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Les débits reconstitués pour le nord-ouest du Québec démontrent une augmentation de la fréquence et de la magnitude des crues printanières en lien avec l’augmentation des précipitations nivales depuis le début du XIXe siècle. Autour du lac Duparquet, une migration des peuplements de frêne noir (Fraxinus nigra Marsh.) vers l’intérieur des terres en réponse à ces changements a été rapportée. Pour anticiper la réponse des frênaies noires du lac Duparquet face aux changements climatiques et hydrologiques à venir, cette étude décrit les conditions favorisant la présence de F. nigra et la structuration des peuplements en lien avec la dynamique des crues printanières depuis le début du XXe siècle. L’étude se structure autour des objectifs suivants : i) déterminer la composition et l’organisation des communautés végétales associées à F. nigra le long du gradient d’élévation; ii) déterminer les facteurs limitant l’expansion des frênaies noires dans les basses et hautes plaines alluviales; et iii) déterminer les fréquences d’occurrence des crues printanières le long du gradient d’élévation des plaines alluviales et identifier les fréquences de retour des crues printanières associées à chaque groupement floristique. Vingt-quatre frênaies noires du lac Duparquet et de ses affluents ont été échantillonnées durant l’été 2022 en utilisant un échantillonnage par stratification verticale de la végétation le long de transects perpendiculaires à la rive, avec mesure de variables environnementales et écologiques. Une analyse par regroupement hiérarchique associée à une analyse d’espèces indicatrices a permis d’identifier des communautés végétales associées aux frênaies noires et notamment trois communautés distribuées le long des gradients d’élévation et de distance à la rive depuis la plaine alluviale basse (communauté i) frênaie à Onoclea sensibilis L.), moyenne (communauté ii) frênaie à Rhamnus alnifiolia L’Her.), et haute (communauté iii) frênaie à Athyrium filix-feminina (Linn.) Roth). Les structures de diamètre révèlent que les zones des basses et hautes plaines alluviales sont moins denses en F. nigra et composées d’arbres plus jeunes. Les analyses des cernes de crues montrent une diminution significative de la fréquence d’occurrence des crues printanières de faible et forte intensité entre les groupements floristiques depuis les basses vers les hautes plaines inondables. Les fréquences moyennes d’occurrences des crues le long du gradient d’élévation participent donc à expliquer la structure des frênaies noires du lac Duparquet. Cette recherche fournit des paramètres écologiques de base, essentiels pour maintenir un équilibre dynamique dans les frênaies noires, notamment en cas de modifications des débits des cours d'eau, comme celles induites par des aménagements hydroélectriques ou de futurs changements climatiques.

Abstract: Accurate spring flow forecasts, primarily driven by snow accumulation and melt processes, are essential for decision-makers aiming to optimize hydro-electricity production and mitigate potential flood damages in snow-dominated regions. By integrating snowpack data from diverse sources (in-situ, remote sensing, and reanalysis) with modeled snow-related state variables through Data Assimilation (DA), there is the potential to leverage both modeling and observations for more accurate estimation of the resulting spring flow. However, challenges such as the lack of sufficient snow station networks and issues with optical and microwave sensors to provide Snow Water Equivalent (SWE) can hinder progress, particularly in regions with heterogeneous snowpack characteristics. Overcoming these challenges is crucial to realizing the full potential of snow DA in advancing spring flow forecasts. This thesis aims to optimize spring flow forecasting effectiveness using snow DA, where snow-related observations are incorporated into hydrological models. It investigates the best hydrological model structure (a lumped model: HSAMI, and a distributed model: HYDROTEL) for leveraging distributed SWE data provided by SNODAS (SNOw Data Assimilation System) dataset, which serves as the observation. This DA framework is applied on a large, heterogeneous northern Québec watershed (Outardes 4). It does so by updating SWE model states of HYDROTEL and HSAMI using the Ensemble Kalman Filter (EnKF) DA method. The simulated spring flow are then compared to observed spring flow data. Another scope of the thesis is to compare two reanalysis products with varying spatial resolutions and SWE representations (SNODAS and ERA5-Land) for improving 1-day spring flow forecasts in HYDROTEL over a smaller southern Québec watershed (Au Saumon). Finally, the thesis assesses the forecasting skill of the optimal model-observation combination over an extended 30-day forecast horizon using various probabilistic and deterministic metrics. The forecasting skills are evaluated in terms of SWE estimations during the snowpack accumulation and melt periods, and their impacts on spring flow. Among the two hydrological models considered (i.e., HYDROTEL and HSAMI), HYDROTEL proves to be a better candidate to unlock the full potential of distributed SNODAS SWE dataset through DA over a large watershed with spatially variable SWE. This is seen by improved 1-day spring flow forecasts metrics over many years (2014-2017). From the observation source point of view, SNODAS DA results in a more consistent 1-day spring flow forecasts compared to ERA5-Land over Au Saumon. However, the improvements in 1-day spring flow forecasts induced by SNODAS DA are comparatively modest over Au Saumon compared to Outardes 4, with NSE changing from 0.44 to 0.45, 0.31 to 0.34, and 0.59 to 0.61 for the 2014-2017 time period. This could be rooted in alignments between the physiographic characteristics of the watershed and the frequency of DA updates. The results obtained from the first two chapters of the thesis provide a snow DA framework with the capability to improve short-term and mid-term SWE forecasts with varying influence over the forecast horizon given the snowpack period considered (i.e., formation and ablation). The improved SWE estimations lead to increased accuracy and better uncertainty representations, as measured by Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Relative Bias (RB), and Continuous Ranked Probability Score (CRPS), in spring flow forecasts for the Outardes 4 watershed over the study period (2014-2017).

RÉSUMÉ : Le fjord du Saguenay est une vallée glacière de 110 km de long et de 280 m de profondeur maximale qui relie la rivière Saguenay à sa tête à l'estuaire du Saint-Laurent à son embouchure. La bathymétrie du fjord est caractérisée par 3 seuils : le seuil peu profond (~ 20 m) à l'embouchure, un seuil intermédiaire (60 m) à 20 km en amont et un seuil profond (120 m) à 35 km en amont. Ces seuils séparent le fjord en 3 bassins : le bassin extérieur, le bassin intermédiaire et le bassin intérieur. La circulation dans le fjord est forcée par l'apport d'eau douce de la rivière Saguenay à sa tête, de grandes marées (jusqu'à 6 m de marnage) à son embouchure qui apportent de l'eau salée ainsi que par le vent. La circulation à grande échelle a été caractérisée par trois régimes saisonniers au cours desquels les eaux profondes, intermédiaires et de sous-surface du bassin intérieur sont renouvelées respectivement au début de l'hiver, en été et à la fin de l'hiver. Des indications indirectes suggèrent que ces régimes sont déterminés par des processus turbulents qui se produisent localement à chacun de ces trois seuils. Ici, nous présentons les résultats des expériences de terrain que nous avons menées qui visaient à étudier plus directement la dynamique des processus de seuil induits par les courants de marées ainsi que les modifications de masse d'eau qui surviennent aux seuils. À ce jour, nos mesures fournissent la description la plus précise et la plus complète des structures d'écoulement de marée stratifié autour des seuils internes du fjord du Saguenay. Nous avons également observé qu'un ressaut hydraulique interne semble se former lors de chaque marée descendante en aval du seuil intermédiaire, mais pas lors des marées montantes. Des recherches sont toujours en cours pour mieux comprendre cette asymétrie, mais notre hypothèse est que la présence d'une masse d'eau plus salée en amont du seuil intermédiaire empêche la formation d'un ressaut hydraulique, un processus qui pourrait être similaire à celui documenté à Knight Inlet (Colombie-Britannique, Canada). -- Mot(s) clé(s) en français : Fjord du Saguenay, Estuaire du St-Laurent, Processus de Seuil, Mélange Turbulent, Océanographique Côtière. -- ABSTRACT : The Saguenay Fjord is a 110 km long and 280 m deep (max depth) multi-silled glacial valley that connects the Saguenay River at its head with the St. Lawrence Estuary at its mouth. The bathymetry is characterized by 3 sills : a shallow 20-m deep sill at the mouth, an intermediate 60-m deep sill 20 km up-fjord and a deep 120-m sill 35 km up-fjord. These sills separate 3 basins, the outer, the intermediate and the inner basins. The circulation in the fjord is forced by the Saguenay River at its head that brings freshwater, large tides (up to 6 m range) at its mouth that brings salt water and by wind. The large-scale circulation has been characterized by four seasonally dependent regimes during which the deep, intermediate and subsurface waters of the inner basin are being renewed, respectively, during early winter, summer and late winter. There are indirect indications that those regimes are determined by turbulent processes occurring locally at each of these three sills. Here, we carried out field experiments to more directly investigate the detailed dynamics of tidally-driven sill processes and water mass modifications occurring across these three sills. Our measurements provide to date the most accurate and complete description of the stratified tidal flow structures around these sills. We also found that an internal hydraulic jump seems to form every ebb tide on the down-fjord side of the intermediate sill but not during flood tide on the up-fjord side. Research is ongoing to better understand this asymmetry but our hypothesis is that it is the presence of a salty pool up-fjord of the sill that prevents the formation of a hydraulic jump, a process that may be similar to that documented in Knight Inlet (British Columbia, Canada). -- Mot(s) clé(s) en anglais : Saguenay Fjord, St-Lawrence Estuary, Sill Processes, Turbulent Mixing, Coastal Oceanography.

Aujourd'hui, la cartographie des réseaux hydrographiques est un sujet important pour la gestion et l'aménagement de l'espace forestier, la prévention contre les risques d'inondation, etc. Les données sources pour cartographier les cours d'eau sont des nuages de points obtenus par des lidars aéroportés. Cependant, les méthodes d'extraction des réseaux usuelles nécessitent des opérations de découpage, de rééchantillonnage et d'assemblage des résultats pour produire un réseau complet, altérant la qualité des résultats et limitant l'automatisation des traitements. Afin de limiter ces opérations, une nouvelle approche d'extraction est considérée. Cette approche propose de construire un réseau de crêtes et de talwegs à partir des points lidar, puis transforme ce réseau en réseau hydrographique. Notre recherche consiste à concevoir une méthode d'extraction robuste du réseau adaptée aux données massives. Ainsi, nous proposons d'abord une approche de calcul du réseau adaptée aux surfaces triangulées garantissant la cohérence topologique du réseau. Nous proposons ensuite une architecture s'appuyant sur des conteneurs pour paralléliser les calculs et ainsi traiter des données massives.

Au Québec, les conditions printanières extraordinaires de 2017 et 2019 ont incité le gouvernement provincial à commander une mise à jour des cartes des zones inondables. La plupart des cartes existantes ne reflètent pas adéquatement l’aménagement actuel du territoire, ni l’aléa associé. Généralement, pour la cartographie, les modèles hydrodynamiques tel que HEC-RAS sont utilisés, mais ces outils nécessitent une expertise significative, des données hydrométriques et des relevés bathymétriques à haute résolution. Étant donnée la nécessité de mettre à jour ces cartes tout en réduisant les coûts financiers associés, des méthodes conceptuelles simplifiées ont été développées. Ces approches, y compris l’approche géomatique HAND (Height above the nearest drainage), qui reposent uniquement sur un modèle numérique d’élévation (MNE), sont de plus en plus utilisées. HAND permet de calculer la hauteur d’eau nécessaire pour inonder chaque pixel du MNE selon la différence entre son élévation et celle du pixel du cours d’eau dans lequel il se déverse. Les informations sur la géométrie hydraulique dérivées par HAND ainsi que l’application de l’équation de Manning permettent la construction d’une courbe de tarage synthétique (CTS) pour chaque tronçon de rivière homogène. Dans la littérature, cette méthode a été appliquée pour établir une cartographie de la zone inondable de première instance de grands fleuves aux États-Unis avec un taux de correspondance de 90% par rapport à l’utilisation de HEC-RAS. Elle n’a toutefois pas été appliquée sur de petits bassins versants, car ceux-ci engendrent des défis méthodologiques substantiels. Ce projet s’attaque à ces défis sur deux bassins versants Québécois, ceux des rivières à la Raquette et Delisle. Les conditions frontières des modèles sont dérivées d’un traitement statistique empirique des séries de débits simulés avec le modèle hydrologique HYDROTEL. Étant donnée l’absence de stations météorologiques sur le territoire à l’étude, des chroniques du système Canadien d’Analyse de la précipitation (CaPA) ont été utilisées pour cette modélisation hydrologique. Les résultats de ce projet pointent vers des performances satisfaisantes de l’approche géomatique HAND-CTS en comparaison avec le modèle hydrodynamique HEC-RAS (1D/2D et 2D au complet), avec des taux de correspondance entre les étendues des inondations supérieurs à 60 % pour les bassins versants de Delisle et à la Raquette. Les comparaisons étaient effectuées sur une gamme de débit allant d’un débit de période de retour de 2 ans jusqu’à un débit de plus de 350 ans. On notera que l’application sur la rivière à la Raquette a été développée dans les règles de l’art, incluant un processus de calage développé dans le cadre d’un projet de maitrise en sciences de l’eau connexe à ce mémoire, relativement à la longueur du tronçon, le calage vertical de la CTS en considérant la hauteur d’eau présente dans le cours d’eau lors du relevé LiDAR et sa précision verticale. Les résultats ont montré que le coefficient de précision globale le plus bas était de 98 % pour un débit de 350 ans, avec une précision de plus que 99 % pour les autres périodes de retour, ce qui représente une très bonne performance du modèle. Et par ailleurs, le coefficient de Kappa conditionnel humide variait entre 58 % et 28 %. Alors, que pour la rivière Delisle, l’application se veut naïve, c’est-à-dire sans calage préalable de la méthode HANDCTS. La précision globale a varié entre 83 % et 96 %, ce qui est considéré comme "très approprié" et une variation du coefficient Kappa conditionnel humide de 35,2 à 64,3 %. Alors que pour une différence d’élévations d'eau entre les élévations de référence et simulées, la performance était quantifiée par un RMSE qui variait pour les périodes de retour de 100 ans et de 350 ans respectivement de 4,5 m et de 7,1 m. Enfin, la distribution spatiale des différences d’élévations montre une distribution gaussienne avec une moyenne qui est à peu près égale à 0 où la plupart des erreurs se situent entre -0,34 m et 1,1 m La cartographie des zones inondables dérivée de HAND-CTS présente encore certains défis associés notamment à la présence d’infrastructures urbaines complexes (ex. : ponceaux, ponts et seuils) dont l’influence hydraulique n’est pas considérée. Dans le contexte où l’ensemble du Québec (529 000 km²) dispose d’une couverture LiDAR, les résultats de ce mémoire permettront de mieux comprendre les sources d’incertitude associées à la méthode HAND-CTS tout en démontrant son potentiel pour les bassins versants dépourvus de données bathymétriques et hydrométéorologiques. <br /><br />The 2017 and 2019 extraordinary spring conditions prompted the Quebec government to update flood risk maps, as most of them do not adequately reflect current land use and associated hazard. Generally, hydrodynamic models such as HEC-RAS are used for flood mapping, but they require significant expertise, hydrometric data, and high-resolution bathymetric surveys. Given the need to update these maps while reducing the associated financial costs, simplified conceptual methods have been developed over the last decade. These methods are increasingly used, including HAND (height above the nearest drainage), which relies on a Digital Elevation Model (DEM) to delineate the inundation area given the water height in a river segment. Furthermore, the river geometry derived from HAND data and the application of Manning’s equation allow for the construction of a synthetic rating curve (SRC) for each homogeneous river segment. In the scientific literature, this framework has been applied to produce first-instance floodplain mapping of large rivers. For example, in the Continental United States 90% match rates were achieved when compared to the use of HEC-RAS. However, this framework has not been validated for small watersheds, as substantial methodological challenges are anticipated. This project addresses these underlying challenges in two Quebec watersheds, the à la Raquette and Delisle watersheds. The boundary conditions of the HECRAS models were derived from an empirical statistical treatment of flow time series simulated by HYDROTEL, a hydrological model, using Canadian Precipitation Analysis Product (CaPA) time series. The results of this project point towards satisfactory performances, with match rates greater than 60 % for both watersheds. It should be noted that the application on the Delisle River is naive, that is without prior calibration of the HAND-SRC method. The overall accuracy ranged from 83.4 % to 96.2 % while the water surface elevation difference was quantified by an RMSE that was for the 100-year and 350-year return periods of 4.5 m and 7.1 m respectively and where most errors are between -0.34 m and 1.1 m representing a very good model comparing to similar studies. For à la Raquette, the application showed an overall accuracy coefficient of 98 % for a 350-year flow, with an accuracy of over 99 % for other return periods. The mapping of flood risk areas using HAND-SRC still faces certain challenges, notably the presence of complex urban infrastructures (e.g., culverts, bridges, and weirs) whose hydraulic influences are not considered by this geomatic approach. Given that most of Quebec (529,000 km²) topography has been digitized using LiDAR data, the results conveyed in this MSc thesis will allow for a better understanding of the sources of uncertainty associated with the application of the HAND-SRC method while demonstrating its potential for watersheds lacking hydrometeorological and high-resolution bathymetric data.

Compte tenu de la nécessité de mettre à jour les cartes d'inondation et de minimiser les coûts associés (collecte de données et ressources humaines), il existe un besoin de méthodes alternatives simplifiées ne reposant pas sur la modélisation hydrodynamique classique. L'une des méthodes simplifiées répondant à ce besoin est HAND (Height Above the Nearest Drainage), une approche qui requiert uniquement un modèle numérique d'altitude (MNA) et un réseau hydrographique. Celle-ci a été mise en œuvre dans PHYSITEL, un système d’information géographique SIG spécialisé pour les modèles hydrologiques distribués. Ainsi, pour une hauteur d’eau donnée dans plusieurs tronçons de rivière, il est possible de faire une délimitation de première instance de la surface inondée le long du réseau hydrographique d’un bassin versant. Par ailleurs, l'utilisation des informations fournies par HAND et l'application de l'équation de Manning permettent également de construire une courbe de tarage synthétique pour tout tronçon de rivière en l’absence de données bathymétriques. Ce mémoire présente l’application de cette approche, qui a été validée précédemment en partie sur de grands bassins, sur deux petits bassins, ceux de la rivière à La Raquette, d’une superficie de 133 km², et de la rivière Saint Charles, d’une superficie de 552 km². Trois stations de jaugeage dans chaque bassin ont fourni les informations de base nécessaires au processus de calage de l’approche. L’efficacité et l’adaptabilité de cette approche ont été évaluées dans ce projet en fonction des données disponibles, du temps de calcul et de la précision mesurée par le biais et l’erreur quadratique moyenne. Les incertitudes et sensibilités de l’approche ont été analysées en tenant compte de la résolution spatiale et du manque de données bathymétriques. De plus, des analyses innovatrices ont été produites dans l’application de HAND. Tels qu’une analyse de sensibilité globale pour informer le processus de calage ainsi que l’application d’un critère basé sur le nombre de Froude afin de permettre de valider le respect des hypothèses sous-jacentes à l’application de l’approche sur chaque tronçon de rivière d’un bassin. En utilisant des MNA à haute résolution(&lt;5 m/pixel), des courbes de tarage synthétiques ont été produites avec des biais inférieurs à ±20 % par rapport à des courbes de tarage in-situ. De plus, la détermination d'un critère de sélection des courbes dans un biais de ± 5% par rapport à la courbe de tarage observée a permis d'obtenir des courbes de tarage synthétiques avec des erreurs quadratiques moyennes normalisées comprises entre 0,03 et 0,62. Ainsi, cette approche a été validée pour dériver des courbes de tarage synthétiques et, par conséquent, pour soutenir la délimitation des zones à risque d'inondation dans les petits bassins versants en tenant compte des incertitudes associées à l'application d'une approche de faible complexité. <br /><br />Given the emergent need to update flood inundation maps and minimize associated financial costs (data collection and human resources), simplified alternative methods to the classical hydrodynamic modelling method, are being developed. One of the simplified methods built to fulfill this need is the terrain-based Height Above the Nearest Drainage (HAND) method, which solely relies on a digital elevation model (DEM) and a river network. This approach was implemented in PHYSITEL, a specialized GIS for distributed hydrological models. For a given river reach and water height, HAND can provide a first-hand delineation of the inundated areas within a watershed. In addition, coupling the information provided by HAND and the Manning equation allows for the construction of a synthetic rating curve for any homogeneous river reach where bathymetric data are not available. Since this synthetic rating curve approach has been validated in part for large watersheds, this study tested this approach onto two small watersheds: the 133- km² La Raquette River watershed and the 552-km² Saint Charles River watershed. Three gauging stations on each basin provided the basic data to perform the calibration process. The effectiveness and adaptability of the approach was assessed as a function of available data, computational time, and accuracy measured using the bias and root mean squared error (RMSE). The uncertainties were quantified in terms of spatial resolution and lack of bathymetry data. In addition, innovative analyses were made on the application of the HAND-synthetic rating curve approach. First, a global sensitivity analysis was done to inform the calibration process, and then a Froude number-based criterion was applied to validate the application of the Manning equation on any river reach of a watershed. Using high-resolution DEMs (&lt;5 m/pixel), we obtained synthetic rating curves with bias less than 20% when compared to in-situ rating curves. Finally, a curve selection criterion was applied to identify those curves having a bias of ± 5%. The selected synthetic rating curves had normalized mean squared errors between 0.03 and 0.62. Thus, the proposed approach was deemed appropriate to derive synthetic rating curves and support the delineation of flood risk areas in small watersheds all the while considering the uncertainties associated with applying a low complexity model.

La rivière Chaudière, située au sud de la Ville de Québec, est sujette aux inondations provoquées par la formation d'embâcles. Des inondations ont été enregistrées depuis 1896 jusqu'à ce jour malgré la mise en service, en 1967, d'un ouvrage de contrôle des glaces (ICS) à 3 kilomètres en amont de la Ville de Saint-Georges-de-Beauce afin de réduire les inondations causées par la glace dans le secteur le plus à risque de la rivière Chaudière. Les inondations par embâcles demeurent donc un problème récurrent qui affecte régulièrement 8 villes le long du tronçon de 90 kilomètres en aval de l'ICS. Dans le cadre d'un programme gouvernemental d'aléas d'inondation initié par le ministère des Affaires Municipales et de l'Habitation (MAMH), un mandat pour évaluer les cotes de crues en présence de glace de la rivière Chaudière a été confié à l'Université Laval. La modélisation d'embâcles combinée à des données d'observations historiques d'embâcles est utilisée pour déterminer les niveaux d'inondation par embâcles. L'approche préconisée consiste à contrôler un modèle de simulation hydraulique fluviale, plus spécifiquement le module HEC-RAS, avec un script externe en Python pour générer une distribution Monte-Carlo (MOCA) d'évènements d'embâcles le long du secteur de la rivière à l'étude. Les paramètres mécaniques tels que l'angle de frottement, la porosité et les vitesses de contrainte de cisaillement critiques sont également attribués de manière aléatoire par le script dans une plage délimitée. Les paramètres physiques et hydrologiques attribués à chaque évènement sont choisis au hasard en fonction d'une probabilité estimée à partir des observations historiques, soit le débit calculé à l'ICS, l'emplacement de l'embâcle, la longueur de l'embâcle et les degrés-jours de gel (épaisseur de la glace). Les cotes de crues selon les périodes de retour de 2, 20, 100 et 350 ans sont alors déterminées selon une équation statistique empirique de Gringorten, suivie d'une modulation pour tenir compte des facteurs externes non considérés par MOCA. Ces cotes de crues en présence de glace sont comparées à celles en eau libre telles que déterminées par la méthode classique. Le projet démontre que les niveaux d'eau calculés en présence de glace prédominent ceux en eau libre pour les villes en amont de Saint-Joseph-de-Beauce. La combinaison des niveaux d'eau en présence de glace et en eau libre, réalisée à l'aide de l'équation de la FEMA, montre que la probabilité d'atteindre un seuil spécifique d'élévation diminue la période de retour et en conséquence augmente les probabilités reliées aux inondations. Ce mémoire est le premier travail scientifique qui présente une validation complète de l'approche hydrotechnique utilisant les valeurs in situ de débit, de DJGC et de l'emplacement et de la longueur d'embâcles pour la détermination des cotes de crue par embâcles. Les valeurs de cotes de crues calculées avec la méthode MOCA sont comparées avec les données historiques dans le secteur à l'étude de la rivière Chaudière. La présente étude met en évidence les limitations et les conditions nécessaires pour l'utilisation de cette méthode. Ce projet de recherche montre aussi pour la première fois que l'approche hydrotechnique permet de calculer des courbes fréquentielles de niveaux d'eau en présence de glace qui peuvent être utilisées à des fins réglementaires au Québec.

Depuis de nombreuses années, les chercheurs dans le domaine du stress maternel prénatal (SMP) associé à des catastrophes naturelles cumulent des données probantes suggérant un effet de ce type de stresseur sur le développement de l’enfant. Plusieurs obstacles freinent cependant le transfert de ces connaissances (TC) à leurs potentielles bénéficiaires, les femmes enceintes. Un premier obstacle est qu’il n’existe pas de synthèse de connaissances quantifiant l’effet du SMP sur les différentes sphères de développement de l’enfant. De plus, les besoins informationnels des femmes enceintes à ce sujet ne sont pas connus. Ensuite, d’un point de vue éthique, il est difficile de se positionner quant à la meilleure stratégie de TC à employer pour informer les femmes enceintes sans leur imposer un stress additionnel. Cette thèse vise donc à déterminer comment informer les femmes enceintes au sujet des conséquences du stress pendant la grossesse sans les stresser davantage. Pour ce faire, une revue méta-analytique de l’effet du SMP associé à des catastrophes naturelles sur le développement de l’enfant a été réalisée pour quantifier cet effet. Par la suite, un questionnaire a été élaboré pour sonder les femmes issues de deux cohortes distinctes, une première ayant été exposée aux feux de forêt de Fort McMurray pendant la grossesse, puis une seconde localisée à Montréal et n’ayant pas été exposée à une catastrophe naturelle au cours de la grossesse. Les items du questionnaire cherchaient à déterminer leurs connaissances au sujet du SMP ainsi que leur désir d’en avoir su davantage à ce propos au cours de leur dernière grossesse. Une grille d’entretien originale a ensuite permis d’interviewer un sous-échantillon des femmes de la cohorte de Montréal pour préciser leurs besoins informationnels et les paramètres qui devraient guider un processus de TC à cet effet. Cette dernière étude a cependant été interrompue en raison de la pandémie de COVID-19 et seuls les résultats préliminaires en sont ici présentés. Plusieurs constats sont ressortis des méta-analyses et des méta-régressions. D’abord, le SMP a un effet, petit, mais durable, sur l’ensemble des sphères de développement de l’enfant. Ensuite, les difficultés objectives et la détresse psychologique sont les composantes du SMP pour lesquelles les plus grands effets ont été trouvés. Il semble également que l’exposition à une tempête de verglas affecte encore plus le développement de l’enfant que celle à une inondation. Les résultats au questionnaire des deux cohortes de femmes a permis de lever le voile sur le manque de connaissances à combler chez ces dernières concernant principalement les conséquences concrètes du SMP sur le développement de l’enfant, puis d’établir que les deux cohortes de femmes auraient majoritairement voulu en savoir davantage à ce sujet au cours de leur dernière grossesse. Enfin, les données complémentaires issues des entretiens avec les femmes de la cohorte de Montréal indiquent que les professionnels de la santé seraient les utilisateurs de connaissances à privilégier et que l’approche à employer pour faire ce TC devrait être empathique, non culpabilisante, centrée sur la femme dans sa globalité et ajustée à son style de recherche d’informations. De prochaines études dans le domaine du SMP pourront venir pallier certaines limites de cette thèse. Les équipes de recherche pourront utiliser le questionnaire et la grille d’entretien pour évaluer les besoins informationnels des femmes au sujet du SMP dans différents contextes (p.ex. pandémie de COVID-19). Maintenant qu’il a été déterminé que le SMP a un effet sur le développement de l’enfant, il serait utile de réaliser une revue de littérature pour recenser les interventions permettant d’estomper cet effet afin de bien outiller les femmes enceintes. Finalement, connaissant désormais les besoins informationnels des femmes enceintes, l’organisation d’un atelier délibératif avec les professionnels de la santé permettrait de mettre au point une stratégie de TC prenant également en compte leur réalité. En conclusion, cette thèse a permis de jeter les bases d’une stratégie de TC qui pourrait informer les femmes enceintes au sujet des conséquences du SMP associé aux catastrophes naturelles sans les stresser davantage.

Le stress prénatal maternel (SPM) est un concept largement étudié et ce, autant par de méthodes objectives que subjectives. Certains chercheurs évaluent les symptômes d’anxiété et de dépression des femmes au cours de leur grossesse alors que d’autres préfèrent mesurer les niveaux de cortisol des femmes enceintes. Pour cette thèse, le SPM a été mesuré par deux méthodes différentes, soit l’exposition des femmes enceintes à une catastrophe naturelle et l’exposition des mêmes femmes enceintes à des événements de vie stressants plus courants. Puisqu’il est bien établi que ce type de stress engendre des répercussions négatives sur la femme enceinte ainsi que sur le développement de l’enfant, il est désormais d’intérêt d’accentuer les recherches sur les moyens qui permettent d’atténuer les conséquences d’un tel stress. Dans les études auprès des animaux, nous savons que les conditions de maternage ainsi que l'enrichissement environnemental semblent renverser les effets du SPM, mais nous ne savons pas si, chez les humains, un bon encadrement parental, c’est-à-dire un cadre structuré avec des règles prévisibles et consistantes, peut protéger les enfants des effets du SPM. L’objectif de cette thèse est donc d’augmenter notre compréhension sur l’effet protecteur de l’encadrement parental dans le développement d’enfants qui ont été exposés à différents types de SPM. Cet objectif pourra être atteint grâce à une collaboration internationale initiée par la Dre Suzanne King suite aux inondations qui se sont produites en 2008 dans l'état d'Iowa. Suite à la catastrophe, la Dre King est entrée en contact avec le Dr O’Hara afin d'évaluer la sévérité du stress dû aux inondations chez les femmes enceintes et pour déterminer les effets de ce stress sur leur enfant. Trois types de stress ont été évalués: le degré objectif de difficulté (p. ex., pertes financières), l'évaluation cognitive de la catastrophe en tant qu'expérience négative, neutre ou positive, et la détresse subjective causée par l'inondation (p. ex., symptômes de TSPT). Suite au recrutement des mères, les enfants de l'échantillon ont été évalués à l’âge de 2, 4, 5 et 7 ans. La présente thèse est composée de trois études. La première étude porte sur l’effet modérateur de l’encadrement parental sur les associations entre le SPM causé par les inondations d’Iowa et les problèmes comportementaux chez les enfants âgés de sept ans. Les résultats indiquent qu’un encadrement parental où la discipline est consistante protège les garçons qui ont été exposés au SPM objectif contre différents symptômes de problèmes internalisés et externalisés. La deuxième étude se penche également sur la question de l’effet protecteur de l’encadrement parental sur les associations entre le SPM et les problèmes comportementaux chez les enfants âgés de sept ans. Toutefois, cette étude s’est plutôt penchée sur l’influence du SPM lorsque celui-ci est causé par des événements de vie qui sont plus communs qu’un désastre naturel. De nouveau, les résultats de cette étude nous révèlent qu’un encadrement parental consistant joue le rôle de facteur de protection, chez les garçons qui ont été exposés au SPM causé par des événements de vie stressants, mais seulement en ce qui concerne les problèmes de comportement externalisés. La troisième étude vient reconsidérer l’effet protecteur de l’encadrement parental sur les liens entre le SPM et les problèmes comportementaux des enfants qui ont été exposés à un désastre naturel. Cependant, pour cette étude, les comportements des enfants n’ont pas été évalués par un questionnaire, mais plutôt par une méthode observationnelle (tâche de frustration). Toutefois, dans cette étude, il n’est ressorti aucun effet significatif de l’encadrement parental comme variable modératrice. En somme, nos résultats rapportent que l’implantation d’un cadre structuré et consistant peut venir pallier et même renverser les conséquences du SPM sur le comportement des garçons.

La perchaude est un poisson qui pond ses œufs sur les végétaux submergés dans le littoral du lac Saint-Pierre lors de la crue printanière. Cependant, les pratiques agricoles actuelles sur le littoral laissent souvent un sol nu à l'automne, ce qui cause la diminution des habitats de ponte des poissons. Ainsi, l'objectif de cette étude est d'évaluer des cultures de couverture (CC) de pleine saison qui pourraient servir de substrats potentiels pour la ponte des poissons au printemps et qui seraient compétitives envers les adventices. Un dispositif en tiroir systématique avec quatre blocs a été implanté à quatre années-sites. En parcelles principales, six traitements de CC ont été étudiés : le ray-grass vivace (Lolium perenne L.), le seigle d'automne (Secale cereale L.), un mélange de seigle d'automne et de trèfle rouge (Trifolium pratense L.), un mélange de seigle d'automne et de vesce velue (Vicia villosa Roth), un mélange d'avoine (Avena sativa L.), vesce velue et lin (Linum usitatissimum L.), et le témoin sans CC. Le facteur testé en sous-parcelle était le désherbage ou non des parcelles. Le mélange d'avoine, vesce velue et lin a produit le plus de biomasse aérienne (2,5 à 4,9 Mg ha⁻¹) tout en réduisant l'incidence des adventices de 33 à 82 % en comparaison avec le témoin non désherbé. Il est également le seul traitement pour lequel une partie de la biomasse aérienne est restée érigée après la crue à chaque année-site. Ainsi, ce type de CC pourrait constituer un substrat potentiel pour la ponte des perchaudes au printemps mais ce serait à confirmer par des mesures fauniques faites au printemps durant l'inondation. Avec un coût d'implantation peu élevé, le mélange avoine, vesce velue et lin est avantageux à la fois pour les agriculteurs et pour l'environnement.

While impressive results have been achieved in the well-known fields where Deep Learning allowed for breakthroughs such as computer vision, its impact on different older areas is still vastly unexplored. In Computational Fluid Dynamics and especially in Flood Modeling, many phenomena are very high-dimensional, and predictions require the use of numerical simulations, which can be, while very robust and tested, computationally heavy and may not prove useful in the context of real-time predictions. This issue led to various attempts at developing Reduced-Order Modeling techniques, both intrusive and non-intrusive. One recent relevant addition is a combination of Proper Orthogonal Decomposition with Deep Neural Networks (POD-NN). Yet, to our knowledge, little has been performed in implementing uncertainty-aware regression tools in the example of the POD-NN framework. In this work, we aim at comparing different novel methods addressing uncertainty quantification in Neural Networks, pushing forward the POD-NN concept with Deep Ensembles and Bayesian Neural Networks, which we first test on benchmark problems, and then apply to a real-life application: flooding predictions in the Mille-Iles river in Laval, QC, Canada. Building a non-intrusive surrogate model, able to know when it doesn’t know, is still an open research area as far as neural networks are concerned.

RÉSUMÉ: Les événements de submersion sont en augmentation sur les côtes du fleuve Saint-Laurent en raison des tempêtes, de la hausse du niveau marin et de la diminution de la glace de mer. À ce jour, le Québec ne possède pas de zonage de la submersion. Dans le cadre de cette thèse, une approche de cartographie de la submersion est développée en intégrant les vagues, les niveaux d'eau et la morphologie des plages de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent (EGSL). Deux types d'approches cartographiques ont été comparés : la simulation empirique qui projette un niveau total statique sur le territoire (niveau d'eau observé + effet des vagues sur la côte, le jet de rive ou runup), et le modèle numérique XBeach en mode surfbeat. Ces deux approches nécessitent une surface topo-bathymétrique précise et actualisée de la plage. Grâce au développement d'un réseau de suivi des plages par vidéo, nous évaluons dans un premier temps l'efficacité d'une méthode de topographie intertidale par vidéo par rapport à des levés LiDAR terrestres, et améliorons sa performance en intégrant les niveaux d'eau près de la plage au module d'élévation des lignes d'eau. Ce projet a permis la création de surfaces topographiques à précision centimétrique comparable au LiDAR et d'y extraire des paramètres morphologiques, comme la pente de la plage, nécessaire aux modèles empiriques de niveaux d'eau. La capacité des deux approches de cartographie à simuler la submersion du 6 décembre 2010 au Bas-Saint-Laurent a ensuite été analysée en comparant les surfaces inondées. La correspondance spatiale entre les simulations et les observations de submersion a été évaluée. Il en ressort que malgré la complexité du modèle XBeach et une légère surprédiction du modèle empirique (36%), les surfaces submergées obtenues par les deux approches sont similaires et correctement prédites à hauteur de 66-78%. Dans le cadre d'une troisième étude, XBeach a également été utilisé dans la baie des Chaleurs pour évaluer l'impact d'un événement extrême pour l'horizon 2100 sur l'aléa de submersion. Les simulations montrent que les débordements côtiers ont été engendrés par des vagues de relativement faible amplitude à la côte (Hs < 1 m) et que malgré des profondeurs d'eau avoisinant 1,2 m, des vitesses de courants élevées se sont produites dans les espaces urbanisés (U > 2 m/s). L'analyse de la cartographie de la submersion à Maria suggère qu'en 2100, l'impact de la hausse du niveau marin sur les communautés riveraines du Saint-Laurent pourrait provoquer des submersions plus vastes avec des profondeurs d'eau et vitesses de courants plus élevées, ce qui pourraient intensifier l'aléa auquel fait face la population. Même si les simulations numériques permettent de comprendre comment les phénomènes physiques engendrent la submersion, l'intérêt de la méthode statique réside dans sa rapidité d'application, mais son efficacité est fonction de la validité et l'applicabilité des modèles empiriques de runup utilisés. Ainsi, le dernier volet de la thèse porte sur le paramétrage d'un modèle empirique de runup adapté à l'EGSL. L'observation du runup (et de ses composantes moyenne et haute fréquence, le setup et le swash) par vidéo réalisée sur 5 plages couvre un large spectre de paramètres environnementaux et de types de côte sur une période de 3 ans. Des analyses de corrélation entre les niveaux d'eau à la côte et les caractéristiques de vagues au large et la pente de plage ont été réalisées. Les résultats montrent que l'influence des paramètres hydrodynamiques sur le runup, setup, et swash est paramétrée de façon similaire. Le rôle de la morphologie de la plage sur le setup est par ailleurs paramétré par une fonction inverse de la pente, alors que le swash est fonction de la racine carrée de la pente. Avec une erreur moyenne de 23 cm et un biais de 2 cm, l'équation de runup proposée offre un fort potentiel d'estimation des niveaux d'eau totaux sur les environnements côtiers diversifiés à fetch limité. Les résultats de la thèse montrent qu'il apparaît pertinent d'utiliser une approche statique p ur identifier les zones les plus vulnérables à la submersion, en autant que l'équation utilisée soit validée sur le type d'environnement en question. En combinant cette approche à des modélisations numériques en zones à forte concentration d'enjeux, il sera possible d'instaurer un premier zonage de la submersion au Québec. -- Mot(s) clé(s) en français : Cartographie de la submersion, Runup, Topographie par vidéo, Vagues infragravitaires, XBeach. -- ABSTRACT: Coastal flood events are increasing on the shores of the St. Lawrence River due to storms, rising sea levels and decreasing sea ice. To date, the province of Québec does not have a coastal flood mapping guideline. In this thesis, a coastal flood mapping approach is developed by integrating waves, water levels and beach morphology of the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL). Two types of cartographic approaches were compared: the empirical simulation that projects a static total level overland (observed water level + wave effect on the coast, known as wave runup), and the numerical model XBeach in surfbeat mode. These two approaches require a precise and updated topo-bathymetric surface of the beach. Through the development of a shore-based video monitoring network, we first evaluate the effectiveness of a video intertidal topography method against terrestrial LiDAR surveys, and improve its performance by integrating water levels near the beach as a proxy to beach contour elevetion. This project enabled the creation of centimeter-scale topographic surfaces comparable to LiDAR and the extraction of morphological parameters, such as the beach slope, necessary for empirical runup models. The ability of both mapping approaches to simulate the flood of December 6, 2010 in Bas-Saint-Laurent was analyzed by comparing flooded areas. Spatial correspondence between simulations and the observed flood extent was evaluated. Despite the complexity of XBeach and a slight over-prediction of the empirical model (36%), the flooded areas obtained by the two approaches are similar and correctly predicted by 66-78%. In a third study, XBeach was also used in the Chaleur Bay to assess the impact of an extreme event for the 2100 horizon on coastal flood hazards. The simulations show that the overland flow was generated by waves of relatively low amplitude at the coast (Hs <1 m) and that despite water depths close to 1.2 m, high current velocities occurred in the urbanized areas (U> 2 m/s). The analysis of the flood maps in Maria suggests that by 2100, the impact of sea level rise on coastal communities in the St. Lawrence could lead to larger flooded areas, with deeper water depths and higher flow velocity, intensifying the risk to the population. Although numerical simulations offer an understanding of the physical phenomena that cause coastal flooding, the interest of the static method lies in its convenience, but its effectiveness depends on the validity of the empirical runup models employed. Thus, the last part of the thesis deals with the parameterization of an empirical runup model in the EGSL. Video-based wave runup observations (and of its mean and high frequency components, setup and swash, respectively) on 5 beaches was carried out on a broad spectrum of environmental parameters and coast type over a period of 3 years. Correlation analyzes between coastal water levels (runup, setup, and swash) and offshore wave characteristics and beach slope were performed. The results show that the influence of the hydrodynamic parameters on wave runup, setup, and swash is similarly parameterized. The role of the morphology of the range on the setup is however parameterized by an inverse function of the slope, while the swash is a function of the square root of the slope. With an average error of 23 cm and a 2 cm bias, the original runup equation offers a high potential for estimating total water levels over diverse fetch-limited coastal environments. This thesis shows that it seems appropriate to use a static approach to identify the areas most vulnerable to coastal flooding, as long as the equation used is validated on the specific coastal environment. By combining this approach with numerical modeling in coastal hotspots with multiple issues at stake, it will be possible to introduce a first coasta flood zoning in the province of Québec. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Coastal flooding, Runup, Video-derived topography, Infragravity waves, XBeach.

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.

La fréquence et l'ampleur des dommages causés par les inondations au Canada augmentent chaque année, nécessitant des solutions préventives. Les étages inférieurs des bâtiments sont particulièrement vulnérables, justifiant la nécessité de détecter avec précision les ouvertures comme les portes et les fenêtres. Les nuages de points obtenus par télémétrie mobile sont bien adaptés pour identifier la présence de ces ouvertures sur les façades de bâtiments. Toutefois, la présence d'occlusions dans les nuages de points causées par des objets obstruant le faisceau LiDAR rend cette tâche complexe. Le présent projet de maîtrise vise à répondre à cette problématique en proposant une approche pour détecter et caractériser les occlusions dans les scènes acquises dans les milieux résidentiels et ruraux. La conception de la méthode est articulée autour de deux volets : la segmentation sémantique pour étiqueter le nuage de points et la détection d'occlusions par lancer de rayons. La méthode a été validée à partir de données simulées car elles permettent un contrôle total sur l'environnement et facilitent la visualisation des résultats. Cette analyse a ensuite été transposée sur les résultats obtenus à partir du nuage de points réel. Les résultats obtenus par la méthode proposée ont démontré une capacité à détecter la présence d'occlusions dans les milieux résidentiels et ruraux. La combinaison de la segmentation sémantique pour l'étiquetage du nuage de points avec la détection d'occlusions par lancers de rayons a permis une identification robuste des occlusions. Ces résultats soulignent l'efficacité de la solution dans des contextes réalistes, renforçant ainsi sa pertinence pour la détection précise des ouvertures sur les façades, une étape cruciale pour évaluer les risques liés aux inondations. La transposition réussie de l'analyse des données simulées aux résultats du nuage de points réel valide la robustesse de l'approche et son applicabilité dans des scénarios du monde réel.

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.

Extreme flood events continue to be one of the most threatening natural disasters around the world due to their pronounced social, environmental and economic impacts. Changes in the magnitude and frequency of floods have been documented during the last years, and it is expected that a changing climate will continue to affect their occurrence. Therefore, understanding the impacts of climate change through hydroclimatic simulations has become essential to prepare adaptation strategies for the future. However, the confidence in flood projections is still low due to the considerable uncertainties associated with their simulations, and the complexity of local features influencing these events. The main objective of this doctoral thesis is thus to improve our understanding of the modelling uncertainties associated with the generation of flood projections as well as evaluating strategies to reduce these uncertainties to increase our confidence in flood simulations. To address the main objective, this project aimed at (1) quantifying the uncertainty contributions of different elements involved in the modelling chain used to produce flood projections and, (2) evaluating the effects of different strategies to reduce the uncertainties associated with climate and hydrological models in regions with diverse hydroclimatic conditions. A total of 96 basins located in Quebec (basins dominated by snow-related processes) and Mexico (basins dominated by rain-related processes), covering a wide range of climatic and hydrological regimes were included in the study. The first stage consisted in decomposing the uncertainty contributions of four main uncertainty sources involved in the generation of flood projections: (1) climate models, (2) post-processing methods, (3) hydrological models, and (4) probability distributions used in flood frequency analyses. A variance decomposition method allowed quantifying and ranking the influence of each uncertainty source on floods over the two regions studied and by seasons. The results showed that the uncertainty contributions of each source vary over the different regions and seasons. Regions and seasons dominated by rain showed climate models as the main uncertainty source, while those dominated by snowmelt showed hydrological models as the main uncertainty contributor. These findings not only show the dangers of relying on single climate and hydrological models, but also underline the importance of regional uncertainty analyses. The second stage of this research project focused in evaluating strategies to reduce the uncertainties arising from hydrological models on flood projections. This stage includes two steps: (1) the analysis of the reliability of hydrological model’s calibration under a changing climate and (2) the evaluation of the effects of weighting hydrological simulations on flood projections. To address the first part, different calibration strategies were tested and evaluated using five conceptual lumped hydrological models under contrasting climate conditions with datasets lengths varying from 2 up to 21 years. The results revealed that the climatic conditions of the calibration data have larger impacts on hydrological model’s performance than the lengths of the climate time series. Moreover, changes on precipitation generally showed greater impacts than changes in temperature across all the different basins. These results suggest that shorter calibration and validation periods that are more representative of possible changes in climatic conditions could be more appropriate for climate change impact studies. Following these findings, the effects of different weighting strategies based on the robustness of hydrological models (in contrasting climatic conditions) were assessed on flood projections of the different studied basins. Weighting the five hydrological models based on their robustness showed some improvements over the traditional equal-weighting approach, particularly over warmer and drier conditions. Moreover, the results showed that the difference between these approaches was more pronounced over flood projections, as contrasting flood magnitudes and climate change signals were observed between both approaches. Additional analyses performed over four selected basins using a semi-distributed and more physically-based hydrological model suggested that this type of models might have an added value when simulating low-flows, and high flows on small basins (of about 500 km2). These results highlight once again the importance of working with ensembles of hydrological models and presents the potential impacts of weighting hydrological models on climate change impact studies. The final stage of this study focused on evaluating the impacts of weighting climate simulations on flood projections. The different weighting strategies tested showed that weighting climate simulations can improve the mean hydrograph representation compared to the traditional model “democracy” approach. This improvement was mainly observed with a weighting approach proposed in this thesis that evaluates the skill of the seasonal simulated streamflow against observations. The results also revealed that weighting climate simulations based on their performance can: (1) impact the floods magnitudes, (2) impact the climate change signals, and (3) reduce the uncertainty spreads of the resulting flood projection. These effects were particularly clear over rain-dominated basins, where climate modelling uncertainty plays a main role. These finding emphasize the need to reconsider the traditional climate model democracy approach, especially when studying processes with higher levels of climatic uncertainty. Finally, the implications of the obtained results were discussed. This section puts the main findings into perspective and identifies different ways forward to keep improving the understanding of climate change impacts in hydrology and increasing our confidence on flood projections that are essential to guide adaptation strategies for the future.

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.

Alors que pour la plupart des rivières, la rupture du couvert de glace est un processus d'amont en aval, la rupture en estuaire est un processus de l'aval vers l'amont. Les ondes de marée qui remontent l'embouchure des estuaires parviennent à fracturer la couverture de glace en morceaux lors de la marée montante et transportent ensuite ces morceaux hors de l'estuaire lors de la marée descendante. Les conditions hydrométéorologiques affectant ce processus restent peu documentées et mal comprises. À cette fin, une campagne de terrain de deux ans a été mise sur pied pour surveiller la débâcle printanière dans quatre estuaires du Québec. Les résultats ont montré que l'affaiblissement thermique de la glace est un précurseur nécessaire à la débâcle de celle-ci. D'autres facteurs comme le marnage et le débit sont aussi des paramètres importants pour prédire le type de débâcle qui sera observé. En parallèle, une simulation numérique (Hec-Ras) d'une section de la rivière Saint-Anne, au Québec, a été menée en y ajoutant un barrage à seuil gonflable (à Chute-Panet). Celui-ci permettrait de reproduire artificiellement les cycles de marées. Les critères hydrauliques montrent que l'ajout de ce type de barrage permettrait de faciliter la destruction et l'évacuation du couvert de glace avant que celui-ci ne provoque des inondations dans la ville de Saint-Raymond. Des critères empiriques et l'application de la théorie des poutres reposant sur des fondations élastiques ont aussi été utilisés pour affiner notre compréhension du phénomène de rupture en rivière gelée. Finalement, le troisième volet de cette étude porte sur la réalisation d'une maquette de rivière en laboratoire d'hydraulique. Son utilisation vise à combler les limites des modèles numériques et à étudier différents scénarios d'opération du barrage.