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Recherche sur des habitats particuliers, de l’écologie à l’hydrologie, en passant par l’exploitation des tourbières et la cartographie

Les zones humides : nos chercheurs en action !

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13 février 2020 // par Audrey-Maude Vézina
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Les milieux humides occupent environ 10 % du territoire québécois et près du double à l’échelle du pays. Découvrez les recherches que mènent quatre professeurs de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) en lien avec ces habitats particuliers : cartographie, écologie, exploitation des tourbières et hydrologie.

 
Tourbière
 

 

Où se situent les milieux humides canadiens ?

Le professeur Saeid Homayouni
Le professeur Saeid Homayouni

Marais, marécages, tourbières et eaux de surface. La répartition spatiale des zones humides est cruciale pour la gestion durable et la préservation de ces écosystèmes fragiles. Le professeur Saeid Homayouni a collaboré avec une équipe de chercheurs en Amérique du Nord, dont certains de l’Université Memorial de Terre-Neuve, afin de générer la première carte des milieux humides à l’échelle du pays avec un niveau de détails aussi élevé.

 

Ils ont atteint une résolution de 10 mètres pour l’ensemble du Canada, plutôt que les 30 mètres habituels. La carte permet donc d’observer des zones humides aussi petites que 10 m2. Le professeur Homayouni veut augmenter la résolution pour étudier des surfaces de moins de 5 m2. « Avec ce haut niveau de détails pour des zones ciblées, ça nous permettrait d’analyser plusieurs paramètres comme la couverture du sol par la végétation, l’eau ou les roches », lance le chercheur en télédétection et géomatique environnementale, qui a rejoint l’INRS en avril 2019.

 

La cartographie du Canada indique même le type de zones humides. Pour les classifier, l’équipe de chercheurs a tiré profit des données de référence disponibles. « Nous avons utilisé les informations amassées par les chercheurs sur le terrain. Ils identifient quels secteurs correspondent à quels types de milieux humides. Ces informations ont servi de base d’apprentissage pour l’algorithme grâce auquel on a pu ensuite trouver des types similaires dans les images fournies par les satellites », explique Saeid Homayouni.

 

 

la première carte des milieux humides à l’échelle du pays
Première carte des milieux humides à l’échelle du pays avec une résolution de 10 m 

 

 

Leur approche de cartographie utilise deux types de données satellitaires. Celles dites « optiques » sont efficaces pour identifier les classes de zones humides, mais les nuages et l’ombrage nuisent à la qualité des images. Les données « radars » ne sont pas sensibles à la luminosité ou aux nuages. Par contre, des signaux de bruits peuvent se superposer au signal d’intérêt et complexifier l’analyse. Les deux sources ont des caractéristiques intéressantes et l’intégration des deux sources compense leurs désavantages.

 

La masse de données importante requiert une grande puissance de calcul. Pour accélérer le processus, l’équipe utilise une série d’ordinateurs superpuissants qui travaillent en parallèle. « On passe de plusieurs semaines d’analyse avec un seul ordinateur, à quelques heures seulement », rapporte Saeid Homayouni.

 

Les chercheurs travaillent actuellement avec des partenaires dans l’ensemble du pays pour obtenir des données de références plus précises. Cela permettra d’identifier les sites importants afin de les cartographier avec une haute résolution.

 

La carte est faite à partir des données s’échelonnant de 2016 à 2018, mais elle pourrait être mise à jour annuellement. « Les milieux humides sont des “vitrines” des changements climatiques alors il faut être capable d’étudier leur dynamique à travers les années », souligne le professeur Homayouni. La carte sera bientôt disponible au public à travers la plateforme de Ressources naturelles Canada et l’organisme Canards illimités Canada.

 
La balance écologique des écosystèmes aquatiques
La professeure Valérie Langlois
La professeure Valérie Langlois

Le bourdonnement des moustiques, le coassement des grenouilles, le chant des oiseaux. Une multitude de bruits anime les milieux humides qui abritent une diversité importante d’espèces. Cette richesse vient de la concentration et l’abondance de la chaîne alimentaire. « On retrouve beaucoup de choix de proies à tous les niveaux et dans un petit espace. Le milieu riche en nutriments et en matières organiques fait croitre des phytoplanctons et des petites algues. Une quantité importante d’insectes vont aussi pondre dans ces zones humides et servir de nourriture aux amphibiens. Ces derniers sont mangés par les oiseaux, et ainsi de suite », rapporte Valérie Langlois, professeure et chercheuse à l’INRS, spécialiste en écotoxicogénomique.

 

La professeure Langlois s’intéresse particulièrement aux amphibiens comme les grenouilles pour lesquelles les milieux humides sont très importants sur le plan de la reproduction. « C’est leur nid d’amour. Elles pondent leurs œufs dans les marais où l’eau est stagnante. Puisque les œufs ne flottent pas, elles doivent les attacher sur quelque chose comme une branche, un arbuste, ou des herbes submergées », explique-t-elle.

 

En plus d’être un habitat pour une foule d’espèces, les milieux humides jouent aussi le rôle de filtre pour l’eau de surface et souterraine. Ils accumulent ainsi des produits toxiques, comme les pesticides ou le sel d’épandage, qui peuvent affecter l’écosystème La professeure cherche justement à déterminer les effets néfastes de ces composés.

 

Valérie Langlois a récemment ajouté un nouveau contaminant à ses recherches : le Bti. Ce biopesticide est appliqué dans les milieux humides près des villes ou des parcs pour éviter la reproduction des insectes piqueurs comme les moustiques ou les mouches noires. Même si la professeure Langlois se concentre sur les amphibiens, les conséquences pourraient toucher l’ensemble des espèces habitant les milieux humides. « Si le Bti tue certaines larves d’insectes, ça enlève un maillon de la chaîne alimentaire et diminue la richesse du milieu. De l’autre côté, si les grenouilles sont affectées, elles ne pourront pas assurer le contrôle de la population de certains insectes. C’est une balance écologique », souligne-t-elle.

 

Déterminer les effets nocifs des produits chimiques présents dans les environnements aquatiques contribue à la conservation des milieux humides et des espèces qui en dépendent.

 

 
Les défis des tourbières québécoises
Le professeur André St-Hilaire
Le professeur André St-Hilaire

Des tracteurs munis d’aspirateur s’activent pour récolter la tourbe, cette quantité importante de matière organique qui s’accumule sur les tourbières et utilisée en horticulture. La surface du terrain de ce milieu humide habituellement spongieux est asséchée à l’aide de canaux de drainage qui acheminent l’eau vers les cours d’eau avoisinants. Or, cette eau parfois chargée en sédiment peut entrainer des problèmes dans l’écosystème qui la reçoit.

 

À travers ses recherches, le professeur André St-Hilaire collabore avec d’autres chercheurs de l’INRS, Sophie Duchesne et Claude Fortin, ainsi qu’avec des entreprises pour leur fournir des outils afin d’évaluer et éventuellement atténuer l’effet des eaux de drainage sur les cours d’eau récepteurs. Il cherche entre autres à optimiser la dimension des bassins de rétention, de grandes « piscines » creusées à l’extrémité du réseau de drainage. Ils permettent aux sédiments de se décanter avant d’arriver aux cours d’eau. Lorsque les dimensions sont insuffisantes pour la taille de l’exploitation, une partie importante des sédiments peut s’échapper du bassin », souligne l’expert en hydrologie environnementale et statistique.

 

La professeure Sophie Duchesne
La professeure Sophie Duchesne

Outre l’exploitation de la tourbe, André St-Hilaire a collaboré avec Hydro-Québec pour l’étude des tourbières sur deux fronts. Ses travaux et ceux du professeur à l’INRS, Alain Rousseau, ont contribué à déterminer la quantité d’eau retenue par les tourbières qui entourent les barrages afin d’améliorer les prévisions de débits d’eau. « Les modèles utilisés par Hydro-Québec ne prenaient pas efficacement en compte l’effet des tourbières. On savait que les tourbières retenaient l’eau, mais pas dans quelle proportion », rapporte André St-Hilaire.

 

L’autre aspect de la collaboration concerne la rétention du carbone par les tourbières. Habituellement, la tourbière emmagasine le carbone sous forme de matière organique et de gaz. Or, la construction de barrages noie certaines tourbières qui réémettent une partie de leur carbone. « Elle passe d’un puits de carbone à une source. Hydro-Québec voulait déterminer l’intensité du problème d’émission » explique le chercheur.

 

Le professeur Claude Fortin
Le professeur Claude Fortin

En collaboration avec une collègue, Michelle Garneau (UQAR), il a réalisé un bilan hydrique servant de base pour le calcul d’un « bilan de carbone ». Il en sort sous forme de gaz, comme le CO2 lors de la photosynthèse des plantes ou de méthane qui peut provenir des mares. Le carbone se retrouve aussi dans l’eau des milieux humides. André St-Hilaire a réalisé un bilan hydrologique en comptabilisant l’eau qui entre dans la tourbière, la quantité emmagasinée et l’eau sortante. En mesurant la quantité de carbone dissout indirectement dans l’eau et la quantité de particules de carbone en suspension, l’équipe de la professeure Garneau pourra établir un portrait global des émissions de carbones des tourbières entourant les barrages du bassin versant de la rivière Romaine.

 

 

Le rôle clé des bassins versants

 

Le professeur Alain N. Rousseau
Le professeur Alain N. Rousseau

L’eau s’écoule de l’amont vers l’aval, en passant par plusieurs paysages, vers l’exutoire du bassin versant. L’un de ses parcours peut l’amener à s’arrêter temporairement dans un milieu humide, avant d’alimenter partiellement l’aquifère sous-jacent et les étendues d’eau en aval. Cet arrêt dans les marais, tourbières ou marécages joue un rôle important dans l’atténuation de faibles et forts débits, permettant de réduire les risques de faible écoulement et d’inondation.

 

L’équipe du professeur Alain N. Rousseau s’intéresse aux services hydrologiques des milieux humides à l'échelle d'un bassin versant afin de déterminer comment ils modulent l'écoulement des eaux en rivières. 

 

Ses recherches, en collaboration avec Monique Poulin de l’Université Laval, sont particulièrement importantes dans le cadre du projet de loi no 132, Loi concernant la conservation des milieux humides et hydriques, entrée en vigueur en mars 2018. Cette dernière permet de conserver, de restaurer ou de créer de nouveaux milieux pour contrebalancer les pertes inévitables de milieux humides et hydriques. « La loi stipule que lorsqu’un milieu humide est perdu pour le développement urbain par exemple, la superficie doit être remplacée quelque part. En tant qu'hydrologues, nous trouvons ça assez réducteur. Restaurer la superficie n’apportera pas le même service hydrologique. Le positionnement du milieu humide dans le bassin versant influence la modulation des débits. La perte viendra perturber la dynamique », explique l’expert en modélisation hydrologique et gestion intégrée de l'eau par bassin.

 

La destruction d’un seul milieu humide n’aura pas vraiment d’effet à l’échelle du bassin versant. Par contre, l’effet cumulatif de perdre plusieurs milieux se fera sentir. C’est pourquoi le professeur Rousseau considère un réseau de milieux humides. En collaboration avec la Ville de Québec, il cherche à identifier des réseaux de milieux humides pour contribuer à la mise en place de programmes de préservation et restauration de milieux isolées et riverains à l’échelle du bassin.

 

Le professeur Rousseau travaille également sur l’effet des inondations sur l’agriculture dans le bassin du lac Champlain et de la rivière Richelieu et au développement d’indicateurs de performance. Le projet, financé par la Commission mixte internationale, fait suite aux inondations de 2011 dans la ville de Saint-Jean-sur-Richelieu. « On regarde également l'impact de la restauration de certains milieux humides sur les zones inondées. Si un sol est mal drainé, on pourrait éventuellement y installer un milieu humide. Lorsque des milieux humides sont drainés pour des fins agricoles, on peut leur redonner vie en retirant les avaloirs par exemple. L’eau va s'accumuler et le trop plein trouvera un chemin pour aller en aval. On peut ensuite favoriser le développement de certaines plantes aquatiques qui pourraient supporter une diversité faunique adaptée », rapporte-t-il.

 

Avec plus de 400 bassins versants majeurs au Québec, les travaux du professeur Alain N. Rousseau sur les milieux humides sont importants et s'insèrent bien dans l’analyse de l’ensemble de l’écosystème.

 

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