Titre de l'écran-titre (visionné le 9 janvier 2024) / Les modèles hydrogéologiques permettent de décrire la réponse des systèmes aquifères soumis à différents forçages naturels et anthropiques, et peuvent donc être utilisés pour évaluer les éventuels effets néfastes associés à différentes stratégies de gestion de l'eau souterraine. Les variables simulées par les modèles sont intrinsèquement incertaines, et des analyses telles que l'estimation des paramètres, l'analyse quantitative des incertitudes et l'optimisation de gestion sous incertitude sont essentielles pour fournir des informations quantitatives robustes pour appuyer la prise de décision des gestionnaires de l'eau souterraine. Cependant, ces analyses sont rarement effectuées dans les modèles d'écoulement d'eau souterraine simulant l'intrusion saline, à cause des temps de calculs très longs des modèles simulant le transport advectif-dispersif. L'objectif de cette recherche était de fournir des cadres méthodologiques pour la mise en place de ces analyses dans les modèles opérationnels régionaux simulant l'intrusion saline. Des méthodologies reproductibles ont ainsi été développées pour l'estimation des paramètres, l'analyse quantitative des incertitudes et l'optimisation des pompages sous incertitude à l'aide de modèles d'intrusion saline dits à « interface abrupte », qui ne simulent pas explicitement les phénomènes de dispersion hydrodynamique. Des approches déterministes puis stochastiques ont été développées, prenant en compte l'incertitude dans les paramètres du modèle, l'incertitude dans les observations utilisées pour contraindre l'estimation des paramètres, et finalement l'incertitude climatique. Des méthodes ont été développées pour extraire des observations de charge d'eau douce équivalente et d'interface eau douce-eau salée de différents types de puits et de la géophysique, et pour estimer leurs incertitudes. Une analyse a posteriori a déterminé quels types d'observations étaient essentiels pour réduire les incertitudes prédictives du modèle, pour guider de futures collectes de données dans les aquifères insulaires ou côtiers. Une méthodologie a également été développée pour optimiser les pompages dans une lentille d'eau douce insulaire avec un modèle à interface abrupte, en corrigeant l'interface par une solution analytique pour estimer de manière simplifiée la dispersion d'eau salée liée au pompage. Toutes les méthodologies développées ont utilisé des logiciels d'écoulement de l'eau souterraine (MODLOW-SWI2) et des outils d'aide à la décision (PEST_HP, PEST++, PyEMU) libres et facilement accessibles. Ces méthodes ont été intégralement développées sous la forme de scripts Python pour faciliter leur reprise dans d'autres projets de modélisation hydrogéologique. Les résultats démontrent les avantages liés à la mise en place d'outils d'aide à la décision dans les modèles numériques d'écoulement de l'eau souterraine. L'optimisation des pompages sous incertitude permet d'obtenir le débit de pompage maximal en fonction du risque de salinisation (à comparer à la demande en eau); cette approche permet aux gestionnaires de l'eau souterraine de choisir le scénario souhaité en fonction de leur degré de tolérance au risque. L'estimation des paramètres permet de réduire les incertitudes prédictives du modèle, ce qui influence directement les débits de pompage optimaux. La prise en compte de l'incertitude climatique augmente l'incertitude prédictive du modèle et réduit les débits de pompages optimaux pour les gestionnaires ayant une attitude conservatrice face au risque. Cette recherche était motivée par des problématiques concrètes de gestion de l'eau souterraine aux Iles de la Madeleine (Québec, Canada), et les méthodologies mises en place pourraient être utilisées pour appuyer la prise de décision des gestionnaires de l'eau souterraine dans d'autres milieux côtiers ou insulaires. / Numerical models enable the assessment of a groundwater system's response to various natural processes and human activities, and thus can be used to evaluate whether a management strategy could lead to adverse effects. Model predictions are not exact predictions of the behavior of natural systems, and the implementation of analyses such as parameter estimation, uncertainty quantification and management optimization under uncertainty are therefore critical to support groundwater management. However, they are rarely implemented in seawater intrusion numerical models, due to the prohibitive model simulation times of advective-dispersive solute transport models. The objective of this research was to provide a framework for the implementation of these decision-support analyses in real-world seawater intrusion models at regional scales. Highly-reproducible, scripted methodologies were developed for parameter estimation, uncertainty quantification and pumping optimization under uncertainty using computationally-efficient sharp-interface models, which do not explicitly simulate hydrodynamic dispersion. Both deterministic and stochastic, ensemble-based approaches were implemented, accounting for parameter and observation uncertainty as well as climate uncertainty. Methodologies were developed for the processing and uncertainty quantification of freshwater heads and freshwater-seawater interface elevations from different types of wells and geophysical data. A data worth analysis provided insights on future data collection strategies in coastal or island aquifers, and found that interface observations, particularly geophysical observations, were most useful to reduce model predictive uncertainties. A methodology was also developed to optimize pumping rates in a sharp-interface model of an island freshwater lens, using an analytical correction for dispersion to overcome the limitations of the sharp-interface model. All the methodologies developed used widely available groundwater flow software (MODFLOW-SWI2) and decision-support tools (PEST, PEST_HP, PEST++, PyEMU), and were entirely scripted using Python to facilitate their adoption by the wider groundwater modeling community. The results collectively demonstrate the benefits of implementing decision-support analyses in groundwater numerical models. Pumping optimization under uncertainty enabled the quantification of the optimal tradeoff between increasing pumping rates (to meet the water demand) and the risk of well salinization, which allows groundwater managers to select their preferred management scenario depending on the level of risk that they consider to be acceptable. Conducting history matching enabled a reduction of model predictive uncertainty, which directly impacted the maximum allowable pumping rates. Accounting for climate uncertainty led to increased model predictive uncertainty and a reduction of the maximum allowable pumping rates for managers with a risk-averse stance. This research was motivated by real-world groundwater management challenges in the Magdalen Islands (Québec, Canada), and the methodologies that were developed could be used to support decision-making in other coastal or island aquifers.

La lagune de Havre-aux-Maisons aux Îles-de-la-Madeleine dans le Golfe du Saint-Laurent est un système semi-fermé, avec un temps de renouvellement de l’eau jusqu’à 45 jours. Une activité mytilicole modérée a lieu dans la lagune; les moules (Mytilus edulis L.) sont principalement suspendues sous la surface de l’eau. Les moules dépendent de la matière en suspension pour leur nourriture, incluant les micro-organismes eucaryotes planctoniques (protistes et phytoplancton). La répartition spatiale et temporelle des espèces microbiennes marines eucaryotes est déterminée par les conditions physiques, biologiques et chimiques. L’objectif principal de cette thèse était de caractériser la communauté microbienne eucaryote par des méthodes moléculaires (séquençage à haut-débit), à court et moyen terme. Les échantillons ont été prélevés à partir d’un site unique de Juin à Octobre 2009, et pour deux semaines en Août 2010 dans des zones avec ou sans ferme de moules. Les acides gras de la lagune et ceux assimilés et rejetés par M.edulis ont aussi été examinés en 2009 pour déterminer le lien entre profile lipidique planctonique et celui des moules. Dans l’ensemble la vitesse moyenne de vent avait un effet sur la composition en espèces planctoniques en 2009, il y avait une alternance entre les dinoflagellés et les petites cellules photosynthétiques. Ce changement de communauté a peu d’effet sur la nutrition des moules, qui ont ajusté leurs profils d’acides gras indépendamment de la source de nourriture disponible dans l’échelle de temps de l’étude. En 2010, l’échantillonnage aux deux jours pendant deux semaines, la communauté planctonique était similaire dans et hors la ferme de moules, mais différait à chaque échantillonnage. Au niveau de l’espèce, peu d’entre elles semblaient impacter par la présence des moules, ce qui suggére une forte homogénéisation, verticale et horizontale, de l’eau de la lagune. En date, il s’agit de l’étude la plus exhaustive caractérisant la communauté microbienne eucaryotes concernant sa diversité et sa strucuture dans une lagune des Îles de la Madeleine, où la communauté est sensible aux événements météorologiques extérieurs. / The Havre-aux-Maisons lagoon in the Magdalen Islands in Gulf of St-Lawrence is a semi-enclosed system with water residence time of up to 45 days. Limited myticulture is carried out in the lagune; mostly suspended mussels farming, (Mytilus edulis L.). The mussels depend on suspended material, including planktonic microbial eukaryotes (protists and phytoplankton) for food. The spatial and temporal distribution of marine eukaryotic microbial species is thought to be determined by physical, chemical and biological conditions. The main goal of this thesis was to characterize the microbial eukaryotic community uising molecular methods (high throughput sequencing) over medium and short terms. The samples were collected from a single site from June to October 2009 and for two weeks in August 2010 in areas away from and within a mussel farm. Fatty acids from the lagoon plankton and those assimilated and rejected by M. edulis were also examined in 2009 to determine any links between planktonic and mussel lipid profiles. Overall average wind field had the strongest effect on planktonic species composition and in 2009 there was an alternation between dinoflagellates and small photosynthetic cells. The community had little effect on the nutrition of mussels, which adjusted their fatty acid profiles independent of the source of food available over the time scale investigated. In 2010, when sampling every 2 days for two weeks, the plankton community was similar in both farm and off farm sites, but differed on each sampling occasion. At the level of species, very few species were impacted by the presence of mussels suggesting strong horizontal as well as vertical mixing in the lagoon. This is the most exhaustive study to date on the diversity and community structure of microbial eukaryotics in a Magdalen Island lagoon, where we found that the community was most sensitive to external weather events.

Le présent mémoire est le résultat d'un questionnement sur l'équité entre pêcheurs, notamment en fonction des espèces pêchées et des associations qui les regroupent. La recherche a été réalisée aux Îles-de-la-Madeleine, Québec, sises au milieu du golfe Saint-Laurent et ceintes par les provinces maritimes canadiennes. Les retombées économiques provenant de l'industrie de la pêche locale constituent plus de 50% de l'économie locale, plus de 80% desquelles proviennent de la pêche aux espèces dites «lucratives». L'auteure s'intéresse aux dynamiques sociales entre les pêcheurs de ces dernières et les autres pêcheurs, parmi lesquels figurent, entre autres, des pêcheurs ayant été touchés par les moratoires sur des espèces de poisson de fond dans le golfe à partir de 1992. L'écologie politique nous permet d'analyser les caractéristiques et les rapports de pouvoir entre ces groupes et les gestionnaires sur l'archipel madelinot, ainsi que d'associer ce pouvoir à l'accès aux ressources halieutiques.