Recherche sur l’hydrologie et l’écologie des bassins versants

Les algues se nourrissent des nutriments, se développent et se propagent jusqu’à former ce que l’on appelle des « fleurs d’eau ». Ces fleurs d’eau peuvent rendre l’eau verte, provoquer une écume à la surface ou former de grands tapis gélatineux ou filamenteux qui se fixent aux rochers, aux morceaux de bois ou aux quais. Les proliférations d’algues peuvent sentir mauvais, bloquer le soleil et même libérer des toxines.

Les tapis d’algues mortes peuvent également produire de mauvaises odeurs, décourager la baignade et boucher les tuyaux de prise d’eau. Les tapis d’algues finissent par être décomposés par des bactéries qui consomment l’oxygène de l’eau nécessaire aux poissons et aux autres formes de vie aquatique. Lorsqu’une trop grande quantité d’oxygène est consommée, les poissons peuvent mourir.

Les scientifiques étudient la présence de nutriments en eau douce depuis les années 1960 en réponse au grave déclin de plans d’eau importants tels que les Grands Lacs. Dans les années 1970, des lois ont été adoptées en vue de réduire la teneur en phosphore des détergents à lessive et des effluents des usines de traitement des eaux usées; cette initiative a joué un rôle important dans la diminution de l’eutrophisation et de la pollution par les nutriments non seulement dans les Grands Lacs, mais également dans les plans d’eau du monde entier.

De nouveaux problèmes surviennent de nos jours et menacent d’arrêter ou, dans certains cas, d’inverser ces progrès. Les changements sur le plan de la configuration des précipitations et du ruissellement qui sont attribuables aux phénomènes météorologiques extrêmes ainsi que la modification des flux de nutriments et d’énergie dans les réseaux trophiques aquatiques en raison des espèces envahissantes sont des exemples des nouvelles difficultés auxquelles la communauté scientifique est confrontée au XXIe siècle.

Nouvelles approches

La provenance des nutriments et la façon dont ils agissent sur l’environnement soulèvent de nombreuses questions. Pour répondre à ces questions, nos scientifiques se sont tournés vers de nouvelles technologies, notamment des capteurs de données et des collecteurs d’échantillons. Ces nouvelles approches permettent aux chercheurs de mieux comprendre comment les écosystèmes réagissent à la pollution par les nutriments.

Traditionnellement, l’étude d’un problème de nutriments se faisait par la collecte d’un échantillon d’eau dans un récipient et par l’analyse des nutriments chimiques dans un laboratoire. Auparavant, la collecte n’était souvent possible que dans de bonnes conditions météorologiques ou sur une courte période. Maintenant, grâce aux nouvelles technologies, les scientifiques peuvent utiliser des capteurs de données autonomes et des collecteurs d’échantillons sans égard aux conditions météorologiques. Les scientifiques utilisent cette technologie pour lutter contre la pollution par les nutriments dans les lacs Érié et Ontario.

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Si les données vous intéressent, consultez la série de données sur la qualité de l’eau dans le port de Hamilton.

Le détecteur de phosphate est déployé dans les eaux de surface pour la collecte de données à long terme sur le phosphate. Il a une hauteur d’environ 55 cm et se compose de trois cartouches à code de couleur contenant des produits chimiques qui, lorsqu’ils sont ajoutés à de l’eau d’échantillonnage, développent une couleur. Un capteur optique intégré analyse ensuite l’échantillon et calcule la concentration de phosphate.

Pour en savoir plus sur la surveillance des nutriments en eau douce, vous pouvez consulter la page du programme de surveillance et de suivi de la qualité de l’eau.

L’eutrophisation est le terme utilisé par les scientifiques pour décrire les changements qui se produisent dans un lac lorsqu’il contient plus de nutriments que nécessaire. Lorsque les cours d’eau ou les lacs ont une surabondance de nutriments, cela favorise la prolifération des algues. C’est ce que l’on observe généralement dans les lacs « verts ». Le plus souvent, l’excès de nutriments est causé par le ruissellement des engrais, le fumier de bétail ou les rejets d’usines de traitement des eaux usées.

La prolifération d’algues se produit souvent sous forme de « fleurs d’eau » à la fin de l’été. Lorsque ces fleurs d’eau sont rejetées sur le rivage, elles peuvent dégager des odeurs désagréables et détériorer la beauté naturelle des plages des lacs. En plus des odeurs, certaines algues bleu vert peuvent produire des toxines dangereuses pour la santé humaine et animale. C’est ce qui se passe dans le lac Winnipeg et c’est ce qui explique la prolifération croissante des algues ces dernières années.

Que sont les isotopes stables?

Les isotopes stables sont des atomes naturels dont le noyau est stable et qui n’émettent pas de rayonnement. Les isotopes stables les plus couramment détectés sont ceux de l’oxygène, du carbone, de l’azote, de l’hydrogène et du soufre.

Comment identifier des nutriments de provenances différentes?

L’azote et le phosphore sont les deux principaux nutriments essentiels à la croissance des végétaux. L’azote dissous dans les lacs et les rivières se présente le plus souvent sous forme de nitrate (NO₃). Dans le nitrate, la quantité de l’isotope stable rare de l’azote (¹⁵N) peut varier selon qu’il provient de processus naturels, d’engrais artificiels ou de déjections d’animaux et d’humains. La quantité de ¹⁸O (un isotope stable de l’oxygène) dans le nitrate peut également être différente. Nous pouvons mesurer ces différences et les utiliser pour déterminer l’origine de l’azote contenu dans les nutriments en excès.

La détermination des sources d’éléments nutritifs est une première étape importante de la gestion des quantités de nutriments présents dans le lac Winnipeg. Une fois que nous savons d’où proviennent ces nutriments excédentaires, nous pouvons suggérer des pratiques de gestion optimales pour réduire la quantité de nutriments d’origine humaine rejetés dans l’environnement.

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Pourquoi les cyanobactéries sont-elles importantes?

Il est important d’étudier et de surveiller la prolifération des cyanobactéries parce qu’elles peuvent produire des toxines et d’autres molécules qui sont dangereuses pour les personnes et les animaux.

Parmi les lacs du Canada fortement touchés par les efflorescences de cyanobactéries, on trouve les parties sud du lac des Bois (Ontario, Manitoba), l’ouest du lac Érié (Ontario), et le lac Winnipeg (Manitoba). Ces lacs font actuellement l’objet d’études dans le cadre du programme Canada-États-Unis sur les niveaux d’eau du lac des Bois, de l’Initiative de protection des Grands Lacs et de l’Initiative du bassin du lac Winnipeg.

Comment déterminer si une efflorescence est toxique?

Les scientifiques qui étudient les efflorescences de cyanobactéries et d’algues nocives ont la responsabilité d’identifier ces toxines et autres molécules. Certaines toxines, comme elles sont étudiées depuis des décennies partout dans le monde, sont faciles à identifier. La microcystine-LR, responsable de la mort de divers animaux, dont des chiens, en est un bon exemple. Toutefois, les scientifiques recherchent d’autres molécules (toxines) qui n’ont pas encore fait l’objet de suivis, mais qui pourraient avoir de graves répercussions sur l’environnement.

La détection et l’identification de ces toxines commence par la filtration de l’eau des lacs au moyen de divers procédés, afin d’être en mesure d’extraire les toxines des algues et des cyanobactéries. L’extrait est ensuite analysé par chromatographie liquide et spectrométrie de masse.

En termes simples, l’instrument sépare d’abord les différents types de toxines en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques dans le liquide. Une fois cette étape terminée, le spectromètre de masse produit des signaux présentés sous forme de graphique, qu’on appelle le spectre. Ce dernier est unique pour chaque composé, et ainsi on peut dire quelles toxines sont présentes dans l’eau.

Et ensuite?

En approfondissant les connaissances sur l’abondance, la production, et la répartition des toxines dans les lacs du Canada, les chercheurs qui se penchent sur les efflorescences d’algues nocives espèrent être en mesure de prédire la toxicité des futurs épisodes de prolifération, et ainsi prévenir des maladies chez les personnes, les animaux sauvages, et nos bien-aimés animaux domestiques.

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Des chercheurs d’Environnement et Changement climatique Canada participent activement à des travaux de collaboration sur la prolifération de cyanobactéries toxigènes et d’algues toxiques ainsi que sur l’altération des sources d’eau dans des réseaux de l’ensemble du Canada, notamment dans le lac des Bois, le lac Winnipeg, le lac Érié et le lac Ontario. Les chercheurs examinent les facteurs qui régissent l’abondance, la diversité et le fonctionnement des microbes, leur écologie chimique, ainsi que le devenir et les répercussions des toxines naturelles produites dans ces réseaux. Pour ce faire, ils utilisent des outils permettant de mesurer les composantes biologiques des cyanobactéries toxigènes et des algues toxiques et de reconstituer les conditions climatiques et environnementales du passé. Des études sur le terrain et des enquêtes à grande échelle sont également en cours pour prélever des échantillons et recueillir des données.

L’un de ces projets, intitulé « Cyanobacteria in Lake of the Woods: origins of blooms, sources of toxins, and drivers » (Les cyanobactéries dans le lac des Bois : les origines de la prolifération, les sources des toxines et les facteurs contributifs), vise à mieux comprendre la dynamique des nutriments et la présence des cyanobactéries toxigènes et des algues toxiques dans le lac des Bois. Le projet sera axé sur la recherche des sources et des causes, le transport, la composition et la toxicité des cyanobactéries toxigènes et des algues toxiques ainsi que sur l’amélioration de la surveillance dans l’ensemble du lac des Bois. Les résultats permettront de connaître l’état, les tendances et les facteurs de prolifération, ainsi que le risque qu’ils peuvent poser, afin d’éclairer les stratégies de lutte et d’atténuation appropriées.

Ce projet combine des études spatiales détaillées à l’échelle du lac, des méthodes analytiques et moléculaires avancées et des images d’observation de la Terre par satellite. L’échantillonnage est réalisé au fil des saisons dans le but de déterminer la variabilité de la biomasse, de la classification, des pigments, de la toxicité et des propriétés optiques du phytoplancton, et de mesurer un ensemble de paramètres fondamentaux de la qualité de l’eau, les nutriments et les traceurs des eaux usées.

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Les modèles mathématiques sont des représentations virtuelles de systèmes du monde réel qui aident à compléter les mesures directes, dans l’étude de processus complexes. Les ordinateurs peuvent faciliter la modélisation mathématique des problèmes environnementaux. La modélisation informatique est utilisée dans de nombreuses disciplines, y compris les sciences de l’atmosphère. Vous êtes-vous déjà demandé comment vous faites pour consulter les prévisions météorologiques sur votre téléphone? Il s’agit d’un vaste sujet souvent connu sous le nom de modélisation numérique. Un meilleur accès aux superordinateurs permet aux scientifiques d’explorer ces techniques informatiques comme jamais auparavant.

Comment la modélisation aide-t-elle les sciences de l’eau?

Les scientifiques spécialisés en sciences de l’eau ont compris depuis longtemps que les liens entre les processus hydrologiques, hydrauliques, biogéochimiques, écologiques, sociaux et économiques sont souvent beaucoup trop difficiles à saisir sans l’aide de modèles.

Il s’avère essentiel d’arriver à comprendre ces processus. Nous pouvons ainsi répondre à des questions importantes de type « quoi », « pourquoi » et « quand ». Ces réponses aideront notre société à comprendre un peu mieux notre monde et à fournir des connaissances utiles afin d’améliorer la vie des gens.

Dans le domaine des sciences de l’eau, les scientifiques s’affairent tous les jours, au Canada comme dans le reste du monde, à améliorer les modèles existants afin de s’attaquer aux anciens et aux nouveaux problèmes. L’un des grands problèmes que les scientifiques étudient est l’effet des changements climatiques sur la disponibilité et la qualité de l’eau. Les modèles peuvent aussi contribuer à établir des mesures propices à améliorer de la sécurité de l’eau.

Quels sont les défis de la modélisation des sciences de l’eau au Canada?

Au Canada, il est difficile de comprendre et de prévoir comment l’eau traverse les champs agricoles, les forêts, les prairies, les lacs et les bassins versants. Cette connaissance est essentielle à la compréhension de la qualité de l’eau. Notre climat froid fait en sorte que l’eau peut coexister sous forme de vapeur d’eau, d’eau liquide et de neige ou de glace. Cette réalité influence la façon dont l’eau se déplace dans l’environnement. Lorsque le sol gèle, la quantité d’eau qui peut s’infiltrer est limitée, ce qui augmente le risque d’inondations. En hiver, la pluie peut tomber sur la neige et provoquer ainsi des crues soudaines et massives. La poudrerie risque de déplacer de grandes quantités de neige sur le territoire. L’emplacement et la quantité des accumulations de neige en sont affectés. Le pergélisol (sol qui est demeuré complètement gelé pendant au moins deux années consécutives) fond et altère les lacs, les étangs et les ruisseaux de l’Arctique.

Il demeure difficile de générer des prévisions informatiques précises, surtout dans des régions froides comme le Canada. Certaines de nos études contribueront à améliorer nos capacités de modélisation et de surveillance.

Les études des scientifiques spécialisés en hydrologie et en écologie des bassins versants misent sur trois principales approches pour aider à explorer les technologies nouvelles et émergentes :

1. Modélisation mathématique par ordinateur :

   • Élaborer un éventail de nouveaux outils pour étudier la dynamique des contaminants dans les rivières et les fleuves.

   • Simuler le rejet de nutriments et leurs déplacements pendant la fonte de la neige dans les champs agricoles dans les régions tempérées et froides.

   • Simuler la dissolution d’ions lors des impulsions de fonte de neige.

2. Expériences sur le terrain et en laboratoire :

   Réaliser des études en laboratoire ou sur le terrain pour élaborer de nouveaux modèles informatiques de meilleure qualité. Ils aideront à formuler des hypothèses et à améliorer notre compréhension scientifique des processus hydrologiques et biogéochimiques.

3. Systèmes et capteurs de surveillance :

   Collaborer avec l’Université de la Saskatchewan à l’élaboration d’une nouvelle application sur les nutriments (anglais seulement). Cette application mobile aide les agriculteurs, les citoyens, les collectivités et les gestionnaires de la qualité de l’eau à réduire la pollution par les nutriments dans les rivières et les lacs par l’échantillonnage des concentrations de nutriments (phosphate et azote nitrate qu’on trouve dans les engrais). L’application est disponible pour les appareils Android (Google Play) et iOS (App Store).

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En ce qui concerne les eaux usées que nous produisons chaque jour, la plupart des gens « tirent la chasse d’eau et n’y pensent plus ». L’eau qui s’écoule dans nos égouts et qui est évacuée dans nos toilettes est traitée avant d’être rejetée dans l’environnement. Dans les villes, le réseau d’égouts recueille les eaux usées, puis les transporte vers les usines de traitement des eaux usées pour leur faire subir diverses méthodes de traitement. L’effluent (l’eau traitée) est ensuite rejeté dans l’environnement dans un ruisseau ou un lac environnant.  

Dans les zones rurales, les eaux usées sont traitées dans une fosse septique composée d’un réservoir, où commence le traitement, et d’un réseau de drainage souterrain, où les effluents sont déversés dans le sol pour la suite du traitement. Les effluents des fosses septiques traités se retrouvent finalement dans les eaux souterraines peu profondes.

Comment les scientifiques retracent-ils les eaux usées dans l’environnement?

La plupart des installations de traitement des eaux usées, qu’il s’agisse d’usines municipales ou de fosses septiques, n’ont pas été conçues pour éliminer efficacement bon nombre des substances chimiques que nous utilisons aujourd’hui au quotidien. Par conséquent, certains des produits chimiques qui se retrouvent dans les égouts et les toilettes de nos maisons peuvent survivre aux processus de traitement des eaux usées et finissent par être rejetés dans l’environnement, dans les effluents d’eaux usées. Ces produits chimiques « persistants » comprennent certains médicaments comme les analgésiques, les antibiotiques, les antidépresseurs et d’autres produits chimiques tels que la caféine et les édulcorants artificiels.

Les scientifiques d’Environnement et Changement climatique Canada ont analysé quatre édulcorants artificiels, soit l’acésulfame, la saccharine, le cyclamate et le sucralose, pour détecter les eaux usées dans les lacs, les rivières et les eaux souterraines. Les édulcorants artificiels produisent leur effet sucrant sur la nourriture sans apporter de calories, puisque le corps ne peut pas les digérer, alors ils passent dans l’organisme sans être modifiés. On trouve des édulcorants artificiels dans la gomme sans sucre, les boissons gazeuses, les sirops contre la toux et même le dentifrice!

Les scientifiques ont examiné les concentrations d’édulcorants artificiels dans la rivière Grand, dans le sud de l’Ontario. Des échantillons ont été prélevés à 23 endroits le long de la rivière Grand et ont été analysés aux fins de détection de la présence des quatre édulcorants artificiels. Étant donné que 30 usines de traitement des eaux usées rejettent leurs effluents dans la rivière, les scientifiques n’ont pas été surpris de trouver les quatre édulcorants artificiels dans l’eau. À l’époque, les concentrations mesurées pour la saccharine, le cyclamate et le sucralose étaient les plus élevées alors trouvées dans une rivière ou un lac sur la planète! L’étude a confirmé que les édulcorants artificiels étaient un bon outil pour détecter la présence d’eaux usées dans l’environnement.

En savoir plus sur :

• les édulcorants artificiels dans notre environnement (en anglais seulement)
• les scientifiques d’Environnement et Changement climatique Canada

Lorsque des nutriments tels que le phosphore se retrouvent en excès dans les lacs, ils agissent comme un engrais permettant aux algues naturelles de se développer. Il est difficile de déterminer les sources des nutriments présents dans les lacs, car elles peuvent être nombreuses et variées. L’une des sources potentielles est l’effluent septique (eaux usées), qui est normalement enrichi de tels nutriments et qui, après s’être infiltré dans le sol, devient une eau souterraine. Des scientifiques à Environnement et Changement climatique Canada ont mené des recherches pour évaluer si les développements le long des rives des lacs du Bouclier canadien provoquent l’entrée de nutriments tels que le phosphore dans le lac sous forme d’infiltrations d’eaux souterraines, ce qui pourrait entraîner des proliférations d’algues nuisibles.

Nous nous sommes rendus à onze reprises, entre 2016 et 2019, au lac des Bois (dans le nord-ouest de l’Ontario) pour y prélever des échantillons d’effluents septiques, d’eaux souterraines et d’eaux de surface et analyser leur teneur en nutriments et divers autres indicateurs de la qualité de l’eau. Ces indicateurs comprenaient le phosphore et d’autres nutriments ainsi que des substances qui servent de traceurs des eaux usées. Dans cette étude, une nouvelle méthode a consisté à analyser l’acésulfame, un édulcorant artificiel, qui est un bon traceur des effluents septiques, car il a tendance à rester dissous dans l’eau, ne se décompose pas facilement et reste présent à des concentrations facilement mesurables. Une comparaison des quantités de phosphore et d’acésulfame présentes dans les différents échantillons montre qu’une grande partie du phosphore contenu dans les effluents septiques est éliminée lorsque l’eau s’infiltre dans le sol, de sorte que seule une petite fraction du phosphore reste dans les eaux souterraines qui s’écoulent vers le lac.

Nous avons prélevé des échantillons d’eau du lac dans la baie Poplar, dans la partie nord du lac des Bois. Cette baie compte de nombreux chalets le long de son rivage. La baie est reliée au reste du lac par un canal étroit. Nous avons constaté que les concentrations d’acésulfame dans la baie Poplar étaient élevées par rapport à celles mesurées à d’autres endroits du lac des Bois. Cet acésulfame se trouvait dans les effluents septiques provenant des chalets; ces effluents s’infiltraient dans le sol le long du rivage de la baie puis dans les eaux souterraines, lesquelles s’écoulaient de ce dernier vers la baie. En revanche, nous avons constaté que l’eau de la baie Poplar avait tendance à présenter des concentrations de phosphore plus faibles que celles des autres échantillons prélevés dans le lac des Bois. Cela n’est pas surprenant compte tenu du fait que, comme nous l’avons mentionné plus haut, contrairement à l’acésulfame, la majeure partie du phosphore présent dans les effluents septiques est éliminée en s’infiltrant dans le sol près des chalets.

Dans l’ensemble, nous avons constaté que les concentrations de phosphore dans les eaux souterraines pures (non contaminées) prélevées au bord de la baie Poplar et le long d’autres rives du lac des Bois avaient tendance à être environ dix fois plus élevées que celles mesurées dans le lac. Cela semble indiquer que l’infiltration naturelle des eaux souterraines pures le long du rivage pourrait entraîner d’importants rejets de phosphore dans le lac. On ne sait toujours pas si ces rejets naturels de phosphore provenant des eaux souterraines peuvent favoriser la prolifération d’algues le long du rivage du lac des Bois. Il manque des données détaillées sur le taux d’infiltration des eaux souterraines vers le lac et il sera difficile de les obtenir.

En résumé, en utilisant un édulcorant comme nouveau traceur, nous avons découvert que le phosphore présent dans les effluents septiques provenant des chalets était en grande partie éliminé lors de son infiltration dans le sol. Les résultats de cette étude peuvent s’appliquer à de nombreux autres lacs du Bouclier canadien où des aménagements similaires ont été réalisés.

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Pourquoi les scientifiques étudient-ils la glace fluviale?

Même si l’étude des changements climatiques et de la glace fluviale a fait l’objet de nombreux progrès scientifiques au cours des quatre dernières décennies, on en sait encore peu sur l’état actuel de la glace fluviale au Canada et les prévisions futures en la matière. Chaque année, la formation, la croissance, la détérioration et la fonte de la glace fluviale entraînent des débits faibles et des embâcles, de même que les épisodes de débâcle durant l’hiver et au printemps. Les scientifiques de la DRHEBV ont récemment produit la Base de données canadienne sur les glaces fluviales (BDCGF) qui comprend des observations sur le niveau et le débit des cours d’eau, ainsi que sur les dates de leur passage annuel de l’état liquide à l’état solide. Certaines des données enregistrées datent de plus de 100 ans! À l’image d’un glaçon qui fond lors d’une journée chaude, nous savons que la formation et la fonte de la glace fluviale chaque année sont causées principalement par la température et le climat environnants. Entre septembre et juin, des glaces fluviales sont à tout moment en train de se former, de croître ou de fondre au Canada. Les spécialistes de la glace fluviale étudient les périodes de gel, de croissance de la glace pendant l’hiver et de débâcle, car les grandes accumulations de glace flottante peuvent temporairement bloquer le débit des cours d’eau et provoquer des inondations.

Pourquoi s’intéresser à la glace fluviale?

Il n’est pas toujours aisé de comprendre où, pourquoi et quand de la glace fluviale se forme au Canada, mais la BDCGF et les données climatiques historiques d’Environnement et Changement climatique Canada, qui comprennent des renseignements sur la température et les conditions météorologiques (par exemple, pluie, neige, rayonnement solaire, nuages), peuvent être utilisées pour comprendre les répercussions des changements climatiques sur la glace fluviale. Nos observations nous servent à mieux renseigner les Canadiens sur les endroits susceptibles d’être touchés par des inondations ou des phénomènes dommageables en raison de la formation de glace. Si la glace fluviale peut être dangereuse, elle constitue également un élément très important du cycle hydrologique et de l’environnement. De nombreuses régions du Canada comptent sur les inondations annuelles pour réapprovisionner les lacs et les milieux humides, tandis qu’en hiver, l’habitat des poissons est protégé sous la couverture de glace. Pour en savoir plus sur l’importance des embâcles pour les poissons et les écosystèmes riverains, veuillez consulter la page consacrée aux écosystèmes des étangs deltaïques arctiques, aux inondations saisonnières et à l’adaptation (Arctic delta pond ecosystems, seasonal flooding and adaptation, page en anglais uniquement).

Pour de nombreuses collectivités nordiques, les cours d’eau gelés du Canada sont d’importantes voies de transport pendant les mois d’hiver. La glace facilite le transport des personnes et des fournitures dans une grande partie du territoire canadien.

L’étude des tendances induites par le climat en ce qui concerne l’épaisseur de la glace fluviale, la durée de la couverture de glace ainsi que les périodes de gel et de débâcle est très importante pour comprendre leurs répercussions sur les collectivités riveraines. Une carte préliminaire réalisée à partir des données de la BDCGF indique que la période pendant laquelle une couverture de glace est observée sur de nombreux cours d’eau au Canada se raccourcit, bien que des tendances opposées puissent être observées dans certains lieux à proximité.

La prochaine fois que vous verrez de la glace sur un cours d’eau ou que vous entendrez parler d’un embâcle, rappelez-vous que presque toutes les voies navigables du Canada connaissent le gel à un moment ou à un autre de l’année.

Liens connexes

• Base de données canadienne sur les glaces fluviales – Données ouvertes
• Base de données sur la glace fluviale au Canada (Canadian River Ice Database, en anglais uniquement) – Archives du Programme national de relevés hydrométriques
• Ice jam formations (article du Globe and Mail, en anglais uniquement)
• Recherche sur l’environnement et les changements climatiques

Qu’est-ce que l’eau souterraine?

L’eau souterraine est l’eau présente sous vos pieds, dans le sol. Elle se trouve entre les particules de sable et de gravier, et dans les fissures et les crevasses de la roche mère. Ensemble, les eaux souterraines représentent environ 30 % de toute l’eau douce de la planète, soit 100 fois plus d’eau que ce que l’on retrouve dans l’ensemble des lacs, des rivières et des milieux humides du monde entier réunis. En plus d’être une importante source d’eau potable pour de nombreux Canadiens, l’eau souterraine contribue à maintenir les niveaux d’eau d’un grand nombre de rivières et de milieux humides, particulièrement durant les mois d’hiver et les périodes de faibles précipitations.

On s’attend à ce que les changements climatiques aient une incidence sur la contribution des eaux souterraines (tant la manière que le moment) aux rivières et aux milieux qu’elles soutiennent qui en dépendent, mais les conséquences de ces changements ne sont pas pleinement comprises. Actuellement, les scientifiques de la DRHEBV étudient les conséquences des changements climatiques sur les eaux souterraines de même que leurs répercussions sur les rivières et les milieux aquatiques dans les régions nordiques du Canada.

Quels sont les effets des changements climatiques sur les eaux souterraines dans le Nord?

Les eaux souterraines sont très importantes pour l’apport en eau et en minéraux de même que pour la régulation des niveaux d’eau dans un grand nombre de rivières, de lacs et de milieux humides, surtout durant l’hiver et les périodes de temps sec. Le réchauffement des températures et les changement de régime de précipitations induits par les changements climatiques viendront modifier l’influence des eaux souterraines sur les milieux nordiques. Le dégel du pergélisol (sol gelé en permanence) et le prolongement des périodes durant lesquelles le sol gelé de manière saisonnière est libre de glace, deux phénomènes induits par la hausse des températures, entraîneront des changements dans l’écoulement de l’eau souterraine vers les rivières, les lacs et les milieux humides. Ces changements dans la décharge des eaux souterraines n’auront pas seulement d’incidence sur l’écoulement, mais également sur la qualité de l’eau dans les rivières, les lacs et les milieux humides. Comme le nord du Canada se réchauffe plus de deux fois plus rapidement que la moyenne mondiale, les possibles conséquences néfastes des changements du régime des eaux souterraines sur les plantes et les animaux des écosystèmes qui dépendent de l’eau souterraine sont une source de préoccupations.

Pourquoi les eaux souterraines sont-elles importantes pour le saumon?

Les eaux souterraines sont particulièrement importantes pour de nombreuses espèces de saumon au Canada. Les saumons pondent leurs œufs dans des endroits où se produit l’émergence des eaux souterraines dans les rivières et certains lacs. Dans le nord du Canada, les eaux souterraines procurent suffisamment de chaleur pour empêcher le gel des frayères durant les mois d’hiver et fournir aux œufs enfouis l’énergie dont ils ont besoin pour se développer.

Comment les scientifiques étudient-ils les conséquences des changements climatiques sur les eaux souterraines et le saumon?

Les spécialistes des eaux souterraines de la DRHEBV collaborent avec les scientifiques et le personnel du gouvernement du Yukon, de la Première nation de Kluane, des Premières nations de Champagne et d’Aishihik, de Parcs Canada et du ministère des Pêches et des Océans afin de mieux comprendre les conséquences des changements climatiques sur les eaux souterraines et leurs répercussions sur l’habitat de frai du saumon kéta et du saumon kokani.

1. En 2017, des scientifiques d’Environnement et Changement climatique Canada ont commencé une étude visant à déterminer comment et où les changements du régime des eaux souterraines causés par les changements climatiques sont susceptibles de toucher les espèces de saumon. Sur le territoire traditionnel de la Première Nation de Kluane, les niveaux d’eau et l’écoulement des eaux du Lhù’ààn Mânʼ (lac Kluane) et de la Lhù’ààn Tǎgà’ (rivière Kluane) ont subi les effets de la chute radicale de l’apport en eau de fonte du glacier Kaskawulsh dans le lac au cours des dernières années. La baisse du niveau du lac qui en a découlé a exposé des frayères de saumon autrefois submergées. En plus des changements observés dans le lac, l’étude cherche à savoir si les changements climatiques et le dégel du pergélisol ont une incidence sur la décharge des eaux souterraines dans le Lhù’ààn Mânʼ (lac Kluane) et quels pourraient en être les conséquences sur l’habitat de frai disponible pour le saumon kéta. Cette étude combine les connaissances traditionnelles autochtones de la Première Nation de Kluane et la science occidentale.
2. La population de saumons kokanis confinée aux eaux intérieures du bassin versant du lac Kathleen, dans le parc national et réserve de parc national Kluane et sur le territoire traditionnel des Premières nations de Champagne et d’Aishihik, a connu un déclin important il y a environ deux décennies. La cause de cet effondrement de la population est inconnue. Au cours de l’échantillonnage de l’eau des ruisseaux à proximité des frayères à saumon kokani en 2018, les scientifiques ont décelé des concentrations anormalement élevées de divers métaux connus pour être nocifs pour les poissons. Ils ont alors commencé l’examen de l’écoulement et de la chimie de l’eau des ruisseaux du secteur afin d’étudier la possibilité que des effets liés aux changements climatiques puissent être à l’origine du petit nombre de saumons kokanis dans les frayères. En particulier, l’étude vise à déterminer si des « vagues de chaleur » estivales précoces et plus intenses entraînent des rejets naturels, mais toxiques, de métaux dans les eaux souterraines et les ruisseaux depuis le sol gelé, et si ces métaux contribuent à l’effondrement de la population de saumons kokanis.

Les changements climatiques et le cycle hydrologique au Canada

Qu’est-ce que le cycle hydrologique?

C’est le déplacement de l’eau, sous l’effet de la chaleur du soleil, depuis la surface de la Terre jusque dans l’atmosphère, puis à nouveau vers la Terre en suivant un cycle continu.

Comment les changements climatiques influencent-ils le cycle hydrologique?

Le réchauffement climatique a provoqué des changements observables du climat et des divers processus hydrologiques. Les connaissances scientifiques actuelles laissent supposer que les changements climatiques causent une intensification du cycle hydrologique, particulièrement dans les pays de latitudes élevées, comme le Canada. Les données scientifiques indiquent également que les changements climatiques évoluent avec le temps, ce qui signifie qu’il y aura une augmentation de la fréquence et de l’amplitude des phénomènes météorologiques extrêmes, dont les inondations et les sécheresses.

Les précipitations et la température sont les deux plus importantes variables climatiques qui déterminent le potentiel en ressources hydriques d’une région. Les plus infimes changements dans l’amplitude ou les régimes spatiaux et saisonniers de ces deux variables peuvent influer sur la quantité d’eau ou de neige stockée, l’évapotranspiration et le ruissellement, ce qui a une incidence sur la disponibilité en eau. Même si un réchauffement a été enregistré dans la majeure partie du Canada, les tendances observées sont plus marquées dans le nord et dans l’ouest du pays. On a aussi constaté que les changements dans les précipitations varient d’une région à l’autre et d’une saison à l’autre. Le plus fort pourcentage d’augmentation a été observé dans l’Extrême-Arctique, alors que certaines parties du sud du Canada (en particulier la région des Prairies) ont connu peu de changements, voire une diminution des précipitations. Dans les régions froides, comme le Canada, le réchauffement des températures à l’échelle mondiale ferait en sorte qu’une moindre part des précipitations hivernales tomberait sous forme de neige et que la fonte de la neige au printemps se ferait plus tôt. Même en l’absence de changement dans l’intensité des précipitations, ces deux effets modifient le moment et l’amplitude des débits d’étiage et de crues, le débit le plus élevé étant devancé au début du printemps, soit loin des périodes estivales et automnales où la demande est la plus élevée.

Comment les scientifiques étudient-ils les répercussions des changements climatiques sur le cycle hydrologique?

Les scientifiques étudient actuellement les effets possibles des changements climatiques sur la disponibilité régionale en eau, l’hydrologie des bassins versants et les conditions hydrologiques extrêmes, ainsi que les répercussions de ces effets sur les écosystèmes aquatiques. Les recherches se font à l’aide de modèles hydrologiques, climatiques et terrestres. Par exemple, les données des modèles climatiques mondiaux (MCM) ont servi au calcul de l’indice de précipitations et d’évapotranspiration normalisé (IPEN), qui aide à prévoir la disponibilité en eau dans les bassins fluviaux de l’ouest et du sud du Canada, dans un avenir proche et lointain (figure 1).

Afin de prévoir les répercussions à long terme des changements climatiques sur l’hydrologie du bassin versant de l’Athabasca, les scientifiques d’ECCC ont exécuté le modèle hydrologique de la capacité d’infiltration variable (VIC, pour Variable Infiltration Capacity). Ce modèle prévoit l’augmentation des débits printanier et hivernal dans la rivière Athabasca vers la fin du siècle actuel, ce qui entraînerait une diminution du débit estival en raison de la fonte précoce de la neige, de l’évapotranspiration accrue, et de l’absence d’augmentation des précipitations estivales. Les répercussions possibles sur les conditions hydrodynamiques et le régime de transport des sédiments du cours inférieur de la rivière Athabasca (figure 2) ont également été étudiées, et les résultats laissent présager une augmentation globale de la charge moyenne annuelle en sédiments dans la rivière.

Le lac Winnipeg (Manitoba) connaît de fréquents épisodes de prolifération d’algues en raison des teneurs élevées en éléments nutritifs de multiples sources. Les terres des bassins hydrographiques de nombreux affluents du lac Winnipeg sont massivement affectées à des usages agricoles, et l’eau riche en nutriments qui ruisselle jusque dans ce lac peu profond a une incidence considérable sur la qualité de l’eau du lac. L’apport en nutriments dans le lac depuis les bassins versants dépend des conditions hydrologiques, de la variabilité du régime hydroclimatique et des pratiques d’aménagement des terres. Les scientifiques d’ECCC mettront en œuvre une version améliorée du SWAT, un outil d’évaluation des sols et de l’eau, afin d’étudier les répercussions possibles des changements climatiques projetés et de divers scénarios de pratiques de gestion bénéfiques (PGB) sur l’hydrologie et le régime de transport des sédiments.

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