ÉVALUATION DE LA CONTRIBUTION DES EAUX SOUTERRAINES À LA TEMPÉRATURE DES EAUX DE SURFACE DANS DES RIVIÈRES DU QUÉBEC NORDIQUE

L'interaction entre les eaux souterraines (GW) et les eaux de surface (SW) des rivières peut affecter la quantité d'eau (disponibilité) et la température, ce qui a un impact sur la vie aquatique. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre et de quantifier l’interaction GW-SW à l’endroit de rivières nordiques affectées par les changements climatiques. Les travaux réalisés se sont attardés à identifier les zones d'écoulement de GW dans les rivières, analyser leurs caractéristiques hydrogéomorphologiques, quantifier le rôle de GW dans le bilan thermique des rivières et anticiper les changements dans l'interaction entre le GW et le SW en considérant les scénarios de changement climatique prévus. Deux rivières ont été sélectionnées pour l’étude afin d'évaluer les mécanismes physiques qui gouvernent l'interaction GW-SW selon deux climats différents et dans des conditions avec et sans pergélisol, soit pour la rivière Sainte-Marguerite localisée au sud de la province de Québec et sans pergélisol ainsi que la rivière Bérard au nord et avec un pergélisol discontinu. La méthodologie a consisté en une combinaison de techniques pour la collecte des données sur le terrain et des travaux de modélisation numérique pour simuler l’écoulement de l’eau et son comportement thermique. Les mesures sur le terrain ont consisté en l'imagerie thermique aérienne (TAI) des rivières, des mesures en radon dans l’eau pour l'identification des refuges thermiques et des zones de refroidissement, l'installation de piézomètres en berge et dans le lit des rivières ainsi que le suivi du niveau d'eau et la température avec des capteurs submersibles. De plus, des essais à l’infiltromètre et de traçage passif et actif de la chaleur dans le lit des cours d’eau ont permis de quantifier le taux d'infiltration de GW dans les rivières. Ces acquisitions de données ont été complétées par la collecte d'échantillons de sédiments pour évaluer leurs propriétés hydrauliques et thermiques en laboratoire. Les données récoltées ont ensuite été utilisées pour le développement et l'étalonnage de modèles numériques couplés d’écoulement d’eau et de transfert de chaleur qui a permis la simulation de scénarios de changements climatiques. Selon l'analyse de TAI des rivières étudiées, 89 % des refuges thermiques identifiés et environ 60 % des zones de refroidissement étaient contrôlés par le GW. Les concentrations en radon mesurées dans les zones de refroidissement ont montré une contribution évidente de GW à la température de SW et ainsi, GW a été considérée comme le principal contributeur d'eau froide dans les rivières. La continuité du pergélisol et la forme de la vallée fluviale se sont avérées être les principaux paramètres contrôlant la distribution des refuges thermiques et des zones de refroidissement. Les simulations numériques ont démontré que le GW peut affecter le bilan thermique des rivières selon plus de 30 % pendant les vagues de chaleur au cours des saisons chaudes et à faible débit. Pour la section de la rivière Bérard modélisée en coupe, les simulations ont démontré que selon les scénarios de changement climatique prévus, le dégel du pergélisol dans les régions septentrionales du Québec est inévitable d'ici 2100. Le dégel du pergélisol fera augmenter brusquement l'infiltration de GW dans le lit de la rivière par plus de trois ordres de grandeur. Pour la section modélisée de la rivière Sainte-Marguerite dans la zone sans pergélisol, l’augmentation d’infiltration de GW est progressive et considérable, mais inférieure à 50 %. La modification du taux d'infiltration de GW peut entrainer à l'avenir un changement de l'emplacement des zones de refroidissement des rivières et des refuges thermiques, et donc des différences dans la répartition des poissons dans les rivières.