Analyse des données de la mission Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) sur des bassins versants choisis au Canada pour la caractérisation des eaux souterraines.

Résumé : Les eaux souterraines ont un impact majeur sur la vie terrestre, les besoins domestiques et le climat. Elles sont aussi un maillon essentiel du cycle hydrologique. Au Canada par exemple, plus de 30 % de la population est tributaire des eaux souterraines pour leur alimentation en eau potable. Ces ressources subissent de nombreuses pressions sous l’influence de certains facteurs comme la salinisation, la contamination et l’épuisement. La variabilité du climat et la demande croissante sur ces ressources imposent l'amélioration de nos connaissances sur les eaux souterraines. L’objectif principal du projet de recherche est d’exploiter les données d’anomalies (TWS) de la mission Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) pour localiser, quantifier et analyser les variations des eaux souterraines à travers les bassins versants du Bas-Mackenzie, du Saint-Laurent, du Nord-Québec et du Labrador. Il s’agit aussi d’analyser l’influence des cycles d’accumulation et de fonte de neige sur les variations du niveau des eaux souterraines. Pour estimer les variations des eaux souterraines, la connaissance des autres paramètres du bilan hydrologique est nécessaire. Ces paramètres sont estimés à l’aide des sorties du modèles de surface CLM du Système Global d’Assimilation des Données de la Terre (GLDAS). Les données GRACE qui ont été utilisées sont celles acquises durant la période allant de mars 2002 à août 2012. Les résultats ont été évalués à partir d’enregistrements de niveaux piézométriques provenant de 1841 puits localisés dans les aquifères libres du bassin des réseaux de suivi des eaux souterraines au Canada. Les valeurs de rendements spécifiques des différents types d’aquifères de chaque puits et celles des variations mensuelles du niveau d’eau dans ces puits ont été utilisées pour estimer les variations des anomalies des eaux souterraines in-situ. L’étude de corrélation entre les variations des anomalies des eaux souterraines estimées à partir de la combinaison GRACE-GLDAS et celles issues de données in-situ révèle des concordances significatives avec des valeurs de

Planifier un développement adapté aux caractéristiques hydrographiques et biophysiques du milieu pour l’aménagement d’un quartier durable à Weedon, Québec

La municipalité de Weedon, en Estrie, a récemment acquis un terrain vacant à proximité du village. La municipalité désire un développement intégrant le concept de développement durable dans le plan d’aménagement du terrain et dans la construction des infrastructures. L’objectif général de ce travail est de recommander à la municipalité de Weedon des moyens pour adapter l’écoquartier aux caractéristiques hydrographiques et biophysiques du milieu. Premièrement, le milieu biophysique et hydrographique est caractérisé grâce à l’analyse de données géospatiales et par photointerprétation de photographies aériennes. Le potentiel de développement est analysé grâce à l’outil ArcGIS afin de déterminer les zones propices à l’urbanisation ainsi que les zones à exclure. Il est recommandé de concentrer le développement du site dans la zone n’ayant aucune contrainte et de limiter la densité des habitations dans les espaces présentant des contraintes. Selon ces suggestions, il sera possible de développer environ 40 bâtiments sur le site. Deuxièmement, les systèmes de gestion des eaux usées (le système septique individuel, le système décentralisé et le système centralisé) sont décrits en fonction de leurs avantages, de leurs inconvénients et de leurs limites. Ces points sont ensuite comparés et la création d’un arbre de décision permet de recommander le système le mieux adapté au milieu. Les zones avec contraintes de développement devraient utiliser des systèmes de traitement septiques. Pour ce qui est de la zone sans contraintes, le système de traitement septique est recommandé uniquement si la densité est égale ou inférieure à 5 unités d’habitations par hectare. Si la densité désirée par la municipalité est plus élevée pour cette zone, le raccordement au système de traitement centralisé est recommandé. Troisièmement, les mesures de gestion des eaux pluviales sont présentées selon différentes caractéristiques adaptées au site. Leur recommandation est basée sur une analyse multicritère pondérée. Les pratiques de gestion optimales qui devraient être utilisées conjointement sur le site sont la collecte et la réutilisation de l’eau de pluie pour la gestion sur le site, la noue engazonnée avec drain pour la gestion en réseau et le marais artificiel pour la gestion en fin de réseau. Les recommandations présentées dans ce travail visent à privilégier des modes de développement alternatifs à l’urbanisation classique afin d’établir les bases pour le développement d’un quartier durable à Weedon.

Analyse de nouvelles opportunités permettant d'améliorer la santé des cours d'eau du Québec méridional

L’objectif de cet essai est d’analyser de nouvelles opportunités permettant d’améliorer la santé des cours d’eau du Québec méridional. Cette analyse multicritères est effectuée selon les dimensions du développement durable. Un des enjeux que les acteurs en gestion de l’eau doivent prendre en compte est l’effet des changements climatiques, la première partie décrit les problématiques à prévoir sur les cours d’eau. En 2008, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat publiait un rapport sur les effets des changements climatiques et l’eau. Deux principaux effets des changements climatiques étaient observés en Amérique du Nord : une hausse des précipitations moyennes annuelles et une baisse de ces précipitations sous forme de neige. Différents acteurs interviennent en gestion de l’eau; le rôle de chacun est abordé dans la seconde partie cet essai. Le ministère des Transports du Canada, le ministère des Pêches et Océans ainsi qu’Environnement et Changement climatique Canada se partagent des responsabilités en matière de compétence fédérale. À l’échelle provinciale, cinq ministères ont des responsabilités en lien avec les cours d’eau. À l'échelle locale, les municipalités régionales de comté et les municipalités ont également des responsabilités en matière de cours d’eau. Les organismes de bassins versants et les tables de concertation régionale assurent, quant à eux, une gestion intégrée par bassin versant et la concertation des intervenants locaux. Par la suite, deux opportunités en amont des cours d’eau sont décrites dans cet essai : il s’agit des noues de biorétention et des marais filtrants. Pour ce qui est des opportunités d’aménagement durables des cours d’eau, les deux opportunités présentées sont le concept de liberté de cours d’eau et du chenal à deux niveaux. L’analyse multicritères de développement durable a été réalisée sur les dimensions environnementale, sociale, économique et de la gouvernance. L’analyse a permis de constater que certains projets s’illustrent davantage sur le plan du développement durable, plus précisément les noues de biorétention, les marais filtrants et la liberté de cours d’eau. Pour finir, dans le but de favoriser la mise en place des projets étudiés dans cet essai, six recommandations ont été formulées à l’intention des acteurs de l’eau.

Analyse politique d'une organisation de services sociaux et de sante de la région-04: la commission administrative régionale des services communautaires

Ce mémoire de maîtrise est une analyse politique d'une organisation devant coordonner les services sociaux et les services de santé dans la région du Centre du Québec. Elle porte sur la Commission des Services Communautaires appelée aussi Commission Administrative Régionale (CAR). Nous étudierons la vie de cette organisation depuis sa fondation en janvier 1978 jusqu'à son avant-dernière réunion inclusivement en juin 1979. Elle y a tenu treize assemblées durant cette période. Pour situer le lecteur, nous précisons les aspects géographiques suivants ainsi que la division territoriale des D.S.C., C.S.S. et C.L.S.C. La région 04 se situe entre la région de Québec (03) à l'est, fa région de Montréal (06A, 068, 06C) à l'ouest et la région de l'Estrie (05) au sud. Le fleuve St-Laurent divise cette région en son milieu et il constitue une barrière psychologique pour les gens de la Mauricie au Nord et les gens du Sud fortement attirés par Sherbrooke, Québec et Montréal. Cette région administrative ne polarise pas facilement les populations et les services socio-sanitaires vers son centre, Trois-Rivières. Unir les gens de La Tuque et de Louiseville aux citadins de Drummondville et de Victoriaville ne va pas de soi. Une certaine rivalité existe même entre ces deux dernières cités. Quinze centres hospitaliers desservent cette région. Trois de ces centres opèrent un Département de Santé Communautaire: deux au nord (Centre Hospitalier Ste-Marie à Trois-Rivières et le Centre Hospitalier Régional de la Mauricie à Shawinigan) et un au sud (le Centre Hospitalier Ste-Croix). Enfin, le territoire est partagé en treize bassins de Centres Locaux de Services Communautaires, sept sur le territoire nord et six au sud. Seulement quatre bassins sont équipés de Centres Locaux de Services Communautaires. Enfin, un seul Centre de Services Sociaux dessert le territoire, ce dernier ayant intégré les succursales de Victoriaville, Drummondville, Nicolet, Trois-Rivières, et Shawinigan. Maintenant que nous sommes situés, nous tenterons de répondre à la question suivante: Pourquoi la C.A.R. s'est-elle soldée par un échec du fait que les acteurs n'ont pas voulu jouer? Cependant, la réponse à cette question nécessite, a priori, une insertion dans l'ensemble du contexte où s'est fait le développement de la C.A.R. En effet, celle-ci se situe dans le cadre de la politique de décentralisation amorcée par le gouvernement du Québec depuis 1977. Les pages suivantes vont nous situer dans le contexte dans un premier temps et situer plus clairement la question dans un deuxième temps.

La transformation de l'espace rural, l'industrialisation et les relations ville-campagne entre Coaticook et les cantons de Barnston et de Barford, 1853-1921

Cette étude des relations ville-campagne prolonge la réflexion amorcée à la suite d'un cours d'histoire régionale que donna Peter Southam. Ayant choisi d'analyser le développement économique de Coaticook dans une perspective strictement urbaine, je fis la découverte d'une carte qui se présenta comme une véritable révélation puisqu'elle traduisait toute la problématique sous-jacente à un espace polarisé. En effet, on pouvait découvrir, face à l'unité distincte de Coaticook, deux structures identiques, les municipalités de cantons de Barnston et de Barford, représentant, grâce à la présence des réseaux hydrographiques, routiers et ferroviaires, un terrain d'application idéale pour l'analyse des relations ville-campagne. De là est né notre intérêt d'analyser, dans un contexte ville-campagne, les fonctions de relations des deux entités spatiales en présence, l'une urbaine, l'autre rurale, évoluant en interaction toutes deux dans le cadre des Cantons de l'Est, région qui est elle-même étroitement intégrée à l'économie continentale nord-américaine. Au-delà de cette insertion à un espace économique plus vaste, notre étude se doit d'abord de rendre compte de la spécificité des deux entités spatiales. Le choix spatial de notre thèse est arbitraire et ne repose pas, par exemple, sur la zone d'influence de Coaticook bien que, et c'est là une des hypothèses que nous démontrerons plus tard, il est certain que le rayonnement de Coaticook dans un espace polarisé ne s'est pas limité aux cantons de Barnston et de Barford. Par ailleurs, si nous privilégions comme cadre spatial d'analyse l'échelle du territoire urbain et celle du canton selon leurs limites administratives respectives, nous envisagerons également l'échelle de la communauté villageoise comme l'un des axes principaux du rapport ville-campagne. Les divisions administratives ne s'étendant qu'à deux localités rurales (Dixville et Saint-Herménégilde), nous ne tenterons pas de délimiter l'aire villageoise des autres localités. Puisque nous nous intéressons davantage au phénomène villageois selon un critère fonctionnel, nous considérons alors le village "comme un lieu et une forme d'habitat dotés d'attributs et de fonctions distinctives". En fait, le choix spatial sera d'ordre documentaire puisqu'il est imposé par l'utilisation des recensements fédéraux (manuscrits et imprimés) et par l'utilisation des Mercantile Agency, sources principales sur lesquelles il sera plus facile de présenter une démonstration cohérente dans le temps comme dans l'espace. […]

Amélioration de la représentation des processus stochastiques pour l'optimisation appliquée à la gestion des systèmes hydriques

Dans un contexte de pression toujours plus grande sur les ressources naturelles, une gestion rationnelle des ressources hydriques s'impose. La principale difficulté de leur gestion provient du caractère aléatoire des apports en eau dans le système. Le sujet de cette recherche consiste à développer des méthodes d'optimisation stochastique capable de bien représenter les processus aléatoires. Le cas de Kemano, située en Colombie-Britannique (Canada), illustre les travaux de recherche. L'importante accumulation de neige sur les bassins versants engendre une hydrologie complexe, rendant la gestion du système délicate. La programmation dynamique stochastique est la méthode la plus utilisée pour déterminer la politique de gestion des réservoirs. Mais, son étude fait ressortir que cette méthode ne peut gérer que des modèles simplifiés des processus stochastiques, ne rendant pas compte des complexes corrélations spatio-temporelles des apports hydriques. Ainsi, la politique obtenue peut être de mauvaise qualité. Cette méthode est comparée avec la recherche directe de politique qui n'utilise pas de modèles pour représenter les processus stochastiques, mais évalue la politique sur des scénarios d'apports. Ainsi la recherche directe de politique se révèle globalement plus performante en prenant bien en considération la complexité des apports, mais est limitée par la forme prédéterminée de la politique. De plus, l'optimisation des paramètres en utilisant un algorithme évolutionnaire s'avère lente. La conception d'un algorithme de descente par gradient, combinée à une architecture "acteur-critique" appropriée, permet de réduire notablement le temps d'optimisation. Combinée à une fonction plus complexe employée pour la paramétrisation de la politique de gestion, la méthode permet d'obtenir une politique de qualité significativement supérieure à celle obtenue avec la programmation dynamique stochastique. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ouvrent la voie à une application opérationnelle de la méthode de recherche directe de politique. L'évaluation en simulation devrait être appréciée des opérateurs en permettant une bonne représentation du système et des apports.

Analyse géostatistique des aires protégées de la Communauté métropolitaine de Montréal : défis et priorités d'actions pour un aménagement durable du territoire

Avec son plan métropolitain d’aménagement et de développement, la communauté métropolitaine de Montréal met de l’avant plusieurs orientations visant la sphère environnementale. Parmi les objectifs formulés, on retrouve la mise en valeur des atouts naturels de la région et la protection de 17 % du territoire, ce qui n’est pas étonnant sachant les nombreux avantages reliés à la présence des milieux naturels sur un territoire urbanisé. Les aires protégées sont en effet essentielles au maintien de la biodiversité et des services écosystémiques associés au bien-être humain. Toutefois, les analyses géostatistiques réalisées indiquent que peu de municipalités de la région respectent les orientations mises de l’avant par la communauté et que la plupart des bassins versants n’ont pas un niveau adéquat de protection. Les statistiques présentées par la communauté métropolitaine de Montréal (9,6 % d’aires protégées) sont certes acceptables à première vue si l’on considère l’état de la situation au Québec (9,33 %) et dans la zone sud de la province (4,8 %), mais une étude plus approfondie démontre que la majeure partie des territoires protégés sont en milieu aquatique (77 %) et la présence d’importantes zones de carences en aires protégées au nord-est et au sud-ouest. En ce qui concerne les aspects sociaux et économiques, la localisation actuelle des aires protégées crée des iniquités en matière d’accès à la nature (33 % des municipalités ont une portion de leur territoire à plus de 5 km de tout espace protégé), et les municipalités qui font des efforts en termes de conservation ne sont pas nécessairement celles qui en retirent les bénéfices sur le plan de la richesse foncière. Compte tenu de la complexité inhérente à la mise en oeuvre des objectifs du plan métropolitain dans le contexte régional, diverses pistes de solutions peuvent être envisagées pour le développement du réseau d’aires protégées. De meilleures politiques d’aménagement du territoire et un cadre législatif adéquat semblent indispensables afin de mettre un frein à la destruction des milieux naturels, d’encourager la connexion entre les noyaux de biodiversité et d’inciter la restauration des milieux perturbés. Des règles qui tiennent compte des particularités régionales doivent aussi être mises en place afin de promouvoir le partage des coûts et bénéfices de la conservation. Il faudra faire valoir les bénéfices des aires protégées auprès du public, car la simple protection des territoires ne sera pas suffisante à la saine gestion des écosystèmes et l’implication des acteurs concernés sera absolument nécessaire sachant les multiples menaces qui guettent les milieux naturels.

Étude de la symbiose actinorhizienne chez l'aulne en présence de résidus miniers aurifères acidogènes

Les concentrations de métaux lourds retrouvées dans les sols augmentent considérablement depuis la révolution industrielle et s’accumulent quotidiennement dans la biosphère. Ces composés métalliques persisteront pendant plusieurs années au niveau des différents écosystèmes affectés et voyageront dans les chaînes alimentaires par bioaccumulation. Les activités humaines, telle que l’industrie minière contribuent activement à cette problématique environnementale. En effet, l’excavation minière perturbe la roche-mère et favorise l’oxydation des métaux lourds sulfurés qui, lentement, produiront de l’acide sulfurique. Cette acidification peut mobiliser les éléments métalliques stables en condition neutre ou alcaline. Ces phénomènes induisent la formation du drainage minier acide (DMA) qui peut contaminer les cours d’eau ou les nappes phréatiques à proximité. Plusieurs mines sont situées en Abitibi-Témiscamingue en raison de l’abondance de divers minerais dans la roche mère tels que l’or. Une importante quantité de déchets industriels est produite lors de l’excavation du minerai, dont les résidus miniers entreposés dans des bassins de rétention extérieurs. Ces bassins prennent de l’expansion quotidiennement autour du site minier substituant la place de la végétation saine et des territoires. Une mise en végétation des sites miniers du Québec est exigée depuis 1995 afin de redonner une apparence naturelle aux sites et limiter le phénomène d’érosion. Depuis 2013, un plan de réaménagement et de restauration des sites exploités est obligatoire selon la loi sur les mines. Ces bassins seront donc ciblés pour effectuer des essais de revégétalisation par l’entremise de plantes actinorhiziennes. Les plantes actinorhiziennes sont des végétaux robustes pouvant coloniser nombreux habitats perturbés et hostiles. L’aulne est une plante actinorhizienne pouvant établir une relation symbiotique avec l’actinobactérie fixatrice d’azote du genre Frankia. La symbiose actinorhizienne est une interaction équitablement profitable entre la plante et la bactérie. Cette symbiose repose sur la capacité de la bactérie à transformer, au niveau des nodules, l’azote atmosphérique en ammonium assimilable grâce à une enzyme spécifique, la nitrogénase. Lorsque la symbiose est bien établie, elle donnera un avantage significatif aux plantes pour leur développement et leur croissance, et ce, même dans un substrat pauvre en nutriments ou contaminé. En effet, la symbiose actinorhizienne permet d’améliorer la structure physicochimique d’un sol et de l’enrichir en azote grâce à la fixation de l’azote atmosphérique. Dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue, la mine Doyon est une mine d’or qui détient des sols acidogènes contenant des traces non négligeables de métaux lourds. Ce projet de recherche en microbiologie environnementale avait comme objectif principal d’évaluer la capacité des aulnes rugueux et des aulnes crispés à coloniser des résidus miniers acidogènes aurifères (concentrations différentes de 0 %, 35 %, 65 % et 100 %) avec ou sans l’aide de Frankia. La dispersion des contaminants par les feuilles a aussi été étudiée afin d’évaluer le risque environnemental de l’utilisation des aulnes sur le terrain à des fins de revégétalisation. Les objectifs préliminaires avaient comme but d’évaluer la résistance, de manière individuelle, de la souche ACN10a du genre Frankia (par extrait aqueux) puis des espèces d’aulne aux résidus miniers non stérilisés. Par le fait même, la microflore des résidus miniers a été étudiée dans le but d’isoler des espèces symbiotiques d’endophytes écoadaptées aux conditions arides du site minier Doyon. Concernant les objectifs préliminaires, les résultats ont démontré que la souche ACN10a résiste bien jusqu’à 35 % d’extrait aqueux de résidus miniers de la mine Doyon. Pour les concentrations supérieures à 50 %, Frankia (souche ACN10a) a démontré une respiration cellulaire et des concentrations protéiques décroissantes en raison de la présence d’éléments toxiques biodisponibles dans l’extrait aqueux. Par ailleurs, les aulnes rugueux et crispés ont démontré une tolérance jusqu’à la concentration de 35 % de résidus miniers non stérilisés sans la présence de Frankia. Par la suite, les résultats d’isolement n’ont pas démontré la capacité des aulnes à recruter des bactéries symbiotiques à partir des résidus miniers de la mine Doyon. Concernant l’objectif principal, les résultats ont démontré que l’aulne rugueux résiste mieux que l’aulne crispé jusqu’aux concentrations de 35 % de résidus miniers lorsqu’inoculés en manifestant une meilleure biomasse sèche totale, une plus grande concentration de chlorophylle dans les feuilles et un plus grand nombre spécifique de nodules. L’établissement symbiotique a été affecté par la présence des résidus miniers acidogène révélant que le nombre de site d’infection racinaire diminuait en fonction des concentrations de résidus miniers croissantes (0 %, 35 %, 65 % et 100 %). Ensuite, une analyse des éléments chimiques des feuilles a démontré que le transfert des métaux lourds des résidus miniers vers les feuilles était minime. Les plantes révélant de hautes teneurs en métaux lourds dans leurs feuilles ont développé par le fait même, une faible biomasse aérienne limitant ainsi la dispersion de contaminants lors de la perte des feuilles à l’automne. Le modèle expérimental aulne-Frankia possédait un seuil de tolérance visible à la concentration de 35 % de résidus miniers acidogènes aurifères de la mine Doyon. De plus, la présence de la symbiose actinorhizienne a modulé la distribution de certains éléments chimiques dans les feuilles en comparaison avec les aulnes non-inoculés (molybdène, nickel). Puis, une similarité a été notée dans la composition chimique des feuilles d’aulnes inoculés s’étant développés dans 0 % (témoin positif) et 35 % de résidus miniers.