L'adoption par le Québec d'une politique nationale de l'eau en 2002, mettant l'accent sur la gestion intégrée de l'eau par bassin versant, a suscité le besoin d'une délimitation précise des bassins versants, cruciale pour une modélisation hydrologique efficace et une gestion optimale de l'eau. Les Modèles Numériques de Terrain (MNT) générés par des technologies comme le LiDAR jouent un rôle essentiel dans ce processus, mais ils contiennent inévitablement des erreurs qui introduisent de l'incertitude dans la délimitation des bassins versants. Cette étude explore l'incertitude associée à la délimitation des bassins versants dérivés des MNT, en se concentrant sur divers paramètres hydro-géomorphologiques tels que l'Indice Topographique d'Humidité (TWI), l'Indice de Position Topographique (TPI), et la pente. En utilisant une approche stochastique, nous avons généré plusieurs délimitations de bassins versants pour analyser l'incertitude et identifier les facteurs y contribuant. Nous avons évalué quatre régions du Québec avec des caractéristiques topographiques et géomorphologiques différentes. Les résultats montrent que les grands bassins versants tendent à avoir une incertitude plus faible dans la délimitation, tandis que les petits bassins versants sont plus sujets à l'incertitude. Les paramètres hydro-géomorphologiques tels que le TWI et le TPI se sont révélés être des indicateurs significatifs de l'incertitude. Des valeurs de TPI plus faibles (indiquant un terrain plus plat) et des valeurs de TWI plus élevées étaient associées à des délimitations plus diffuses. La pente, en revanche, était moins indicative de l'incertitude, suggérant que la forme et la topographie du terrain jouent un rôle plus important dans la précision de la délimitation des bassins versants. Ces résultats contribuent à la compréhension et à la gestion des incertitudes dans la délimitation des bassins versants, aidant ainsi à des pratiques de gestion de l'eau plus fiables au Québec. / Quebec's adoption of a national water policy in 2002, emphasizing integrated water management by watershed, has driven the need for accurate watershed delineation, crucial for effective hydrological modeling and water management. Digital Elevation Models (DEMs) generated through technologies like LiDAR play a pivotal role in this process, yet they inherently contain errors that introduce uncertainty into watershed delineation. This study explores the uncertainty associated with watershed delineation derived from DEMs, focusing on various hydrogeomorphological parameters like Topographic Wetness Index (TWI), Topographic Position Index (TPI), and slope. Using a stochastic approach, we generated multiple watershed delineations to analyze uncertainty and identify the factors contributing to it. We assessed four regions in Quebec with different topographic and geomorphological characteristics. The results show that larger watersheds tend to have lower uncertainty in delineation, while smaller watersheds are more prone to uncertainty. Hydrogeomorphological parameters such as TWI and TPI were found to be significant indicators of uncertainty. Lower TPI values (indicating flatter terrain) and higher TWI values were associated with more diffuse delineations. Slope, on the other hand, was less indicative of uncertainty, suggesting that terrain shape and topography play a more significant role in accurate watershed delineation. These findings contribute to understanding and addressing the uncertainties in watershed delineation, thereby aiding more reliable water management practices in Quebec.

La gestion intégrée des ressources en eau par bassin versant requiert de bonnes connaissances du territoire à l'étude afin d'inclure le suivi de la qualité de l'eau de la « source au robinet » dans la planification territoriale. Un accès efficace à tout type de données relatives à la qualité de l'eau, incluant l'occupation du sol et les risques (impacts anthropiques, environnementaux, etc.), permettrait aux intervenants de divers milieux de prendre en considération le portrait complet des informations disponibles pour une prise de décision éclairée. Inventorier, assembler, analyser et interpréter les données peut représenter un défi supplémentaire lorsque les informations à colliger proviennent de sources différentes, tout particulièrement pour les organismes de bassins versants (OBV) et les petites municipalités qui n'ont pas toujours les moyens d'avoir des spécialistes en gestion de bases de données et en systèmes d'information géographique (SIG). Ce projet de maîtrise porte sur le développement d'un cadre méthodologique concernant l'acquisition, la gestion et l'utilisation des données relatives à la qualité de l'eau dans les bassins versants où existent des prises d'eau potable. Après une étude approfondie des exigences gouvernementales concernant la protection des sources, il sera question d'optimiser la gestion des données en concordance avec le Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection (RPEP) du Québec. Dans un contexte où de nombreuses municipalités du Québec doivent répondre aux exigences du RPEP d'ici 2021, un logiciel spécialisé en gestion des données sur la qualité de l'eau a été adapté afin d'aider les gestionnaires de la ressource en eau qui ont le mandat de répondre au RPEP. Ce projet permettra d'optimiser le processus d'acquisition et de traitement de l'information requise (eau et territoire) pour l'évaluation de la vulnérabilité des prises d'eau potable. L'évaluation de la vulnérabilité des prises d'eau potable est une démarche fondamentale de la protection des sources d'eau et de l'harmonisation de cette dernière avec l'occupation du territoire. La méthodologie développée pour une étude de cas dans les Laurentides montréalaises est applicable à d'autres bassins versants du Québec et d'ailleurs.

La gestion de la ressource en eau au Québec a beaucoup évolué depuis le début des années 2000. L'implantation progressive de la gestion intégrée de l'eau par bassin versant (GIEBV) a permis de passer d'un mode de gestion sectoriel à un mode de gestion intégré basé sur le travail de concertation des acteurs de l'eau mené par les organismes de bassin versant (OBV). Le bassin versant de la rivière Boyer est un petit bassin versant agricole de 217 km² situé dans la MRC de Bellechasse au Québec. Cette rivière est un cas d'école pour les chercheurs qui s'intéressent aux impacts de l'agriculture sur les eaux de surface. En effet, la détérioration dramatique de la qualité de l'eau de la rivière Boyer suite au développement de l'agriculture intensive et les répercussions sur la faune aquatique ont déjà suscité beaucoup d'études scientifiques. Plusieurs mesures de type réglementaire ou liés à une mobilisation des acteurs ont été mises en place à différentes échelles d'intervention afin de restaurer la qualité de l'eau de la rivière Boyer, étant une des rivières les plus polluantes du fleuve Saint-Laurent. Cependant, la qualité de l'eau dans le bassin versant de la rivière Boyer demeure mauvaise à l'heure actuelle. Cela nous amène à nous demander si la GIEBV au Québec prévoit l'application des principes du développement durable et un suivi adéquat des effets de la décentralisation des pouvoirs sur l'évolution de la situation des bassins versants. Nous nous attardons plus spécifiquement à identifier les freins à l'application d'une GIEBV efficace dans le bassin versant de la rivière Boyer. Nous avons mené 44 entrevues avec divers acteurs du monde de la gestion de l'eau aux échelles provinciale et locale et nous avons réalisé une analyse qualitative de leurs réponses. Nos résultats de recherche tendent à montrer que les effets de la décentralisation des pouvoirs et que la plupart des principes du développement durable que nous avons choisis d'examiner demeurent insuffisamment suivis ou appliqués par le biais de la GIEBV au Québec à l'heure actuelle. Les principaux enjeux socio-environnementaux de la gestion de la qualité de l'eau que nous avons découverts lors de notre recherche font état d'un équilibre difficile à atteindre entre économie et protection de l'environnement en milieu rural. Les appuis institutionnels à la GIEBV et, par le fait même, aux OBV, manquent à plusieurs égards afin de procurer une protection adéquate de la qualité de l'eau, ce qui affecte la perception de la valeur de la rivière Boyer. Par conséquent, l'application de plusieurs principes du développement durable présente des lacunes importantes dans le bassin versant étudié. / Water management changed significantly in the province of Quebec since the early 2000s. The progressive implementation of integrated watershed management (IWM) in Quebec allowed for the transition from a sectoral management to an integrated management of the resource, which is based on the coordination of stakeholders carried out by watershed organizations. The Boyer River watershed is a 217 km² agricultural watershed located in the RCM of Bellechasse, Quebec. The Boyer River is an interesting case for researchers interested in the effects of agriculture on the quality of surface waters. There are many governmental reports on the dramatic deterioration of water quality and the disappearance of certain species from the river following the development of intensive agriculture in the Boyer watershed. Several measures have been put in place at different scales of intervention to restore the Boyer River water quality, like the enforcement of legislative tools to ensure a sustainable development of the agriculture and the decentralisation of water quality management, for instance. However, in spite of the application of the previously mentioned measures, the Boyer River water quality remains bad at this time. That led us to wonder whether the IWM in Quebec provides for the application of the sustainable development principles and adequate monitoring of the situation of the watershed organizations. More specifically, we aimed to identify what stops the application of an effective IWM in the Boyer River watershed. We conducted 44 interviews with various water stakeholders at the provincial and local scales and we analysed the content of the interviews using qualitative analysis. Our results tend to show that the effects of power decentralization related to water quality management are currently not sufficiently monitored and that most of the sustainable development principles we studied are not adequately applied at the moment through the IWM in Quebec. The social and environmental challenges that we have discovered show that reaching a balance between the economy and the protection of the environment is a difficult task in rural areas. There is a lack of institutional support to the IWM as well as the watershed organizations to ensure a proper protection of water quality, which results in a low perception of the value of the river by the residents of the watershed. As a consequence, the implementation of several sustainable development principles is deficient in the Boyer river watershed.

Cette étude demandée par le Service régional de l'Aménagement des eaux d'Aix en Provence et la Direction départementale de l'Agriculture des Hautes Alpes comporte : - un inventaire des sources et puits - le bilan hydrologique et ses composantes - étude d'un bassin versant représentatif de la région et son étude : synclinal perché de Saint Genis.

La région étudiée est localisée au sud ouest du massif des Bauges entre le Chéran et Chambéry. Il s'agit du plateau du Revard. Il s'agit d'un massif à niveaux calcaires épais perméables et karstique séparés par des niveaux marneux perméables d'où l'existence de circulations souterraines.Celles-ci sont très developpées du fait d'une tectonique moins intense qui a défini de vastes structures monoclinales.L' hydrogéologie karstique est particuliérement étudiée.

L'étude du transport fluvial des matières en suspension (MES) et du carbone organique dans les rivières du monde informe sur le taux d'érosion des continents, le cycle du carbone et la contribution du carbone terrestre à l'océan. Les objectifs du travail sont, d'une part, de décrire, analyser et quantifier la dynamique des MES et du carbone organique, particulaire (COP) et dissous (COD), lors des périodes de crue, d'évaluer la contribution des événements de crue sur les flux annuels et, d'autre part, de quantifier ces flux sur le long terme par une approche de modélisation agro-hydrologique. L'étude expérimentale est basée sur l'échantillonnage à l'exutoire des données par un prélèvement manuel et automatique dans un bassin versant agricole de 1 110 km2 du Sud-ouest de la France, la Save, un affluent de la Garonne, de Janvier 2007 à Juin 2009. Concernant l'approche de modélisation, le modèle SWAT 2005 (Soil and Water Assessment Tool) est utilisé pour décrire le transport et quantifier le flux des MES et du COP sur du long terme (1999-2008) intégrant les données hydro-climatiques, l'occupation du sol et les itinéraires techniques des pratiques agricoles dans ce bassin. Les résultats montrent la forte variabilité temporelle de la dynamique de transport des MES, COP et COD durant les différentes crues saisonnières. Ces flux sont notamment transportés au printemps grâce aux fréquences importantes des crues et à la durée des crues. La quantification de flux (MES, COP et COD) pendant les crues contribuant aux flux annuel à été estimé. Le flux annuel des MES en 2007 est de 16 614 tonnes, représentant 15 t km-2 (85% du flux annuel transporté en crue pour 16% de la durée annuelle) et il est de 77 960 tonnes représentant 70 t km-2 en 2008 (95% du flux annuel transporté en crue pour 20% de la durée annuelle). Le transport du COP et COD durant les crues est respectivement de 76% et 62% du flux total pour 22% de la durée totale (Janvier 2008 à Juin 2009). Les flux de COP et COD exportés de la Save sont de 3091 tonnes et 1238 tonnes, représentant respectivement, 1,8 t km-2 an-1 et 0,7 t km-2 an-1. En utilisant des analyses statistiques, les facteurs hydro-climatiques qui conditionnent la dynamique du transport montrent de bonnes corrélations entre la précipitation totale, le débit de crue, le flux d'eau et les flux de MES, COP et COD. De plus, la dynamique des MES, COP et COD pour les différents crues a été examinée, en utilisant l'analyse des hystérésis. Les résultats du modèle agro-hydrologique SWAT montrent la forte variabilité temporelle des flux annuels de MES et COP (1999-2008). Le flux annuel de MES varie de 4 766 tonnes à 123 000 tonnes, représentant un flux spécifique de 48 t km-2 an-1 et le flux annuel de POC varie de 120 tonnes à 3 100 tonnes, représentant un flux spécifique de 1,2 t km-2 an-1. La régression entre le flux d'eau annuel et le flux de MES simulé a été établie et les zones potentielles d'érosion sont également identifiées par modélisation pour le bassin versant de la Save.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la notion de performance environnementale comme cadre analytique pour l’étude des impacts des activités agricoles sur l’environnement. Après avoir mis en évidence un manque de formalisation de cette notion dans la littérature, nous la définissons comme la distance entre l’état environnemental d’un écosystème à un moment donné et un état environnemental à atteindre pour cet écosystème, dit « de haute performance environnementale ». Dans cette étude, l’état environnemental est approché par trois critères liés à la ressource « eau » : les concentrations en nitrates et en matières en suspension, et les débits.Suite à la description de l’état initial, nous proposons une méthode d’optimisation de la performance environnementale des activités agricoles basée sur un couplage entre un modèle agro-hydrologique (SWAT) et un modèle d’optimisation multicritère (Weighted Goal Programming). La démarche d’optimisation considère la réaffectation spatialisée de systèmes de culture sur l’espace considéré comme facteur d’amélioration, les différents critères de l’optimisation étant examinés simultanément.La méthode est implémentée sur le bassin versant de la Boulouze (coteaux de Gascogne). Les résultats montrent une amélioration de la performance environnementale du système étudié. L’analyse de la nouvelle occupation des sols souligne qu’au-delà des évolutions quantitatives des surfaces allouées aux systèmes de culture, la spatialisation des changements d’un système vers un autre influe également sur la performance environnementale à l’échelle du bassin versant. Enfin, nous interrogeons l’applicabilité de cette méthode et mettons en évidence l’intérêt qu’elle présente comme outil à la fois de modélisation de scénarios et de communication. / We introduce in this thesis the notion of environmental performance as an analytical framework aimed at studying the impacts of agricultural activities on the environment. We outline first a need to formalize this notion and then define it as the distance between the “environmental” state of a system at a specific time and a state of “high environmental performance” to achieve. Focus is on water management at the watershed level with three criteria: nitrogen, sediments (water quality) and water flows (water quantity).Our aim is to optimize the environmental performance of agricultural activities at the watershed scale. First the initial status of the watershed is described, then a method is proposed. This method is based on a coupling between an agro-hydrological model, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), and the Weighted Goal Programming optimization method. Our purpose is the reallocation of farming systems within the watershed when considering the optimization criteria simultaneously.We implement this method on the Boulouze watershed (coteaux de Gascogne, in the southwestern part of France). Results outline an improvement of the environmental performance. The analysis of the new land-use plan emphasizes the fact that the changes of farming systems are not only due to evolutions of the surfaces where they are implemented, but that the environmental performance at watershed scale is also affected by their location.Finally we explore the applicability of the method used highlighting its attributes as a relevant tool for modeling scenarios and for communicating.

Ce mémoire a comme objectif de présenter une revue de la littérature et une analyse comparative des différents modèles existants pour le calcul de la capacité de support d’un plan d’eau aux apports en phosphore. Ce document a aussi pour but d’évaluer les différentes options pour l’utilisation de ce genre d’outil au Québec, ainsi que d’amorcer une réflexion sur les applications possibles de ce concept au niveau local, en lien avec l’aménagement du territoire des bassins versants. L’analyse comparative des modèles théoriques, combinée à la réflexion d’acteurs clés impliqués actuellement dans un processus qui consiste à tester leur utilisation dans les Laurentides au Québec, a permis de mettre en relief l’importance de calibrer les modèles régionalement. De plus, certains avantages semblent résider dans l’utilisation d’un modèle de nature empirique afin d’effectuer les prédictions sur les apports naturels et totaux en phosphore pour les lacs de cette région. Par contre, l’utilisation d’une approche de type « bilan de masse », s’avère tout de même indispensable afin de relativiser l’importance des différents apports anthropiques en phosphore du bassin versant. Dans l’avenir, l’utilisation de tels modèles permettra possiblement de justifier certaines mesures restrictives au développement des bassins versants, qui pourront s’insérer parmi les outils d’urbanisme actuels. Ce sont principalement les municipalités qui détiennent les pouvoirs nécessaires afin d’intégrer les prescriptions découlant de ce genre d’analyse à l’aménagement du territoire des bassins versants. Plusieurs outils d’urbanisme, tels que les plans d’aménagement d’ensemble (PAE) ou bien les règlements de zonage et de lotissement, semblent donner assez de latitude afin de permettre aux municipalités d’intervenir en ce sens. Toutefois, les modèles de capacité de support ne pourront pas être utilisés afin de calculer un nombre précis d’habitations qu’il est possible de construire dans le bassin versant d’un lac. / This study presents a literature review of current carrying capacity models developed in Ontario and Quebec (Canada) for the estimation of phosphorus (P) loading in lakes. Another objective is to evaluate their applications to land and watershed management practices in Quebec. A comparison of theoretical and empirical models, combined with the observations of keys stakeholders, confirms the importance of calibrating models regionally. The analysis further reveals that empirical models estimate more accurately P concentrations in lakes. However, the use of traditional mass balance approaches is still a necessity for the estimation of different P sources in the watershed. These models can support decision makers and land managers in Quebec in the application of more restrictive measures in lakes where the carrying capacity is currently exceeded. In Quebec, the use of the models and their implementation in the legislation will be a municipal responsibility. Many urbanism tools already allow this kind of intervention (zoning, « outils à caractère discrétionnaire »). But, model use alone will not be sufficient to justify a total interdiction of land development in a watershed or to impose a strict limit to house and cottage development.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.