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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.

Les changements climatiques impactent de plus en plus la vie, le développement et la vulnérabilité de plusieurs communautés à travers le monde, lesquelles devant de plus en plus mitiger les risques naturels. Au Québec, la gestion des risques présente une philosophie de « retour à la normale » qui se penche davantage sur les dimensions d’intervention et de rétablissement. Cependant, à la lumière des incertitudes amenées par les changements climatiques, il est impératif que les communautés québécoises aient les capacités d’augmenter leur résilience face aux risques naturels qui s’accentuent rapidement. Ainsi, la capacité d’adaptation doit se retrouver au cœur de la gestion des risques. Cela dit, il existe peu d’outils d’évaluation de la capacité d’adaptation au Québec, entendue comme l’ensemble des ressources dynamiques disponibles et accessibles qui permettent une augmentation de la résilience et une diminution de la vulnérabilité en transformant positivement une communauté et son environnement. La présente recherche vise ainsi à développer une méthode d’analyse de la capacité d’adaptation des individus et des communautés québécoises touchées par les inondations à l’aide de systèmes d’information géographique (SIG), en utilisant la Ville de Saint-Raymond de Portneuf comme étude de cas. Ce projet se base principalement sur les concepts de vulnérabilité, de résilience et d’adaptation pour recenser des indicateurs pouvant servir à caractériser et évaluer la capacité des personnes et municipalités exposées aux inondations à mobiliser les ressources nécessaires pour non seulement atténuer les risques lors de tels événements, mais aussi mieux les prévenir et s’en préparer. Des données socioéconomiques et d’aménagement du territoire sont notamment mises à profit pour des fins d’analyse de même que des données issues d’un sondage effectué en 2014 à la suite d’une inondation majeure par la CAPSA, l’organisme de bassin versant de la région de Portneuf, en collaboration avec le comité Rivière de la Ville de Saint-Raymond.

Les variabilités et changements climatiques et les incapacités pour faire face à leurs risques, à leurs effets et, plus précisément, à gérer les catastrophes hydrométéorologiques (inondation et sécheresse) qui les accompagnent, viennent en ajouter aux vulnérabilités et aux problèmes, qui sont déjà une préoccupation en Afrique Subsaharienne et au Bénin. Face à leurs manifestations de plus en plus récurrentes – la faiblesse des systèmes de financement local de la gestion des catastrophes et le déficit des systèmes de protection sociale, qui témoignent des limites des capacités de transfert des risques de catastrophe – cette étude a identifié la structure (gouvernance-ressources), comme le problème essentiel de la gestion des catastrophes au Bénin. Une étude synthétique, étude de cas multiples avec trois niveaux d’analyse imbriqués, dans une approche qualitative, a permis de mieux comprendre comment, dans un contexte de pauvreté, l’intégration de la micro assurance climatique, modifie la structure, le processus et le résultat de la gestion des catastrophes et assure la performance du système et la résilience des populations. Elle a documenté les différents aspects de la structure et des vulnérabilités des systèmes et des populations et a identifié l’absence d’intégration de la micro assurance climatique aux systèmes de gestion des catastrophes, comme un problème au coeur de la complexité des déterminants de la résilience, aussi confrontée à une autre complexité, celle de la diversité des interconnexions entre les différentes catégories de risques, qui place la santé au coeur de tous les risques. La nécessité d’une gestion holistique du risque global, ou d’une gestion tout risque, telle que retenue par le Cadre d’Action de Hyōgo et le Cadre d’Action de Sendai; et l’importance d’apporter une réponse en accord au contexte et à son profil de risques, qui prend l’option pour la "démocratisation" d’une micro assurance climatique, gouvernée sur la base de fondements idéologiques d’équité et d’efficience, cette recherche a préconisé – pour une gestion plus rationnelle, pertinente, efficace et efficiente des catastrophes – une intégration de trois systèmes : le système de la gestion des catastrophes; le système de protection sociale, y compris celui de la micro assurance climatique, et le système de la santé; tous reconnus outillés pour la gestion des risques. Elle a retenu, qu’une telle approche saurait aussi assurer une gestion efficace du changement qu’induirait l’intégration de la micro assurance climatique à la gestion des catastrophes; de ii même qu’une meilleure utilisation des outils et méthodes de sensibilisation, de prévention, de prévision et d’évaluation des risques et des dommages dont recèlent les pratiques en micro assurance climatique. Elle constate que la réussite de l’intégration de la MAC et son développement sont essentiellement plus déterminés par les acteurs et leurs intérêts, que par les ressources financières, même si elles sont aussi indispensables. Cette recherche préconise qu’à partir de choix de modèles et de modes d’intégration bien étudiés, son intégration ou sa prise en compte dans les différents programmes d’aide et de protection sociale mis en oeuvre au Bénin pourrait être, à travers les subventions de l’État, un moyen de mobilisation de fonds en faveur de son financement et de sa viabilité/durabilité. Ce financement pourra aussi s’appuyer sur les mécanismes traditionnels de financement de l’assurance, de la micro assurance, des changements climatiques et de la réduction des risques de catastrophe au Bénin, en Afrique et dans le monde. C’est pourquoi, en termes de gouvernance, ce travail soutien une restructuration avec une gestion entièrement centrée sur les communes, dans une approche des services de première ligne avec les réseaux de services ; en termes de ressources, il a aussi analysé les conditions et les possibilités de développement d’une micro assurance climatique, qui dépend avant tout de la qualité de la gestion des catastrophes (capacités à réduire les risques et limiter les pertes ou capacités à induire la résilience des systèmes et des populations). Cette approche puise dans les réalités et pratiques endogènes de gestion des catastrophes et surtout de protection sociale ou de transfert de risques ; elle s’inspire des bonnes pratiques d’ailleurs ; elle contribue à instaurer l’équité, comme principe de la gestion intégrée des catastrophes et, au-delà de la résilience, à susciter une convergence des efforts pour l’autonomisation de la structure et des populations, face aux manifestations catastrophiques des inondations et de la sécheresse. Cette recherche pense qu’il faut oser la micro assurance universelle pour la gestion des catastrophes hydrométéorologiques; qu’elle est réalisable ou faisable, même en contexte de pauvreté; et qu’il est aussi possible de combiner micro assurance climatique universelle et assurance médicale universelle, dans une dynamique qui mobilise des approches efficientes et les intérêts.

Au Vietnam, l’adaptation aux inondations en milieu rural est indissociable des gestes informels posés par les ménages à l’échelle micro. Dans le contexte de transition urbaine rapide qui caractérise actuellement le pays, ces ménages et les communautés auxquelles ils appartiennent subissent des pressions socio-économiques et environnementales majeures en lien avec l’urbanisation de leur milieu de vie. À travers l’étude de cas d’une communauté villageoise périurbaine de Hanoi, ce mémoire cherche à comprendre comment ces perturbations affectent la vulnérabilité aux inondations des populations préexistantes ainsi que leurs capacités à s’y adapter. L’analyse est centrée sur la micro-échelle, une approche jusqu’ici principalement utilisée dans les études en milieu rural au Vietnam. Appliquée au contexte périurbain de Hanoi, à l’aide d’enquêtes par questionnaire et d’entretiens semi-dirigés, cette approche précise et nuance les conséquences que peut avoir l’urbanisation sur la vulnérabilité et l’adaptation aux inondations. Elle révèle les façons dont les ménages perçoivent leur vulnérabilité et leur capacité à la réduire dans le contexte transitoire actuel. L’analyse démontre que la périurbanisation de Hanoi affecte les moyens de subsistance de manière contrastée au sein des communautés villageoises en cours d’urbanisation. Ces impacts différenciés d’un ménage à l’autre influencent leur capacité d’adaptation et la trajectoire d’adaptation qu’ils empruntent face aux inondations. Certains profitent des nouvelles opportunités économiques liées à l’urbanisation de leur milieu de vie pour réduire leur vulnérabilité et ainsi contrebalancer les effets pervers qu’entraîne ce même processus sur la gravité des inondations. D’autres sont plutôt contraints de vivre dans un état de vulnérabilité exacerbé par leur manque de moyens et la précarité de leurs moyens de subsistance. Finalement, les résultats suggèrent que les opportunités d’adaptation observées dans le présent n’assurent pas automatiquement une préparation adéquate dans un avenir où tant les changements climatiques que l’urbanisation risquent d’être plus soutenus.

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.

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.