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BULLETIN
D'INFORMATION |
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La modélisation de
l’écosystème fluvial : par Jean Morin, Marc Mingelbier et Jean-François Cantin Déjà soumis à d'importantes fluctuations de son régime, l'écosystème fluvial du Saint-Laurent pourrait atteindre des niveaux d'eau extrêmes au cours des prochaines décennies, principalement en raison des changements climatiques. Dans le cadre des travaux du Sous-comité Niveau d'eau du domaine d'intervention Biodiversité de Saint-Laurent Vision 2000, des chercheurs se penchent sur la conception et la validation de modèles qui permettent de décrire la dynamique fluviale du Saint-Laurent et de simuler une large gamme de débits, de niveaux d'eau et de courants. Intégrant les connaissances biologiques et physiques sur le Saint-Laurent, ces travaux permettront d'améliorer les processus de gestion du fleuve, grâce à une meilleure compréhension des conséquences des fluctuations du niveau d'eau sur l'écosystème. Le milieu physique, un dénominateur commun Le milieu physique du fleuve est sans aucun doute le dénominateur commun à tous les projets menés dans le cadre des travaux du Sous-comité Niveau d'eau. En effet, il est primordial pour l'équipe de comprendre en détail la physique du Saint-Laurent afin de remplir le mandat qui lui a été confié. On sait que les variables abiotiques telles que le débit, le niveau, le courant, le substrat, la température et les vagues structurent les communautés végétales et animales et expliquent une forte proportion de leurs variations spatiales et temporelles. Ces variables offrent l'avantage majeur d'être modélisables à une très haute résolution spatiale à l’aide de modèles mathématiques à deux dimensions, ce qui est compatible avec la grande diversité et l'échelle spatiale du Saint-Laurent. C'est dans le but de quantifier les conséquences des variations de niveaux d'eau sur le système fluvial que le Service météorologique du Canada a entrepris la modélisation des principales variables physiques telles que la profondeur de l’eau, les courants et les vagues. Cette modélisation permet de prédire avec une précision satisfaisante la valeur des variables physiques pour l'ensemble du fleuve, dans toutes les conditions possibles, même celles qui n’ont jamais été observées. Le principal avantage de la modélisation, c'est qu'elle permet de réduire au minimum l'échantillonnage systématique et coûteux, car ces variables changent dans l'espace en fonction des débits et des saisons. La modélisation se prête aussi à une multitude d'autres applications, notamment dans les cas de déversements de pétrole, alors qu'il est impératif de pouvoir prédire rapidement les zones potentiellement touchées. Surfaces inondées à deux conditions de débits extrême
Vitesse près du fond générée par les vagues
Vitesse du courant
Le lien entre les SIG, les simulations mathématiques et les données de terrain La modélisation du fleuve actuellement en cours intègre à la fois les capacités informatiques actuelles et les systèmes d’information géographique (SIG), ainsi que plusieurs modèles mathématiques et de nombreuses données de terrain. Les outils numériques mis au point par l’Institut national de recherche scientifique-Eau, le Centre hydraulique du Canada et d’autres universités seront utilisés pour simuler diverses conditions de niveaux d’eau, de courants, de vagues et de lumière en deux dimensions, entre Montréal et Trois-Rivières. À partir des résultats obtenus, la dynamique des sédiments, la répartition des masses d’eau et leur temps de résidence, ainsi que d'autres variables telles que la température de l’eau pourront être simulés. Le modèle de terrain comprend la description de la topographie de haute densité du lit du fleuve, ainsi que la distribution spatiale du substrat et des plantes aquatiques, qui ont une incidence importante sur le milieu physique.
La modélisation de l'écosystème en passant par l'habitat Les organismes vivants sont adaptés à leur environnement, et leur présence dans la plaine inondable ou le lit du fleuve n'est ni aléatoire, ni fortuite. Les préférences d'habitat, que l'on peut décrire partiellement par les variables physiques, expliquent une forte proportion de la présence d'une espèce. Par exemple, on trouve le potamot pectiné, une plante abondante dans le Saint-Laurent, uniquement dans les zones où le courant varie entre 0,3 et 0,6 m/s et où l'intensité lumineuse fluctue entre 50 et 80 p. 100 de la lumière incidente. Étant donné que la modélisation donne la possibilité d'obtenir la valeur de ces deux variables partout dans le Saint-Laurent, on peut alors prédire la répartition de cette plante dans le fleuve à l'aide de ses préférences d'habitat. La notion d'habitat peut également s'appliquer aux usages, tels que " l'habitat " d'un voilier dont le tirant d'eau est d'au moins 2 m. Il devient ainsi possible de connaître les zones navigables pour ce voilier en fonction des niveaux d'eau prédits. L'ensemble des travaux servira donc à mieux comprendre l'interaction entre le vivant ou les usages et le milieu physique. On pourra par conséquent produire une représentation à haute résolution spatiale des habitats du Saint-Laurent fluvial, simuler des situations qui n'ont pas encore été observées et, ainsi, évaluer les répercussions des fluctuations du niveau d'eau sur l'écosystème.
Les travaux de modélisation en cours La modélisation de l’habitat des plantes aquatiques submergées, entreprise par le Service météorologique du Canada, est déjà très avancée. Actuellement, au lac Saint-François, la biomasse de ces plantes est prédite avec justesse dans 75 p. 100 des cas, et la détermination des espèces, dans 85 p. 100 des cas. Le tronçon Montréal-Sorel et le lac Saint-Pierre sont aussi à l'étude. La modélisation de quelques assemblages typiques des plantes émergentes des milieux humides a également été entreprise par le Centre Saint-Laurent et le Service météorologique du Canada, et les résultats préliminaires sont prometteurs. De plus, la modélisation des habitats du poisson a été entreprise par la Société de la faune et des parcs du Québec, le Service météorologique du Canada et le Centre Saint-Laurent, qui travaillent à décrire l'habitat de reproduction, d’alevinage et d’alimentation des principales espèces de poisson du fleuve. L'information puisée dans plus de cent vingt documents, les observations effectuées sur le fleuve depuis plus de trente ans ainsi que les résultats de pêches expérimentales serviront de guides pour la modélisation. D’autre projets de modélisation portant sur l’érosion, la sédimentation ainsi que la productivité primaire sont en cours.
L’intégration et la diffusion des connaissances Le travail de modélisation entrepris représente un exercice de longue haleine qui s’enrichira des nouvelles connaissances acquises. La modélisation de l’écosystème est un outil privilégié pour l’intégration des connaissances, puisque les simulations de la physique exigent qu'on mette en relation diverses composantes du terrain. Elle est également un outil de diffusion, puisque les résultats sont obtenus sous forme d’images ou d’animations. À moyen terme, l’outil de modélisation et d’intégration permettra d’évaluer l'incidence de la gestion de l’eau, dans divers scénarios de débit, sur une série d'usages et de composantes biologiques du Saint-Laurent. Bien que la modélisation de la physique et de l’écosystème soit un outil très puissant, elle ne permet pas de tout prédire et les connaissances sur les liens entre la physique et plusieurs aspects du vivant sont encore incomplètes. L'étroite collaboration entre les modélisateurs et les chercheurs sur le terrain est donc essentielle.
Pour information : Jean-François Cantin Marc Mingelbier Jean Morin Pour en savoir plus : MORIN, J., et A. BOUCHARD, 2000. Les bases de la modélisation du tronçon Montréal / Trois-Rivières. Rapport scientifique, SMC-Hydrométrie RS-102. Environnement Canada, Sainte-Foy, 70 p. |
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