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Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les risques d'érosion et de submersion marine sont en constante augmentation pour plusieurs municipalités côtières de l'est du Québec. Alors qu'ils sont exacerbés par la pression des changements climatiques, plusieurs acteurs territoriaux entament des démarches de planification pour mieux anticiper les aléas côtiers et s'adapter. Pour faire face à la complexité d'une telle démarche, impliquant une pluralité d'acteurs et d'échelles territoriales, la science montre que les outils de mises en situation appelés « jeux sérieux » se démarquent comme approches de médiation et d'expérimentation. Proches des « labs », ils peuvent agir comme outils de transmission de connaissances et d'engagement des parties prenantes. Mais qu'en est-il plus particulièrement? Comment les jeux sérieux s'insèrent-ils dans une démarche de planification territoriale? Quelle perception s'en font les acteurs territoriaux? Par une approche qui combine analyse documentaire et mise à l'épreuve d'un jeu sérieux, nous cherchons à saisir l'intérêt d'un tel outil dans une démarche territoriale de l'adaptation. L'évaluation d'un jeu par des méthodes d'observation, de discussions de groupe et d'entretiens semi-dirigés invite à voir son effet mobilisateur et sa capacité à initier la discussion sur un enjeu vécu. Les professionnels montrent un intérêt marqué et un engagement fort dans les mises en situation proposées. Cela dit, les répercussions à long terme d'un tel outil sont encore peu documentées. La mise à l'épreuve répétée d'un jeu et la multiplicité des méthodes d'évaluation sont requises pour établir l'impact sur les connaissances acquises et la perception des joueurs. / The risks of coastal erosion and flooding are increasing for several municipalities in eastern Quebec. As climate change increases the exposure of coastal infrastructure and building, by driving sea-level rise and intensifying storms, several localities are initiating planning processes to better anticipate coastal hazards and adapt. To deal with the complexity of the process, that involves a plurality of actors and territorial scales, scientific literature shows that simulation tools called "serious games" stand out as mediation and experimentation approaches. Similar to "labs", they act as learning and engagement tools for stakeholders. More specifically, what are the contributions of serious games into a territorial planning process? How do stakeholders perceive them? Through an approach that combines documentary analysis and the application of a serious game, we seek to understand the interest of such a tool in a territorial approach to adaptation. The evaluation of a game through observation methods, group discussions and semi-directed interviews shows its mobilizing effect and its capacity to initiate discussion on an issue. The players showed an interest and a strong engagement to the proposed scenarios. However, the long-term effects of such a tool have not yet been well documented. Repeated testing of a game and combined multiple evaluation methods are required to establish the impact on learning and perception.

Ce mémoire porte sur l'évolution de la dynamique des marais intertidaux du moyen estuaire du Saint-Laurent. Depuis la fin des années 1980, des recherches en géomorphologie côtière suggèrent une compréhension partielle des facteurs intrinsèques et extrinsèques influençant l'évolution des marais dans le contexte de changements climatiques. Ce mémoire examine la fiabilité des prédictions d'érosion généralisée annoncées dans ces études en analysant le cas de l'évolution des marais intertidaux de Montmagny. La problématique de l'étude est de comprendre pourquoi, malgré les prédictions d'érosion linéaire, la superficie totale des marais de Montmagny a augmenté depuis les années 1980. L'hypothèse proposée suggère qu'il y a une autocyclicité hydrosédimentaire entre les processus d'érosion vus sur le schorre supérieur et l'accrétion du schorre inférieur. Cette interconnectivité a été bien étudiée en Europe, mais ignorée dans la plupart des études portant sur le Saint-Laurent. L'objectif principal du mémoire est de reconstituer l'évolution morphostratigraphique des marais intertidaux de Montmagny, étudier la dynamique sédimentaire actuelle ainsi qu'identifier et expliquer les changements ayant affecté la superficie totale des marais. La méthodologie privilégiée dans cette étude inclut une analyse critique de la littérature scientifique portant sur les facteurs intrinsèques et extrinsèques influençant l'évolution des marais, une analyse morphostratigraphique et sédimentologique du marais au cours du dernier siècle et une analyse multidate d'une série de photographies aériennes du secteur à l'étude afin de connaître l'évolution des limites du marais. Les résultats appuient l'hypothèse d'une autocyclicité hydrosédimentaire. Ces résultats permettront de revoir la manière dont l'évolution des marais intertidaux et leur avenir sont interprétés. Les résultats mettront en lumière une interconnectivité entre les zones biomorphologiques du haut et du bas schorre avec la slikke. Ces observations suggèrent une interconnectivité entre les différentes zones du schorre et de la slikke qui jouent un rôle important, mais encore mal compris, dans l'évolution des marais. Cette étude permettra d'appliquer, au Québec, des concepts de géomorphologie côtière qui sont évoqués dans la littérature internationale, telle que ceux d'autocyclicité, d'interconnectivité, et de la résilience des marais face aux changements climatiques. Mots clés : Marais intertidal, estuaire moyen, sédimentation, érosion, autocyclicité sédimentaire, géomorphologie côtière, paradigme scientifique.

Les estuaires font partie des endroits les plus peuplés du monde et sont vastement transformés pour répondre aux activités humaines. Les pressions anthropiques générées par l'aménagement du territoire, les stratégies de gestion déficientes, le manque de communication et les approches décisionnelles non intégrées contribuent à exacerber la vulnérabilité du cadre bâti, des éco- et géosystèmes ainsi que des communautés littorales. L'érosion des côtes sableuses présente un défi significatif pour les municipalités de l'estuaire fluvial du Saint-Laurent (EFSL), lesquelles possèdent un littoral densément aménagé et peuplé. Les plages avec une morphogénèse anthropique sont par ailleurs davantage problématiques, car elles sont généralement plus sensibles à la dynamique hydrosédimentaire locale qui est aussi perturbée par les activités humaines. C'est le cas de l'Anse-Tibbits, située sur le littoral de la Ville de Lévis, qui a été remblayée au 19ᵉ siècle pour recevoir des installations ferroviaires. En fait, depuis la seconde moitié du 20ᵉ siècle, des mécanismes d'érosion ont dégradé ces structures désormais abandonnées et ont exposé un talus peu cohésif à cet aléa. Cette conjoncture a ultimement mené vers le développement d'une plage sableuse atypique au reste du littoral de Lévis, mais grandement apprécié des locaux pour ses aspects récréotouristiques. Par manque d'information sur les processus à l'œuvre sur les plages de l'EFSL, un enrochement a rapidement été mis en place en novembre 2020 afin d'éviter la perte potentielle d'infrastructures à proximité. En effet, peu de connaissances scientifiques portent sur la dynamique morpho-sédimentaire et sur la gestion appropriée de telles plages dans la littérature. Les enjeux d'érosion dans l'EFSL sont bien connus des acteurs locaux, mais peu ont les outils pour comprendre la nature du problème, l'origine de ces enjeux et les interventions adéquates. En documentant de façon scientifique la transition historique d'un site ainsi que son régime de perturbations, il devient plus facile de prendre des décisions éclairées sur des aménagements riverains à court, moyen et long terme. Il est donc impératif de mettre en place un cadre théorique et juridique, afin d'encourager cette pratique et de limiter les décisions hâtives ou motivées par la peur. Cette étude tente de mieux comprendre la dynamique morpho-sédimentaire d'une plage anthropique en milieu estuarien froid, par l'entremise d'une approche multisource de suivi des berges, afin de simplifier les prises de décisions en termes d'aménagements. / Estuaries are among the most populated places in the world and are extensively transformed to accommodate human activities. Anthropogenic pressures from land use, poor management strategies and lack of communication contribute to the vulnerability of the built environment, eco- and geosystems, and coastal communities. Sandy shoreline erosion presents a significant challenge to the municipalities of the St. Lawrence Fluvial Estuary (EFSL), which have a densely developed and populated coastline. Beaches with anthropogenic morphogenesis are more problematic because they are generally more responsive to local hydrosedimentary dynamics that are also disturbed by human activities. This is the case of Anse-Tibbits, located on the shoreline of the City of Lévis, which was filled in during the 19th century to accommodate railway installations. In fact, since the second half of the 20th century, erosion mechanisms have degraded these now abandoned structures and have exposed a slope with little cohesion to this hazard. This situation ultimately led to the development of a sandy beach atypical of the rest of the Lévis coastline, but greatly appreciated by the locals. Due to a lack of information on the processes at work on the EFSL beaches, riprap was quickly installed in November 2020 to avoid the potential loss of nearby infrastructure. Indeed, there is little scientific knowledge on the morpho-sedimentary dynamics and appropriate management of such beaches in the literature. Erosion issues in the EFSL are well known to local stakeholders, but few have the tools to understand the nature of the problem, the origin of these issues, and the appropriate interventions. By scientifically documenting the historical transition of a site and its disturbance regime, it becomes easier to make informed decisions on short-, medium- and long-term coastline development. It is therefore imperative that a theoretical and legal framework to be put in place to encourage this practice and to limit hasty or fear-driven decisions. This study attempts to better understand the morpho-sedimentary dynamics of an anthropogenic beach in a cold estuarine environment, through a multisource approach to shoreline monitoring, in order to simplify decision-making in terms of development.

Les systèmes actuels de base de données géodécisionnels (GeoBI) ne tiennent généralement pas compte de l'incertitude liée à l'imprécision et le flou des objets; ils supposent que les objets ont une sémantique, une géométrie et une temporalité bien définies et précises. Un exemple de cela est la représentation des zones à risque par des polygones avec des limites bien définies. Ces polygones sont créés en utilisant des agrégations d'un ensemble d'unités spatiales définies sur soit des intérêts des organismes responsables ou les divisions de recensement national. Malgré la variation spatio-temporelle des multiples critères impliqués dans l’analyse du risque, chaque polygone a une valeur unique de risque attribué de façon homogène sur l'étendue du territoire. En réalité, la valeur du risque change progressivement d'un polygone à l'autre. Le passage d'une zone à l'autre n'est donc pas bien représenté avec les modèles d’objets bien définis (crisp). Cette thèse propose des concepts fondamentaux pour le développement d'une approche combinant le paradigme GeoBI et le concept flou de considérer la présence de l’incertitude spatiale dans la représentation des zones à risque. En fin de compte, nous supposons cela devrait améliorer l’analyse du risque. Pour ce faire, un cadre conceptuel est développé pour créer un model conceptuel d’une base de donnée multidimensionnelle avec une application pour l’analyse du risque d’érosion côtier. Ensuite, une approche de la représentation des risques fondée sur la logique floue est développée pour traiter l'incertitude spatiale inhérente liée à l'imprécision et le flou des objets. Pour cela, les fonctions d'appartenance floues sont définies en basant sur l’indice de vulnérabilité qui est un composant important du risque. Au lieu de déterminer les limites bien définies entre les zones à risque, l'approche proposée permet une transition en douceur d'une zone à une autre. Les valeurs d'appartenance de plusieurs indicateurs sont ensuite agrégées basées sur la formule des risques et les règles SI-ALORS de la logique floue pour représenter les zones à risque. Ensuite, les éléments clés d'un cube de données spatiales floues sont formalisés en combinant la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. En plus, certains opérateurs d'agrégation spatiale floue sont présentés. En résumé, la principale contribution de cette thèse se réfère de la combinaison de la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. Cela permet l’extraction de connaissances plus compréhensibles et appropriées avec le raisonnement humain à partir de données spatiales et non-spatiales. Pour ce faire, un cadre conceptuel a été proposé sur la base de paradigme GéoBI afin de développer un cube de données spatiale floue dans le system de Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) pour évaluer le risque de l'érosion côtière. Cela nécessite d'abord d'élaborer un cadre pour concevoir le modèle conceptuel basé sur les paramètres de risque, d'autre part, de mettre en œuvre l’objet spatial flou dans une base de données spatiales multidimensionnelle, puis l'agrégation des objets spatiaux flous pour envisager à la représentation multi-échelle des zones à risque. Pour valider l'approche proposée, elle est appliquée à la région Perce (Est du Québec, Canada) comme une étude de cas. / Current Geospatial Business Intelligence (GeoBI) systems typically do not take into account the uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects; they assume that the objects have well-defined and exact semantics, geometry, and temporality. Representation of fuzzy zones by polygons with well-defined boundaries is an example of such approximation. This thesis uses an application in Coastal Erosion Risk Analysis (CERA) to illustrate the problems. CERA polygons are created using aggregations of a set of spatial units defined by either the stakeholders’ interests or national census divisions. Despite spatiotemporal variation of the multiple criteria involved in estimating the extent of coastal erosion risk, each polygon typically has a unique value of risk attributed homogeneously across its spatial extent. In reality, risk value changes gradually within polygons and when going from one polygon to another. Therefore, the transition from one zone to another is not properly represented with crisp object models. The main objective of the present thesis is to develop a new approach combining GeoBI paradigm and fuzzy concept to consider the presence of the spatial uncertainty in the representation of risk zones. Ultimately, we assume this should improve coastal erosion risk assessment. To do so, a comprehensive GeoBI-based conceptual framework is developed with an application for Coastal Erosion Risk Assessment (CERA). Then, a fuzzy-based risk representation approach is developed to handle the inherent spatial uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects. Fuzzy membership functions are defined by an expert-based vulnerability index. Instead of determining well-defined boundaries between risk zones, the proposed approach permits a smooth transition from one zone to another. The membership values of multiple indicators (e.g. slop and elevation of region under study, infrastructures, houses, hydrology network and so on) are then aggregated based on risk formula and Fuzzy IF-THEN rules to represent risk zones. Also, the key elements of a fuzzy spatial datacube are formally defined by combining fuzzy set theory and GeoBI paradigm. In this regard, some operators of fuzzy spatial aggregation are also formally defined. The main contribution of this study is combining fuzzy set theory and GeoBI. This makes spatial knowledge discovery more understandable with human reasoning and perception. Hence, an analytical conceptual framework was proposed based on GeoBI paradigm to develop a fuzzy spatial datacube within Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) to assess coastal erosion risk. This necessitates developing a framework to design a conceptual model based on risk parameters, implementing fuzzy spatial objects in a spatial multi-dimensional database, and aggregating fuzzy spatial objects to deal with multi-scale representation of risk zones. To validate the proposed approach, it is applied to Perce region (Eastern Quebec, Canada) as a case study.

Cette étude présente de nouvelles données sur la déglaciation et l'évolution côtière holocène du sud-est de l'île de Southampton (nord de la baie d'Hudson). La déglaciation du secteur s'est produite entre 8,3 et 8,2 ka BP ce qui indique une déglaciation rapide et synchrone du nord-ouest et du sud-est la baie d'Hudson. La présence de chenaux marginaux sur du till indique un changement dans le régime thermique du glacier pendant la déglaciation, lequel a engendré le passage d'une glace à base tempérée à base froide. L'émersion est continue pendant l'Holocène et se poursuit encore aujourd'hui. Les plages soulevées de l'île sont particulièrement bien développées et sont situées dans les secteurs de roches calcaires. Un important épisode de crue d'eaux de fonte glaciaire a érodé de grandes séries de plages soulevées. Cette crue provenant d'une calotte glaciaire résiduelle située sur le plateau Melville correspond au dernier stade de la présence de glace sur l'île à 6,7-6,6 ka BP. Cette étude démontre aussi que le secteur de Coral Harbour n'est pas sensible à l'érosion pouvant être causées par des changements climatiques, car le village est construit sur du gneiss et sur une mince couche de sédiments sableux non gélifs.

Cette thèse se concentre sur les environnements côtiers du Nunavik (territoire québécois situé au nord du 55e parallèle), lesquels n’ont été que très brièvement étudiés, à la fois spatialement et temporellement. Cette recherche tient son originalité du fait qu’aucune étude intégrée n’avait encore été réalisée dans le domaine de la géomorphologie littorale sur l’ensemble des côtes du Nunavik. La plupart des côtes sont en émersion, influencée par une diminution des niveaux marins relatifs, en raison du relèvement glacio-isostatique postglaciaire. Cette caractéristique géophysique a des conséquences majeures sur la formation, la morphologie et l’évolution des environnements côtiers. Celle-ci contribue également à atténuer les risques côtiers. Cette thèse, principalement descriptive, aborde plusieurs aspects des littoraux du Nunavik : des connaissances de base sur les types de côtes à travers un travail de segmentation et de classification; un état de l’art complet des conditions climatiques, géologiques, hydrodynamiques, lesquelles façonnent les littoraux depuis le début de la déglaciation; les aléas et les risques côtiers; les analyses géomorphologiques d’entités spécifiques comme les cordons de blocs glaciels (boulder barricades), les côtes à moraines de De Geer, à eskers et à drumlinoides; les caractéristiques thermiques du pergélisol épigénétique sur une côte en émersion rapide. / This thesis focuses on the coastal environments of Nunavik (Quebec territory north of the 55th parallel), which had only been studied very briefly until now, both in space and over time. This research is unique in that no integrated study had yet been conducted in the field of coastal geomorphology on all the coasts of Nunavik. Most of these coasts are emerging due to a decrease in relative sea level because of the glacial isostatic adjustment. This geophysical characteristic has major consequences on the formation, morphology and evolution of Nunavik’s coastal environments. It also contributes to the mitigation of coastal risks. This thesis, mainly descriptive, addresses several aspects of Nunavik’s coasts: basic knowledge of coastal types through segmentation and classification work; a complete state of the art of climatic, cryogenic, geological and hydrodynamic conditions, which have shaped the coasts since the beginning of deglaciation; coastal hazards and risks; the study of specific geomorphological features such as boulder barricades as well as the De Geer moraine, esker and drumlinoid coastlines and the temperature regime of epigenetic permafrost on a rapidly emerging coast.

Le long de l’estuaire du Fleuve Saint-Laurent, les marais intertidaux sont affectés par une forte érosion induisant une perte d’habitat des espèces végétales et animales. Les facteurs en cause peuvent être anthropiques, naturels ou la combinaison des deux. Dans l’estuaire d’eau douce du Saint-Laurent, les produits de cette érosion sont illustrés par, entre autres, de grands radeaux de végétation du schorre supérieur qui sont arrachés et évacués par les marées d’équinoxe, les fortes tempêtes ou encore par la glace. Cette étude vise à documenter l’ampleur et l’impact de l’érosion du schorre supérieur de l’estuaire d’eau douce. La démarche méthodologique inclut une analyse multidate des photographies aériennes et orthophotos et des relevés géomophologiques mensuels sur une période de deux ans (2011-2012). Les principaux résultats montrent que l’érosion du schorre supérieur de l’estuaire d’eau douce est de l’ordre de quelques centimètres par mois. Les taux d’érosion les plus élevés sont engendrés par des tempêtes telle la tempête Irène survenu le 28 août 2011), caractérisée par de forts vents (> 62 km/h) et d’abondantes précipitations (80 mm). L’analyse de l’évolution historique des sites à l’étude sur une cinquantaine d’années a mis en évidence une diminution de la superficie du schorre supérieur généralement accompagnée d’une augmentation de celle du schorre inférieur; un déplacement du schorre supérieur vers l’intérieur des terres a aussi été observé.

Une courbe des variations du niveau marin relatif a été dressée pour les complexes deltaïques de Betsiamites et de Manicouagan-Outardes, montrant l’existence d’un bas niveau marin et de la transgression Laurentienne. Cette dernière origine d’une remontée eustatique lors de la période chaude de rHypsithermal et pourrait constituer un analogue au réchauffement climatique appréhendé. Le déficit sédimentaire des plages, en raison de la diminution considérable des apports sédimentaires des rivières depuis 3 500 ans, est nettement amplifié depuis moins d’une décennie par l’augmentation de la fréquence des tempêtes, la diminution de la largeur du pied de glace et l’accroissement de l'artificialité des falaises sableuses, se traduisant par un recul généralisé de la ligne de rivage. Une première quantification des processus et des agents d’érosion montre que les processus cryogéniques peuvent contribuer jusqu’à 65 % de l’érosion totale annuelle pour une côte de sédiments fins et que la suffosion est responsable dans une large mesure de la réactivation des falaises. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

L'érosion côtière affecte actuellement plus de 50% des côtes de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Dans ce contexte, il est important de comprendre le transfert sédimentaire vers le milieu marin puisque les sédiments sont exportés du système littoral et contribuent ainsi à la perte de sédiments sur la côte. L'objet de cette étude est donc de caractériser le transfert sédimentaire le long de la baie de la Boule vers le milieu marin via un système chenal-levée au large de la Pointe-aux-Basques (Sept-îles, Côte-Nord) afin de déterminer si ce système contribue présentement à transférer des sédiments côtiers erodes vers le large. Pour atteindre cet objectif, des données bathymétriques à haute résolution, de sonar à balayage latéral, de profileur acoustique de sous-surface, de magnétomètre marin et LiDAR ont été acquises dans la région de Sept-îles. De plus, huit carottes boîtes ont été prélevées de la colonne sédimentaire à même le système chenal-levée afin d'analyser les propriétés physiques et chimiques des sédiments ainsi que le profil de décroissance radioactive du 210Pb. Les résultats de cette étude confirment que la région est affectée par une dynamique sédimentaire côtière très active, où plus de 400 000 m3 de sédiments ont été transportés sur la côte entre 2006 et 2008. En milieu marin peu profond, les données granulométriques démontrent qu'un système de dunes prograde vers l'ouest. Ces dunes permettent de transférer les sédiments vers la Pointe-aux-Basques où le rétrécissement du plateau côtier engendre le débordement des sédiments et la formation de courants gravitaires. Ces courants gravitaires sont à l'origine du système chenal-levée et sont visibles sous la forme d'événements ponctuels dans les carottes de sédiments. Les données de sous-surface suggèrent également l'activité récente du système par la morphologie et la stratigraphie des chenaux. De plus, les analyses au 210Pb confirment que le système est présentement actif et affecté par des événements de sédimentation rapides et ponctuels. Les données provenant du magnétomètre marin et de la susceptibilité magnétique des carottes suggèrent quant à elles que les sédiments proviennent bel et bien du littoral, contribuant ainsi dans une certaine mesure, à une perte de sédiments sur la côte.