Rapport d’étape sur l’Initiative du bassin du lac Winnipeg de 2012 à 2013 et de 2013 à 2014 : chapitre 3

Sciences (Recherche et surveillance)

Les recherches menées par les scientifiques d’Environnement Canada, par l’entremise de l’IBLW, fournissent au public canadien et aux parties intéressées du bassin versant des données scientifiques éprouvées et de l’information afin de les aider à prendre des décisions éclairées sur la meilleure manière de travailler ensemble pour améliorer la qualité de l’eau du lac Winnipeg. Dans le cadre de l’IBLW, Environnement Canada a conçu un Plan scientifique qui fournit de l’expertise en recherche, en surveillance et en modélisation dans le domaine des sciences dulcicoles et de la qualité de l’eau, afin de répondre aux besoins scientifiques complexes qui touchent le lac Winnipeg et son vaste bassin.

Les gouvernements et d’autres partenaires ont besoin des données et des examens scientifiques fournis par Environnement Canada afin de pouvoir prendre des décisions éclairées en ce qui concerne la gestion des nutriments et du bassin versant. L’objectif du Plan scientifique de l’IBLW est de combler les lacunes dans les connaissances se rapportant à l’écologie du lac et au cycle des nutriments et de surveiller les sources et le déplacement des nutriments (comme le phosphore et l’azote), à l’échelle du lac et de son bassin. Les recherches menées par Environnement Canada fournissent l’information qui va aider les décideurs à fixer des objectifs en ce qui a trait aux nutriments et à concevoir des indicateurs de rendement pour évaluer la santé de l’écosystème du lac et son comportement face aux mesures de gestion des nutriments dans le bassin. Les activités scientifiques d’Environnement Canada ont pour but de compléter les mesures en cours prises par la province du Manitoba ainsi que par d’autres administrations (gouvernement fédéral, provinces ou États) touchant au bassin versant.

Le Plan scientifique, dans le cadre de la phase II de l’IBLW, est fondé sur les activités et les projets menés à la phase I (2007-2012). Les travaux de recherche dans le cadre de la phase I visaient à combler les lacunes dans les connaissances au sujet de la nature physique, chimique et biologique du lac Winnipeg et ont aidé la communauté scientifique à avoir une meilleure compréhension des impacts des nutriments attribués à la présence des algues bleues dans le lac. Plusieurs publications ont déjà été produites par les scientifiques d’Environnement Canada afin d’établir des rapports sur les travaux de la phase I de l’IBLW. Une liste complète des publications se rapportant au lac Winnipeg produites par les scientifiques d’Environnement Canada jusqu’en 2014 est disponible à l’annexe 1.

Dans le cadre de la phase II de l’IBLW, les activités scientifiques ne portent plus en priorité sur des travaux de recherche axés sur le lac, mais plutôt sur des travaux de recherche, de surveillance et d’établissement de rapports axés sur les terres et le bassin versant, dans le but :

• de combler les lacunes prioritaires en matière de données;
• de cibler des mesures afin d’améliorer la santé écologique du lac;
• d’évaluer le rendement des mesures prises pour améliorer la qualité de l’eau.

Les travaux réalisés dans le cadre de la phase II développeront la base de connaissances établie lors de la phase I et permettront d’éclairer les décisions de gestion pour améliorer la santé écologique du lac Winnipeg et assurer sa durabilité écologique et celle de son bassin.

Environnement Canada continue de travailler en collaboration étroite avec des ministères fédéraux, des organismes provinciaux, des organismes binationaux et des partenaires à l’échelle locale et régionale pour combler les lacunes en matière de connaissances et de données. Ces travaux aideront les décideurs à élaborer un programme de gestion fondé scientifiquement concernant les nutriments et les algues bleues, contenant de l’information pertinente sur le plan écologique. Tous les efforts sont faits pour s’assurer que les mesures fédérales s’appuieront sur le travail et le savoir-faire déjà en place.

Dans la phase II de l’IBLW, Environnement Canada accroît sa contribution aux activités de recherche, de surveillance et de modélisation relatives au lac Winnipeg en réalisant les activités suivantes, qui appuient les besoins scientifiques associés au lac :

• mettre en oeuvre un plan qui fournit le contenu scientifique nécessaire pour fournir les données pertinentes pour la politique et les programmes et pour soutenir la prise de décisions en ce qui a trait aux questions de gestion des nutriments dans le lac;
• soutenir et promouvoir le partage de renseignements entre les partenaires par l’entremise d’un simple portail d’information conçu lors de la phase I;
• utiliser les données en matière de recherche et de surveillance afin d’informer les autorités des objectifs importants sur le plan écologique en matière de nutriments pour le lac Winnipeg;
• développer des indicateurs de rendement qui peuvent être utilisés pour évaluer la santé écologique du lac et de son bassin versant.

Le Plan scientifique comprend un certain nombre de livrables clés qui aident à répondre aux besoins scientifiques se rapportant au lac Winnipeg et à son bassin. Ces livrables clés sont les suivants :

• Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant aux impacts que peuvent avoir les activités humaines, particulièrement l’exploitation des terres, sur l’apport de nutriments dans les affluents du lac Winnipeg, les effets qu’ils peuvent avoir et leur devenir.
• Développer des capacités de prédiction pour soutenir la gestion des nutriments dans le lac Winnipeg et son bassin.
• Effectuer une surveillance de la qualité de l’eau et des milieux biotiques pour retracer les flux, dans le temps et dans l’espace, des nutriments transportés du bassin versant vers le lac Winnipeg et appuyer des scénarios de modélisation.
• Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant à la dynamique des nutriments propres au milieu aquatique des lacs à la suite de changements dans les charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

Livrable scientifique 1 : Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant aux impacts que peuvent avoir les activités humaines, particulièrement l’exploitation des terres, sur l’apport de nutriments dans les affluents du lac Winnipeg, les effets qu’ils peuvent avoir et leur devenir.

Projets et progrès réalisés pour les périodes 2012-2013 à 2013-2014

• Analyser les sources de nutriments et leur transport dans les eaux de ruissellement des terres agricoles
  • En collaboration avec des chercheurs d’Agriculture et Agroalimentaire Canada et de l’Université du Manitoba, des scientifiques d’Environnement Canada ont poursuivi leurs recherches d’évaluation des sources de nutriments et de leur transport dans les eaux de ruissellement des terres agricoles. Ils ont relevé des données sur les nutriments et les rejets provenant des ruissellements d’eaux de pluie et de fonte des neiges sur quatre sites en bordure de terres agricoles, notamment deux sites où il y a eu épandage de fumier porcin et dont les ruissellements se déversent dans la rivière et quatorze sites dans le bassin versant de la rivière Rouge. La recherche met en évidence que la fonte des neiges est la période la plus importante pendant laquelle les eaux et les nutriments (particulièrement les nutriments dissous) se déversent dans les bassins versants dans le sud du Manitoba. Ces résultats viennent appuyer notre aptitude à développer des pratiques de gestion appropriées afin de réduire la perte de nutriments dans les terres agricoles dans cette région.
• Nous procédons à la quantification du d evenir et de l’effet des nutriments s’écoulant de bassins versants dominés p ar les terres agricoles d ans les affluents des rivières Rouge et Assiniboine.
  • Les activités d’exploitation des terres contribuent de manière considérable au déversement de phosphore et d’azote dans les petits bassins versants dans les Prairies canadiennes; ces ruissellements ont un impact sur l’environnement écologique des cours d’eau des Prairies. Ce projet comprend deux volets :
    1. Quantifier les modèles saisonniers concernant les concentrations de nutriments en lien avec les activités humaines se rapportant aux cours d’eau dans la vallée de la rivière Rouge.
    2. Établir une série d’indicateurs biologiques appropriés pour assurer le contrôle des activités humaines sur les conditions écologiques des écosystèmes hydrographiques dans la vallée de la rivière Rouge.
  • Des travaux intensifs sur le terrain pendant les années 2010 et 2013, qui se sont poursuivis en 2014, ont démontré que les concentrations les plus élevées totales en phosphore et en azote dans les cours d’eau de la vallée de la rivière Rouge résultent de la fonte des neiges, à la seule exception de ceux dans lesquels se déversent les eaux usées provenant des étangs d’épuration pendant l’été. Le déversement du volume total en phosphore et en azote provenant des cours d’eau est en corrélation avec les zones de terres agricoles, particulièrement les cultures de canola et de petites céréales, et l’application de fertilisants.
  • En partenariat avec le consortium de recherche sur le bassin versant modèle du ruisseau Tobacco, des recherches sont en cours afin de définir des indicateurs biologiques et biochimiques permettant d’évaluer les conditions écologiques des bassins versants dans le sud du Manitoba et de déterminer comment ces conditions évoluent au fil du temps en raison des processus naturels (p. ex., le climat) et des pratiques d’exploitation des terres (p. ex., les cultures agricoles). Les recherches initiales montrent que les indicateurs sélectionnés sont sensibles aux types de perturbations ou d’événements qui touchent le sud du Manitoba et qui ont tendance à réagir proportionnellement au degré de contraintes exercées. Les activités d’exploitation agricole à l’échelle du territoire (p. ex., les types de couverture terrestre) et le traitement des eaux usées sont des facteurs importants qui influent sur les conditions écologiques des bassins versants.
• Évaluer le rôle que jouent les activités humaines sur l’hydrologie des zones clés dans le bassin versant du lac Winnipeg
  • Ces travaux s’appuient sur les études hydrologiques réalisées dans le cadre de la phase I de l’IBLW et comprennent l’évaluation de l’impact des changements d’utilisation des terres, de l’assèchement des terres humides et de la variabilité du climat sur les inondations et le déversement de nutriments dans le lac Winnipeg. Les écoulements des eaux dans le bassin du lac Winnipeg sont considérablement influencés par la capacité du territoire à stocker les eaux dans les terres humides et dans les terres basses naturelles. Afin de représenter ces processus sous la forme de modèles hydrologiques, des travaux de recherche ont été menés dans la Réserve nationale de faune de St-Denis, en partenariat avec l’Université de la Saskatchewan. Les travaux englobent des études sur le bilan hydrique afin de mieux comprendre l’importance des eaux souterraines pour le maintien du niveau d’écoulement fluvial, ainsi que des études du processus hydrologique afin d’améliorer la compréhension des relations entre les zones de déversement et l’écoulement fluvial. Ces études sont utilisées pour améliorer les modèles hydrologiques qui seront utilisés pour évaluer les rôles relatifs que joue la gestion du climat et des terres sur l’écoulement fluvial et les charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

 

 

Livrable scientifique 2 : Développer des modèles de prédiction pour soutenir la gestion des nutriments dans le bassin du lac Winnipeg.

Projets et progrès réalisés pour les périodes 2012-2013 à 2013-2014

• Modélisation des effets des changements d’utilisation des terres, de l’assèch ement des terres humides et de la variabilité du climat sur les inondations et le déversement de nutriments dans le lac Winnipeg.
  • Afin de répondre aux attentes visant à la réduction des charges en nutriments dans le lac Winnipeg, un système de modélisation intégrée a été développé afin d’évaluer un ensemble de scénarios de gestion des nutriments. Cette initiative aide les gouvernements à prendre des décisions éclairées quant aux mesures qui donnent les meilleurs résultats pour la santé de l’écosystème aquatique du lac Winnipeg et les moyens de subsistance pour ceux qui en dépendent.
  • Environnement Canada a terminé les spécifications de conception et l’élaboration du système de modélisation intégrée et d’appui à la décision par scénarios de l’IBLW. Les recherches se sont poursuivies sur les ajustements aux modèles relatifs au lac et au bassin versant afin d’atteindre les objectifs en matière de qualité dans le cadre du système de soutien pour la prise de décisions. Environnement Canada travaille en collaboration avec Agriculture et Agroalimentaire Canada afin d’améliorer, de mettre en place et d’évaluer les pratiques de gestion positives qui ont été sélectionnées comme étant les meilleures approches pour réduire les charges en nutriments dans le bassin versant du lac Winnipeg.
  • Des données d’études environnementales ont été recueillies pour combler les lacunes en matière de connaissances dans la compréhension des aspects physiques, chimiques et biologiques des conditions environnementales du lac. Cette information est utilisée dans la recherche en modélisation afin d’améliorer nos connaissances sur les effets des mouvements aquatiques et de la température sur la qualité de l’eau dans le lac.
  • Un modèle d’écosystème du lac, élaboré dans le cadre de la phase I, a été vérifié à l’aide de données plus récentes et de simulations supplémentaires. Cette information a été transmise au gouvernement du Manitoba et à d’autres partenaires, et Conservation et Gestion des ressources hydriques Manitoba a choisi ce modèle pour élaborer des options de gestion des nutriments dans le lac Winnipeg.
  • Dans le cadre de la phase I de l’IBLW, Environnement Canada a mis sur pied le portail d’information de l’IBLW, un portail Web d’information et de données biologiques et physiques sur le bassin versant du lac Winnipeg. Il a pour fonction d’offrir au public et aux parties intéressées l’accès à des données ouvertes. Depuis, le portail a été transféré à l’Université du Manitoba où il a été renommé le « Lake Winnipeg Basin Information Network » (réseau d’information du bassin du lac Winnipeg). Environnement Canada a fourni des lignes d’orientation et du financement à l’Université pour maintenir le portail.

Les scientifiques ont élaboré des modèles qui nous font mieux comprendre comment la qualité de l’eau du lac Winnipeg change quand les apports en nutriments sont réduits.

Livrable scientifique 3 : Effectuer une surveillance de la qualité de l’eau et des milieux biotiques pour retracer les flux, dans le temps et dans l’espace, des nutriments et des algues transportés du bassin versant vers le lac Winnipeg et appuyer des scénarios de modélisation.

Projets et progrès réalisés pour les périodes 2012-2013 à 2013-2014

• Assurer une surveillance afin de retracer les changements dans les charges en nutriments dans le bassin du lac Winnipeg et appuyer les scénarios de modélisation
  • Mesurer les concentrations de nutriments, incluant le volume total de phosphore, fait partie des activités de surveillance permanentes mises en place sur la plupart des rivières importantes traversant la frontière entre le Canada et les États-Unis, comme les rivières Rouge, Pembina et Souris et les rivières interprovinciales comme les rivières Assiniboine, Qu’Appelle et Saskatchewan (Saskatchewan-Manitoba), Winnipeg (Manitoba-Ontario) et les rivières Saskatchewan Nord et Sud (Alberta-Saskatchewan). Ce réseau de surveillance à grande échelle, qui a été amélioré dans certaines zones comme la rivière Rouge ainsi que le bassin de la rivière à la Pluie et du lac des Bois, soutiendra certainement des objectifs axés sur les nutriments entre différentes administrations et des mesures de rendement de contrôle des nutriments. Ces travaux, ainsi que des recherches menées à une échelle plus locale dans les sous-bassins hydrographiques proches du lac Winnipeg, complètent les activités de surveillance axées sur les nutriments que la province du Manitoba mène à l’intérieur de ses frontières.
  • Dans le cadre d’une évaluation pancanadienne fondée sur les risques du réseau de surveillance de la qualité de l’eau à long terme, Environnement Canada est en train d’analyser l’impact des changements dans la fréquence des échantillonnages de la qualité de l’eau dans le bassin du lac Winnipeg sur la capacité de détecter les tendances à long terme en ce qui concerne les nutriments, les ions essentiels et les métaux.
  • Un projet de recherche portant sur les marais de Netley-Libau a été mis sur pied afin de mieux comprendre le processus de séquestration des nutriments. Ce concept fait référence à la capacité des lacs, des étangs ou terres humides de stocker l’azote et le phosphore, empêchant ainsi ces éléments de se déverser dans le lac Winnipeg. La capacité des marais d’influer sur les charges en nutriments dans le lac qui proviennent du sous-bassin hydrographique des rivières Rouge et Assiniboine fait également l’objet d’une étude.
  • Des recherches sont également menées afin d’analyser la sensibilité des grenouilles aux changements environnementaux, y compris à l’excès de nutriments et à la dégradation de l’habitat. Cet objectif vise à déterminer si les grenouilles devraient faire partie d’un programme de biosurveillance à l’avenir. Ce projet se concentre également sur le sous-bassin hydrographique des rivières Rouge et Assiniboine.
  • Une étude du macrobenthos dans le lac des Bois a également été menée. Le macrobenthos est constitué de petits organismes, d’une taille de 1 mm environ, qui vivent dans l’eau et les sédiments de plans d’eau. Les résultats de cette étude permettent aux scientifiques de développer un modèle de référence basé sur le protocole national du Réseau canadien de biosurveillance aquatique. Ce modèle de référence aidera les scientifiques à mieux comprendre quel devrait être le profil d’une colonie de macrobenthos dans le lac et ses bassins versants.
  • Des systèmes de capteur commandés par satellite sont utilisés comme un outil économique afin d’effectuer la surveillance de la prolifération des algues bleues dans le lac Winnipeg. Pour valider les données relevées par satellite, on a recueilli en même temps des données provenant des activités de surveillance environnementale. On procède à une comparaison des données recueillies des images satellitaires et de celles de l’échantillon de l’eau du lac afin de concevoir les algorithmes de prédiction de l’indice de prolifération des algues bleues.
  • Les nutriments ont une « empreinte » distincte qui aide à déterminer leur provenance. La technologie et la science ont pour objet de déterminer les « empreintes » des nutriments dans le lac Winnipeg et ensuite de retracer leur parcours qui les a menés au lac. Les recherches effectuées sur les empreintes d’isotopes stables, afin de déterminer les origines et la répartition des charges en nutriments se déversant dans le lac Winnipeg, se sont poursuivies de manière intense sur des échantillons prélevés dans les bassins des rivières Rouge et Assiniboine. Les résultats préliminaires laissent apparaître des différences isotopiques en fonction de l’utilisation des terres dans le sous-bassin des rivières Rouge et Assiniboine. La rivière Assiniboine semble dominée par des sources de nutriments provenant d’épandage de fumier animal et de rejets d’usines de traitement des eaux d’égout, alors que la rivière Rouge présente une combinaison de sources de fertilisants chimiques, de fumier animal et de rejets d’usines de traitement des eaux d’égout.
  • Un atelier scientifique a été tenu en octobre 2013 afin de contribuer à l’élaboration et à l’amélioration d’indicateurs environnementaux utilisés pour établir des rapports sur la santé de l’écosystème aquatique du lac et de son bassin versant. Une trentaine d’experts en recherche et surveillance provenant d’universités, d’instituts de recherche, du Lake Winnipeg Research Consortium, des gouvernements provinciaux et des administrations municipales y ont participé. L’atelier a ciblé l’élaboration d’indicateurs biologiques et physico-chimiques; des fiches techniques qui expliquent en quoi consistent ces indicateurs clés au grand public sont en cours d’élaboration.

 

Livrable scientifique 4 : Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant à la dynamique des nutriments propres au milieu aquatique des lacs à la suite de changements dans les charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

Projets et progrès réalisés pour les périodes 2012-2013 à 2013-2014

• Combler les lacunes en matière d e connaissances fondamentales en ce qui a tr ait à la dynamique et aux charges en nutriments d ans le lac Winnipeg
  • Dans le cadre de nos recherches sur le lac Winnipeg et ses principaux affluents, Environnement Canada est en train d’évaluer la composition des nutriments, et leur volume, qui se déversent dans le lac. En utilisant des isotopes stables, des traceurs génétiques et d’autres traceurs biologiques, les scientifiques d’Environnement Canada étudient les principales sources de ces nutriments, leur évolution au cours des saisons et des années, leur biodisponibilité lorsqu’ils sont exposés à des cellules algales et comment ils influencent le risque de propagation d’algues bleues nuisibles. Une partie de ces recherches est menée à bord du navire de recherche M.V. Namao, ce qui permet aux scientifiques de mesurer la prolifération et la toxicité des algues, la prise de nutriments, le stockage dans les cellules algales et la fixation de l’azote.
  • Une grande quantité de ces nutriments qui se déversent dans le lac Winnipeg tous les ans sont stockés dans les sédiments boueux au fond du lac qui sont ensuite rediffusés dans les eaux du lac pendant les fortes tempêtes de vents. Ce processus s’appelle « le recyclage des nutriments ». Les scientifiques d’Environnement Canada étudient l’importance du recyclage des nutriments dans le lac. L’important volume de nutriments stockés dans les sédiments du lac laisse supposer que, même en réduisant la quantité de nutriments se déversant dans le lac, cela peut prendre beaucoup de temps pour pouvoir constater une amélioration de la qualité de l’eau. Pour mieux comprendre cette situation, les scientifiques mesurent la quantité de nutriments que les sédiments du lac rejettent au cours des années et analysent leur parcours. Ces mesures, et d’autres, serviront à améliorer les modèles de gestion des nutriments. Ils vont également contribuer à développer un moyen de prédire les risques de prolifération d’algues bleues nocives au fil des changements que subissent le lac et son bassin versant.