif est de mettre en place un protocole de mesure de vitesses de chute adapté aux besoins du projet. La combinaison de ces vitesses à l'évaluation de la distribution de la taille des particules fournira des informations sur l'influence des temps de rétention en bassin autant du point de vue qualité de l'eau que sur le gain en termes de décantation physique des particules. L'objectif est donc d'obtenir des résultats décrivant les vitesses de chute des particules contenues dans les eaux de ruissellement et les diamètres de ces particules. Un protocole devra aussi être élaboré afin de mesurer cette dernière caractéristique. D'un point de vue gestion du bassin, il y a aussi un objectif visant à mettre en lumière l'existence ou non de relations entre le type d'événement pluvieux et les vitesses de chute enregistrées. À l'été 2008 et 2009, des campagnes de mesures ont été menées afin de récolter des données sur la qualité des eaux de ruissellement dans une zone résidentielle typique de Québec et des eaux à l'intérieur du bassin. L'évaluation des différents protocoles existants permettant de mesurer la vitesse de sédimentation a mené à l'emploi du protocole ViCAs élaboré à Lyon en France. Les résultats obtenus à partir du ViCAs ont permis de fractionner sous différentes classes de vitesse de chute les échantillons composites récupérés à l'entrée et à la sortie du bassin de rétention étudié. Les proportions de chaque classe varient grandement d'un événement à l'autre. Leur mise en relation avec les caractéristiques des événements pluvieux ayant généré ces eaux de ruissellement a permis de conclure que les vitesses de chute sont proportionnelles à l'intensité de pluie maximale, à la hauteur de précipitation et au volume ruisselé. La durée de l'événement a aussi un effet notable, mais non linéaire. Les essais sur le terrain combinés à ceux du laboratoire permettent de croire qu'une période de décantation de deux jours et demi entraîne l'enlèvement maximal atteignable des matières en suspension. Par contre, la comparaison des mesures de distribution de taille de particules, effectuées sur les échantillons composites des eaux de ruissellement, avec les distributions de vitesses de chute n'a pu mener à des conclusions. Il ne semble pas possible de faire un lien direct entre ces deux variables.

Pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières en temps de pluie, le développement de règles de contrôle en temps réel de vannes placées à la sortie de bassins d’orage demande une analyse à long terme de différentes options, intégrant la prévision météorologique, la qualité de l’eau de la rivière à l’amont du rejet, le débit de la rivière et la qualité de l’eau dans le bassin d’orage, pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières. Pour cela, l’idéal est de tester ces règles à l’aide d’un modèle intégré du système « bassin versant – bassin d’orage – rivière ». Pour pouvoir faire des simulations à long terme, il faut un modèle de bassin d’orage rapide, qui permette de simuler la qualité de l’eau dans le bassin de façon précise quelles que soient les conditions d’exploitation. L’objet de cette thèse de doctorat a été de développer ce modèle de bassin d’orage. Ce modèle se base sur le principe de couches complètement mélangées superposées permettant de créer un gradient de concentrations pour représenter des phénomènes locaux tel que la pénétration de la lumière influençant la mortalité des pathogènes. Il se base également sur la définition de plusieurs classes de particules caractérisées par leurs vitesses de sédimentation, ces dernières étant déterminées expérimentalement à l’aide de tests ViCAs. Il incorpore également des polluants associés aux particules. L’élément de base, nommé cellule, est défini par une surface et une hauteur maximale au-delà de laquelle il y a débordement. Chaque cellule possède un volume d’eau variable dans le temps, divisé en plusieurs couches superposées, et d’une couche de sédiment de volume constant dans le temps. Pour reproduire le volume d’un bassin d’étude, il est nécessaire de connecter plusieurs cellules les unes avec les autres. Ces connexions se font alors couche à couche ayant comme conditions que les niveaux d’eau de toutes les cellules soient à la même hauteur. Un modèle théorique d’évolution des concentrations en pathogènes incluant des processus complexes comme la croissance, l’adsorption sur les particules et la désinfection par la lumière a également été développé. Le calage du modèle a nécessité la collecte de données expérimentales; des campagnes de mesure ont été effectuées lors des étés 2008, 2009 et 2010 sur le bassin Chauveau de l’arrondissement des Rivières de la ville de Québec. Dans un premier temps, l’efficacité du bassin dans son fonctionnement actuel a été déterminée. Une efficacité moyenne d’épuration de 39% sur les matières en suspension (MeS), de 10% sur l’azote ammoniacal et de 20 % sur le zinc a été mise en évidence. Dans un deuxième temps, la sortie du bassin a été fermée à l’aide d’une structure de bois avec une porte guillotine permettant la rétention de l’eau pendant des durées variables. Cette deuxième configuration du bassin a permis d’améliorer l’efficacité du bassin de façon très importante pour les MeS (90%), l’azote ammoniacal (84%) et le zinc (42%). Des prélèvements ponctuels ont également été faits à l’intérieur du bassin, révélant une hétérogénéité des mesures en MeS entre la zone proche de l’entrée et la zone proche de la sortie, durant les 20 premières heures d’emmagasinement. Le modèle a montré sa capacité à reproduire le comportement de la concentration en matières en suspension à l’aide de 3 classes de particules associées à des vitesses de sédimentation de 80, 2 et 0.1 m/d. La représentation hydraulique du modèle a nécessité l’emploi de 5 cellules pour recréer l’hétérogénéité spatiale révélée par les campagnes d’échantillonnage. Finalement, une fonction de débit de resuspension a permis de modéliser les concentrations à la sortie du bassin d’orage. La validation a confirmé les bonnes performances du modèle pour l’hydraulique et la prédiction des matières en suspension en sortie de bassin. Elle a néanmoins révélé plusieurs points qui nécessiteraient des recherches plus approfondies : la définition du débit de resuspension des sédiments, la détermination de la masse initiale de sédiments dans le bassin, la possibilité d’utiliser plus de cellules pour mieux représenter le comportement hydraulique et l’intérêt de collecter des analyses ViCAs associés à chaque phase du pollutogramme de la pluie (début, pic de débit et fin). Avec ce modèle, les stratégies de gestion en temps réel de la vanne de sortie des bassins d’orage peuvent maintenant être déterminées. / The development of real-time control rules of sluice gates located at a stormwater basin outlet requires testing various options, taking in account weather forecasts, water quality of the upstream river, river flow and water quality in the stormwater basin, by using long-term simulations to allow improved ecohydraulics of rivers. To do so, these rules have to be tested by using an integrated “watershed - storm basin – river” system. In order to perform long-term simulations, a stormwater basin model with small computation time is needed, which simulates the water quality in the basin accurately in function of imposed operating conditions. The purpose of this thesis was to develop such stormwater basin model. The developed model is based on superimposed homogeneous layers creating a concentration gradient to represent local phenomena such as light penetration affecting the mortality of pathogens. It is also based on the definition of several particle classes characterized by their settling velocities; the latter being determined experimentally using ViCAs tests. It also includes pollutants associated with particles. The basic unit, called cell, is defined by a surface and a maximum height above which water overflows. Each cell has a time-variable water volume, divided into several layers and a constant volume sediment layer. To reproduce spatial heterogeneity of an experimental stormwater basin, it is necessary to connect several cells. Connections are then done layer by layer with the condition that the water levels of all cells are at the same water height. A theoretical model describing the concentrations of pathogens, including complex processes such as growth, adsorption on particles and light disinfection has also been developed The calibration of the model required experimental data which were collected by sampling in the summers of 2008, 2009 and 2010 on the basin Chauveau in the “des Rivières” district of Quebec City. First, the efficiency of the basin in its current operation was determined. An average removal efficiency of 39% for total suspended solids (TSS), 10% for ammonia and 20% for zinc was revealed. In a second step, the stormwater basin outlet was closed with a wooden structure equipped with a guillotine door to retain the water for varying periods of time. The second configuration of the basin significantly improved the efficiency of the basin for TSS (90%), ammonia (84%) and zinc (42%). Samples were also collected within the basin, revealing heterogeneity in TSS measurements between the area near the inlet and the area near the outlet for the first 20 hours of storage. The model showed its ability to adequately reproduce the behavior of the TSS concentrations using three particle classes defined by settling velocities of 80, 2 and 0.1 m/d. For the hydraulics, five cells were required to recreate the spatial heterogeneity revealed by the sampling campaigns. Finally, the addition of a resuspension flowrate was needed to model the increased outlet TSS concentrations at the end of emptying. The validation confirmed the good performance of the model for the hydraulics and the prediction of outlet TSS concentration. It has also revealed several points that require further research: the definition of the sediment resuspension flowrate, determination of the initial mass of sediments in the stormwater basin, the possibility of using more cells to better represent the hydraulics and the interest of running ViCAs tests associated with each phase of the runoff (the beginning, the flow peak and the end). With this model, real-time control strategies for the outlet valve can now be tested.

Pour plusieurs grandes villes nord-américaines et européennes possédant un réseau unitaire, les bassins de rétention sont devenus un moyen courant pour diminuer les rejets polluants aux cours d'eau récepteurs et pour régulariser les charges hydrauliques arrivant à la station en temps de pluie. Cependant, des études démontrent que la vidange des réservoirs a un effet négatif sur le procédé de traitement des stations d'épuration. Cette étude vise deux objectifs: (1) caractériser les eaux unitaires à l' entrée et lors de la vidange d'un réservoir de rétention par temps de pluie pour deux paramètres principaux: matières en suspension (MES) et demande chimique en oxygène (DCO) et (2) évaluer des bilans massiques de polluant à l'entrée et à la sortie d'un bassin de rétention pour estimer l'impact sur la station d'épuration des eaux usées. Pour ce faire, une campagne d'échantillonnage dans laquelle la récolte et l'analyse des eaux unitaires à l'entrée et la sortie ont eu lieu dans un réservoir de rétention utilisant un système de vidange par pompage a été réalisée. Les analyses ont démontré une grande variabilité des eaux unitaires dans le réservoir. Ensuite, on a observé que les particules semblent décanter rapidement, car on les retrouve en grandes quantités lors des premières 30 minutes de la vidange par pompage. Finalement, les bilans de masse réalisés démontrent que les réservoirs de rétention emmagasinent une importante quantité de matières, permettant d'éviter d'importantes contaminations des cours d'eau lors d'événements pluvieux. Lors de la première heure de vidange du réservoir, en moyenne 45% de la totalité des MES est envoyé à la station d'épuration des eaux usées.

Les bassins de rétention, infrastructures vertes servant à recueillir les eaux de ruissellement, sont de plus en plus utilisés dans la gestion des eaux pluviales le long des grands axes routiers. Or, la colonisation végétale associée à ces structures a été peu étudiée. Dans un contexte de forte diminution des superficies occupées par les milieux humides, la contribution de ces bassins au maintien de la diversité végétale associée aux milieux humides est d'un grand intérêt. L'objectif de l'étude est de comparer la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés végétales établies dans les bassins de rétention à celles d'écosystèmes de référence et d'évaluer l'influence de divers facteurs environnementaux locaux et régionaux sur la composition spécifique de ces communautés. Pour ce faire, 20 bassins de rétention autoroutiers localisés le long de quatre autoroutes du Québec ont été inventoriés et comparés à 40 milieux humides de référence, dont 20 étaient situés près d'une route et 20 autres à plus de 50 mètres d'une route. L'étude révèle que la composition spécifique différait grandement entre les bassins de rétention et les milieux humides de référence. Les bassins de rétention présentaient une richesse spécifique légèrement supérieure aux milieux humides de référence, alors que ces derniers avaient une diversité bêta nettement plus grande. L'inclinaison de la pente des berges ainsi que le pH et la conductivité de l'eau étaient plus élevés dans les bassins de rétention et ceux-ci présentaient une richesse fonctionnelle plus élevée, mais une divergence fonctionnelle plus faible que les milieux humides de référence. Nos résultats suggèrent que les bassins de rétention peuvent contribuer à la diversité végétale des milieux humides, mais leur apport est limité. Il est probable que cette contribution puisse être améliorée en modifiant les approches d'aménagement lors de leur conception. / Stormwater ponds, basins designed to collect surface flow water, are increasingly used for water management along the highways. However, few studies have been conducted on plant colonization in these green infrastructures. In a context where road development can lead to wetlands losses, assessing the ecological value of stormwater ponds is of great interest. This project aims to compare the taxonomic and functional diversity of plant communities established in stormwater ponds with the one found in reference wetlands and evaluate the effect of various local and environmental factors on those communities. Twenty stormwater ponds located along side four highways in the province of Quebec were surveyed and compared to 60 reference wetlands located in the same region, 20 of which along side a pavedroad and 20 others at more than 50 meters of a paved road. Our results show that species composition differed significantly between stormwater ponds and reference wetlands. Specific richness was slightly higher in stormwater ponds, but beta diversity was much higher in reference wetlands. The slope and water pH conductivity were all higher in stormwater ponds. Functional richness was higher in stormwater ponds, while functional divergence was lower. Our results suggest that stormwater ponds somewhat promote wetland plant diversity, but their contribution seems limited. However, modifications in their layout would likely enhance their ecological qualities.

Ce projet de maîtrise a comme objectif de caractériser le ruissellement urbain pour un quartier résidentiel de la région de Québec. Un bassin d'orage a été sélectionné dans un quartier résidentiel nouvellement construit et une campagne d'échantillonnage de l'eau de ruissellement a été conduite à l'entrée et la sortie du bassin d'orage existant. L'ouvrage de sortie de ce bassin d'orage a ensuite été modifié pour y augmenter le temps de rétention et en évaluer l'effet sur l'enlèvement de polluants. Il a été trouvé que l'eau de ruissellement présentait des concentrations en polluants, tels les matières en suspension (MeS), métaux lourds et azote ammoniacal, semblables à celles trouvées dans la littérature. Les concentrations plus importantes sont relevées au printemps lors des premiers lessivages de rue après l'hiver. Le bassin d'orage original, ou bassin de rétention, a démontré une efficacité d'enlèvement moyenne de 56% pour les MeS, 20 % pour le zinc et 10 % pour l'azote ammoniacal. Son adaptation a permis de grandement augmenter ces efficacités d'enlèvement. Celles-ci ont atteint 82% pour les MeS, 42% pour le zinc et 84% pour l'azote ammoniacal. L'augmentation du temps de rétention du bassin d'orage permet donc d'améliorer considérablement l'enlèvement des polluants présents dans le ruissellement urbain avant qu'ils n'atteignent le milieu récepteur et permettrait donc d'améliorer la qualité de l'eau des cours d'eau en milieu urbain.

Les bassins de rétention sans plan d'eau permanent (bassins "secs") sont largement répandus pour diminuer les aspects négatifs du ruissellement urbain sur le milieu récepteur. À l'heure actuelle, de tels bassins sont conçus avec un contrôle statique, ce qui signifie que leur fonctionnement est seulement basé sur une limitation de leur débit maximal de sortie. Le Contrôle en Temps Réel (CTR) du degré d'ouverture de leur vanne de sortie permettrait d'améliorer leurs performances.
 Le travail présenté ici a notamment permis le développement de scénarios de CTR d'un bassin de rétention sec situé à l'exutoire d'une petite zone urbaine (3.5 km2) sur le territoire de la Ville de Québec, au Canada. Le ruissellement et sa concentration en Matières En Suspension (MES) ont été simulés par le modèle SWMM5, dans lequel la formulation du lessivage de surface a été améliorée dans le cadre de ce travail. Les stratégies de gestion en temps réel proposées utilisent comme information les données du réseau pluviométrique, la mesure de la hauteur d'eau dans le bassin de rétention et, dans certains des scénarios, des prévisions météorologiques. 
 Les prévisions de pluie peuvent en effet s'avérer intéressantes pour une large gamme d'utilisateurs, comme ceux impliqués dans la prévention des crues, et la gestion de l'eau de manière générale, puisqu'elles permettent une certaine anticipation du comportement du système. Les prévisions de pluie d'ensemble fournissent de plus une description explicite et dynamique de l'incertitude liée à la prévision. Cependant, de telles prévisions sont à l'heure actuelle disponibles à des échelles trop grandes pour être directement compatibles avec des modèles hydrologiques mis en œuvre sur de petits bassins versants. 
 Cette thèse de doctorat s'est donc de plus penchée sur la désagrégation spatiale du système de prévision d'ensemble Canadien, afin de rendre les prévisions d'ensemble de pluie plus appropriées à l'échelle du petit bassin urbain pour lequel des règles de CTR du bassin de rétention ont été élaborées. Pour cela, diverses variantes de la méthode statistique de désagrégation spatiale proposée par Perica et Foufoula-Georgiou (1996b) ont été comparées, pour faire passer les prévisions d'ensemble globales de pluie (émises par Environnement Canada) d'une résolution de 100 km par 70 km à celle de 6 km par 4 km. Cette technique permet d'augmenter la variance des hauteurs de pluie prévues à l'intérieur d'un pixel original lors de la désagrégation, tout en préservant la valeur moyenne initialement prévue pour la pluie sur ce pixel. Ces prévisions d'ensemble de pluie ont été émises par le système de prévision d'ensemble global Canadien, dans sa forme opérationnelle en 2009. La méthode statistique de Skaugen (2002) a également été appliquée à ces prévisions, et a mené à la production de prévisions d'ensemble ayant une résolution de 10 km par 7 km. Pour comparaison, des méthodes plus simples comme celle de l'interpolation bilinéaire, ont aussi été appliquées. Cette dernière permet le raffinement des prévisions globales de pluie sans augmenter la variance des hauteurs de pluie lors du processus de raffinement spatial.
 Les produits météorologiques désagrégés ont été évalués d'un point de vue météorologique et hydrologique, en utilisant différents scores et diagrammes. Pour l'évaluation météorologique, neuf jours présentant d'importants évènements de précipitation ont été utilisés pour comparer les hauteurs de pluie prévues à celles observées par le réseau de pluviomètres de la ville de Québec.
 Des prévisions hydrologiques d'ensemble avec un pas de temps compris entre 3 et 24 heures ont été mises en œuvre sur une période de 3 mois, avec les prévisions d'ensemble originales et celles issues de la désagrégation. Cette chaîne de prévision hydro-météorologique opérationnelle a été élaborée en utilisant les modèles GR4J et SWMM5. Ces modèles ont été mis en œuvre sur 4 bassins situés dans la région de Québec, avec une taille comprise entre 5 et 350 km2. L'évaluation hydrologique s'est basée sur la comparaison des débits prévus avec ceux observés.
 Les résultats obtenus avec la méthode de Skaugen (2002) ne se sont pas révélés aussi intéressants que ceux basés sur la technique de Perica et Foufoula-Georgiou (1996b). Avec cette dernière, les conclusions principales de ce travail de thèse sont: 1) la qualité globale des prévisions est préservée lors du processus de raffinement, et 2) les produits désagrégés par cette méthode qui permet d'augmenter la variance des hauteurs de pluie présentent une qualité similaire à celle des produits désagrégés par la méthode de l'interpolation bilinéaire. En revanche, la variance et la dispersion des différents membres des prévisions d'ensemble se sont avérées largement améliorées pour les produits désagrégés par la méthode de Perica et Foufoula-Georgiou (1996b), ce qui représente un avantage considérable comparativement à la méthode de l'interpolation bilinéaire.
 Ces résultats ont été confirmés du point de vue hydrologique. Par conséquent, il est avancé à l'issue de ces travaux de doctorat que la méthode de désagrégation statistique de Perica and Foufoula-Georgiou (1996b) représente une manière intéressante pour réduire le problème d'incompatibilité existant entre les résolutions des modèles météorologiques globaux et le haut degré de précision parfois requis dans la représentation spatiale des champs de précipitation par les modèles hydrologiques semi-distribués et par ceux montés sur de petits bassins versants. 
 Les stratégies de CTR mises en place pour le bassin de rétention sec étudié ici ont permis une amélioration significative de ses performances - l'efficacité d'enlèvement des MES est passée de 46 à 90% - tout en restant sécuritaire (du point de vue du risque de débordement) et en prenant en compte une contrainte liée au risque de prolifération de moustiques. Cependant, les prévisions de pluie désagrégées ne se sont pas révélées supérieures aux prévisions originales du modèle d'ensemble global Canadien, dans ce contexte spécifique de gestion en temps réel. Les différentes prévisions considérées ont en effet mené à des résultats similaires pour les performances de ce bassin de rétention soumis à des règles de CTR.
 / Dry detention ponds are commonly implemented to mitigate the impacts of urban runoff on receiving water bodies. They currently rely on static control through a fixed limitation of their maximum outflow rate. Real-Time Control (RTC) allows optimizing their performance by manipulation of an outlet valve.
 This thesis developed several enhanced RTC scenarios of a dry detention pond located at the outlet of a small (3.5 km2) urban catchment near Québec City, Canada. The catchment's runoff quantity and Total Suspended Solids' (TSS) concentration were simulated by the SWMM5 model with an improved wash-off formulation. The control procedures rely on rain gauge data, on measures of the pond's water height, and, in some of the RTC scenarios, on rainfall forecasts.
 Rainfall forecasts are indeed valuable to a wide variety of end users in the field of flood risk assessment and water management, as they allow some anticipation of the behaviour of the system under consideration. Ensemble rainfall forecasts thus provide an explicit and dynamic assessment of the uncertainty in the forecast. However, for hydrological forecasting, their low resolution currently limits their use to large watersheds. 
 Therefore, this thesis explores rendering the Canadian Ensemble Prediction System's (EPS's) rainfall forecasts more appropriate for hydrological modeling of such a small urban catchment as the one studied here. To bridge this spatial gap, various implementations of the spatial statistical downscaling method proposed by Perica and Foufoula-Georgiou (1996b) were compared, bringing Environment Canada's (EC's) global Ensemble Rainfall Forecasts (ERFs) from a 100-km by 70-km resolution down to 6-km by 4-km, while increasing each pixel's rainfall variance and preserving its original mean. These ERFs were issued by the Canadian Global Ensemble Prediction System (GEPS) in its 2009 operational version. The statistical downscaling method of Skaugen (2002) was also applied to these ERFs, producing rainfall fields with a resolution of 10 km by 7 km. For comparison purposes, simpler methods were also implemented such as the bi-linear interpolation, which disaggregates global forecasts without modifying their variance.
 The downscaled meteorological products were evaluated, using different scores and diagrams, from both a meteorological and a hydrological view points. The rainfall forecasts were compared against nine days (presenting strong precipitation events) of observed values taken from Québec City's rain gauge database. 
 Ensemble Hydrologic Forecasts (EHFs) with a time step of 3 and 24 hours were performed over a 3-month period for the original and disaggregated rainfall forecasts. This hydro-meteorological operational forecasting chain was conducted using hydrological models GR4J, a modified version of GR4J, and SWMM5. These models were implemented on four catchments ranging between 5 and 350 km2, and located in the Québec City region. The hydrological evaluation was based on the comparison of forecasted flows to the observed ones.
 Results obtained with the method of Skaugen (2002) were not as interesting as those based on the technique of Perica and Foufoula-Georgiou (1996b). This is due to the fact that with the method of Skaugen (2002), the final rainfall field corresponds to the average of ten downscaled fields, what tends to dampen the variance added through the disaggregation process. For the technique of Perica and Foufoula-Georgiou (1996b), the most important conclusions are: 1) the overall quality of the forecasts is preserved during the disaggregation procedure and 2) the disaggregated products using the variance-enhancing method are of similar quality than bi-linear interpolation products. However, variance and dispersion of the different members are, of course, much improved for the variance-enhanced products, compared to the bi-linear interpolation, which is a decisive advantage. 
 These results were confirmed by the hydrological evaluation. The disaggregation technique of Perica and Foufoula-Georgiou (1996b) hence represents an interesting way of bridging the gap between the resolution of meteorological models and the high degree of spatial precision sometimes required (in the precipitation representation) by semi-distributed hydrological models and by models built on small watersheds.
 RTC strategies of the studied dry pond allowed for a substantial improvement of the performance compared to those with its current static control– the TSS removal efficiency increased from 46 to about 90% - while remaining safe and taking a mosquito-breeding risk constraint into account. However, the downscaled rainfall forecasts were not superior to the original ones (issued by the Canadian GEPS) in this context, as they led to the same performance for the RTC scenarios relying on rainfall forecasts.


L’objectif de ce projet est d’évaluer la performance du contrôle en temps réel (CTR) des bassins d’orage comme mesure d’adaptation aux changements climatiques. Le contrôle en temps réel permet de faire la gestion des eaux de ruissellement à l’aide de règles de contrôle réactif, qui considèrent l’état en différents points du réseau, et de règles de contrôle prédictif, qui considèrent les prévisions météorologiques dans la prise de décision. Le contrôle de l’orifice de sortie de l’ouvrage de stockage permet donc de limiter le choc hydraulique au cours d’eau récepteur, par la réduction et le décalage des débits de pointe, en plus de faire le traitement qualitatif par la rétention prolongée, qui permet la sédimentation des particules dans l’eau. Le CTR peut également permettre, selon la localisation adéquate de l’ouvrage contrôlé, de réduire la charge hydraulique dans les collecteurs en aval en retenant les volumes de ruissellement en temps de pluie, ce qui limite l’impact de l’augmentation des précipitations et du développement des municipalités en périphérie des centres-villes sur le réseau de conduites pluviales. Une stratégie de contrôle a été établie en fonction de la configuration des trois cas d’étude et des simulations en climat futur ont permis de démontrer que le CTR permet d’adapter un réseau de différentes façons. Le CTR d’un bassin d’orage en fin de réseau permet de décaler et limiter les débits de pointe en plus d’augmenter le temps de rétention de façon à réduire la charge en polluants dans les eaux pluviales. Pour un ouvrage de très grande dimension, le CTR réactif est suffisant pour faire la gestion de tous les événements fréquents sans causer de débordement de l’ouvrage de stockage. Pour une municipalité qui a peu d’espace en surface en fin de réseau, le CTR prédictif de conduites surdimensionnées réduit et décale les débits de pointe rejetés, ce qui permet l’ajout d’un ouvrage de traitement qualitatif. Toutefois, puisque l’espace est souvent limité dans les secteurs au centre-ville, en bordure des cours d’eau récepteur, la localisation stratégique des ouvrages contrôlés à l’amont est une solution alternative intéressante. Cette stratégie de contrôle permet non seulement de limiter le choc hydraulique au cours d’eau récepteur de la même manière qu’un CTR en fin de réseau, mais décale le ruissellement des développements en amont vers le collecteur principal, ce qui permet à une municipalité de pouvoir continuer à se développer en périphérie du centre-ville sans avoir à augmenter la capacité du réseau en aval. En résumé, le CTR permet à une municipalité d’adapter son réseau, peu importe sa configuration, de façon à faire face aux changements climatiques.

Les réservoirs de rétention sont un moyen actuel pour diminuer les rejets de polluants dans le cours d'eau récepteur lors de débordements de réseaux unitaires en temps de pluie. Cependant, des études démontrent que la vidange des réservoirs peut avoir un effet négatif sur les procédés de traitement des stations d'épuration (STEP). Ainsi, cette étude a pour but de (1) caractériser les eaux de vidange d'un réservoir de rétention et (2) évaluer l'impact des vidanges sur l'affluent de la station d'épuration. L'étude est basée sur le cas de la ville de Québec. Celle-ci a fait construire au cours des dernières années une dizaine de réservoirs de rétention sur le bassin versant de 15 km2 de sa station Est, et qui comporte 50% de conduites unitaires. Pour la caractérisation, un bassin de rétention a été échantillonné en 2009 et en 2010. Des échantillons ont été récoltés sur les eaux vidangées du réservoir de rétention hors-ligne ainsi qu'à l'affluent de la STEP Est de la ville de Québec. Par la suite, des analyses de la teneur en matières en suspension (MES) et dé la demande chimique en oxygène (DCO) ont été réalisées. Le logiciel SWMM5 a été utilisé pour simuler le parcours des eaux au sein du réseau d'interception et l'impact que peuvent avoir les vidanges des 10 bassins sur la qualité de l'eau envoyée à la station. Les résultats de la caractérisation montrent une grande variabilité de la qualité des eaux lors de la vidange. Trois différentes phases peuvent généralement être identifiées : début (concentration en MES élevée ~ 1500 mg/1), milieu (70 mg/1) et fin (500 mg/1). En fonction de la masse totale en MES retenue et retournée vers la station, ces phases correspondent environ à 10%, 70% et 20% respectivement pour le début, le milieu et la fin. L'utilisation de SWMM a montré que, dépendamment du temps de parcours du réseau et de la qualité d'eau vidangée, les impacts sur la qualité de l'affluent de la station d'épuration sont très variables, allant de phases de dilution à des phases d'augmentation de la concentration en polluants.

La restauration et la création de milieux humides sont des stratégies envisagées comme mesures de compensation à la perte de milieux humides naturels. Dans ce contexte, la création de bassins de rétention d'eaux pluviales lors de construction de routes figure parmi ces méthodes potentielles de compensation. L'objectif de mon projet était de quantifier l'utilisation de bassins de rétention par les amphibiens, en comparaison avec des milieux humides de référence. Ces bassins permettent la rétention des eaux de ruissellement provenant de surfaces imperméables qui sont chargées en polluants. Nous avons émis l'hypothèse que les amphibiens utilisent davantage les milieux humides éloignés que les milieux humides près des routes et qu'à distance égale à la route, ils utilisent davantage les milieux humides naturels que les bassins de rétention. Nous avons évalué la présence d'adultes à l'aide de points d'écoute de chants d'anoures et le succès reproducteur à l'aide de décomptes de masses d'œufs et de têtards. Ces inventaires ont été effectués dans 20 bassins de rétention construits par le Ministère des Transports du Québec, 20 milieux humides naturels près des routes (< 50 m) et 20 milieux humides éloignés des routes (50 m - 500 m). La qualité des sites a été évaluée en mesurant des caractéristiques locales comme la taille de l'étang, la végétation, les propriétés physico-chimiques, l'hydropériode et des variables à l'échelle du paysage. Nos résultats révèlent que la conductivité et le pH sont plus élevés dans les bassins que dans les milieux humides naturels. Nos analyses n'ont dévoilé aucun effet des variables explicatives sur l'occupation des amphibiens aux stades de têtards et d'adultes d'anoures. Toutefois, l'abondance de masses d'œufs de salamandres fouisseuses diminuait avec l'augmentation de la conductivité et de l'hydropériode. Malgré certaines caractéristiques différentes des milieux naturels, les bassins sont utilisés par plusieurs espèces d'amphibiens pour la reproduction et le développement. La diminution d'application de sels de déglaçage devrait augmenter la qualité des milieux humides en bordure de route pour les communautés d'amphibiens. / Wetland restoration and creation are strategies considered to compensate for the loss of natural wetlands. In this context, the creation of stormwater retention ponds (hereafter, stormwater ponds) during road construction is a potential method of compensation. The objective of our project was to quantify the use of roadside stormwater ponds by amphibians. Roadside stormwater ponds allow for the storage of rainfall and run off. These waters are loaded with pollutants, such as road salts. We hypothesized that amphibian use of natural wetlands is greater than in roadside wetlands, and that at equal distances from the road, amphibians are more likely to use natural wetlands than stormwater ponds. We assessed adult presence using anuran call surveys and reproductive success using egg masses and tadpole counts. These surveys were conducted in 20 roadside stormwater ponds, 20 natural roadside wetlands (< 50 m), and 20 wetlands far from roads (50 m - 500 m). We evaluated site quality based on local characteristics such as pond size, vegetation, water physicochemical properties, hydroperiod, as well as landscape-scale variables. Our results revealed that conductivity and pH were substantially higher in ponds than in natural wetlands. Occupancy of adults and tadpoles did not vary with the pond and landscape-scale variables we considered. However, the abundance of mole salamander egg masses decreased with in creasing water conductivity and pond hydroperiod. Despite certain characteristics that differentiate them from natural environments, roadside stormwater ponds provide breeding and larval development habitat to several amphibian species. However, decreasing de-icing salt applications will increase the quality of stormwater ponds for amphibian communities.

Cette étude de cas menée au Marché public de Longueuil avait pour objectif d’évaluer la performance hydraulique et l’efficacité épuratoire de PGOs installés en série dans un climat nordique comme au Québec. Pour ce faire, un protocole de suivi quantitatif et qualitatif a été développé pour étudier deux chaînes de traitement: une chaîne constituée d’une tranchée drainante, d’un bassin sec et d’un bassin avec retenue permanente et une seconde constituée de biorétentions et d’un bassin avec retenue permanente. Le suivi quantitatif des eaux pluviales a démontré l’efficacité des PGOs à retenir les eaux de ruissellement. Les biorétentions permettent de réduire, en moyenne, les volumes et les débits de pointe de 70 % et 94 % respectivement. Les résultats ont également démontré que la tranchée drainante, le bassin sec et le bassin avec retenue permanente permettent, en moyenne, un décalage des débits respectifs de 30 minutes, 10 minutes et d’un peu plus d’une heure. Combinées, les PGOs permettent le décalage des débits de près de deux heures, ce qui est souhaité. Les campagnes d’échantillonnage ont montré des résultats favorables pour l’enlèvement des matières en suspension et des matières organiques au niveau de la tranchée drainante et des cellules de biorétention. En effet, des taux moyens d’enlèvement de matières en suspension de 79 % et 84 % ont respectivement été obtenus pour ces deux PGOs. Toutefois, pour les cellules de biorétention un relargage de phosphore a, à l’occasion, été observé. Il s’est avéré que le bassin sec relargue également le phosphore, mais aussi des matières en suspension. Par contre, l’ajout du bassin à retenue permanente à l’aval permet de contrôler ce relargage en effectuant un traitement supplémentaire. L’aménagement d’une PGO ayant pour fonction de traiter les eaux est donc un choix judicieux pour pallier le relâchement des contaminants de celle à l’amont. À la lumière des de ces résultats, l’emploi de chaînes de traitement est donc avantageux comparativement à l’utilisation de PGOs seules.