La consommation des composés pharmaceutiques est en constante croissance à travers le monde et leur utilisation peut entraîner une accumulation dans l’environnement d’où leur désignation à titre de contaminants émergents. De nombreux groupes de recherche se penchent donc sur les questions de leurs effets sur des organismes vivants, sur la santé de certains écosystèmes ou encore sur l’efficacité de différents types de traitement des eaux usées. Or, peu de données sont disponibles quant aux concentrations présentes dans différentes matrices telles que les eaux usées ou l’eau de surface dans lesquelles elles sont déversées ou encore l’impact que peuvent avoir les hôpitaux sur l’occurrence des composés pharmaceutiques. La recherche dans ce domaine peut s’avérer un outil clé dans l’établissement de normes et de limites pour différents contaminants puisque celles-ci sont encore marginales dans la plupart des pays du monde, surtout au niveau des médicaments. Dans le cadre de cette thèse, différentes méthodes analytiques ont été développées pour faire l’analyse de classes ciblées de médicaments par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse afin de quantifier ceux-ci dans diverses matrices environnementales. Un des objectifs du présent ouvrage est donc de détailler les travaux de développement et de validation de méthodes analytiques robustes. Une première méthode d’extraction en phase solide en ligne avec la chromatographie liquide ultra-haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (SPE en ligne UPLC-MS/MS) a été développée afin de faire l’analyse de huit différentes classes de composés pharmaceutiques susceptibles d’être retrouvés dans les eaux usées. Afin de déterminer la distribution et l’adsorption des composés ciblés sur la phase solide de différentes matrices, une méthode d’extraction et de purification a également été optimisée de telle sorte que les extraits de matière particulaire et de sédiments soient compatibles avec cette méthode analytique. Ces méthodes ont été appliquées sur de nombreuses eaux usées d’hôpitaux et d’usine de traitement des eaux au Québec (Canada). Les produits de chimiothérapies présentent un défi analytique supplémentaire puisqu’ils sont polaires comparativement à la plupart des autres classes de composés pharmaceutiques. Il y a donc peu d’études sur la présence et le comportement de ces contaminants bien que ceux-ci présentent un risque écotoxicologique potentiellement important. Un deuxième objectif de cette thèse a donc été de comparer différentes alternatives pour la préconcentration et la séparation chromatographique, notamment la chromatographie à interaction hydrophile (HILIC). Celle-ci a mené à la validation de deux méthodes analytiques dont la sensibilité est de l’ordre des ng/L pour ces composés dans des eaux usées brutes. Ces méthodes de SPE en ligne UPLC-MS/MS ont été appliquées à de nombreux échantillons d’effluents d’hôpitaux ainsi qu’à des usines de traitement des eaux usées au Québec (Canada). D’autre part, la méthode SPE en ligne UPLC-MS/MS pour l’analyse des multiples classes de composés pharmaceutiques a été validée pour l’eau de surface enfin d’atteindre un dernier objectif de cet ouvrage qui consiste à évaluer différentes sources de contamination de cette matrice à proximité de zones densément peuplées. Durant de larges campagnes d’échantillonnage sur le fleuve Saint-Laurent, échelonnées sur une période de cinq ans et ayant couvert une zone géographique de près de 700 km entre le Lac Ontario et l’estuaire, plus de 400 échantillons ont été prélevés et analysés. Parmi ceux-ci figurent des échantillons provenant de 56 rivières tributaires au fleuve prélevés afin de déterminer l’impact de celles-ci en termes de pollution en composés pharmaceutiques et de les comparer avec des points de rejet d’eau usée de villes telles que Montréal ou Québec. Enfin, ces mêmes méthodes ont été appliquées lors de projets en collaboration avec des chercheurs se penchant sur les effets écotoxicologiques des composés pharmaceutiques sur des organismes aquatiques dans des matrices d’eau de surface ainsi que pour de développement de technologies alternatives pour le traitement des eaux usées. / A constant increase in pharmaceutical compounds worldwide can accentuate problems related to these pollutants of emerging concern in environmental matrices. Therefore, many researchers are studying their effects on living organisms, the health of impacted ecosystems, and the efficiency of different types of wastewater treatment systems. However, there is a lack of available data on the occurrence and concentrations of pharmaceuticals in different matrices, such as wastewaters or receiving surface waters, and the relative importance of hospital effluents on the load of these contaminants. Research in this field can be a key tool on different drugs since only a few countries have implemented norms and guidance, especially for medications. As part of this thesis, different analytical methods have been developed for the analysis of selected drugs, and liquid chromatography coupled with mass spectrometry was used to quantify multi-class pharmaceuticals occurring in various environmental matrices. One objective of this manuscript is to develop and validate robust analytical methods. A first extraction method on-line with liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (on-line SPE UPLC-MS/MS) was developed to analyze eight different pharmaceutical classes susceptible to be found in wastewaters. With the aim of evaluating the partitioning and adsorption of target compounds onto a solid phase, an extraction and purification method was optimized to ensure that particulate matter and sediment extracts were compatible with the analytical method. These optimized methods were then applied to several hospital effluents and wastewater treatment plants samples in the province of Quebec (Canada). Chemotherapy agents present an additional analytical challenge since these drugs are relatively polar compared with most of other pharmaceutical classes. This explains the low number of publications relating to their occurrence and behaviour even though they present a high ecotoxicological hazard. A second objective of this thesis was to compare different potential alternatives for enrichment and chromatographic separation of these pollutants, notably the use of hydrophilic interaction chromatography (HILIC). This work led to the validation of two analytical methods for which the sensitivity reached ng/L levels for these compounds in raw sewage. These methods were successfully applied to samples from numerous hospital effluents and wastewater treatment plants from the province of Quebec (Canada). Also, a multi-class pharmaceutical method was validated for surface water in order to achieve the last objective of this thesis which consisted in the determination of the different contamination sources of this matrix near densely populated areas. During major sampling campaigns on the Saint-Lawrence River, spanning over five years and covering a geographical area of approx. 700 km between Lake Ontario and the estuary, a total of more than 400 samples were collected and analyzed. Among those, 56 different rivers tributary to the Saint-Lawrence were sampled to establish the impact they may have on pharmaceutical pollution. Data were compared with wastewater rejection points from cities, such as Montreal and Quebec. Finally, these methods were applied in the context of collaboration projects with researchers focusing on measuring ecotoxicological effects of pharmaceutical compounds on living organisms in surface water matrices and on the development of alternative wastewater treatment technologies.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les conditions actuelles de réchauffement climatique provoquent d'importants changements dans les paysages subarctiques, notamment le dégel du pergélisol et la croissance des lacs de thermokarst. Ces lacs sont connus pour leur libération importante de gaz à effet de serre (GES), un processus conduit par l'activité microbienne. Ce projet utilise comme modèle la vallée de la rivière Sasapimakwananistikw (SAS), située dans la région de Whapmagoostui-Kuujjuarapik au Nunavik, pour tracer un portrait des populations virales de ces milieux afin de permettre une meilleure compréhension des changements liés au dégel du pergélisol. Les lacs de thermokarst sont peu profonds (< 3 m) et riches en matière organique. En été, leur colonne d'eau est stratifiée, avec des eaux chaudes et oxygénées en surface et des eaux froides et anoxiques en profondeur. En hiver, l'ensemble du lac est scellé par la neige et la glace, entravant les échanges avec l'atmosphère, et l'eau y devient entièrement anoxique. Ces conditions anoxiques favorisent l'activité des micro-organismes méthanogènes et la formation de GES. Les virus sont connus pour avoir un impact considérable sur l'environnement. Ils peuvent affecter les réseaux trophiques, l'équilibre des populations microbiennes et les cycles biogéochimiques. Puisque nombre de virus sont encore inconnus, leur impact sur les écosystèmes polaires reste mal documenté. Ce projet donne l'occasion de combler une lacune importante dans les connaissances actuelles. Dans ce projet, j'utilise une approche métagénomique pour étudier la communauté virale des lacs de thermokarst du nord du Québec dans le but de répondre aux questions suivantes : (1) Quelle est la diversité virale des lacs de thermokarst et comment varie-t-elle au fil des saisons? Et (2) Quel est le niveau de connectivité entre les communautés virales nordiques, du lac thermokarstique aux milieux marins en passant par les rivières les reliant? Deux études préliminaires ont été menées pour étudier les communautés virales et leurs hôtes cellulaires dans le lac SAS2A. La première étude présente la variation saisonnière des communautés virales intracellulaires dans ce lac; la seconde étude étudie les hôtes cellulaires retrouvés dans la « petite » fraction. Ces études ont mis en lumière la transition des communautés virales entre les saisons ainsi que la diversité et les rôles métaboliques des micro-organismes de petite taille. L'analyse d'échantillons du lac SAS2A a permis de décrire deux communautés virales distinctes dans un lac de thermokarst échantillonné en été et en hiver sur une période de trois ans. Une communauté saisonnière dynamique occupe la couche de surface oxygénée pendant l'été et une communauté plus stable occupe la couche d'eau anoxique au fond du lac en été et dans une grande partie de la colonne d'eau en hiver. La grande majorité des génomes viraux identifiés dans ces métagénomes ont été assignés à des familles virales appartenaient aux Caudovirales (Caudoviricetes), notamment les groupes morphologiques myovirus, siphovirus et podovirus. Une comparaison avec des métagénomes d'autres milieux nordiques a mis en évidence la composition distincte des communautés virales dans cet écosystème lacustre de dégel du permafrost. L'analyse d'échantillons de multiples habitats dans la vallée SAS, incluant le lac SAS2A, la tourbière et une palse de la vallée SAS2, et la rivière SAS qui draine le système vers la Baie d'Hudson, a révélé un niveau de connectivité variable dans la région. Les résultats dénotent une déconnexion complète des communautés virales de la palse et de la rivière, contrastée par une relation étroite entre les communautés de l'eau du lac et de ses sédiments. La comparaison avec les populations virales de nos études antérieures a confirmé la récurrence de certains génotypes viraux dans cet habitat sur plusieurs années. Les résultats de cette étude montrent la présence d'une grande diversité de virus dans le paysage pergélisolé et indiquent une connectivité très variable entre les habitats adjacents. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse enrichissent nos connaissances sur le fonctionnement interne des lacs de thermokarst, en approfondissant notre compréhension des communautés virales sur un spectre taxonomique, temporel et spatial plus large. Les lacs de thermokarst présentent une grande diversité virale en toutes saisons et des relations transitoires complexes à travers le temps et l'espace. Ce projet ouvre la voie à une meilleure compréhension et de nouvelles recherches sur l'écologie virale des environnements nordiques touchés par la dégradation du pergélisol. / Under current global warming conditions, subarctic landscapes are undergoing major changes, including permafrost thawing and the growth of thermokarst lakes. These lakes are known for their considerable release of greenhouse gases (GHG), a process driven by microbial metabolism. This metagenomics project uses the Sasapimakwananistikw (SAS) river valley, located in the Whapmagoostui-Kuujjuarapik region in Nunavik, as a model to portray viral populations in these environments, with a focus on better understanding the changes associated with permafrost thaw. Thermokarst lakes are shallow (< 3 m) and rich in organic matter. In summer, their water column is stratified, with warm, oxygenated water at the surface and cold, anoxic water at the bottom. In winter, the whole lake is sealed off by snow and ice, preventing exchanges with the atmosphere, and becomes entirely anoxic. These anoxic conditions favor the activity of methanogenic micro-organisms and the formation of GHG. Viruses, small intracellular parasites, are known to have a considerable impact on their host and environment. They can affect food webs, the balance of microbial populations and biogeochemical cycles. Since many viruses are still unknown, their impact on polar ecosystems is still poorly documented. This project was an opportunity to fill a major gap in current knowledge. This project used a metagenomic approach to study the viral community of thermokarst lakes in northern Quebec, with the aim of answering the following questions: (1) What is the viral diversity of thermokarst lakes, and how does it vary over the seasons? And (2) What is the level of connectivity between northern viral communities, from peatland soils and wetlands to thermokarst lakes, and to the marine environment via connecting rivers? Two preliminary studies investigated viral communities and their cellular hosts in thermokarst lake SAS2A. The first study focused on the seasonal variation of intracellular viral communities in this lake, while the second examined the cellular hosts found in a small size fraction (< 0.2 μm) of the microbial community. These studies highlighted the transition of viral communities between seasons, as well as the high diversity and broad metabolic potential of small microorganisms, generally poorly represented in traditional metagenomes. Analysis of SAS2A lake samples revealed two distinct viral communities in a thermokarst lake sampled in both summer and winter over a three-year period. A dynamic seasonal community occupied the oxygenated surface layer in summer, while a more stable community occupies the anoxic water layer at the bottom of the lake in summer and a large part of the water column in winter. The vast majority of viral genomes identified in these metagenomes were assigned to viral families belonging to the Caudovirales (Caudoviricetes), notably the morphological groups myovirus, siphovirus and podovirus. A comparison with other permafrost and northern lake metagenomes highlighted the distinct composition of viral communities in this permafrost thaw lake ecosystem. Analysis of samples from multiple habitats in the SAS valley, including SAS2A lake, the surrounding peatland, a palsa in the SAS2 valley, and the river that drains the system into Hudson Bay, revealed a variable level of connectivity across the landscape. The results show a clear and complete disconnection between the viral communities of the palsa and the river, contrasted by a close relationship between the communities of the lake bottom water and its sediments. Comparison with viral populations from our previous studies carried out in this thermokarst lake system confirmed the recurrence of certain viral genotypes in this habitat over several years. The results of this study show the presence of a high diversity of viruses in the permafrost landscape and indicate highly variable connectivity between adjacent habitats. Overall, the findings of this thesis add to our knowledge of the inner workings of thermokarst lakes, deepening our understanding of viral communities over a wider taxonomic, temporal and spatial spectrum. Thermokarst lakes exhibit high viral diversity in all seasons, as well as complex transitional relationships across time and space. This project paves the way for a better understanding and new research into the viral ecology of northern environments impacted by permafrost degradation.

La ville de Québec s’approvisionne en grande partie (57 %) en eau potable au sein du bassin versant de la rivière Saint-Charles. La majeure partie est directement prélevée dans la rivière Saint-Charles et une moindre partie est prélevée par des puits municipaux ou des puits privés qui constituent souvent le seul moyen d’approvisionnement. Les changements climatiques anticipés et le développement urbain de la ville de Québec pourraient avoir un impact important sur cette ressource en eau. Dans le but d’estimer l’impact des changements climatiques et du développement urbain sur la ressource en eau du bassin versant de la rivière Saint-Charles, un modèle numérique du bassin versant couplant les écoulements de surface et souterrains ainsi que l’évapotranspiration a été réalisé avec HydroGeoSphere (HGS). La première étape de la méthodologie est de caler un modèle sur l’état actuel (période 1971-2000). La seconde étape consiste à appliquer au modèle calé de nouvelles conditions représentant l’état futur du climat et le développement urbain afin de pouvoir comparer ces résultats avec l’état actuel. Les nouvelles conditions limites représentant l’état futur sont obtenues en mettant à l’échelle, avec la méthode des « deltas », les projections climatiques faites par des modèles de circulation générale (MCG) pour la période 2071-2100 et différents scénarios de développement urbain pour la période 2080 ont été réalisés. Les résultats montrent que durant les hivers plus chauds, les hauteurs d’eau (eau de fonte et précipitations pluvieuses) pourraient être entre 4 et 7,5 fois plus importantes selon les scénarios et qu’en période estivale l’évapotranspiration réelle augmenterait entre 15 % et 25 %. On observerait alors des débits hivernaux entre 2 et 3 fois supérieurs à ceux actuels, des crues printanières plus précoces (entre 10 et 30 jours) et des débits estivaux diminués de 10 % à 25 %. Les niveaux piézométriques hivernaux devraient être sensiblement plus élevés qu’actuellement surtout dans le roc sur les hauts topographiques où l'on observe des augmentations pouvant dépasser les 15 m. En période estivale, on observe une diminution des niveaux piézométriques localisée sur les hauts topographiques, mais également sur les aquifères granulaires au sud. On constate également que les effets du développement urbains sont beaucoup moins importants que ceux induits par les changements climatiques. Le principal effet est d’augmenter légèrement les débits hivernaux (max +0.6 m3/s). / The main part (57%) of Quebec City drinking water comes from the Saint-Charles River watershed. Most of this water is pumped directly from the river but a significant volume of groundwater is also supplied from municipal and private wells in bedrock and granular aquifers. The anticipated climate change and the probable urban area development of Quebec City could have an important impact on these water resources. To assess and quantify the impact of climate change and urban development on water resources of the Saint-Charles River watershed, a 3D numerical model was developed. This numerical model simulates surface water and groundwater flow dynamics for the catchment, using the physically-based, fully integrated, variably-saturated 3-D surface-subsurface simulator HydroGeoSphere (HGS). The first step of the methodology was to build and calibrate the model under current climate conditions (1971-2000). The second step was to identify climate projections from general circulation models (GCMs) with different emission scenarios and to downscale their output (with the “delta change” method) to the catchment scale, as well as to propose urbanisation scenarios. Using the calibrated model as a starting point, the output of the GCMs and urbanisation scenarios were then used as boundary conditions in the numerical model for predictive simulations. Results show that, compared to current conditions, the amount of water (snowmelt water and rainfall) could be about 4 to 7 times greater during warmer winters, according to different emission scenarios, and evapotranspiration could increase by about 15 % to 25 % during warmer summers. These changes could increase winter stream flows by a factor of 2 to 3, and lead to earlier occurrence of snowmelt floods during springs, (by 10 to 30 days), and a reduction of 10 % to 25 % of summer stream flows. In winter, hydraulic heads would dramatically increase, by more than 15 m, mainly in the high-elevation areas and, in summer, hydraulic heads would decrease in the high-elevation areas as well as in the low-elevation areas for the granular aquifers. The simulated effects of urban development on hydraulic heads and stream flows are lower than those induced by climate change. The main effect of planned urban development is an increase (max +0.6 m3/s) of monthly mean stream flow during winter.

Le présent mémoire s’intéresse à la réalisation de la coopération interétatique entre les pays riverains du bassin versant du fleuve Congo, en Afrique. Privilégiant une approche juridique, le travail proposé vise toutefois à dépasser le cadre théorique du partage des ressources en eau douce en abordant la dimension géopolitique propre au sujet d’étude. La présentation de l’état du droit international des cours d’eau permet donc de définir le cadre juridique à l’intérieur duquel s’organise la coopération entre les États tributaires d’un même bassin hydrographique. L’analyse de la coopération, récemment mise en place entre plusieurs riverains du bassin du fleuve Congo, révèle le dynamisme de la Commission internationale du bassin du Congo-Oubangui-Sangha. Toutefois, les pressions qui s’exercent tant au niveau régional qu’international imposent la prudence quant à la gestion de la ressource à moyen et long terme. / The following study deals with the building of cooperation between riparian States of the Congo basin, in Africa. Whilst based on a legal approach, this work goes beyond the theoretical basis of the sharing of freshwater resource, by including geopolitics factors related to the case study. The International law of freshwater resources helps defining the legal framework within which riparian States of a drainage basin organize their cooperation. Recently established, the River basin organization for the Congo “Commission internationale du basin du Congo-Oubangui-Sangha (CICOS)”, proves to be dynamic and proactive. However, pressure coming from regional actors as well as international actors command to be particularly careful about mid-term and long-term management of the water resource in the area.

Pour différentes raisons dont l'amélioration de la santé publique et un souci économique, il est important d'optimiser le fonctionnement des usines de production d'eau potable. Les présents travaux avaient pour objectif l'optimisation d'un système de coagulation, floculation et décantation à flocs lestés qui constitue la première étape de nombreux systèmes conventionnels de traitement d'eau actuels. Le premier sous-objectif de ce projet a porté sur le test d'un outil expérimental, le jartest, réalisé avec du microsable. Cette étude a été réalisée à l'usine de traitement d'eau (UTE) de Québec secteur centre. Le second objectif a visé le suivi ainsi que le développement d'outils d'analyse de données et de performance de deux (2) systèmes réels de décantation à flocs lestés. Dans la première partie de l'étude, les résultats obtenus montrent que les absorbances UV (Abs. UV) des eaux décantées (ED) mesurées en jartests représentent bien les performances en usine mais que cela n'est pas le cas en termes de turbidite. Ces résultats montrent aussi que la reproductibilité des jartests est bonne en termes d'Abs. UV mais qu'elle est mauvaise en termes de turbidite. L'intérêt pratique de tels jartests est donc pour l'instant limité. La seconde étude a été un suivi des systèmes de décantation des UTE de Québec secteur centre et de Charny pendant environ un an. L'analyse des données collectées révèle que l'abattement de la turbidite à l'ED dépend de la turbidite à l'eau brute (EB). qui varie très significativement pendant l'année. Le suivi des comptes de bactéries sporulantes aérobies (BSA) montre que la décantation à flocs lestés permet un abattement des BSA d'environ 1 log, ce qui indique un enlèvement significatif des parasites dans cette première étape de traitement. D'autre part, une modélisation par réseaux neuronaux qui permet une prédiction du dosage d'alun et de chaux a été réalisée. Cet outil pourrait, dans le futur, assister les opérateurs dans les ajustements de dosages de produits chimiques. Une approche pour mesurer la robustesse d'un système de traitement d'eau est également proposée. Cette approche est basée sur un indicateur de performance existant qui est mis en relation avec un nouvel indicateur qui caractérise la variabilité de la qualité de l'affluent. Ce dernier indicateur permet aussi de comparer différentes sources d'eau. Cette approche d'évaluation de la robustesse est appliquée et testée sur l'abattement de la turbidite dans les décanteurs à flocs lestés des deux UTE considérées dans la présente étude.

Depuis quelques décennies, les lacs de villégiature au Québec sont exposés à une problématique de transport de sédiments. De nombreuses sources de sédiments peuvent participer à ces apports vers les plans d’eau. Dans le cadre de ce projet de recherche, en collaboration avec la municipalité d’Adstock, les objectifs sont d’identifier la source principale de sédiments qui envase le lac à la Truite et d’élaborer une méthodologie d’implantation de solutions de gestion des eaux pluviales spécifiques au bassin versant à l’étude, permettant de restreindre ce transport de sédiments. Cette implantation doit considérer les contraintes socio-économiques et légales auxquelles la municipalité est confrontée. La source principale de sédiments provient du revêtement de la chaussée du chemin J.-E. Fortin (chemin non pavé, ceinturant la majorité du périmètre du lac). Les résultats démontrent, en effet, des concentrations pondérées par les niveaux d’eau presque deux fois plus élevées pour les sous-bassins versants (SBV) de faible pente et de faible superficie (SBV 7 et 17), attribuables à un impact plus important du lessivage du revêtement sur le ruissellement par rapport à celui provenant du cours d’eau forestier que pour les SBV ayant une superficie et une pente supérieures (SBV 15 et 24). Ces derniers SBV diluent davantage les apports en sédiments de la chaussée malgré un taux d’érosion du couvert forestier plus élevé, confirmant l’impact considérable du chemin sur ces concentrations pondérées. Un autre indice permet d’attester l’influence du ruissellement du revêtement sur la qualité de l’eau des affluents au lac, soit la comparaison entre les concentrations en matières en suspension (MES) (récoltées lors de l’événement du 8-9 août 2018) d’un point d’échantillonnage situé en amont de la chaussée et d’un autre situé en aval du chemin, considérant à la fois le ruissellement du chemin et celui du cours d’eau en forêt. Les résultats démontrent une augmentation de 48 % des concentrations pour le SBV 15 et de 117 % pour le SBV 17 entre les deux points d’échantillonnage. Les observations sur le terrain pendant les événements pluvieux témoignent également d’une forte turbidité provenant du drainage du chemin. Les solutions proposées ciblent le drainage du chemin J.-E. Fortin et la protection des pentes sensibles à l’érosion. Des solutions de gestion des eaux pluviales pourraient également être appliquées à l’ensemble du bassin versant, permettant de diminuer les débits de pointe des SBV critiques pouvant accentuer l’érosion des cours d’eau forestiers, de l’infrastructure routière et des affluents au lac.

L’élaboration de stratégies efficaces de protection des captages d’eau souterraine adaptées à un milieu rural nécessite une bonne compréhension des liens entre la qualité de l’eau captée et les activités agricoles menées à proximité de ces captages. Il est toutefois difficile d’évaluer l’impact de modifications de pratiques agricoles ou les résultats de la gestion du territoire sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal. Afin d’apporter des éléments de réponse face à ce constat, une investigation a été réalisée sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal d’eau potable en territoire agricole au Québec (Pont-Rouge), faisant appel à des mesures de terrain et des simulations numériques. L’étude a porté principalement sur les ions nitrates et les bactéries indicatrices de contamination fécale, principaux indicateurs de pollution de l’eau souterraine en zone agricole. Une série de 38 piézomètres ont été installés sur l’aire d’alimentation dans le but de mesurer des paramètres physico-chimiques et bactériologiques de la qualité de l’eau. Parallèlement à ce suivi de terrain, un modèle déterministe d’écoulement de l’eau souterraine et de transport des nitrates en aquifère granulaire à nappe libre a été élaboré dans le but d’évaluer l’applicabilité du modèle pour la prédiction des teneurs en nitrates au captage municipal. Le calage du modèle comprend une analyse de sensibilité des principaux paramètres et variables du modèle, une étape d’ajustement à des résultats de terrain pour une période déterminée, ainsi qu’une validation du modèle. Suite au calage du modèle, la simulation de divers scénarios a permis de prévoir les effets de changements des pratiques agricoles et de mieux comprendre les teneurs en nitrates mesurées par le passé au captage de la ville. Les résultats d’analyses physico-chimiques démontrent l’impact significatif des activités agricoles sur la qualité de l’eau souterraine, particulièrement les teneurs en nitrates. Les résultats d’analyses microbiologiques montrent pour leur part la forte variabilité des mesures de bactéries indicatrices de contamination fécale au sein de l’aquifère étudié. Enfin, les résultats de modélisation numérique et des scénarios suggèrent que le modèle est adapté pour la simulation des teneurs en nitrates au captage municipal, et qu’une meilleure gestion des pratiques agricoles peut améliorer significativement la qualité de l’eau au captage. / A sound scientific basis for decision-making about land management and groundwater protection includes a proper understanding of the relationships between agricultural activities and the quality of pumped water at a municipal well. There is a need to assess both nitrate and bacterial contamination in a capture area, and to ensure that regulations through protection areas are adapted to prevent risks to consumer health. For this purpose, field monitoring and numerical simulations were performed on the actual case of a municipal well in an agricultural area in the province of Québec (Canada). A number of 38 piezometers were installed within the capture area in order to monitor physico-chemical and bacteriological parameters in groundwater. At the same time, a three-dimensional Water flow and Nitrate transport Global Model (WNGM) in unconfined aquifer was developed in order to simulate nitrate concentrations in the aquifer and in the municipal well, in relation with agricultural practice. Model calibration was performed using water level and nitrate concentration measured in the aquifer. The simulations of several scenarios provided a better understanding of past trends of nitrate concentrations in the municipal well, as well as predictions of nitrate concentrations in the municipal well assuming different land management practices within the capture area. The results of physico-chemical monitoring demonstrate the impact of agricultural activities on groundwater quality, particularly on nitrate levels. The results of bacteriological monitoring show a significant variability of bacteria content in groundwater. Finally, the results of the numerical simulation demonstrate that modelling is able to provide valid and useful prediction of nitrate levels in the municipal well, and that better agricultural practice can improve significantly groundwater quality at the well.

Ce mémoire décrit l'utilisation d'un laboratoire mobile (Atlantis) permettant d'évaluer directement sur le terrain la qualité microbiologique de l'eau consommée par les populations locales. Des procédures de préparation et de validation de milieux de culture ont été adaptées afin de permettre l'utilisation autonome du module de microbiologie Atlantis. La qualité microbiologique de l'eau de sources naturelles consommée par les communautés Cries de la Baie James a été évaluée en comparant deux méthodes basées sur la culture pour la détection des indicateurs de contamination fécale et environnementale. Atlantis a également été conçu pour favoriser le transfert technologique, entre autres le transfert de tests diagnostiques basés sur la détection de l'ADN des parasites pathogènes transmis par l'eau. Le séquençage de gènes conservés chez les Eucaryen a été effectué dans le but de dresser le portrait phylogénétique des protozoaires fréquemment retrouvés dans l'eau de consommation.

Bien que la collecte de l'information hydrogéologique au Québec en soit encore à ses débuts, des documents contenant une telle information existent déjà et ont été rendus publics par le Ministère de l'Environnement, du Développement Durable et des Parcs. Or, cette information particulière ne semble pas être utilisée par les aménagistes, bien qu'elle leur soit en partie destinée. Le but de la présente étude est donc de comprendre ce qui explique que des aménagistes vont utiliser ou non l'information hydrogéologique dans leurs tâches d'aménagement. Pour ce faire, il a été proposé de réaliser une étude de cas dans un État américain où il semblait déjà exister une quantité appréciable de ce type d'information, et où les aménagistes semblaient de surcroît en user couramment. Cet État est celui du New Hampshire, situé tout près du Québec. Grâce à l'étroite collaboration d'un intervenant du New Hampshire Department of Environmental Services, un questionnaire a été élaboré puis envoyé à tous les aménagistes de l'État. Ce dernier a permis de constituer des variables à partir des réponses obtenues, puis de procéder à une analyse statistique visant notamment à mesurer l'influence de ces dernières sur le fait qu'un aménagiste utilise l'information hydrogéologique ou non, ou encore à mesurer leur influence sur la propension d'une municipalité à agir pour protéger son eau souterraine. Des visites de terrain ont par la suite été effectuées afin de compléter l'information recueillie par l'entremise du questionnaire. Les recommandations formulées à la fin de cette étude viennent enfin proposer des solutions concrètes pour faire en sorte que l'information hydrogéologique québécoise soit plus utilisée par nos aménagistes d'ici, toujours en se basant sur l'expérience vécue au New Hampshire en termes de protection de l'eau souterraine.

Thèse en cotutelle, doctorat en droit : Université Laval, Québec, Canada, docteur en droit (LL.D.) et Université Toulouse 1 Capitole, Toulouse, France, docteur. / Comment vivre ensemble dans la diversité ? Le Canada et l’Europe sont deux ordres juridiques présentant ce même type de problématique : la gestion de la diversité juridique. La réponse se présente en un système de droit où il apparaît nécessaire de conjuguer l’un et le multiple. Dans le cas européen, il s'agit d'une conjugaison entre les ordres de gouvernement supranational et national, tandis qu'au Canada, il s'agit des ordres fédéral et provincial. Un élément de cette réponse apparaît dans l’organisation des rapports entre ces ordres juridiques. Plus précisément, un éclairage particulier ressort de l'évolution du partage des compétences, par l'intermédiaire de l'articulation des normes issues de ces différents niveaux. Le domaine de la protection de la qualité des eaux douces au Canada et dans l’Union européenne a été choisi pour révéler les enjeux de ces relations dans une perspective globale. L’objectif est de dépasser l’analyse du droit tel qu’il devrait être, pour le faire ressortir tel qu’il est. Plus précisément, il s’agit de faire ressortir comment s’articulent réellement les différents ordres de gouvernement au sein du Canada et de l’Union européenne. Seule une combinaison des normes du partage des compétences permet une telle entreprise. La démarche comparative est centrale puisqu’elle permet de mettre en perspective ces dispositifs entre deux ordres juridiques n’étant pas au même stade de leur construction. L'exemple de la protection de la qualité des eaux douces nous apprend qu'il existe des ressemblances fonctionnelles au Canada et en Europe au sujet de l'équilibre de la répartition des compétences. Cet équilibre semble entamé dans les deux régions, ce qui serait dû à une centralisation extensive des compétences et une uniformisation du droit, phénomènes progressifs engendrés par l'importance du principe d'efficacité dans ce domaine. / How living together in diversity ? Canada and European Union are two legal systems presenting this type of question : the legal diversity management. The answer to this question is composed of the alignment of the one and the multiple. In Europe, it is achieved in the allocation of powers between european and national legal orders ; in Canada, between federal and provincial legal orders. Fresh waters quality protection in Canada and EU has been chosen in order to reveal the allocation of powers issues from a global perspective. The aim of this research is to go beyond an analysis on how are legal systems supposed to work, to emphasize their real way of functioning. The combination of the allocation of powers rules allows this approach in water quality protection. This concrete example reveals that there are similarities between canadian and european allocation of powers. The balance of these distributions of powers has been eroded, because of powers centralization caused by an effectiveness principle in this field.