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L’algue Didymosphenia geminata est une diatomée à potentiel envahissant. Cette algue microscopique, attachée au substrat, peut sécréter des quantités phénoménales de mucilage et créer de vaste amas fibreux tapissant le lit d’une rivière. Autrefois considérée très rare et représentative d’une qualité d’eau impeccable, elle est maintenant répertoriée omniprésente dans les rivières oligotrophes à travers le monde. Au cours des deux dernières décennies, son émergence a créé un intérêt marqué de la part des écologistes et gestionnaires de rivières puisque sa biologie et les facteurs régissant son occurrence et sa sévérité sont méconnus. Au Québec, c’est à l’été 2006 que les premières proliférations massives de l’algue didymo ont été observées dans la rivière Matapédia. Le manque de connaissances à son égard, plus précisément sur sa distribution, les causes de l’apparition des proliférations et de l’impact négatif possible de cet envahissement sur le réseau trophique mais surtout sur le cycle de vie du saumon atlantique en rivière a créé un état de panique chez les gestionnaires et les utilisateurs des rivières à saumon. Il existait dès lors un urgent besoin de combler ces lacunes. Afin de mieux comprendre les facteurs régissant tant la croissance cellulaire que la croissance des amas mucilagineux, un modèle conceptuel a été élaboré grâce à la collaboration de plusieurs chercheurs travaillant au Colorado, à l’île de Vancouver, en Nouvelle-Zélande et au Québec afin de colliger les observations et les données de terrain. Ce travail de synthèse a permis d’identifier les facteurs favorisant sa colonisation, sa croissance et sa persistance en rivière. La dynamique spatio-temporelle de l’algue didymo est dépendante de divers facteurs (ou conditions environnementales) dont les seuils critiques déterminent son comportement de prolifération. En rivière, la croissance d’algues benthiques est principalement déterminée par les variations saisonnières du débit, la température, la lumière et la chimie de l’eau. Ainsi, la connaissance des paramètres d’habitats favorables permet de déterminer si un bassin versant est favorable à la présence cellulaire de l’algue didymo et à la probabilité que celle-ci puisse y proliférer. Le modèle conceptuel permet d’établir la variabilité et la sévérité saisonnière du comportement envahissant de l’algue didymo en rivière. Afin d’appliquer le modèle conceptuel développé à l’échelle du bassin versant, nous avons mis sur pied un réseau de suivi volontaire des proliférations d’algue didymo dans le bassin versant de la rivière Restigouche. Vingt-deux organisations différentes totalisant 70 bénévoles ont été formés à identifier et quantifier les proliférations d’algue didymo. Entre 2010 et 2015, 1 228 observations ont été réalisées. L’analyse de cette base de données, nous a permis de déterminer que 71% de la variabilité de la sévérité des proliférations durant l’été est inversement proportionnelle à l’intensité de la crue printanière. À l’échelle du tronçon, l’analyse des proliférations pour différents types de faciès-substrat a permis de d’identifier une préférence accrue pour les seuils. Par la suite, afin d’appliquer le modèle conceptuel à l’échelle régionale, nous avons comparé la distribution de l’algue didymo dans trois régions de l’est du Québec (i.e. Gaspésie, Bas-St-Laurent et Côte-Nord) avec divers paramètres physico-chimiques de vingt-neuf rivières à saumon. Le principal facteur régissant la présence-absence de cellules est le pH. Les diatomées ont des optimums de pH très spécifiques et la géologie contrastante de la Côte-Nord (Bouclier canadien) par rapport aux basses terres du Saint-Laurent et les Appalaches en Gaspésie, a permis d’identifier que les eaux acides riches en tanins et lignines ne sont pas favorables à la survie et la croissance de l’algue didymo. Grâce à une meilleure connaissance des facteurs de contrôle de l’algue didymo à diverses échelles spatiales, nous pouvons déterminer les rivières à risque de proliférations massives. Au sein des rivières exhibant des proliférations, nous avons déterminé que les préférences d’habitat de l’algue didymo sont identiques à celles du saumon atlantique juvénile (i.e. eaux rapides, peu profondes, claires, froides, faible en nutriments avec un substrat grossier). Afin de déterminer l’ampleur de l’impact de la présence des proliférations sur le réseau trophique, nous avons vérifié son impact sur la communauté algale. La structure dense et fibreuse crée un environnement physique dans lequel plusieurs diatomées peuvent s’y loger. Nos résultats confirment que l’algue crée un habitat de choix pour les plus petites diatomées favorisant ainsi une plus grande diversité taxonomique. Malgré une augmentation de la complexité du biofilm suivant son épaississement, il n’y a pas d’impact supplémentaire sur la structure et la diversité taxonomique des échantillons. Puisque la structure de l’habitat est modifiée par les tapis et que ces derniers sont susceptibles d’altérer la structure et le fonctionnement de l’écosystème, nous avons évalué l’effet des proliférations sur le comportement alimentaire des saumons juvéniles. Grâce à l’observation en apnée du comportement, nous pouvons conclure que les saumons juvéniles effectuent une plus grande proportion de quêtes benthiques en fonction du pourcentage de recouvrement algal. Ce changement de comportement n’est pas attribuable à une diminution des proies disponibles au sein de la dérive. Notre étude confirme la grande plasticité comportementale des saumons juvéniles face aux modifications de l’habitat. Afin de vérifier l’impact des proliférations sur les ressources alimentaires et la diète des saumons juvéniles, nous avons utilisé l’approche par analyse d’isotopes stables. Cette approche permet d’établir un portrait intégré de l’utilisation des ressources par les poissons. Les signatures isotopiques divergentes entre les différents tissus des saumons confirment une modification de la diète saisonnière. Les saumons juvéniles en présence de l’algue didymo ont une diète moins diversifiée et appauvrie en carbone principalement composée de petits chironomides et de trichoptères. Malgré que l’indice de condition physique des saumons juvéniles soit similaire entre les deux sites, leur taille est plus petite dans le site avec proliférations. Les travaux futurs devront tenter de valider l’impact de la diminution de la qualité de la diète par les proliférations d’algue didymo sur le contenu en lipides des juvéniles. Suite aux diverses collaborations internationales et discussions avec les gestionnaires, nous nous sommes rendus à l’évidence qu’il devait y avoir une recommandation sur les mesures de gestion vis-à-vis cette espèce. En fonction des connaissances scientifiques développées au fil des ans et plusieurs cas de gestion dans divers pays, nous avons recommandé aux gestionnaires d’éduquer les utilisateurs à vérifier, nettoyer, sécher et congeler leurs équipements. Que l’algue didymo soit une espèce exotique ou indigène, elle peut être propagée. De plus, la mise en valeur des saines pratiques permettent de limiter la propagation d’autres organismes pouvant potentiellement être plus dévastateurs que l’algue didymo. Les résultats de cette thèse contribuent à l’avancement des connaissances sur les facteurs de contrôle de l’algue didymo tant à l’échelle microscopique que macroscopique. En plus d’avoir contribué à élaborer le modèle conceptuel, nous l’avons amélioré en l’appliquant à diverses échelles spatiales : à l’échelle du tronçon et du bassin versant ainsi qu’à l’échelle régionale. C’est d’ailleurs la première étude à élaborer un réseau de suivi des proliférations par l’implication des acteurs du milieu ainsi qu’une des seules études à avoir examiné la variabilité interannuelle sur une période de six ans. C’est également la première étude à avoir évalué l’impact de l’algue didymo sur les communautés périphytiques dans l’est du Canada. De surcroît, c’est la première étude exhaustive qui a évalué l’effet des proliférations sur l’écologie du saumon atlantique juvénile. Les recherches menées sur le comportement alimentaire est également novateur et contribue considérablement à la compréhension des mécanismes et les interactions entre les divers niveaux trophiques et l’impact sur les salmonidés.<br /><br />Didymosphenia geminata is mat-forming nuisance diatom. This epilithic microscopic alga can secrete copious amounts of mucilage creating thick and extensive mats covering the entire riverbed. Once considered very rare and representative of pristine water quality, it is now ubiquitous in rivers around the world. Over the past two decades, this alga has emerged as a nuisance diatom and generated much interest among freshwater ecologists and river managers alike. Nonetheless, controlling factors governing the occurrence and severity of D. geminata are still not well understood. In Quebec, the first massive proliferations of D. geminata were reported in 2006 in the Matapedia River. There was an urgency to fill this knowledge gap as managers and government agencies panicked at the lack of knowledge regarding its distribution, the causes of its onset and mostly, fear of that this alga would act as an additional stressor to Atlantic salmon populations. To better understand controlling factors of both cell division and mat formation, a conceptual model was developed with the collaboration of several researchers working in Colorado, Vancouver Island, New Zealand and Quebec to collate observations and field data. This synthesis work helped identify the factors favoring its colonization, growth and persistence in rivers. The spatiotemporal dynamics of D. geminata are dependent on various dynamic thresholds of flow, temperature, light and water chemistry within the habitat window. We can therefore test various arrays of these parameters to determine whether rivers are likely to present occasional to persistent D. geminata mats. To test and improve upon the conceptual model at various spatial scales, we developed a monitoring network for D. geminata mat presence. Twenty-two different organizations totaling 70 volunteers were trained to identify and quantify the proliferations of D. geminata. Between 2010 and 2015, 1 228 observations were made. The analysis of this database helped determine that 71% of the variability of D. geminata severity is inversely proportional to the intensity of the spring flood. At the reach scale, habitat type was determinant for presence-absence of mats with a strong significant preference for riffles. At the provincial scale, we compared the distribution of D. geminata in three regions of eastern Quebec (i.e. Gaspesie, Bas-St-Laurent and Cote-Nord) against numerous water chemistry parameters for twentynine rivers. At the broad regional scale, pH was the most important factor governing the presence-absence of cells. Diatoms have very specific pH optima and the contrasting geologies between regions confirmed that low pH and high tannins and lignin are not favorable to the survival and growth of D. geminata. Habitat preferences for D. geminata mats are identical to those of juvenile Atlantic salmon (i.e. shallow, fast, clear, cool, low nutrient and coarse substrate). To determine the extent of the impact of the presence of mats on the food web, we verified its impact on the algal community. The dense interwoven matrix creates a suitable physical environment for small diatoms, thus promoting greater taxonomic diversity. Despite an increase in the complexity of the biofilm with mat accrual, there is no additional impact on the structure and taxonomic diversity of the samples. D. geminata effects to higher trophic levels have been suspected since the structure of the habitat is modified and could alter the structure and functioning of the ecosystem. We studied the foraging behaviour of juvenile Atlantic salmon in contrasting D. geminata severities. With increasing percent cover of the alga, juvenile Atlantic salmon switch from a drift-foray to benthic-foray strategy. This change in behavior is not due to limited drifting prey availability. Our results reinforce the notion that juvenile Atlantic salmon have high behavioral plasticity in response to habitat changes. To test the impact of mats on juvenile salmon diet, we used a stable isotope analysis approach. This approach provides an integrated view of resource use by fish. Contrasting isotopic signatures between the liver and muscle tissues confirm a change in the seasonal diet. Juvenile salmon sampled in the D. geminata impacted site have a less diversified and carbon-depleted diet composed mainly of small chironomids and Trichoptera. Juvenile salmon condition factors and C:N ratios were not different between sites, though their size is smaller in the impacted site. Future work should focus on the effects of reduced prey quality on lipid content of fish. Over various international collaborations and discussions with managers, it became clear that there was a need for a clear and standardized recommendation on management measures for this nuisance species. Based on recent scientific knowledge and several management cases in various countries, we recommended that managers educate users to check, clean, dry and freeze their equipment. Regardless of whether D. geminata is an exotic or native species, it can be spread. In addition, the development of best practices limits the spread of aquatic organisms as others may be far more devastating than D. geminata. The results of this thesis contribute to the advancement of knowledge on the controlling factors of D. geminata for both cells and mats. In addition to contributing to the development of the conceptual model, we have tested and improved it by applying it to a variety of spatial scales: at the reach, watershed and regional scales. This is the first study to develop a monitoring network for mat severity with the involvement of local stakeholders. It is also the first study to evaluate the impact of D. geminata on periphytic communities in eastern Canada. Moreover, it is the first comprehensive study that has evaluated the effect D. geminata mats on juvenile Atlantic salmon ecology. Research on foraging behavior is also innovative and contributes significantly to the understanding of the mechanisms and interactions by which D. geminata impacts various trophic levels and salmonids.

Les inondations constituent l’un des risques naturels les plus fréquents. Une inondation historique survenue au Québec s’est produite aux abords de la rivière Richelieu entre avril et juin 2011. Suite aux dommages et aux frais occasionnés par cet épisode, l’INRS s’est engagé avec la ville de Saint-Jean-sur-Richelieu afin de la doter d’un système de Gestion et d’Analyse du Risque d’Inondation (GARI) : le niveau d’eau constitue une donnée essentielle pour l’évaluation de l’ampleur d’une inondation en temps réel. Ce travail de recherche a pour objectif de détecter automatiquement la ligne d’eau sur des images acquises par des caméras placées aux abords de la rivière Richelieu par des méthodes d’analyse d’images et de convertir cette dernière en niveau d’eau par stéréoscopie (transfert des valeurs en pixels en unité métrique). Le premier volet de ce travail de recherche s’intéresse à l’extraction automatique de la ligne d’eau à partir de données acquises par des caméras de surveillance. Afin de répondre à cette exigence, des séquences d’images de durée déterminée (une minute) ont été enregistrées et une image moyenne a été calculée pour chaque séquence. L’image moyenne est ensuite segmentée puis classifiée à l’aide d’une technique supervisée. Pour la première séquence d’images à traiter, des sites d’entraînement décrivant les parties immergées et libres sont créées afin d’obtenir deux classes de sortie correspondant aux surfaces d’eau et au reste de l’image. Une détection de contour permet d’isoler les pixels de la ligne d’eau. Pour les séquences suivantes, l’algorithme utilise automatiquement la ligne d’eau créée à la séquence précédente pour définir les sites d’entraînements à la séquence considérée. Le taux de réussite d’extraction de la ligne d’eau avoisine 90%. Le second volet consiste à convertir les coordonnées des pixels de la ligne d’eau du système bidimensionnel image vers un système tridimensionnel dans un référentiel connu. Les observations par stéréoscopie permettent cette transformation via les procédures d’orientation intérieure des caméras et d’orientation extérieure des couples stéréoscopiques. Pour le modèle de caméra considéré, les tests effectués montrent que les erreurs de positionnement planimétrique de la ligne d’eau sont inférieures au mètre et l’erreur de positionnement altimétrique (niveau d’eau) est inférieure à 10 cm lorsque le rapport entre la base stéréoscopique et la distance avec l’objet à modéliser est supérieur à 0.1.<br /><br />Flooding is one of the most common natural hazards. A historic flood occurred in the vicinity of the Richelieu River (Province of Quebec, Canada) between April and June 2011. After the damages and expenses incurred by this episode, INRS and the city of Saint-Jean-sur-Richelieu decided to create a flood risk management and analysis system : water level is an essential factor for assessing magnitude of a flood in real time. This research project aims to automatically detect the water line on images acquired by cameras located near the Richelieu River with image analysis methods and to convert it to water level by stereoscopy (transfer of values from pixel unit to metric unit). The first part of this research work focuses on automatic extraction of water line from data acquired by surveillance cameras. In order to meet this requirement, fixed-duration (one minute) image sequences were recorded and an average image was calculated for each sequence. Average image is then segmented and classified using a supervised technique. For the first sequence of images to be processed, training sites describing submerged and free portions are created to obtain two output classes corresponding to water and the rest of the image. Then, a contour detection is used to determine water line. For the following sequences, the algorithm automatically uses water line created in the previous sequence to define training sites for the present sequence. Success rate of water line extraction is around 90%. Second part consists in converting pixels coordinates of water line known in a two-dimensional image system to a three-dimensional system in a known reference frame. Stereoscopic observations allow this transformation via interior and exterior orientations procedures. For the camera model considered in this project, tests highlight that planimetric positioning errors of the water line are lower than 1 m and altimetric positioning error (water level) is lower than 10 cm when the ratio between stereoscopic basis and distance to the object to be modeled is higher than 0.1.

RÉSUMÉ : Bien que représentant la majorité des réseaux hydrographiques à l’échelle mondiale, les petits cours d’eau de tête sont souvent mis de côté dans les analyses abordant les impacts qu’auront les changements climatiques sur leur régime hydrologique. Pourtant, ils sont d’une importance capitale pour la qualité des eaux de surface et des habitats en plus de représenter la source principale de sédiments contribuant au dynamisme des rivières qu’ils alimentent. Ce mémoire vise à utiliser des données météorologiques actuelles et de projections climatiques pour mieux comprendre la réponse hydrologique des petits bassins versants nord gaspésiens lors d’événements hydrologiques d’importance (torrentialité, crue printanière). En développant un seuil intensité – durée de déclenchement d’aléas hydrogéomorphologiques adapté au nord de la Gaspésie et en calculant des tendances climatiques, il a été observé que les événements surpassant le seuil seraient de 2 à 3 fois plus fréquents en 2100 qu’en 2011 selon les scénarios RCP4.5 et RCP8.5. Les résultats de ces analyses ont initié une réflexion sur les impacts morphologiques potentiels à prendre en compte dans une optique de gestion et d’utilisation du territoire dans une région où les cours d’eau sont particulièrement dynamiques et sensibles au déclenchement d’aléas hydrogéomorphologiques. La hausse de la fréquence des événements surpassant le seuil, le comportement hydrologique du cours d’eau instrumenté lors d’événements de crue connus et documentés et le modèle conceptuel proposé mettent en relation les changements climatiques projetés, les impacts sur la réponse hydrologique et les ajustements morphologiques qui pourraient survenir à l’intérieur des petits cours d’eau, sur leurs cônes alluviaux et dans les rivières principales dans lesquelles ils se jettent. -- Mot(s) clé(s) en français : changements climatiques, hydrogéomorphologie, petits cours d’eau, pluies torrentielles, Gaspésie, aléas. -- ABSTRACT : Even though they represent over 70% of stream length in drainage networks at the global scale, small headwater streams are often sidelined when evaluating climate change impacts on the hydrological regime of rivers. Yet, they are of capital importance in maintaining surface water and habitat quality for ecological and resource management purposes. Furthermore, they represent the main source of sediments for downstream fluvial systems, being the main contributor to their dynamics. This thesis aims to use historical meteorological data and climate projections to better understand the hydrological response of small gaspesian headwater streams to important flood events. By developing a triggering intensity – duration rainfall threshold for hydrogeomorphological hazards adapted to the region and extracting trends from precipitation projections, it has been observed that the annual number of events surpassing the threshold would at least double in 2100 in comparison to 2011. Those results initiated a reflection on potential morphological adjustments to consider for land use and management in a region where rivers are particularly mobile and sensitive to the triggering of hydrogeomorphological hazards. The increase in the frequency of triggering rainfall, the hydrological behavior of the instrumented stream during known and documented flood events and the proposed conceptual model help explain potential climate change effects on the hydrological response and morphological adjustments that could happen inside headwater streams, on their alluvial fan and in the main rivers they feed. -- Mot(s) clé(s) en anglais : climate change, hydrogeomorphology, headwater streams, torrential rainfall, Gaspesie, natural hazards.

Abstract : Flood forecasting plays a pivotal role in effective water resource management and flood risk mitigation. Despite recent advancements, existing ensemble forecasting systems often grapple with issues of unreliability and under-dispersion. The uncertainty in ensemble forecasts can emanate from various sources, including inputs like precipitation, temperature, and streamflow, as well as initial conditions, model structure and parameters, and boundary conditions. Over the past two decades, numerous endeavors have been made to address bias and under-dispersion through the introduction of various statistical post-processing methods in meteorological and hydrological forecasts. However, a significant challenge lies in selecting the appropriate method and strategy in the forecast chain. Limited research has addressed the integration of pre-processing and post-processing in streamflow ensemble forecasting. Moreover, existing studies have generally focused on lumped hydrological models, while the performance of this integration in distributed hydrological models remains scarcely examined. On the other hand, streamflow data, often indirectly measured through rating curves, are particularly susceptible to errors. While various methods have been proposed to estimate rating curve uncertainty (RCU), the impact of RCU on streamflow forecasting system performance remains underexplored. In addition, current post-processing methods utilized in streamflow forecasting systems have disregarded the inherent uncertainty in observational streamflow data. Thus, this thesis delves into the potential and hurdles associated with considering different sources of uncertainty in flood forecasting systems and their impact on system performance. The primary objectives entail 1) assessing and identifying optimal scenarios from pre-processing of both temperature and precipitation and post-processing of streamflow forecasts approaches, or a combination thereof, and 2) evaluating the consideration of rating curve uncertainty on flood forecasting system performance through incorporating into targeted post-processing methodologies. The thesis focuses on a short-range ensemble streamflow forecasting framework spanning lead times of 1 to 5 days for the au Saumon watershed in southern Quebec, Canada. This watershed, being flood-prone, encountered significant challenges during the 2019 and 2017 flood events, including widespread inundation, road closures, and damage to property and infrastructure. Enhancing streamflow ensemble forecasts and upgrading flood forecasting systems holds the potential to greatly benefit decision-makers and the local populace. Chapter 4 (Results part 1), presented as a scientific article, thus delves into assessing and employing various pre- and post-processing strategy scenarios within the flood forecasting framework employing a spatially distributed hydrological model. By applying different statistical processing and bias correction techniques, the performance and quality of ensemble streamflow forecasts were evaluated across different scenarios. The findings highlight biases and under-dispersion as significant factors affecting raw ensemble forecasts. Pre-processing partially improves raw forecasts but doesn't fully address bias in under-dispersed forecasts. Combining pre- and post-processing enhances forecast skill and reliability, albeit with some variations compared to post-processing alone. Integrating flood events into the training dataset and optimizing its length improves the effectiveness of processing methods, underscoring the critical role of data management strategies in enhancing streamflow forecasting systems. Subsequently, Chapter 5 (Results part 2) , evaluates the consideration of rating curve uncertainty, derived from the Voting Point Method (VPM) and Bayesian Rating curve (BaRatin) estimation methods, on the performance of streamflow ensemble forecasts by integrating into a targeted post-processing approach using Weighted Ensemble Dressing (WED) and Cumulative Distribution Function Matching (CDFM) post-processing methods. Post-processing without RCU enhances forecasting system skill and reliability but overlooks the inherent uncertainty in observational data, posing concerns about its effectiveness. Conversely, integrating RCU improves forecast skill, reliability, and effectively addresses observational data uncertainty, offering a notable advantage over traditional post-processing methods. Comparing WED and CDFM post-processing methods highlighted nuanced differences in forecast outcomes, influenced by uncertainty estimation techniques. Both methods showed favorable accuracy metrics, with RCU integration, especially from VPM, notably enhancing forecast quality. However, variations in RCU from different estimation methods may lead to forecast underestimation or overestimation, warranting careful consideration. These findings collectively shed light on the potential and challenges associated with incorporating different sources of uncertainty into flood forecasting systems.

Globally, the number of people at risk from flooding has been increasing since 2000, with the population from the South being more vulnerable. Millions of households are displaced by disasters every year. In 2009, the city of Ouagadougou in Burkina Faso experienced its most disastrous flood ever recorded. As a response, the government designed a permanent relocation plan in Yagma, a village located outside the city of Ouagadougou. The relocation plan disrupted the livelihoods of the households that were affected by the flood, leading many of them to return and rebuild their houses in flood prone areas. This paper contributes to a body of literature analyzing the heritage of postcolonialism on the flood vulnerability on the poorer communities in Ouagadougou. Using a political ecology frame, the thesis attempts to understand how the government of Burkina Faso and flood victims understand land and belongings, and how that understanding shaped the relocation program. After interviewing flood victims and government officials, an analysis revealed that contrasting views are at work. A perspective based on technical calculations and a neo-colonialist vision of development, on the one hand, and a grounded perspective based on relationships to the land and each other, on the other.

<p>Les études portant sur les évènements hydrologiques extrêmes sont d’une grande importance vu leurs nombreux impacts socio-économiques. Ces études reposent dans une large mesure sur la capacité à estimer adéquatement les risques associés à ces évènements. Dans ce cadre, l’analyse fréquentielle (AF) est une des approches les plus utilisées pour la modélisation et l’estimation des risques associés aux évènements extrêmes. Généralement, ces évènements sont caractérisés par plusieurs variables dépendantes, comme le volume, la pointe et la durée pour les crues. Par conséquent, l'analyse de chacune de ces variables séparément ne peut pas fournir une évaluation complète des risques et peut engendrer des pertes de vies humaines ou de biens associés à une sous estimation, ou une augmentation des coûts des ouvrages hydrauliques associés à une surestimation. L’AF multivariée (AFM) permet de pallier ce problème en considérant simultanément ces variables. L’AF classique est basée sur trois hypothèses à savoir l’homogénéité, la stationnarité et l’indépendance. Par ailleurs, différentes conditions non standards telles que la complexité topographique, les perturbations par les aménagements urbains et les changements climatiques peuvent influencer la réponse hydrologique. De telles conditions rendent la prédétermination des crues, par les méthodes classiques d’AFM, un exercice non efficace et mal adapté à de tels contextes. L’objectif de cette thèse consiste à proposer de nouvelles méthodes plus prometteuses pour l'analyse et la modélisation des variables hydrologiques à la fois dans un cadre multivarié et en l’absence de l’hypothèse d’homogénéité. Ces méthodes visent à contourner les limites de celles utilisées dans la littérature. Ces nouvelles méthodes, basées sur les copules, permettent une meilleure estimation des risques des extrêmes hydrologiques en tenant compte des interactions et es dépendances entre les différentes variables. Par conséquent, les gestionnaires des ressources hydriques peuvent prendre des décisions éclairées et mieux adaptées au contexte actuel. Précisément, nous nous intéressons dans une première partie à tester l’homogénéité des séries hydrologiques multivariées. Pour ce faire, nous avons proposé un nouveau test, basé sur les L moments multivariés, capable de détecter la rupture dans la structure de dépendance des variables hydrologiques. Les résultats obtenus montrent la bonne performance du test proposé sous différents scénarios. Par la suite, dans le but de modéliser l’hétérogénéité des séries hydrologiques multivariées, un modèle de mélange de copules a été mis au point. Dans ce cadre, nous avons proposé une nouvelle méthode pour l’estimation des différents paramètres du modèle. La méthode proposée est basée sur l’utilisation des algorithmes génétiques. Sa performance est illustrée sur des séries simulées. Les résultats obtenus montrent que la méthode proposée est un outil efficace capable de fournir de bonnes estimations, en particulier dans un contexte hydrologique. Finalement, deux nouveaux tests d’adéquation pour les copules multiparamètres ont été développés. Le but de ces tests est de vérifier la qualité de l’ajustement de la copule aux données et améliorer ainsi l’estimation des risques associés aux évènements extrêmes. Les résultats révèlent que les tests proposés performent bien dans le contexte hydrologique.<br /><br /> Studies of hydrological extreme events are of great importance given their many socio-economic impacts. These studies rely on the ability to adequately estimate the associated risk. In this context, frequency analysis (FA) is one of the most widely used approaches for modeling and estimating the risks associated with extreme events. Generally, these events are characterized by several correlated random variables. Therefore, analyzing each of these variables separately cannot provide a complete risk assessment and may result in loss of life or property associated with an underestimation, or an increase in the costs of hydraulic structure associated with an overestimation. Multivariate FA (MFA) overcomes this problem by simultaneously considering these variables. Classical FA is based on three assumptions namely homogeneity, stationarity and independence. However, different non-standard conditions such as topographic complexity, disturbances by urban development and climate change can influence the hydrological response. Such conditions make flood predetermination, by conventional MFA methods, an ineffective exercise and unsuitable to such contexts. The main objective of this thesis is to propose new and more promising methods for the analysis and modeling of hydrological variables both in a multivariate framework and in the lack of the homogeneity assumption. These methods aim to overcome the limitations of classical methods used in the literature. These new proposed methods, based on copulas, allow a better estimation of the risks associated to hydrological extremes by taking into account the dependence between the different variables. As a result, water resource managers can make informed decisions that are better suited to the current context. In the first part, we propose a novel statistical test for multivariate heterogeneity detection, based on copula and multivariate L-moments. A simulation study is conducted to evaluate the performance of the proposed test and to compare it with those of existing tests. Results show the ability of the proposed test to discriminate homogeneous and inhomogeneous series. In the second part, we propose a new model based on mixtures of copulas that take into account the heterogeneity of multivariate hydrological series. To estimate the components of this model, we propose a new parameter estimation approach, based on the maximum pseudo-likelihood using genetic algorithms. Results indicate that the proposed method estimates more accurately the parameters even with small sample sizes compared to the existing classical EM method. In the last part, we introduce new goodness of fit (GOF) tests specifically for multiparameter copulas and adapted to hydrometeorological context. More precisely, the proposed GOF tests are based on multivariate L moments. A simulation study is conducted to evaluate and compare the performances of the proposed tests. The results confirm the usefulness of the new GOF tests in comparison with some well-established ones.</p>

Abstract. Dissolved organic carbon (DOC) trends, predominantly showing long-term increases in concentration, have been observed across many regions of the Northern Hemisphere. Elevated DOC concentrations are a major concern for drinking water treatment plants, owing to the effects of disinfection byproduct formation, the risk of bacterial regrowth in water distribution systems, and treatment cost increases. Using a unique 30-year data set encompassing both extreme wet and dry conditions in a eutrophic drinking water reservoir in the Great Plains of North America, we investigate the effects of changing source-water and in-lake water chemistry on DOC. We employ novel wavelet coherence analyses to explore the coherence of changes in DOC with other environmental variables and apply a generalized additive model to understand predictor–DOC responses. We found that the DOC concentration was significantly coherent with (and lagging behind) flow from a large upstream mesotrophic reservoir at long (> 18-month) timescales. DOC was also coherent with (lagging behind) sulfate and in phase with total phosphorus, ammonium, and chlorophyll a concentrations at short (≤ 18-month) timescales across the 30-year record. These variables accounted for 56 % of the deviance in DOC from 1990 to 2019, suggesting that water-source and in-lake nutrient and solute chemistry are effective predictors of the DOC concentration. Clearly, climate and changes in water and catchment management will influence source-water quality in this already water-scarce region. Our results highlight the importance of flow management to shallow eutrophic reservoirs; wet periods can exacerbate water quality issues, and these effects can be compounded by reducing inflows from systems with lower DOC. These flow management decisions address water level and flood risk concerns but also have important impacts on drinking water treatability.

ABSTRACT Flood risk management (FRM) involves planning proactively for flooding in high‐risk areas to reduce its impacts on people and property. A key challenge for governments pursuing FRM is to pinpoint assets that are highly economically exposed and vulnerable to flood hazards in order to prioritize them in policy and planning. This paper presents a novel flood risk assessment, making use of a dataset that identifies the location, dwelling type, property characteristics, and potential economic losses of Canadian residential properties. The findings reveal that the average annual costs are $1.4B, but most of the risks are concentrated in high‐risk areas. Data gaps are uncovered that justify replication through local validation studies. The results provide a novel evidence base for specific reforms in Canada's approach to FRM, with a focus on insurance that improves both implementation and effectiveness.

In the tropical environment such as Brazil, the frequency of rainfall-induced landslides is particularly high because of the rugged terrain, heavy rainfall, increasing urbanization, and the orographic effect of mountain ranges. Since such landslides repeatedly interfere with human activities and infrastructures, improved knowledge related to spatial and temporal prediction of the phenomenon is of interest for risk management. This study is an analysis of empirical rainfall thresholds, which aims to establish local and regional scale correlations between rainfall and the triggering of landslides in Angra dos Reis in the State of Rio de Janeiro. A statistical analysis combining quantile regression and binary logistic regression was performed on 1640 and 526 landslides triggered by daily rainfall over a 6-year period in the municipality and the urban center of Angra dos Reis, in order to establish probabilistic rainfall duration thresholds and assess the role of antecedent rainfall. The results show that the frequency of landslides is highly correlated with rainfall events, and surprisingly the thresholds in dry season are lower than those in wet season. The aspect of the slopes also seems to play an important role as demonstrated by the different thresholds between the southern and northern regions. Finally, the results presented in this study provide new insight into the spatial and temporal dynamics of landslides and rainfall conditions leading to their activation in this tropical and mountainous environment.

Abstract Resilience has become a cornerstone for risk management and disaster reduction. However, it has evolved extensively both etymologically and conceptually in time and across scientific disciplines. The concept has been (re)shaped by the evolution of research and practice efforts. Considered the opposite of vulnerability for a long time, resilience was first defined as the ability to resist, bounce back, cope with, and recover quickly from the impacts of hazards. To avoid the possible return to conditions of vulnerability and exposure to hazards, the notions of post-disaster development, transformation, and adaptation (build back better) and anticipation, innovation, and proactivity (bounce forward) were then integrated. Today, resilience is characterized by a multitude of components and several classifications. We present a selection of 25 components used to define resilience, and an interesting linkage emerges between these components and the dimensions of risk management (prevention, preparedness, response, and recovery), offering a perspective to strengthen resilience through the development of capacities. Despite its potential, resilience is subject to challenges regarding its operationalization, effectiveness, measurement, credibility, equity, and even its nature. Nevertheless, it offers applicability and opportunities for local communities as well as an interdisciplinary look at global challenges.

Les changements climatiques anthropogéniques posent des défis énormes pour toutes les sociétés humaines. Ces défis majeurs mettront à l’épreuve les capacités d’adaptation des États et de ses institutions et des communautés partout dans le monde et devront se résoudre par un élan de solidarité humaine afin d’en atténuer les conséquences. Le Canada connaît déjà un réchauffement climatique important. Le pays a d’ailleurs récemment été touché par des événements climatiques extrêmes : des canicules, des feux de forêt, une sécheresse anormale et des inondations dont l’intensité est prévue d’augmenter avec les changements climatiques anthropogéniques. La province du Québec a quant à elle été touchée par de fortes inondations entre 2017 et 2019. L’objectif principal de la présente étude vise à discuter la manière dont le paradigme écosocial peut faire évoluer le travail social en tant que champ de savoir et d’intervention dans un contexte de changements climatiques. Cette étude s’est appuyée sur des données issues de groupes focus réalisés avec des intervenants suite aux inondations survenues au Québec (2017-2019). Notre analyse vise les interventions réalisées en contexte d’inondations, dans le sud de la province, mise en œuvre par le système de santé. Les données ont été collectées lors d’entrevues de groupe réalisées avec des intervenants psychosociaux et des gestionnaires de CI(U)SSS au courant des mois d’octobre et de novembre 2019. Les thèmes suivants ont émergé des analyses: les caractéristiques des inondations de 2019, les divergences d’opinions vis-à-vis des changements climatiques, l’aide et le soutien apportés durant les inondations et la participation citoyenne. J’insisterai également sur l’exacerbation possible des inégalités sociales dans ce contexte. D’autres thèmes se sont également révélés importants : l’engagement des intervenants psychosociaux, la participation et la décentralisation des décisions politiques. Enfin, mes réflexions porteront sur les conséquences sociales qu’entrainent les inondations et sur les types de pratiques sociales qui s’avèrent pertinentes à l’ère des changements climatiques et dans un contexte d’urgence.

Dans la dernière décennie, le Québec a été touché par plusieurs épisodes d’inondations majeures. C’est le cas des communautés riveraines de Pointe-Gatineau, frappées par des inondations historiques en 2017, 2019 et 2023. Depuis, le départ d’une grande partie des riverains de ce quartier socio-économiquement défavorisé et la destruction de plusieurs maisons laissent un grand vide. La présence de nombreux lots vacants amène de l’incertitude parmi les citoyen.nes qui sont resté.es, dans ce qui est considéré comme l’un des plus vieux quartiers de Gatineau (Conseil régional de l'environnement et du développement durable de l'Outaouais, 2021). Bien que ce domaine d’étude soit en émergence, on observe dans la littérature que l’attachement des individus à leur milieu suivant une ou des catastrophes exercerait une influence sur leur processus de rétablissement. Cette étude s’intéresse donc au processus de rétablissement d’individus provenant d’un quartier socioéconomiquement défavorisé qui ont vécu un cumul d’inondations, et au rôle de l’attachement au lieu dans ce processus. Cette recherche mobilise le cadre de désorientation et de réorientation proposé par Cox et Perry (2011) pour expliquer le processus de rétablissement d’individus dans un lieu modifié par un désastre. L’attachement au lieu est conceptualisé en fonction des dimensions recensées par Raymond et ses collègues (2010) et du sentiment d’être chez soi par Cox et Perry (2011). Quatorze personnes sinistrées qui ont vécu les inondations de 2017 et de 2019 dans le quartier de Pointe-Gatineau ont été rencontrées lors d’entrevues individuelles ou familiales en 2023. Parmi ce nombre, neuf demeurent encore dans les communautés riveraines de Pointe-Gatineau, alors que cinq ont quitté le quartier après les inondations de 2019. Les résultats révèlent que l’attachement au lieu joue un rôle prédominant dans le processus de rétablissement des sinistré.es. Selon les participant.es, l’attachement au lieu contribue à l’étape de désorientation ou favorise au contraire la réorientation. Les résultats soulignent en particulier que l’attachement que les participant.es ressentent envers leur domicile et leur environnement naturel et bâti constitue une motivation importante à vouloir demeurer dans le quartier inondable. Par contre, la recherche montre que des facteurs autres que la relation au lieu influencent également le processus de rétablissement, tels que la difficulté à naviguer dans les démarches administratives entourant les programmes d’indemnisation du gouvernement, le fait d’appartenir à un groupe vulnérable, le soutien social et certaines caractéristiques personnelles. De même, l’expérience de vivre plusieurs inondations amène des spécificités qui influencent elles aussi le processus de rétablissement. Les résultats dévoilent notamment des stratégies d’adaptation mises en place par les personnes participantes qui ont décidé de demeurer dans leur quartier. Les stratégies acquises avec l’expérience font en sorte qu’elles se sentent davantage préparées pour des éventuelles inondations. Cette recherche contribue à la littérature émergente qui s’intéresse au processus de rétablissement d’individus touchés par un cumul d’inondations et au rôle de l’attachement au lieu sur ce processus. Elle permet d’offrir des pistes de réflexion aux différents acteurs qui accompagnent les personnes sinistrées avant, pendant et après des inondations et propose des recommandations en ce sens.

This thesis examines the main socio-environmental relationships related to recurrent floodings in the Sainte-Anne River watershed by mobilizing the history of land use, local knowledge and risk management policies. From a political ecology perspective, these relationships are part of both social representations of nature, power dynamics associated with the appropriation of ressources and multiple temporalities. By also mobilizing the theoreticals frameworks of the anthropology of disasters and amphibian anthropology, this study allow to retrace step by step what “flood zone” is as a socially constructed space by the authorities, and go back to the source of the advent of “flood” as a catastrophic event, where rising waters have been part of the characteristics of these territories since the beginning of the sedentarization of its inhabitants. Based on 93 semi-directed interviews (76 residents and 17 institutions stakeholders) realized between February to October 2019, non-participant observation and documentary research in municipal and regional archives, this ethnography of the Sainte-Anne River watershed allows a unique incursion with Quebec riverside residents who live with recurrent rising waters. Through four case studies (Saint-Raymond, Saint-Alban, Saint-Casimir and Sainte-Anne-de-la-Pérade), historical contexts of occupation of the territory were documented and significant events were described by focusing on local residents adaptation strategies and anticipated management by institutional stakeholders. The result is a portrait, in a temporal perspective, of the relationship of cohabitation between residents and the river and its overflows. This cohabitation is characterized by tensions and paradoxes associated with different social representations of water and temporality that coexist within the actors, as well as changes in power relations towards the environment. Cette thèse examine les principaux rapports socio-environnementaux liés aux inondations récurrentes dans le bassin versant de la rivière Sainte-Anne en mobilisant l’histoire de l’occupation du territoire, les savoirs locaux et les politiques de gestion des risques. Dans une perspective d’écologie politique, ces rapports s’inscrivent à la fois dans les représentations sociales de la nature, les dynamiques de pouvoir associées à l’appropriation des ressources et des temporalités multiples. En puisant également dans les cadres théoriques de l’anthropologie des catastrophes et de l’anthropologie amphibienne, cette étude permet notamment de retracer pas à pas ce qu’est la « zone inondable » en tant qu’espace construit socialement par les autorités, et de remonter à la source de l’avènement de « l’inondation » comme étant un événement catastrophique, alors que la montée des eaux fait partie des caractéristiques de ces territoires depuis le début de la sédentarisation des habitants. Basée sur 93 entrevues semi-dirigées (76 riverains et 17 acteurs institutionnels) menées de février à octobre 2019, de l’observation non participante et une recherche documentaire dans les archives municipales et régionales, cette ethnographie du bassin versant de la rivière Sainte-Anne permet une incursion unique auprès de citoyens québécois qui vivent avec la montée récurrente des eaux. Pour quatre municipalités riveraines (Saint-Raymond, Saint-Alban, Saint-Casimir et Sainte-Anne-de-la-Pérade), les contextes historiques de l’occupation du territoire ont été documentés et les événements significatifs ont été décrits en focalisant sur les stratégies d’adaptation des résidents et la gestion menée par des acteurs institutionnels. En résulte un portrait, dans une perspective temporelle, de la relation de cohabitation entre les riverains et la rivière et ses débordements. Cette cohabitation est caractérisée par des tensions et des paradoxes associés aux différentes représentations sociales de l’eau et de la temporalité qui coexistent au sein des acteurs, ainsi qu’aux changements dans les rapports de pouvoir envers l’environnement.

The rapidly melting glaciers of Peru are posing new risks to regional dry season water supplies, and this is evident in the Cordillera Blanca, the mountain range with the world's largest concentration of tropical glaciers. Permanent ice loss is causing reductions to dry season streamflow, which is coupled with shifting demands and control over water access and entitlements in the region. A full evaluation of hydrologic inputs is required to inform future water management in the relative absence of glaciers. Over the last decade, new studies have shown groundwater to be a significant component of the regional water budget during the dry season, and it cannot be ignored when accounting for water quality and quantity downstream of the Cordillera Blanca's alpine catchments. Distinctive common features of the Cordillera Blanca's proglacial catchments are sediment‐filled valleys that were once under proglacial lake conditions. The combination of lake sediments with other alpine depositional features results in storage and interseasonal release of groundwater that comprises up to 80% of the valley's streamflow during the driest months of the year. We summarize the emerging understanding of hydrogeologic processes in proglacial headwater systems of the region's principal river, the Rio Santa, and make suggestions for future research that will more clearly characterize the spatial distribution of stored groundwater within the mountain range. As glaciers continue to recede, differences in aquifer thickness and groundwater residence time between alpine catchments in the region will increasingly control dry season water availability at the local and basin scale. This article is categorized under: Science of Water > Hydrological Processes Science of Water > Water and Environmental Change Engineering Water > Planning Water

Abstract Worldwide, there has been an increase in the presence of potentially toxic cyanobacterial blooms in drinking water sources and within drinking water treatment plants (DWTPs). The objective of this study is to validate the use of in situ probes for the detection and management of cyanobacterial breakthrough in high and low-risk DWTPs. In situ phycocyanin YSI EXO2 probes were devised for remote control and data logging to monitor the cyanobacteria in raw, clarified, filtered, and treated water in three full-scale DWTPs. An additional probe was installed inside the sludge holding tank to measure the water quality of the surface of the sludge storage tank in a high-risk DWTP. Simultaneous grab samplings were carried out for taxonomic cell counts and toxin analysis. A total of 23, 9, and 4 field visits were conducted at the three DWTPs. Phycocyanin readings showed a 93-fold fluctuation within 24 h in the raw water of the high cyanobacterial risk plant, with higher phycocyanin levels during the afternoon period. These data provide new information on the limitations of weekly or daily grab sampling. Also, different moving averages for the phycocyanin probe readings can be used to improve the interpretation of phycocyanin signal trends. The in situ probe successfully detected high cyanobacterial biovolumes entering the clarification process in the high-risk plant. Grab sampling results revealed high cyanobacterial biovolumes in the sludge for both high and low-risk plants.

Freshwater bodies and, consequently, drinking water treatment plants (DWTPs) sources are increasingly facing toxic cyanobacterial blooms. Even though conventional treatment processes including coagulation, flocculation, sedimentation, and filtration can control cyanobacteria and cell-bound cyanotoxins, these processes may encounter challenges such as inefficient removal of dissolved metabolites and cyanobacterial cell breakthrough. Furthermore, conventional treatment processes may lead to the accumulation of cyanobacteria cells and cyanotoxins in sludge. Pre-oxidation can enhance coagulation efficiency as it provides the first barrier against cyanobacteria and cyanotoxins and it decreases cell accumulation in DWTP sludge. This critical review aims to: (i) evaluate the state of the science of cyanobacteria and cyanotoxin management throughout DWTPs, as well as their associated sludge, and (ii) develop a decision framework to manage cyanobacteria and cyanotoxins in DWTPs and sludge. The review identified that lab-cultured-based pre-oxidation studies may not represent the real bloom pre-oxidation efficacy. Moreover, the application of a common exposure unit CT (residual concentration × contact time) provides a proper understanding of cyanobacteria pre-oxidation efficiency. Recently, reported challenges on cyanobacterial survival and growth in sludge alongside the cell lysis and cyanotoxin release raised health and technical concerns with regards to sludge storage and sludge supernatant recycling to the head of DWTPs. According to the review, oxidation has not been identified as a feasible option to handle cyanobacterial-laden sludge due to low cell and cyanotoxin removal efficacy. Based on the reviewed literature, a decision framework is proposed to manage cyanobacteria and cyanotoxins and their associated sludge in DWTPs.

Abstract In northern hardwood forests, tree markers select the trees to be harvested during logging operations using classification systems that assign harvest priorities based on the presence of a wide range of individual defects. According to the most recent advances in our understanding of the impact of defects on both tree vigour (the risk of mortality or decline in growth) and quality (the potential for recovering valuable sawlogs), tree markers should adopt a simpler classification system that considers fewer defects than the current operational practice, and they should prioritize the removal of trees with crown dieback. Since the probability of developing defects and dying increases substantially with tree diameter, tree markers should also favour the removal of larger trees that have maintained their quality. However, these recommendations were developed based on tree-level analyses. To provide further validation at the stand scale, we compared stand improvement and value recovery under three tree marking regimes: a new, simplified regime based on the recommendations above, and two regimes used in the province of Quebec, Canada. To do so, we conducted tree marking simulations and value recovery assessments in 14 managed stands distributed across the northern hardwood range of Quebec. Our results confirmed that the simplified tree marking regime not only facilitated stand improvement by removing a greater proportion of low-vigour trees, but also recovered significantly more value (17% on average) at the stand scale. By prioritizing the removal of trees with crown dieback, the simplified regime was superior at salvaging the current value of low-vigour trees before they die or decline in quality. Based on our results, we propose simplified and empirically-validated tree marking guidelines for northern hardwood forests.

Northern hardwoods are susceptible to a wide range of defects that can reduce the amount of sound wood with desirable qualities, such as the clear sapwood of sugar maple trees. Yet, the rate at which trees decline in quality due to the development of such defects has never been quantified in northern hardwood forests due to a dearth of repeat inventories that record the appearance of defects over time. As a result, it remains uncertain whether, and how, selection management reduces the probability of decline in quality. In this study, we quantify the rate at which trees decline in quality due to the development of defects, and we test several hypotheses regarding the influence of selection management on quality. Our results show that (1) the probability of decline in quality increases as trees grow larger; (2) crown dieback also increases the probability of decline in quality; (3) the probability of decline in quality is slightly lower in managed stands than in unmanaged stands, and (4) the probability of decline in quality increases with the mean annual temperature of the site. Finally, we combined our estimates of the probability of decline in quality with previous estimates of the probability of mortality to assess the overall risk associated with retaining trees of different species, sizes, and vigour profiles. The resulting metric can inform efforts to improve the management of northern hardwood forests by providing an integrated estimate of the risk that the value of a tree will be reduced, or eliminated, due to mortality or decline in quality.