Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'étude vise à montrer comment la variabilité climatique récente (1970-2002) a influé sur le débit des rivières Saint-Charles, Montmorency, Jacques-Cartier, Chaudière et Etchemin. Premièrement, les tendances dans le climat et les débits régionaux ont été identifiées. Un réchauffement variant entre 0,9°C et 1,6°C a notamment été mesuré; une baisse de pluviosité a été observée en août-septembre; une diminution des cumuls annuels de neige a caractérisé plusieurs secteurs. Pour les débits, des baisses de 25% à 80% ont caractérisé mai, août et septembre. Des autorégressions ont ensuite montré que la pluviosité a été dominante pour le contrôle des écoulements. L'altération de la pluviosité d'août-septembre est d'ailleurs la principale cause de l'accentuation des étiages d'été. Par ailleurs, le réchauffement semble avoir avancé la date des crues printanières par rapport aux années 1970; cela explique partiellement les baisses de débit de mai.

À l'heure actuelle, il y a une divergence entre les différentes approches quant aux critères de poussée de glaces à considérer en cas de réfection d'ouvrages existants ou de conception des nouveaux ouvrages. Pour palier ce manque de consensus, l'Université Laval, en collaboration avec Hydro-Québec (IREQ) et avec la participation de BMT Fleet Technology, a entrepris une étude d'uniformisation et d'harmonisation de critères. Dans le cadre de cette étude, au cours de l'hiver 2009, une campagne exhaustive de mesure a été menée sur deux barrages de la rivière Saint-Maurice, dont celui de Beaumont et de La Gabelle. Afin de pouvoir quantifier la poussée agissant dans le couvert de glace et sur le barrage, différents équipements ont été utilisés, dont des jauges Biaxiales, des jauges BP, des jauges BP-Glycol et des Panneaux à Sondes Multiples (PSM - utilisés autrefois par Carter et Stander). De plus, des prismes et des appareils photo «time-lapse» permettaient d'investiguer sur le déplacement temporel du couvert. L'analyse de poussées sur le barrage et dans le couvert de glace a relevé l'effet d'indentation qui se traduit par une diminution de la poussée à mesure qu'augmente la surface sur laquelle les poussées sont moyennées. Pour le barrage de Beaumont, par exemple, cela est visible en comparant les poussées de jauges provenant de boîtes 90 (0 m du barrage), 100 (5 m du barrage) et 110 (12 m du barrage), pour lesquelles les valeurs maximales de poussée sont, respectivement, de 171 kN/m, 80 kN/m et 62 kN/m. L'effet est encore plus visible à La Gabelle, où la boîte 130, placée sur le mur du barrage, relève une poussée maximale de 554 kN/m. À 3 m du barrage, la poussée diminue du tiers et n'est plus que de 166 kN/m (boîte 50). À 15 m, elle devient de 99 kN/m (boîte 80). Et finalement, à 29 m, elle est 70 kN/m (boîte 300). Puisque les fluctuations se propagent non seulement spatialement, mais aussi temporellement, les valeurs des moyennes mobiles temporelles sont possiblement plus représentatives des poussées sur le barrage moyennées spatialement. En prenant la moyenne mobile sur quatre jours, on note que la poussée maximale à La Gabelle pour l'hiver 2009 est de 188 kN/m et à Beaumont, de 40 kN/m. Par rapport au critère de poussée de glaces relevé par les travaux de Carter (1998) et Stander (2006) au barrage La Gabelle, la valeur de la poussée moyennée se situe dans l'ordre de grandeur proposé (entre 150 kN/m et 250 kN/m). L'étude a également permis de constater la relation entre la poussée et le changement de niveaux d'eau et de température. Au jour du 29 janvier 2009, par exemple, les sondes biaxiales Bia4 et Bial2 et les PSM enregistrent, au site de Beaumont tout comme à celui de La Gabelle, une fluctuation de température et de niveau d'eau qui ont, pour conséquence, d'induire, aux deux barrages, le même jour, la poussée ponctuelle maximale de toute la saison. Il serait, maintenant, intéressant de concevoir une étude pour mesurer les phénomènes responsables de l'atténuation spatio-temporelle de la poussée et d'y inclure l'étude de différentes interfaces. Cela permettrait de démontrer comment la déformation de l'interface réduit les forces, ce qui pourrait expliquer pourquoi, en dépit de valeurs numériques élevées de forces appliquées, les structures demeurent résistantes et qu'à ce jour aucune rupture de barrage, imputable à la poussée de glaces, n'a été observée.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 mars 2024) / Au cours des dernières décennies, la télédétection a grandement facilité la documentation des tendances associées au raccourcissement de la période d'englacement des lacs en réponse au changement climatique. Bien que ces investigations soient diversifiées, certaines lacunes persistent, notamment l'exclusion des petits lacs et des réservoirs des études globales, et ce malgré leur abondance dans l'hémisphère nord. Ainsi, l'objectif de ce projet est de caractériser l'englacement des lacs et réservoirs à travers l'hémisphère nord grâce à l'imagerie satellitaire Sentinel-2A. Il vise également à examiner les tendances spatiales des dates de phénologie et à évaluer l'influence des caractéristiques géographiques, morphométriques et climatiques associées aux plans d'eau. Ces travaux reposent sur le développement d'une vaste base de données regroupant les dates de phénologie de la glace de 3702 lacs et de 1028 réservoirs à travers l'hémisphère nord de 2019 à 2023. En outre, cette base de données a permis la calibration d'un modèle prédictif de l'englacement des plans d'eau. Ce modèle, de type forêt aléatoire, a démontré une bonne performance avec une erreur absolue moyenne de 11 et 13 jours pour la prise et la fonte de la glace, respectivement. Cette marge d'erreur s'explique principalement par les causes d'incertitudes associées à la détection de glace par imagerie optique, notamment la gestion de la couverture nuageuse, mais aussi la détection de glace noire en climat aride. Parmi les variables d'entrée du modèle, la latitude et l'accumulation maximum des degrés-jours de gel constituent les paramètres déterminants dans la prédiction des dates de gel et de fonte de la glace. Bien que l'utilisation des capteurs optiques présente des défis spécifiques, le potentiel de la télédétection reste significatif dans le cadre d'études globales sur la glace, offrant également la possibilité d'améliorer les modèles climatiques actuels. L'étude de cas du réservoir de la Romaine-2 illustre un exemple concret de la synergie entre la télédétection et la modélisation. / In recent decades, remote sensing has considerably facilitated the documentation of trends related to the shortening of lake ice duration in response to climate change. Although these studies are diverse, certain gaps remain, in particular the exclusion of small lakes and reservoirs from global studies, despite their abundance in the Northern Hemisphere. Using Sentinel-2 satellite imagery, this project aims to characterize lake and reservoir freeze-up period across the Northern Hemisphere, and to assess the influence of their geographic, morphometric and climatic characteristics. This work is based on the development of an extensive database of ice phenology dates for 3702 lakes and 1028 reservoirs across the Northern Hemisphere from 2019 to 2023. This database was also used to calibrate a predictive model of lake and reservoir ice conditions. This random forest model performed well, with mean absolute errors of 11 and 13 days for freeze-up and break-up, respectively. This error is mainly due to uncertainties associated with ice detection from optical imagery, particularly cloud cover management, but also black ice detection in arid climates. Among the model input variables, latitude and maximum accumulation of freezing degree-days were the determining parameters in predicting freeze-up and break-up dates. Although the use of optical sensors presents specific challenges, the potential of remote sensing in the context of global ice studies remains significant and offers the possibility of improving current climate models. The case study of the Romaine-2 reservoir provides a concrete example of the synergy between remote sensing and modeling.

Thesis (Ph. D.)--Utrecht University, 2002. / Includes bibliographical references (p. 163-170).

Dans les cours d'eau forestiers, la décomposition des litières végétales constitue un processus écologique fondamental. Ce processus sous l'effet des contraintes abiotiques de la zone hyporhéique (ZH) de ces cours d'eau, ainsi que la quantification de la dynamique des invertébrés et des champignons décomposeurs associés ont été étudiés, le tout inséré dans une vision intégrative à l'échelle de l'écosystème. Les résultats suggèrent de réexaminer le fonctionnement écologique de ces cours d'eau, uniquement basé sur la compréhension des relations trophiques et aux flux de carbone liés à la décomposition des litières situé à la surface du sédiment, en y intégrant la dimension verticale conceptualisée par les "hyporhéologistes". Ces résultats conduisent à repenser la dynamique et le rôle des hyphomycètes aquatiques à une échelle plus large que celle de la colonne d'eau uniquement, et mettent en évidence l'importance de la ZH qui à cet égard restait jusqu'à présent en grande partie négligée.

Le climat du bassin méditerranéen est caractérise par un fort impact du déficit hydrique sur la croissance de la végétation. Dans ces régions fréquemment affectées par les sècheresses, l'humidité des sols est un facteur essentiel des processus hydrologiques et de la croissance de la végétation. Des études climatiques récentes ont montré qu'il est probable que le changement climatique accroitra encore l'impact des sècheresses et la pression sur les ressources en eau. Le bassin méditerranéen peut donc être qualifié de "point chaud" du changement climatique. Dans ce contexte, il est important de construire des synergies entre les systèmes d'observation satellitaire et in situ des surfaces continentales et les plateformes de modélisation. Cette thèse a été réalisée en lien avec le programme international HyMEX (Hydrological cycle in the Mediterranean Experiment), consacré à l'étude du cycle de l'eau et de la prévisibilité des risques hydro- étéorologiques en Méditerranée, notamment des sècheresses. Une climatologie des variables biogéophysiques (humidité du sol, indice foliaire de la végétation ou LAI -Leaf Area Index-) et des débits des cours d'eau a été construite sur la période 1991-2008, sur une zone couvrant l'Europe, le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord. Pour cela, des simulations du modèle du système sol-plante ISBA-A-gs et du modèle hydrologique TRIP ont été réalisées. ISBA-A-gs simule la photosynthèse et son lien avec la conductance stomatique, ainsi que le cycle annuel de la biomasse foliaire. ISBA-A-gs a été pilote par les variables atmosphériques de surface de la réanalyse ERA-Interim du CEPMMT. Le ruissellement et le drainage simules par ISBA-A-gs ont été convertis en débits des rivières par TRIP. Dans un premier temps, la qualité des forçages ERA-Interim a été évaluée sur la France a l'aide de mesures in situ du rayonnement solaire incident et de la réanalyse SAFRAN, qui fournit des précipitations fondées sur un réseau dense de mesures in situ. Des biais ont été mis en évidence sur les deux variables : ERA-Interim sous-estime les précipitations (-27%) et surestime le rayonnement solaire incident (+7%). A l'échelle de l'Europe et du bassin méditerranéen, les biais des précipitations ERA-Interim ont été corriges sur une base mensuelle à partir des précipitations du GPCC. L'impact du biais des précipitations sur la simulation des débits par TRIP a été étudié, ainsi que l'impact des différences des variables biophysiques produites par plusieurs versions du modèle ISBA (dont ISBA-A-gs). L'utilisation d'ISBA-A-gs permet une meilleure représentation des débits d'étiage et l'emploi de données satellitaires pour contraindre le LAI améliore les débits au printemps. Le volume et les variations inter annuelles des débits d'eau douce vers la Méditerranée sont en accord avec les estimations pré-existantes. Enfin, les simulations d'humidité du sol et du LAI ont été comparées aux données in situ et satellitaires disponibles durant la période 1991-2008 sur l'Europe et le bassin méditerranéen, ainsi qu'au modèle ORCHIDEE de l'IPSL. Un bon accord est observe entre (1) l'humidité superficielle du sol simulée par ISBA-A-gs et tirée des observations satellitaires micro-ondes par le projet ESA-CCI Soil Moisture, et (2) la variabilité inter annuelle du LAI simule et le LAI produit par le projet GEOLAND2. Les variations inter annuelles de l'humidité du sol et du LAI sont corrélées lors de périodes clés, mais sur des zones plus étendues avec le modèle qu'avec les observations satellitaires. / The climate of the Mediterranean basin is characterized by marked impact of the soil water deficit on vegetation growth. In these areas, frequently affected by droughts, soil moisture is a key variable for understanding the hydrological processes and the vegetation growth. Recent climatic studies have shown that climate change will probably increase the impact of droughts together with the demand for water resources in this area. As such, the Mediterranean basin is recognized as a "hot spot" of the climate change. In this context, it is important to build synergies between in situ and satellite remote sensing observing systems of the continental areas and modeling platforms. This PhD thesis was performed in the framework of the international HyMEX (Hydrological cycle in the Mediterranean EXperiment) project, which is focused on the water cycle and on the prediction of hydrometeorological hazards (and particularly droughts) over the Mediterranean basin. A climatology of the biophysical variables (soil moisture, vegetation biomass or LAI –Leaf Area Index-) and river discharges was built for the 1991-2008 period over Europe, the Middle East and North Africa. In particular, simulations were performed by the ISBA-A-gs land surface model and by the TRIP hydrological model. ISBA-A-gs simulates photosynthesis and its link with the stomatal conductance, together with the leaf biomass annual cycle. ISBA-A-gs was driven by surface atmospheric variables derived from the ECMWF ERA-Interim reanalysis. Unoff and deep drainage simulated by ISBAA- gs were converted into river discharges by the TRIP model. First, the ERA-Interim forcing was evaluated over the France domain. This evaluation was performed using in situ measurements of the incoming solar radiation (ISR) and with the SAFRAN reanalysis, which provides precipitation data based on a dense network of in situ observations. Biases were evidenced for the two variables: ERA-Interim underestimates precipitation (-27%) and overestimates ISR (+7%). At the scale of Europe and of the Mediterranean basin, ERA-Interim precipitation biases were rescaled on a monthly basis using the GPCC precipitation data. The impact of precipitation biases on the river discharges simulated by TRIP was assessed, as well as the impact of the differences in biophysical variables values generated by several versions of ISBA (including ISBA-A- s). It was shown that the use of ISBA-A-gs permits a better representation of the river discharges at low water levels. The use of satellite-derived product to force the LAI improves river discharge simulations at springtime. The river freshwater inputs (volume and interannual variability) to the Mediterranean Sea are close to pre-existent estimates. Finally, the soil moisture and LAI simulations were compared to in situ and satellite observations, available over the 1991- 2008 period over Europe and the Mediterranean basin, as well as to the IPSL ORCHIDEE model. A good agreement is observed between (1) the surface soil moisture simulated by ISBA-A-gs and derived from satellite microwave observations by the ESA-CCI Soil Moisture project, and (2) the interannual variability of the simulated LAI and of the LAI produced by the GEOLAND2 project. The interannual soil moisture and LAI variations are correlated during key period, but over larger areas with the model than with the remote sensing data

Les cours d’eau sont des vecteurs de dispersion efficaces pour les espèces végétales colonisant les berges, y compris pour celles qui ne sont pas a priori adaptées à ce mode de dispersion. Dans le cas d’espèces invasives, l’étude des traits de dispersion et de colonisation, et leur variabilité, permet la compréhension du potentiel de propagation d’une espèce dans son aire d’invasion et du potentiel d’adaptation à de nouveaux environnements. Le complexe invasif Fallopia est un taxon génotypiquement diverse qui colonise les berges. Son succès reposerait en partie sur la dispersion des propagules végétatives et sexuées. L'objectif de ce travail a été d’étudier les stratégies de dispersion par les cours d’eau, de ce taxon terrestre. Ce travail a permis de quantifier le potentiel de dispersion et de colonisation de Fallopia par l’étude de la flottaison et la viabilité en fonction de la durée d’immersion des propagules. Ce travail a montré que les rhizomes ne flottent pas contrairement aux tiges et aux akènes. La durée de flottaison est liée aux traits morphologiques. La germination des akènes dans l’eau peut allonger cette durée de flottaison. La durée d’immersion ne réduit la viabilité des propagules qu’à partir de 3 semaines. La variabilité observée des traits a permis d’identifier différentes stratégies de propagation du taxon en milieu aquatique. La régénération dans l’eau des tiges et akènes permet leur installation rapide sur le site du dépôt tandis que les rhizomes régénèrent qu’une fois sur le site de dépôt si les conditions sont favorables. Bien que la variation des traits des propagules soit continue entre les taches, il est possible d’identifier, en particulier sur les akènes, des individus ayant des aptitudes à la dispersion sur des longues distances, pouvant participer à la progression du front d’invasion du taxon. Ces résultats montrent que les capacités de dispersion et colonisation des propagules peuvent participer au succès de propagation du taxon par les cours d'eau / Watercourses are efficient dispersal vectors for plant species colonising riverbanks, including those that are not primarily adapted to this dispersal mode. In the case of invasive species, the study of plant traits participating to dispersal and colonization, and their variability, is important to understand the spread potential of one species in the invasive area, as well as its adaptive potential to new environments. The invasive complex Fallopia displays a high genotypic diversity and highly colonises riverbanks. Dispersal of sexual and vegetative propagules could explain their colonization success. The aim of this work is to study the dispersal strategies by watercourses displayed by this terrestrial taxon.This work has quantified the dispersal and colonization potential of Fallopia propagules through the study of their floatation ability and their viability after water exposure. This work demonstrated that rhizomes do not float unlike stem fragments and achenes. Floatability is related to morphological traits. Achene germination in water may increase the floatation time. Il was also demonstrated that viability was only reduced after 3 weeks of water exposure. The variability observed for the traits allows to identify different spread strategies in this taxon. Stem and achene regeneration in water enables a rapid installation in the riverbanks, while rhizomes regenerate after deposition in the riverbank, if environmental conditions are favourable to the development and the survival of the plant. Even if variability of propagule traits is continuous, it is possible to identify, in particular for achenes, individuals that have the capacity to disperse over long distances, and that could participate to the progression of the invasive front of the taxon. These results demonstrated that dispersal and colonization abilities of Fallopia propagules might participate to the spread potential of the species through watercourses

L'utilisation des terres (UT) vers des pratiques agricoles non durables amplifie la dégradation et l'érosion des sols, et la perte de leur diversité microbienne. Cependant, les impacts du changement d'UT sur la structure de la communauté microbienne dans les cours d'eau adjacent restent mal compris, en particulier dans les écosystèmes tropicaux. Grâce à des expériences contrôlées et à des études in situ, j'ai évalué comment différentes pratiques agricoles et d'UT, via des processus hydrologiques, affectent la quantité et la qualité de la matière organique dissoute dans le cours d'eau et la structure de la communauté microbienne associée. Les résultats de ce travail montrent l'importance de considérer à la fois l’UT passée et présente avec les processus hydrologiques lors de l'évaluation de la diversité microbienne et des capacités métaboliques des cours d’eau. Alors que les expériences dans des conditions contrôlées (micro- et mésocosmes) ont permis de distinguer l'importance relative des ruissèlements d’eau de surface sur la structure bactérienne du milieu aquatique, l'approche in situ a permis de donner une vision intégrée de ces processus à l'échelle du bassin. Cela a mis en évidence la nécessité d'utiliser des pratiques de gestion durable d'UT si nous souhaitons atténuer les impacts sur les systèmes aquatiques en aval / Land use (LU) change towards non-sustainable agricultural practices enhances soil degradation, erosion, and the loss of soil microbial diversity. However, the impacts of LU change on in-stream microbial community structure remain poorly understood, particularly in tropical ecosystems. Through controlled experiments and in situ investigations, I assessed how different LU and agricultural practices, via hydrological processes, affect the quantity and quality of stream dissolved organic matter and associated microbial community structure. The results of this work show the importance of considering both past and present LU along with hydrological processes when assessing stream microbial diversity and metabolic capacities. While the experiments in controlled conditions (micro- and mesocosms) allowed disentangling the relative importance of direct overland flow and soil community on stream bacterial structure, the in situ approach gave an integrated view of these processes at the basin scale. This emphasizes the need to use sustainable LU management practices if we wish to mitigate off-site impacts on downstream aquatic systems

Les transitions terrestre-aquatique jouent un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes. Dans les cours d'eau qui cessent de s'écouler périodiquement, ces transitions se développent latéralement au travers des zones ripariennes mais aussi longitudinalement le long du lit du cours d'eau. L'objectif de ce travail de thèse était de déterminer les effets de ces transitions terrestre-aquatique dans les lits des cours d'eau sur les communautés d'invertébrés terrestres et sur dynamique de la matière organique particulaire, un processus écologique fondamental au fonctionnement des cours d'eau. Les résultats montrent que communautés d'invertébrés ripariens sont peu dépendantes des ressources aquatiques du cours d'eau mais sont essentielles au maintien de la diversité en invertébrés dans les lits asséchés. La matière organique est transportée et se décompose par à coup lors des conditions aquatiques, influençant potentiellement la disponibilité en nutriments dans les réseaux hydrographiques / Aquatic-terrestrial transitions play a major role in the functioning of ecosystems. In rivers that periodically cease to flow, these transitions move laterally in riparian zones and longitudinally along dry riverbeds. The objective of this thesis was to determine in drying rivers the effects of aquatic-terrestrial transitions on terrestrial invertebrate communities and on particulate organic matter dynamic, a key ecological process for ecosystem functioning. The results show that riparian communities are poorly dependent on aquatic resources from the rivers but are essential to invertebrate diversity in dry riverbeds. Organic matter has a pulsed dynamic in drying rivers with transport and processing stages limited to aquatic conditions, potentially influencing nutrient availability in river networks

Les Rejets Urbains par Temps de Pluie (RUTP) contiennent des polluants sous forme soluble ou particulaires, issus du lessivage des bassins-versants qu'ils drainent. Ces rejets sont le plus souvent déversés dans les milieux récepteurs, en particulier les cours d'eau péri-urbains, sans traitement préalable. Il en résulte, dans certaines configurations, un risque de toxicité pour les écosystèmes des milieux concernés. Cette thèse propose deux démarches méthodologiques pour évaluer les risques écotoxicologiques (EDREcotox) liés à un tel scénario: une démarche a priori et une démarche a posteriori. La démarche a priori a été développée selon 3 approches complémentaires de caractérisation des effets écotoxicologiques: i) une «approche substances», ii) une «approche substances avec effets combinés» et iii) une «approche matrice». Cette démarche a priori a été par la suite appliquée à un scénario d'une ville française et à un scénario d'une ville haïtienne. Pour une optimisation de la méthodologie proposée dans le cadre de la démarche a priori, nous avons procédé, dans un premier temps, à une étude de l'écotoxicité et des effets combinés des principaux polluants généralement présents dans les RUTP, vis-à-vis de Daphnia magna puis de Pseudokirchneriella subcapitata. En ce qui concerne l'«approche matrice», nous avons procédé à une caractérisation écotoxicologique d'échantillons de RUTP provenant des 2 sites étudiés. La démarche a posteriori a été développée sur la base d'une comparaison entre un «état amont» et un «état aval», par rapport au point de déversement des RUTP dans la rivière du site français, pour 3 horizons (eau de surface, zone benthique et zone hyporhéique). L'application de ces 2 démarches méthodologiques a conduit à des résultats cohérents qui mettent en évidence un risque important pour les organismes du cours d'eau récepteur, avec une accentuation de ce risque pour les organismes des zones benthique et hyporhéique. Au titre des perspectives, la poursuite du développement de ces premières méthodologies pourra prendre en compte certains aspects additionnels comme la biodisponibilité des polluants, leur bioaccumulation, etc.