Zugl.: Milano, Universit̀a, Diss., 2000.

Texte remanié de: Inaugural-Diss.--Philosophische Fakultät--Düsseldorf--Universität, 1987.

Diss--Philosophische Fakultät--Bonn--Universität, 1989.

L’eutrophisation et la contamination des sédiments (ex : métaux, nutriments, etc.) sont des problèmes majeurs pour la protection des écosystèmes aquatiques et la protection des ressources d’eau douce. Le lac Saint-Augustin (Québec, Canada) est aux prises avec ces deux problèmes. Depuis 2001, plusieurs épisodes de fleurs d’eau de cyanobactéries sont rapportés durant la saison estivale (P > 70 µg/L). Galvez et collaborateurs ont proposé une méthode de restauration pour ce lac consistant : (I) à réduire la teneur en phosphore de l’eau du lac par coagulation/floculation avec du sulfate d’aluminium et (II) à effectuer un recouvrement actif de roche calcaire et de sable afin d’isoler le floc d’Al, le P et les autres contaminants (ex., métaux) et permettre la recolonisation par le benthos. L’objectif des présents travaux était d’évaluer l’écocompatibilité de cette méthode. Deux approches écotoxicologiques ont été employées : (I) essais de toxicité monospécifiques (croissance de l’algue Pseudokirchneriella subcapitata et de la lentille d’eau Lemna minor; survie et reproduction de la daphnie Daphnia magna et de l’amphipode Hyalella azteca, survie, croissance et émergence de l’invertébré Chironomus riparius ainsi que survie des larves de tête-de-boule Pimephales promelas et des alevins de truites arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss) et (II) essai en microcosmes de 2 litres tel qu’adapté par Triffault-Bouchet. La toxicité de l’aluminium et l’impact de la roche calcaire ont été étudiés séparément : d’abord avec eau et sédiments artificiels et ensuite avec eau et sédiments du lac Saint-Augustin. Les résultats démontrent que les algues et les daphnies sont affectées par l’application d’alun. Aucun effet n’a été observé chez les autres organismes. Ceux-ci ont eu la capacité de recoloniser les milieux traités avec l’alun ou avec la technique complète. Ces résultats tendent à démontrer que la méthode de restauration est prometteuse. L’écocompatibilité de la technique ne pourra cependant être démontrée que par des essais in situ et après un suivi étroit du phytoplancton et du zooplancton dans le lac. Toutefois, dans le cadre des présents travaux, l’efficacité des traitements (en terme de déphosphatation) n’a pas permis d’atteindre le critère de qualité du MDDEP (20 µg/L). Ces paramètres devront être étroitement suivis lors des essais in situ. Mots clés : Eutrophisation, sédiments contaminés, restauration de lac, aluminium, recouvrement actif, évaluation écotoxicologique, bioessais monospécifique, microcosmes. / Eutrophication and contaminated sediments (e.g.: nutrients, metals, etc.) are preoccupying issues in aquatic ecosystems and water resource protection. Saint-Augustin Lake (Quebec, Canada) is affected by both problems in addition to the presence of de-icing salts. This small shallow lake has low renewal time and receives an intensive phosphorus transfer from bottom sediments to the water column. Since 2001, the lake presents cyanobacteria blooms every summer (P > 70 μg/L). Galvez and collaborators has proposed a remediation method for this lake that consists of (i) the precipitation of phosphorus present in the water column by the addition of alum, in association with the deposition of (ii) an active capping layer (limestone + sand) to isolated P, Al and other contaminants (e.g., metals) within bottom sediments and allow recolonisation by benthos. The objective of this study is to assess the ecotoxicological impact of that remediation method. Two ecotoxicological approaches are used to assess the impact of this method: (I) single-species bioassays (algae Pseudokirchneriella subcapitata and duckweed Lemna minor growth; daphnid Daphnia magna and amphipod Hyalella azteca survival and reproduction, invertebrate Chironomes riparius survival, growth and emergence, fathead minnow P. promelas and rainbow trouts O. mykiss survival) and (II) a 2-L microcosm as adapted by Triffault-Bouchet. Alum toxicity and limestone impact were studied separately in laboratory: first with artificial water and sediments and then using actual lake overlying water and sediments. The results show that algae and daphnids are sensitive to alum treatment. No significant effects were observed on the other organisms. These organisms had the ability to recolonize the treated media either with alum treatment or with complete treatment. These results suggest that the restoration method is promising. The environmental compatibility of the technique, would be demonstrated after testing in situ with a close monitoring of phytoplankton and zooplankton in the lake. However, the results of this study showed that the treatments dephosphatation efficacity was not enought to reach the MDDEP quality criteria (20 µg/L). Also, the concentration of residual aluminum after treatments was still over the MDDEP quality criteria after treatments. Keywords : Eutrophication, contaminated sédiments, lake restauration, aluminum, active capping, écotoxicological évaluation, monospécific bioessais, microcosms.

Texte abrégé et remanié de: Thèse de doctorat--Histoire--Strasbourg 2, 2005. / Bibliogr. p. 749-763.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Traditionnellement, les études portant sur les lacs sont basées sur des données obtenues à une fréquence mensuelle ou bimensuelle en assumant une certaine homogénéité des caractéristiques limnologiques dans le temps. Cependant, certaines études ont montré qu’à l’échelle de quelques jours, des changements importants peuvent survenir dans un lac. L’un des objectifs du mémoire était donc d’évaluer la dynamique à court terme d’un lac de dimension modeste avec une fréquence d’échantillonnage élevée (2 fois par semaine) combiné à des données obtenues en continu. À cette fin, le lac Saint-Augustin, un lac eutrophe de 0,5 km² et d’une profondeur moyenne de 3 m situé sur le territoire de la ville de Québec, a été sélectionné. Les résultats indiquent que les conditions météorologiques 24h à 48h précédant l’échantillonnage ont un grand impact sur la stabilité thermique de la colonne d’eau et que celle-ci, à son tour, provoque des effets sur plusieurs paramètres. Un deuxième volet du mémoire avait comme objectif de déterminer la cause de la floraison de cyanobactérie qui est survenue au cours de l’été 2002. Les floraisons de cyanobactéries sont un des symptômes les plus dramatiques de l’eutrophisation des lacs. Les résultats indiquent que les conditions météorologiques affectent en très peu de temps (24h) la stabilité thermique du lac et que la présence d’une séquence de conditions de mélange suivie d’une période de stratification a été vraisemblablement la cause de la floraison de l’été 2002, alors que l’absence de cette séquence à l’été 2003 a résulté en une absence de floraison. Cette étude souligne l’importance à accorder aux stratégies d’échantillonnage pour tenir compte de la dynamique à court terme et ainsi obtenir un portrait plus juste d’un lac. Elle montre aussi qu’avec le réchauffement climatique et l’augmentation de la fréquence de périodes de stratification dans les lacs qui lui est potentiellement associé, il est à anticiper que les épisodes de floraisons de cyanobactéries seront plus fréquents. Ceci est particulièrement vrai pour les lacs eutrophes, déjà prédisposés aux floraisons de cyanobactéries, ce qui plaide en faveur du contrôle de l’eutrophisation des lacs dès maintenant. / Traditionally lake studies use data obtained biweekly or monthly assuming a certain homogeneity of parameters in time. However several studies have showed that at daily scale major changes can occur. One of the main goal of this thesis was to evaluate short-term dynamics in a small lake with a high sampling frequency (twice a week) in combination with continuous data. Saint-Augustin lake, a eutrophic lake of 0,5 km2 and 3 m mean depth, has been chosen. Results show that the weather conditions 24h to 48h prior to the sampling date had great impact on the water column thermal stability that in turn affects several limnological parameters. A second aspect of the thesis was to understand the causes underlying the cyanobacterial blooms that occurred in summer 2002. Cyanobacterial blooms are one of the most striking symptoms of eutrophied lakes. Results show that weather conditions alter very quickly (24h) the thermal stability of the water column. It appears that mixing conditions immediately followed by thermal stratification are likely to be responsible for the summer 2002 blooms, and the absence of this chain of events in summer 2003 is linked with the absence of cyanobacterial bloom that year. This study stresses the importance in choosing the correct sampling strategies in order to take into account the short term dynamics and thus getting a better picture of the lake. It also shows that with global warming and enhancement of period of thermal stratification that is likely to follow, cyanobacterial blooms should be more frequent. This is particularly true for eutrophic lakes already sensitive to blooms. To limit the impact of global warming on lakes, a better control of eutrophication is needed.

Le lac Saint-Augustin a muté en un lac hypereutrophe riche en phosphore puisqu’il était, pendant les dernières décennies, victime de rejets de déchets agricoles et urbains. De même, la qualité de l’eau a été victime du recours massif aux sels de déglaçage (NaCl) qui avaient pour but d’entretenir l’autoroute - 40 (Félix Leclerc) pendant les périodes de gel et ce depuis sa construction en 1974. Le lac en question est alimenté, essentiellement, par l’écoulement des eaux souterraines dans des sédiments fluvioglaciaires. Ce flux hydrique suit la direction NW-SE sur la rive nord du lac en-dessous d’un tronçon approximatif de 2 Km de l’autoroute Félix Leclerc. Ainsi, cet écoulement apporte les sels dissous aussi bien dans les eaux souterraines que dans celles du lac. La caractérisation de cet écoulement a montré que le débit annuel des eaux souterraines en direction du lac représentait 8 % du volume annuel emmagasiné dans l’aquifère du bassin versant du lac Saint-Augustin. Il est à mentionner qu’une grande partie de ce volume est déversé, évidemment, dans des endroits autres que le lac. Le suivi de la qualité des eaux souterraines, au cours de l’année 2013, au niveau de plusieurs points d’échantillonnage a révélé qu’elles étaient contaminées par les sels de déglaçage puisque la conductivité spécifique à 25 °C et les concentrations en sels dépassaient les seuils recommandés par le MDDEFP. Deux faciès chimiques caractérisaient ces eaux. L’un était bicarbonaté-calcique et l’autre était chloruré-sodique. En outre, un bilan de masse a été élaboré. Il avait comme cible d’estimer le transport des sels vers le lac. Ce bilan a permis de conclure que la masse annuelle du chlorure dans les eaux souterraines était deux fois supérieure à celle du sodium. Cet appauvrissement est généré par des réactions d’échanges de base qui s’effectuent entre le calcium et le sodium existant dans les sols environnants. Les masses de ces sels subissent des processus de dilution dans les eaux souterraines et dans le lac. Toutefois, des impacts à long terme peuvent représenter des dangers et devraient être examinés. / The lake Saint-Augustin has mutated into an hyper-eutrophic lake rich in phosphorus as it was during the last decades rejection victim of agricultural and urban waste. Similarly, the water quality has been the victim of massive use of road salt (NaCl) which aimed to maintain the highway - 40 (Felix Leclerc) during periods of frost and since its construction in 1974. The lake in question is powered mainly by the groundwater flow in glaciofluvial sediments. This water flow follows the NW-SE direction on the north shore of the lake below approximately 2 Km stretch of Highway Felix Leclerc. Thus, this flow brings dissolved salts as well in groundwater than in the lake. The characterization of this flow showed that the annual flow of groundwater towards the lake accounted for 8% of the annual volume stored in the aquifer of the lake Saint- Augustin watershed. It should be mentioned that a large part of this volume is discharged obviously in locations other than the lake. The monitoring of groundwater quality, in 2013, at several sampling points revealed that they were contaminated with road salt as the specific conductivity at 25° C and salt concentrations exceeded the thresholds recommended by the MDDEFP. Two chemical facies characterized these waters. One was bicarbonate-calcium and the other was a chloride-sodium. In addition, a mass balance has been developed. He had a target to estimate the transport of salts to the lake. The review concluded that the annual mass of chloride in groundwater was twice that of sodium. This depletion is generated by reactions of basic exchanges were effected between calcium and sodium in the existing surrounding soils. The masses of these salts undergo dilution process in groundwater and lake. However, long-term impacts may represent hazards and should be reviewed.

Une action au niveau des sédiments du lac Saint-Augustin est essentielle pour contrôler le principal apport interne en phosphore qui accélère l’eutrophisation du lac. Plusieurs scénarios combinant dragage hydraulique, dragage mécanique, inactivation du phosphore à l’alun et recouvrement actif des sédiments ont été élaborés sur les zones les plus fortement contaminées du lac. L’utilisation de méthodes multicritères d’aide à la décision permet de hiérarchiser les scores de performances de ces scénarios sur la base de critères technique, économique, environnemental et social. L’inactivation du phosphore par l’alun suivie de la mise en place d’un matériau de recouvrement actif de pierre calcaire sur l’ensemble des zones fortement contaminées de même que le dragage hydraulique de ces zones avec polymérisation et filtration des boues pompées à travers un sac filtrant sont les deux scénarios les plus performants. Les scénarios de dragage mécanique des sédiments contaminés arrivent bons derniers et derrière l’option statu quo. / Remediation actions scoped on the contaminated sediments of Lake Saint-Augustin are essential to control the main internal phosphorus intake that accelerates the eutrophication of the lake. Several restoration scenarios combining hydraulic and mechanical dredging, phosphorus inactivation with alum treatment and active capping using limestone are developed on the most heavily contaminated areas of the lake. The use of multicriteria methods for decision support helps to assess the best restoration scenario on the basis of technical, economic, environmental and social criteria. The inactivation of phosphorus by alum followed by the application of a limestone cap on the most heavily contaminated areas of the lake as well as the hydraulic dredging of these areas with polymerisation and filtration of pumped sediments through a filter bag appear to be the two most efficient scenarios to implement at Lake Saint-Augustin on a large scale. Mechanical dredging scenarios come last, even behind the do-nothing option.

Le lac Saint-Augustin (Québec) est un lac montrant une eutrophisation avancée. L'eutrophisation, qui est un vieillissement accéléré d'un plan d'eau, est causée par l'apport excessif de phosphore (P) en provenance des sédiments qui sont contaminés en P et en métaux lourds. L'alimentation du lac est principalement souterraine ce qui contribue au relargage du P dans les eaux du lac. Un recouvrement actif est envisagé pour contrer le relarguage du phosphore. Ce recouvrement est constitué de calcite qui a la capacité d'adsorber le phosphore. Une étape préliminaire est envisagée afin de diminuer la teneur de phosphore dans la colonne d'eau par un traitement de coagulation/floculation avec de l'alun. Le projet de maîtrise vise à estimer la performance du recouvrement actif en essais en colonnes de grande taille. Ces essais reproduisent les conditions de terrain en laboratoire dans deux colonnes de près de trois mètres de hauteur. Les méthodes de réhabilitation y sont appliquées. Les deux colonnes sont différentes car seulement l'une des deux subit le prétraitement à l'alun à raison de 20 mg/l d'alun dans la colonne d'eau. Par contre, les deux colonnes contiennent la couche de recouvrement qui a une épaisseur de 15 cm de calcite surmontée d'une couche de 15 cm de sable (pour protéger et maintenir la calcite en place). Les essais en colonnes ont duré six mois. La calcite a montré une capacité élevée de rétention du phosphore avec une adsorption moyenne de 317 ± 106 mg de Pextractibie/kg calcite dans la colonne sans alun. La colonne avec alun n'a pas été aussi efficace, probablement à cause d'une vitesse de percolation plus rapide due à une perméabilité des sédiments trop élevée. Les conditions d'opération n'ont pas donné les résultats escomptés en terme de performance mais ont permis de démontrer le bon potentiel d'une couche de calcaire comme recouvrement actif pour contrer l'eutrophisation du lac Saint-Augustin.

La seigneurie de Saint-Augustin de Maur, communément appelée la « seigneurie des pauvres », est propriété des pauvres de l’Hôtel-Dieu de Québec de 1734 à 1868. Achetée après adjudication (mise aux enchères) avec l’argent des pauvres par leurs dépositaires, les Augustines de l’Hôtel-Dieu de Québec, la seigneurie est mise en valeur avec succès par ces dernières malgré les contraintes physiques que leur impose la clôture perpétuelle. Les pauvres sont les seigneurs de Maur en théorie, mais ils ne le sont pas en pratique puisqu’ils sont une personne morale n’ayant pas la capacité de gérer des biens. C’est une hospitalière (la dépositaire des pauvres) qui assure le rôle de seigneuresse en concédant des terres, en tenant les registres de compte et en engageant les procureurs, meuniers et fermiers. La propriété des pauvres n’étant que théorique, les religieuses sont, dans les faits, les véritables seigneuresses de Saint-Augustin. Pour arriver à gérer le fief de Maur correctement, les Augustines se font conseiller par leurs « amis », par le clergé canadien, par les administrateurs coloniaux et par des procureurs, et elles mettent en place des outils seigneuriaux comme des plans de la seigneurie, des papiers-terriers et des censiers, ce qui leur permet d’atténuer les limites du cloître et de gérer Saint-Augustin aussi minutieusement que les seigneurs masculins du Canada le font pour leurs fiefs (Séminaire de Québec, Sulpiciens et Jésuites). Bien que le cloître restreigne la surveillance et le prélèvement des droits seigneuriaux des Augustines, le régime seigneurial se durcit au XVIIIe siècle à Saint-Augustin. Les Augustines savent réclamer leur dû par un sens aigu des affaires, mais elles n’ont d’autres choix, en toute circonstance, que d’avoir confiance en leurs régisseurs, ce qui n’est pas toujours garant de succès.