222 - Trente ans de géomorphologie fluviale au Québec

Session 1

• 09 h 00
  Mot de bienvenue
  Thomas BUFFIN-BÉLANGER (UQAR - Université du Québec à Rimouski), Pascale Biron (Université Concordia)
• 09 h 05
  Mot d'introduction
  Michael Woldenberg (State University of New York at Buffalo)
• 09 h 15
  Nouveaux outils et nouvelles pratiques pour appréhender l'espace-temps fluvial
  Hervé Piegay (Université de Lyon)

  La géomorphologie fluviale est un champ interdisciplinaire qu'alimente la géographie. Cette discipline s'intéresse non seulement aux dynamiques sociales qui régissent les corridors fluviaux mais aussi aux dynamiques biophysiques qui les façonnent. L'étude de ces phénomènes s'inscrit à différentes échelles d'espace et de temps et s'appuie aujourd'hui sur un ensemble d'outils et de méthodologies alliant de plus en plus métrologie de terrain et analyse d'images. Cette évolution est particulièrement sensible dans le domaine fluvial comme le montre l'augmentation très significative des contributions scientifiques s'appuyant sur les outils géomatiques (TLS, imagerie haute résolution et imagerie multi/hyper-spectrale, caméras de terrain). La présente communication souhaite illustrer à partir de différents exemples comment allier analyse d'images et mesures in situ pour appréhender les processus et les changements biophysiques. Cette évolution technique met aussi à disposition des équipes scientifiques une profusion de données alimentant les approches régionalisées permettant de mettre en lumière les structures spatiales et d'explorer l'organisation multi-échelle des systèmes fluviaux.

• 09 h 45
  Le ruisseau Béard, un laboratoire de géomorphologie fluviale
  Laurence CHAPUT-DESROCHERS (UdeM - Université de Montréal), Geneviève Marquis (UQAM - Université du Québec à Montréal)

  L'étude des processus fluviaux en milieu naturel est un défi à la fois technique et logistique mais surtout analytique, à cause des multiples processus interagissant à différentes échelles spatiales et temporelles. De plus, les efforts sont souvent concentrés sur un nombre restreint de sites, bien souvent un seul, ce qui remet en cause le potentiel de généralisation des résultats. Toutefois, les études en milieu naturel sont une étape incontournable pour valider les modèles, mais aussi pour accroître nos connaissances sur les processus et leurs interactions. Dans ce contexte, les études en milieu naturel doivent être planifiées rigoureusement. Le ruisseau Béard est un petit cours d'eau à lit de graviers d'environ 5 m de large, avec une pente de 1 %, une taille médiane des particules d'environ 45 mm et un débit plein bord de 2.5 m³s^-1. Ce ruisseau a fait l'objet d'un suivi intensif du transport en charge de fond et de l'écoulement dans le but de comprendre l'évolution morphologique du lit en réponse à des évènements de crue durant 5 ans. Dans cette présentation, des exemples de résultats provenant du ruisseau Béard seront utilisés pour illustrer les limites mais aussi le potentiel des études en milieu naturel afin d'améliorer la compréhension de la dynamique fluviale. Une attention particulière sera portée aux approches méthodologiques et analytiques utilisées afin d'exploiter au maximum l'information contenue dans les données.

• 10 h 05
  Relation entre le climat et les débits en aval des barrages au Québec : état de connaissances
  Ali Assani (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)

  Il est de plus en plus admis que le réchauffement climatique affectera la variabilité interannuelle des débits en aval des barrages. Toutefois, l'influence du climat sur la variabilité interannuelle des débits en aval des barrages est encore fort controversée. Trois thèses se confrontent : absence de relation entre le climat et les débits en aval des barrages, influence conjointe du climat et des barrages sur la variabilité interannuelle des débits en aval et, enfin, influence exclusive du climat. L'objectif de cette communication est de confronter ces trois thèses afin de déterminer le facteur principal de la variabilité interannuelle des débits en aval des barrages au Québec. Trois rivières régularisées seront analysées : Matawin (mode de gestion de type inversion), Ouareau (mode de gestion de type naturel) et Saint-François (mode de gestion de type homogénéisation).

Session 2

• 10 h 45
  Confluence/diffluence scientifique : 20 ans de sédimentologie fluviale à travers le monde
  Suzanne Leclair (OGQ - Ordre des géologues du Québec)

  Ces interrogations, issues de la rencontre avec le géomorphologue André Roy, ont mené l'auteure à 20 ans de recherches sédimentologiques afin de mieux reconnaître la signature des rides, dunes, antidunes, etc. et de reconstruire les conditions hydrosédimentaires des environnements modernes ou anciens. Cette contribution au colloque présente les résultats principaux des recherches théoriques et en laboratoire ainsi que des exemples d'études de terrain sur le fleuve Mississippi en Louisiane (USA), la Loire en France et la Luni en Inde, ces dernières apportant autant de réponses qu'elles suggèrent de nouvelles avenues à explorer (par ex. sur le rôle du transport de sédiments en suspension sur la formation de dunes ou celui de la fréquence d'affouillement dû aux crues sur le potentiel de conservation des strates précédentes).

  L'interprétation quantitative des dépôts fluviatiles est relativement récente. Il y a 30 ans, les relations entre la stratigraphie du lit des rivières et la dynamique sédimentaire formative n'étaient le plus souvent que de simples conjectures. Les travaux sur la sédimentologie du confluent Bayonne-Berthier, Lanaudière, Québec, avaient soulevé deux questions critiques sur les mécanismes de conservation des strates fluviatiles : 1) quel est le lien entre la géométrie des strates et celle des formes du lit les ayant produites? et 2) quel peut être leur degré de conservation à diverses échelles temporelles?

• 11 h 05
  Rugosité et couche-limite turbulente sous couvert de glace
  Thomas Buffin-Bélanger (UQAR - Université du Québec à Rimouski), Sylvio DEMERS (UQAR - Université du Québec à Rimouski), Taylor OLSEN (UQAR - Université du Québec à Rimouski)

  La structure des écoulements sous couvert de glace est fortement influencée par le rapport entre la rugosité du lit et la rugosité de la glace ainsi que par la profondeur relative de l'écoulement. Peu d'études ont analysé ce rapport en combinant une analyse détaillée de la rugosité et de la mesure des structures turbulentes et des cisaillements de Reynolds. Dans la lignée des travaux sur la turbulence du laboratoire de recherche du professeur Roy, nous examinons ici les liens entre les rapports de rugosité et les propriétés de la double couche limite turbulente se développant dans un écoulement sous couvert de glace dans deux rivières graveleuses. Douze profils de vitesse ont été mesurés sous des couverts de glace à l'aide d'un ADV. Pour chaque profil, un morceau de glace situé en amont du site de mesure était extrait et scanné à l'aide d'un laser terrestre permettant de caractériser la rugosité à l'échelle du cm. La rugosité sous glacielle présente une grande variabilité qui se reflète dans la nature des écoulements caractérisés. Des scénarios décrivant la dynamique de la turbulence et la structure des couches limites sont proposés et discutés à la lumière des conditions de rugosité rencontrées dans cette étude.

• 11 h 25
  De la turbulence au design : la restauration des ruisseaux urbains.
  Bruce Macvicar (University of Waterloo)

  Les ruisseaux urbains sont soumis à des régimes hydrologiques et sedimentologiques fortement changés par la construction des villes. Les ruisseaux sont souvent déstabilisés en conséquence, ce qui a des graves conséquences pour les gestionnaires de rivières et des infrastructures fluviales, notamment les ponts et les égouts des villes. L'objectif de cette présentation est d'examiner la restauration de Wilket Creek à Toronto par l'installation de seuils-mouilles. L'argument implicite dans le design est que la turbulence compense l'augmentation d'énergie dans la rivière due à l'augmentation des pentes moyennes du lit, l'augmentation des pics de crues et la diminution de la charge solide. Malheureusement nous ne sommes pas au point où nous pouvons dire si l'argument est correct ou non. Pour le moment, on développe l'idée de comment les seuils-mouilles fonctionnent, mais il reste plusieurs axes de recherche à explorer.

• 11 h 45
  Les confluents de cours d'eau : de la dynamique de l'écoulement à la biodiversité
  Pascale Biron (Université Concordia)

  Les confluents de cours d'eau sont des nœuds particulièrement importants dans les bassins versants. Les travaux menés par André Roy depuis 30 ans sur la dynamique de l'écoulement, la turbulence et le mélange des écoulements ont eu un impact majeur sur notre compréhension physique de ces sites complexes et sont encore fréquemment cités. L'approche privilégiant une combinaison de mesures et d'observations sur le terrain, d'expériences en laboratoire et de modélisation tridimensionnelle explique en grande partie les avancées scientifiques dans ce domaine. Cette présentation vise en premier lieu à faire le point sur la compréhension actuelle des processus régissant la dynamique de l'écoulement aux confluents de cours d'eau, où les débats sur les écoulements secondaires dominants et les questions d'échelle sont toujours d'actualité. Le deuxième objectif est de discuter du rôle des confluents en tant que points chauds (“hot spots”) de biodiversité. Ceci a engendré de nouvelles collaborations entre hydro-géomorphologues et biologistes, notamment en ce qui a trait aux températures plus fraîches en été dans les petits tributaires de rivières à saumons. Des données de température recueillies à l'été 2011 au confluent de la rivière Catamaran Brook et Little Southwest Miramichi (NB) seront comparées à des simulations numériques tridimensionnelles afin d'examiner le lien entre la dynamique de l'écoulement et la zone de mélange des températures plus fraîches en provenance du tributaire.

Session 3

• 14 h 00
  Science, politique et règlementation environnementale: la directive cadre européenne sur l'eau
  Keith Richards (Université de Cambridge)

  The Water Framework Directive challenges European states to harmonize their assessment and improvement of water quality, but also challenges science to provide the underpinning theory and practical methods of implementation the WFD requires. This paper will consider whether river science has the tools to enable this, and combines geography, geomorphology and science studies to analyse WFD science critically. It will examine some of the scientific shortcomings of the Directive (especially the role of fluvial geomorphology), the science involved in balancing a common method with the subsidiarity principle, the process of developing common methodologies through the Common Implementation Strategy, the integration of implementation practices into pre-existing monitoring practices, and the framework for implementing plans for quality improvement. This is not an attempt to undermine a Directive that is widely recognised to have had a beneficial effect on water quality, but rather, seeks to contribute to debate about its future enhancement in the 6-year cycles of River Basin Management Plans and Programmes of Measures.

• 14 h 30
  Les scénarios climatiques en support aux études d'impacts sur la dynamique des cours d'eau, un compromis nécessaire entre flexibilité et fiabilité
  Marco BRAUN (Ouranos), Diane Chaumont (Ouranos), Travis LOGAN (Ouranos), René ROY (Ouranos)

  La dynamique des cours d'eau est inévitablement affectée par l'évolution du climat prévalant à l'échelle du bassin versant. Tant le cours d'eau lui-même que les usages qu'il soutient devront s'adapter aux nouvelles conditions hydroclimatiques. Devant un climat futur incertain, le développement de scénarios climatiques adaptés à la problématique représente un défi de taille à cause des dimensions multiples à considérer. Les ensembles de scénarios climatiques reposant sur une grande diversité de simulations climatiques permettent d'inclure les principales sources d'incertitudes connues et constituent ainsi les meilleurs estimateurs du climat futur. Or, la taille de ces ensembles pose souvent problème lorsqu'on désire mettre en place des mesures d'adaptation et une sélection d'un sous-ensemble de scénarios est requise. L'analyse statistique par grappes, une technique non-supervisée de classification de données, s'avère une approche flexible et fiable pour la sélection de scénarios climatiques. La technique consiste à classifier en sous-groupes les séries climatiques futures selon des critères multiples et à retenir une réalisation du climat plausible dans chaque sous-groupe. L'analyse par grappes offre l'avantage d'être objective, de réduire considérablement le nombre de scénarios climatiques tout en assurant la couverture d'une large part de la variance projetée. Un exemple d'application à l'échelle régionale dans le cadre d'une analyse d'impact en hydrologie sera présenté.

• 14 h 50
  Connectivité hydrologique des bassins versants : du concept abstrait à l'outil de gestion intégrée
  Genevieve Ali (University of Manitoba)

  La connectivité hydrologique décrit les chemins que l'eau emprunte en traversant un paysage. Sa caractérisation est considérée comme incontournable pour l'étude et la gestion des bassins versants, non seulement à cause de sa nature interdisciplinaire au carrefour de l'hydrologie, de la géomorphologie et de l'écologie, mais aussi en raison de son impact sur l'intensité des inondations, le transfert de sédiments et le risque de pollution diffuse. Au début des années 2000, l'opérationnalisation du concept de connectivité était difficile car il n'y avait pas de consensus sur sa mesure ni sur son intégration dans les modèles hydrologiques. La conduite de recherches poussées sur des sites québécois a représenté une étape clé pour l'amélioration des connaissances, et l'étude d'un bassin versant modèle des Basses-Laurentides a permis de concevoir des métriques robustes pour faciliter la prédiction de la connectivité hydrologique. Forts de ce cadre méthodologique, les hydrologues font désormais face à un nouvel enjeu, soit celui d'utiliser des mesures quantitatives de connectivité pour évaluer la pertinence et l'impact de certains aménagements sur l'intégrité des bassins versants. La présente communication vise donc à retracer les avancées réalisées au Québec pour la compréhension de la connectivité hydrologique, tout en soulignant le rôle central de la connectivité dans le contexte des stratégies d'adaptation et d'atténuation des changements climatiques et anthropiques.

Session 4

• 15 h 30
  L'effet de la submersion des obstacles sur la structure de l'écoulement et le positionnement préférentiel de la truite arc-en-ciel
  Jay Lacey (UdeS - Université de Sherbrooke), Johan VAN LEEUWEN (Wageningen University)

  La présente étude en laboratoire compare la position occupée par des truites arc-en-ciel nageant en aval de 4 différents types/tailles d'obstacles fixés au lit d'un petit canal à surface libre. La vélocimétrie par images de particules (PIV) à 2 composantes (2C) a été utilisée pour caractériser la structure d'écoulement dans un plan vertical au centre du canal. Des photos séquentielles prises à une fréquence de 0.5 Hz pendant 15 min permettent de déterminer la position (x,y,z) de nage des poissons. Les résultats montrent que la position préférentielle occupée par les poissons dépend fortement du type et de la taille de l'obstacle. Les poissons évitent la zone de recirculation en aval des obstacles où l'intensité de la turbulence est très élevée. De plus, les déplacements sont beaucoup plus limités en aval des cylindres émergés qu'en aval des cylindres submergés.

  Des études ont montré que les truites arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) utilisent à leur avantage les écoulements complexes. Il a été découvert que les truites adoptent une « ambulation Karman » en aval d'un cylindre émergé. Cette forme de nage est synchronisée avec les vortex d'échappement – ce qui permet aux truites de conserver de l'énergie. Ces expériences ont utilisé un cylindre traversant toute la colonne d'eau, créant des structures d'échappement à deux dimensions (2D). Cependant, en milieu naturel, les objets rencontrés par les truites sont plutôt submergés, ce qui modifie les structures d'échappement.

• 15 h 50
  Les échelles spatiales et temporelles de variabilité de l'écoulement et les processus vitaux des poissons en rivière
  Eva C ENDERS (Pêches et océans Canada), André ROY (University of Waterloo), Mathieu Roy (UdeM - Université de Montréal)

  La variabilité spatiale et temporelle de l'écoulement en rivière contribue à créer une mosaïque d'habitat dynamique qui soutient la diversité écologique. En écohydraulique, discipline à l'intersection de la géomorphologie fluviale et de l'écologie aquatique, une des questions fondamentale consiste à identifier quelles sont les échelles spatiales et temporelles de variation de l'habitat les plus importantes pour les organismes à divers stades de vie. Au cours des dernières années, nous avons effectué plusieurs études afin d'examiner l'effet de l'écoulement sur les processus vitaux des juvéniles du saumon Atlantique. Ces études ont notamment permis d'identifier l'importance des fluctuations turbulentes sur les coûts énergétiques de nage des poissons, sur l'habilité à capturer des proies à la dérive et sur l'utilisation de l'habitat. Le suivi individuel des poissons a révélé l'importance d'échelles spatiales et temporelles « intermédiaires » pour représenter adéquatement la sélection de l'habitat des juvéniles. Une forte variabilité intra-individuelle du comportement et de l'activité a aussi été observée, remettant ainsi en question le caractère dichotomique du comportement des poissons (mobile vs sédentaire, nocturne vs diurne). Ainsi, les fluctuations du comportement des poissons pourraient être davantage induites par des changements à court terme des facteurs biotiques et abiotiques que par des traits individuels hérités.

• 16 h 10
  Fragmentation de l'habitat fluvial par les ponceaux forestiers et routiers
  Normand Bergeron (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), François CARON (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), Patrice COUTURE (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), Elsa GOERIG (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), Dominique LAPOINTE (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), Jean-Baptiste TORTEROTOT (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement)

  Chaque année, plus de 10 000 nouveaux ponceaux sont construits sur les cours d'eau québécois. Plusieurs études ont démontrées qu'ils constituent des obstacles au déplacement des poissons, fragmentant ainsi l'habitat fluvial disponible. Au Québec, cette fragmentation de l'habitat fluvial pourrait avoir des effets négatifs sur les populations de salmonidés mais cette problématique n'a jamais fait l'objet d'études approfondies. D'abord, nous présentons les résultats d'une étude utilisant les critères de passages décrits dans la littérature pour classifier 69 ponceaux du bassin-versant de la rivière St-Louis (Saguenay) selon leur degré d'obstruction au passage d'ombles de fontaine de tailles diverses. Les résultats indiquent que 56 des 69 (81%) ponceaux présentent au moins un critère ayant le potentiel de limiter le succès de passage d'un omble de fontaine de 6 cm de longueur. La vitesse moyenne à l'intérieur du ponceau constitue de loin le critère le plus limitant (68%), suivi de l'obstruction dans le ponceau (25%). Ensuite, nous présentons les résultats préliminaires de travaux utilisant la technologie des transpondeurs passifs afin de modéliser la capacité de l'omble de fontaine à franchir les barrières de vitesses crées par les ponceaux. Finalement, nous discutons d'un troisième projet en cours dont l'objectif porte sur l'analyse des conséquences de la fragmentation de l'habitat fluvial sur l'isolation génétique des populations d'ombles de fontaine.

• 16 h 30
  Trente ans de géomorphologie fluviale au Québec : enjeux et perspectives d'avenir
  André Roy (University of Waterloo)

  La géomorphologie fluviale au Québec a des racines profondes dans les grands courants qui ont marqué le domaine et elle a connu un essor sans précédent depuis une trentaine d'années. Les chercheurs québécois sont maintenant reconnus à travers le monde non seulement pour leurs contributions à l'avancement des connaissances mais aussi pour le développement d'applications originales en rivières. Un des traits communs des programmes de recherche en géomorphologie fluviale au Québec est la créativité qui se manifeste entre autres par la mise au point de nouvelles méthodes et par la façon originale d'aborder les questions de recherche. La recherche au Québec a fait progresser le savoir sur les processus fondamentaux en rivière et elle a su démontrer sa pertinence notamment par rapport aux processus écologiques et à la gestion des bassins-versants. Malgré sa maturité, la géomorphologie fluviale fait face à des défis importants : une masse critique de chercheurs qui n'est pas encore suffisante face à la tâche à accomplir, un impact limité hors de cercles académiques, une absence de grandes infrastructures de calibre international. Cet exposé trace l'évolution de la discipline et propose une réflexion sur les avenues thématiques et logistiques qui s'offrent aux chercheurs en 2012.

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