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Flood maps are the final products of dam failure studies that are required by dam safety regulations. A flood limit, which represents the maximum envelope reached by flood waves, is generally the result of a dam-break scenario simulated by a hydraulic numerical model. However, the numerical model uses only a limited portion of the available bathymetry data to build the terrain model (2D mesh plus topometric elevation at nodes). This is particularly so in the cases where the topo-metric data recorded by LIDAR was estimated in several million points. But the hydraulic numerical models rarely exceed hundreds of thousands of nodes, in particular because of the computer constraints and time associated with the operation of these models. The production of the final flood map requires consistency between projected levels and elevations for all points on the map. This verification may be tedious for a large area with several small secondary valleys of tributary streams that have not been represented by the original hydraulic numerical model. The aim of this work is to propose an automatic remeshing strategy that uses the envelope of the maximum dimensions reached by the original model coupled with the available LIDAR data to produce an improved mesh that can accurately capture the wet/dry fronts and the overflows of the secondary valleys. This model helps us to consider the maximum slope inside each element on the basis of the real data, instead of controlling the slope for not having negative depth or controlling the velocity. The algorithm is based on a few basic steps: (i) find the elements cut by the envelope of the wet/dry interfaces; (ii) project the topometric points onto the cut elements; (iii) if these points are very close to the interface, if they are found in a valley, or if they are more elevated than the corresponding cut elements, then these points will be added to the previous nodes and included in a subsequent triangulation step; and (iv) re-run the simulation on the new mesh. This algorithm has been implemented and validated in the study of a dambreak flow with a complex river topography on the Eastmain River and the Romaine-Puyjalon River.

L'évaluation de l'impact hydrologique du changement climatique présente une importance particulière pour les bassins de la Méditerranée, qui sont très sensibles aux événements hydrologiques extrêmes. La modélisation des systèmes aussi complexes pour la gestion des ressources hydriques est un défi difficile. L'objectif global de ce travail est de contribuer au développement d'une approche de modélisation qui permette l'évaluation de l'impact hydrologique du changement climatique sur deux bassins de la Méditerranée, localisés en Sardaigne. Cette contribution se concentre sur deux sujets principaux: comprendre comment la représentation physique des modèles hydrologiques grave sur l'évaluation de l'impact hydrologique dû au changement climatique sur un bassin avec un climat semi-aride, le Rio Mannu di San Sperate, et montrer comme le modélisation avancé puisse aider à définir de mesures de modération et adaptation dans un système complexe enclin aux événements hydrique extrêmes, le Flumendosa, en conditions de changement climatique. Pour atteindre cet objectif le travail s'articule en trois phases. Les effets du changement climatique sur le bassin du Rio Mannu sont évalués à travers la comparaison des résultats de cinq modèles hydrologiques, CATchment HYdrology (CATHY), Soil and Water Assessment Tool (SWAT), TIN-based Real time Integrated Basin Simulator (tRIBS), TOPographic Kinematic APproximation and Integration-eXtended (TOPKAPI-X), and Water flow and balance Simulation Model (WASIM), en utilisant comme forçage atmosphérique les données de quatre combinaisons de modèles climatiques globaux (GCM) et régionaux (RCM). Pour évaluer les incertitudes une métrique récemment proposée est utilisée: les résultats des modèles sont comparés pendant une période de référence et future, en utilisant l'index de corrélation de Pearson et le bias de Duveiller. Même si certaines différences existent, en tout les modèles hydrologiques montrent une bonne concordance, et ils répondent de manière semblable à la réduction de la précipitation et à l'accroissement de la température prévu par les modèles climatiques. Il s'attend donc que le bassin dans l'avenir sera sujet à une réduction de la disponibilité de ressource hydrique, avec des conséquences négatives en particulier pour le secteur agricole. Une comparaison détaillée des réponses obtenue sur le même bassin avec trois modèles hydrologique à base physique avec différent degré pour ce qui concerne la représentation des procès physiques et des caractéristiques du terrain, CATHY, TOPKAPI-X, tRIBS, est effectué dans le but de tester la transférabilité des paramètres entre les trois modèles hydrologiques, avec une attention particulière sur les difficultés relevées dans les périodes de calibrage et validation. Tandis que les trois modèles ont répondu de manière semblable pendant la période de calibrage, significatives différences ont été relevées pendant la période de validation, caractérisé par un climat très sec, avec le modèle CATHY, qu'il a produit un très bas décharge. En conséquence, pour obtenir résultats satisfaisants avec le modèle CATHY, l’hypothèse de croûtage de sol a été assumée, sur la base dont la couche premier de sol a été modelée avec une conductibilité hydraulique saturée réduite. Finalement le modèle TOPKAPI-X est implémenté sur un des principaux bassins de la Sardaigne, d'importance stratégique pour le système hydrique de la région, le Flumendosa, afin d’évaluer les effets du changement climatique à plus grande échelle. Le modèle répond avec une diminution des valeurs de décharge, contenu hydrique et évapotranspiration réelle à la réduction de la précipitation et accroissement des températures prévus par les modèles climatiques en donnant aussi support à une scène future de carence de la ressource hydrique dans ce bassin de la zone Méditerranéenne.<br /><br />Assessing the hydrologic impacts of climate change is of great importance in the Mediterranean basins, which are heavily sensitive to climate variability, with significant impacts on water resources and hydrologic extremes. Modeling such complex systems to manage water resources and predict hydrologic extremes is a difficult task. The overall aim of the work described in this thesis is to bring a contribution in developing a modeling approach that allows evaluation of local hydrologic impacts of climate changes in two Mediterranean catchments located in Sardinia. This contribution revolves around two main themes: understanding how physical representation of hydrologic models can affect hydrologic impact assessment under climate change on a semi-arid basin of the Mediterranean region, the Rio Mannu catchment, and demonstrating how advanced hydrologic modeling can help in defining adaptation measures in a complex water system, the Flumendosa basin, under climate change. The work to achieve the general objective is elaborated into three stages. The effects of climate change are evaluated on the Rio Mannu catchment through comparison of the results from five hydrologic models, CATchment HYdrology (CATHY), Soil and Water Assessment Tool (SWAT), TIN-based Real time Integrated Basin Simulator (tRIBS), TOPographic Kinematic APproximation and Integration-eXtended (TOPKAPI-X), and Water flow and balance Simulation Model (WASIM), and using as atmospheric input outputs of four climate global (GCM) and regional (RCM) model combinations. In order to evaluate uncertainties, a recently proposed metric is used: climate and hydrologic models results are compared in terms of agreement with each other in reference and future periods using Pearson correlation values and Duveiller bias. Notwithstanding some differences, overall the five hydrologic models show good agreement, and they respond similarly to the reduced precipitation and increased temperatures predicted by the climate models, lending strong support to a future scenario of increased water shortages for this region of the Mediterranean, with negative consequences especially for the agricultural sector. Detailed comparison of the responses obtained with three physically based hydrologic models, but to varying degrees as regards physical processes and terrain features representation – CATHY, tRIBS, and TOPKAPI-X – on the same catchment is carried out, with the aim to test the transferability of parameters between the three hydrologic models, focusing in particular on the calibration and validation difficulties. While the three hydrologic models responded similarly during the calibration year, significant differences were found for the drier validation period for the CATHY model, which produced very low streamflow. To obtain satisfactory results for the CATHY model, an hypothesis of soil crusting was assumed and the first soil layer was modeled with a lower saturated hydraulic conductivity. Finally, the TOPKAPI-X model is applied on a large Sardinian basin prone to extreme flood events, the Flumendosa basin, to assess the hydrologic impact of climate change at much larger scale. The model responds with decreasing value of discharge, soil water content, and actual evapotranspiration to the reduced precipitation and increased temperature predicted by the climate models, lending strong support to a future scenario of increased water shortages also in this basin of the Mediterranean region.<br /><br />La valutazione dell’impatto idrologico del cambiamento climatico riveste particolare importanza per i bacini del Mediterraneo, sensibili ad eventi idrologici estremi. Modellizzare dei sistemi così complessi per la gestione della risorse idriche è una sfida difficile. L’obiettivo globale di questo lavoro è contribuire allo sviluppo di un approccio modellistico che consenta la valutazione dell’impatto idrologico del cambiamento climatico su due bacini del Mediterraneo localizzati in Sardegna. Questo contributo si focalizza su due temi principali: capire come la rappresentazione fisica dei modelli idrologici incida sulla valutazione dell’impatto idrologico dovuto al cambiamento climatico su un bacino con un clima semi-arido, il Rio Mannu di San Sperate, e dimostrare come la modellizzazione avanzata possa aiutare nel definire misure di adattamento in un sistema idrico complesso incline ad eventi estremi, il Flumendosa, in condizioni di cambiamento climatico. Per raggiungere tale obiettivo il lavoro si articola in tre fasi. Gli effetti del cambiamento climatico sul bacino del Rio Mannu sono stati valutati attraverso il confronto dei risultati di cinque modelli idrologici, CATchment HYdrology (CATHY), Soil and Water Assessment Tool (SWAT), TIN-based Real time Integrated Basin Simulator (tRIBS), TOPographic Kinematic APproximation and Integration-eXtended (TOPKAPI-X), and Water flow and balance Simulation Model (WASIM), utilizzando come forzante atmosferica gli output di quattro combinazioni di modelli climatici globali (GCM) e regionali (RCM). Per valutare le incertezze è stata utilizzata una metrica recentemente proposta: i risultati dei modelli sono stati comparati durante un periodo di riferimento e futuro, utilizzando l’indice di correlazione di Pearson e il bias di Duveiller. Pur con qualche differenza, complessivamente i modelli idrologici mostrano una buona concordanza tra loro, e rispondono in maniera simile alla riduzione della precipitazione e all’incremento della temperatura previsti dai modelli climatici. Ci si aspetta pertanto che il bacino nel futuro sarà soggetto ad una riduzione della disponibilità di risorsa idrica, con conseguenze negative in particolare per il settore agricolo. È stato effettuato un confronto dettagliato delle risposte ottenute sullo stesso bacino con tre modelli idrologici fisicamente basati di diverso grado per quanto riguarda la rappresentazione dei processi fisici e delle caratteristiche del terreno, CATHY, TOPKAPI-X, tRIBS, con lo scopo di testare la trasferibilità dei parametri tra i tre modelli idrologici, concentrandosi sulle difficoltà riscontrate nei periodi di calibrazione e validazione. Mentre i tre modelli hanno risposto in maniera simile durante il periodo di calibrazione, sono state riscontrate significative differenze durante il periodo di validazione, caratterizzato da un clima molto secco, con il modello CATHY, che ha prodotto una portata molto bassa. Pertanto, per ottenere risultati soddisfacenti con il modello CATHY, è stata assunta l’ipotesi di soil crusting, sulla base della quale il primo strato di suolo è stato modellato con una ridotta conducibilità idraulica satura. Infine il modello TOPKAPI-X è stato implementato su uno dei principali bacini sardi di importanza strategica per il sistema idrico della regione, il Flumendosa, per valutare gli effetti del cambiamento climatico a scala maggiore. Il modello risponde con una diminuzione dei valori di portata, contenuto idrico ed evapotraspirazione reale alla riduzione della precipitazione ed incremento della temperature previsto dai modelli climatici, dando supporto ad uno scenario futuro di carenza della risorsa idrica anche in questo bacino dell’area Mediterranea.

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.

This study aims to evaluate the effects of the Canadian Regional Climate Model’s (CRCM) spatial resolution on summer-fall floods simulation. Seven different climate simulations issued from the fourth and the fifth version of the CRCM are employed. Four different climate simulations issued from the fourth version of the CRCM (CRCM4) are compared. They are composed of two simulations driven by the Canadian General Circulation Model (CGCM) and two driven by the ERA-40c reanalysis using grid meshes of 15 km and 45 km resolutions for each driver. Three climate simulations issued from the fifth version of the CRCM (CRCM5) driven by the ERA-Interim at 0.44° (≈ 48 km), 0.22° (≈ 24 km) and 0.11° (≈ 12 km) spatial resolutions are used. All comparisons are evaluated on a daily time-step for the 1961-1990 period (for CRCM4) and for the 1981-2010 period (for CRCM5). These seven simulations (four from CRCM4 and three from CRCM5) are used as input for two hydrological models of varying complexity (HSAMI and MOHYSE). Each model is calibrated using three different objective functions based on the Kling-Gupta Efficiency criteria (KGE) to target the summer-fall floods. Three seasonal indices are used to evaluate the CRCM outputs: bias (temperature), relative bias (precipitation) and variances ratio (temperature and precipitation). In an attempt to evaluate the effects of the spatial resolution on the hydrological modelling of summer-fall floods, streamflow simulations are generated using the seven climate datasets. The generated climate-driven streamflow simulations are analysed by two performance statistics: the seasonal values of KGE and the seasonal relative biases. Summer-fall floods are evaluated through the use of four flood indicators, the 2-year, 5-year, 10-year and 20-year return periods. The results revealed an impact of spatial resolution on climate model outputs (temperature and precipitation) and on summer-fall floods simulation by the two hydrological models and the three different calibration approaches, although this can be due to other elements such as domain size and climate model driver. The flood indicators demonstrate an increase on the summer-fall floods return periods with increasing resolution from both hydrological models. On the other hand the hydrological models structure and the calibration approaches did not show significant impacts on the summer-fall floods. The results highlight the need for further research to assess the additional uncertainty due to the impacts of the climate simulations spatial resolution on hydrological studies.

Neurofibromatosis (NF), including type 1 (NF1), type 2 (NF2), and schwannomatosis; tuberous sclerosis complex (TSC); and Sturge-Weber syndrome are 3 neurocutaneous disorders that typically present in childhood. Early recognition by the pediatrician can be critical to surveillance for treatable complications and genetic counseling. These conditions are diagnosed clinically, but genetic testing is available to clarify an uncertain diagnosis or help with genetic counseling. Although many of the complications can only be treated symptomatically, advances in understanding of the pathogenesis are opening new approaches to molecularly targeted therapeutics, which promise to alter the natural history of the conditions in the years to come.

With the growing realization that crystallization processes may evolve through a sequence of different solid forms, including amorphous precursor phases, the development of suitable in-situ experimental probes is essential for comprehensively mapping the time-evolution of such processes. Here we demonstrate that the CLASSIC NMR (Combined Liquid- And Solid-State In-situ Crystallization NMR) strategy is a powerful technique for revealing the transitory existence of amorphous phases during crystallization processes, applying this technique to study crystallization of dl-menthol and l-menthol from their molten liquid phases. The CLASSIC NMR results provide direct insights into the conditions (including the specific time period) under which the molten liquid phase, transitory amorphous phases and final crystalline phases exist during these crystallization processes.

Abstract Accelerating mountain glacier recession in a warming climate threatens the sustainability of mountain water resources. The extent to which groundwater will provide resilience to these water resources is unknown, in part due to a lack of data and poorly understood interactions between groundwater and surface water. Here we address this knowledge gap by linking climate, glaciers, surface water, and groundwater into an integrated model of the Shullcas Watershed, Peru, in the tropical Andes, the region experiencing the most rapid mountain‐glacier retreat on Earth. For a range of climate scenarios, our model projects that glaciers will disappear by 2100. The loss of glacial meltwater will be buffered by relatively consistent groundwater discharge, which only receives minor recharge (~2%) from glacier melt. However, increasing temperature and associated evapotranspiration, alongside potential decreases in precipitation, will decrease groundwater recharge and streamflow, particularly for the RCP 8.5 emission scenario. , Plain Language Summary Mountain regions play an important role in water supply, because meltwater from snow and ice feeds rivers during dry periods. Groundwater (water stored in the pore spaces of soils and rock), which flows into rivers, is also an important store of water in mountain areas and may help to protect water resources against the negative impacts of shrinking mountain glaciers. We used extensive field measurements and computer modeling of the Shullcas Watershed in the Peruvian Andes to determine the current and future role of groundwater in the face of climate change. Our model projects that glaciers in our study area will disappear by 2100. The loss of glacier meltwater is buffered in the short term (~30 years) by consistent groundwater flow to rivers. However, in the long term (>60 years), precipitation is expected to decrease and rising temperatures lead to increased evaporation and water use by plants. These factors reduce groundwater recharge and storage, causing dry season streamflow to drop. , Key Points Groundwater accounts for a large fraction of streamflow and only receives minor (~2%) recharge from glaciers in the study catchment in Peru As meltwater decreases, groundwater provides consistent discharge in the near term (~30 years), becoming a larger fraction of streamflow In the long term (>60 years), groundwater storage and discharge decrease in response to higher evapotranspiration and lower precipitation

Abstract. Climate models predict amplified warming at high elevations in low latitudes, making tropical glacierized regions some of the most vulnerable hydrological systems in the world. Observations reveal decreasing streamflow due to retreating glaciers in the Andes, which hold 99 % of all tropical glaciers. However, the timescales over which meltwater contributes to streamflow and the pathways it takes – surface and subsurface – remain uncertain, hindering our ability to predict how shrinking glaciers will impact water resources. Two major contributors to this uncertainty are the sparsity of hydrologic measurements in tropical glacierized watersheds and the complication of hydrograph separation where there is year-round glacier melt. We address these challenges using a multi-method approach that employs repeat hydrochemical mixing model analysis, hydroclimatic time series analysis, and integrated watershed modeling. Each of these approaches interrogates distinct timescale relationships among meltwater, groundwater, and stream discharge. Our results challenge the commonly held conceptual model that glaciers buffer discharge variability. Instead, in a subhumid watershed on Volcán Chimborazo, Ecuador, glacier melt drives nearly all the variability in discharge (Pearson correlation coefficient of 0.89 in simulations), with glaciers contributing a broad range of 20 %–60 % or wider of discharge, mostly (86 %) through surface runoff on hourly timescales, but also through infiltration that increases annual groundwater contributions by nearly 20 %. We further found that rainfall may enhance glacier melt contributions to discharge at timescales that complement glacier melt production, possibly explaining why minimum discharge occurred at the study site during warm but dry El Niño conditions, which typically heighten melt in the Andes. Our findings caution against extrapolations from isolated measurements: stream discharge and glacier melt contributions in tropical glacierized systems can change substantially at hourly to interannual timescales, due to climatic variability and surface to subsurface flow processes.

Evaluating the historical contribution of the volume loss of ice to stream flow based on reconstructed volume changes through the Little Ice Age (LIA) can be directly related to the understanding of glacier-hydrology in the current epoch of rapid glacier loss that has disquieting implications for a water resource in the Cordillera Blanca in the Peruvian Andes. However, the accurate prediction of the future glacial meltwater availability for the developing regional Andean society needs more extensive quantitative estimation from long-term glacial meltwater of reconstructed glacial volume. Modeling the LIA paleoglaciers through the mid-19th century (with the most extensive recent period of mountain glacier expansion having occurred around 1850 AD) in different catchments of the Cordillera Blanca allows us to reconstruct glacier volume and its change from likely combinations of climatic control variables and time. We computed the rate and magnitude of centennial-scale glacier volume changes for glacier surfaces between the LIA and the modern era, as defined by 2011 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Global Digital Elevation Model Version 2 (GDEM V2) and 2008 Light Detection and Range (LiDAR) data. The model simulation showed good agreement with the observed geomorphic data and the volume and surface area (V-S) scaling remained within the 25% error range in the reconstructed simulation. Also, we employed a recently demonstrated approach (Baraër, M. et al.) to calculate meltwater contribution to glacierized catchment runoff. The results revealed multiple peaks of both mean annual and dry season discharge that have never been shown in previous research on the same mountain range.

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