Impact hydrologique du pavage perméable en milieu urbain au Québec. - Vaillancourt, Catherine (Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 2018)
L’objectif du projet est d’évaluer les effets causés par l’implantation de sites de pavages perméables (PP) sur les bassins versants (BV) urbanisés. La méthodologie de cette étude se décline en cinq étapes, soit : (i) caractériser la capacité d’infiltration de cinq sites de PP de la grande région de Montréal; (ii) récolter des données de pluie et de débit au site de l’usine Stonedge à Chambly; (iii) modéliser le fonctionnement hydrologique de ce site à l’aide du Storm Water Management Model (SWMM), dont les paramètres sont calés à partir des données d’observations à Stonedge; (iv) créer un modèle amélioré d’unité de PP; et (v) évaluer, par modélisation SWMM, l’effet de l’implantation de sites de PP sur les dysfonctionnements hydrauliques et les rejets de réseaux de BV urbains réels. Les tests de capacité d’infiltration ont démontré une très grande capacité d’infiltration des sites de PP, sans égard à la saison ni à l’usage du site. Les observations de pluie et de débits ont été récoltées à Chambly sur une période de 24 mois. Leur analyse a permis de constater, à l’échelle du site, une diminution du volume de ruissellement de 6 à 12 mm par événement de pluie et un décalage de la pointe du débit allant jusqu’à 3 h. Le bilan hydrologique réalisé sur le site indique une réduction du ruissellement, les fractions ruisselées varient de 2% à 75%. Le modèle de PP du site de Stonedge a servi de base pour l’évaluation de l’impact des sites de PP à l’échelle de quatre BV urbains, drainés par des réseaux séparés (2) et unitaires (2). Cet impact se traduit par des réductions, pour les réseaux unitaires : du nombre de surverses jusqu’à 100%, du volume de surverse de 19% à 100%, et de la durée de surverse de 16% à 100% annuellement. Une réduction moyenne de la durée d’inondation de 71% pour les secteurs industriels (réseaux séparés) et de 30% pour les secteurs en réseau unitaire a aussi été constatée. Finalement, une réduction de 30 % des volumes et de 7% à 34% des débits de pointe envoyés au cours d’eau pour les deux secteurs drainés par des réseaux séparés a été observée. The objective of this project was to evaluate the effects of the installation of permeable pavement (PP) sites on urbanized watersheds. The methodology of this study included five work packages: (i) characterize the infiltration capacity of five PP sites in the greater Montreal area; (ii) collect rain and flow data at the Stonedge plant site in Chambly; (iii) model the hydrological behavior of this site using the Storm Water Management Model (SWMM), whose parameters were calibrated from observation data at Stonedge; (iv) create an improved model of PP unit; and (v) evaluate, using SWMM , the effect of developing a PP site on hydraulic malfunctions and discharges of actual urban watershed networks. The infiltration capacity tests demonstrated a very high infiltration capacity of the PP sites, regardless of the season or land use. Rainfall and flow observations were collected at Chambly over a 24-month period. Their analysis found a site-wide decrease in runoff volume of 6 to 12 mm per rainfall event and a peak flow delay of up to 3 hours. The water balance for the site indicates a reduction in runoff, with fractions of the runoff ranging from 2% to 75%. The PP model of the Stonedge site served as a basis for evaluating the impact of PP sites at the scale of four urban watersheds, drained by separate (2) and combined (2) networks. This impact meant reductions of up to 100% in the number of combined sewer overflows, 19% to 100% of their volume, and 16% to 100% of their duration, annually. There was also an average reduction in surface flood duration of 71% for the industrial sectors (separate networks) and 30% for the combined sectors. Finally, there is also a 30% reduction in volumes and from 7% to 34% of the peak flows discharged to the watercourse for the two sectors drained by separate networks.

Gestion intégrée des catastrophes en Afrique Subsaharienne : rôle de l’assurance, pour un système de gestion performant et la résilience des populations au Bénin - Goundjo, Antoine (2018)
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.

Étude des facteurs contrôlant la présence de l’algue Didymosphenia geminata et des impacts de sa présence sur le saumon atlantique juvénile. - Gillis, Carole-Anne (Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 2018)
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. 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.

Suivi en temps réel de l’aléa inondation par cameras de surveillance : estimation du niveau de l’eau. - Latapie, Romain (Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 2018)
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. 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.