Reconstitution des débits et des hauts niveaux d'eau pour la région des plaines de l'Abitibi depuis la fin du petit âge glaciaire et prévisions suite aux changements climatiques

Depuis la fin du Petit Âge Glaciaire (1850‒1870 CE) la région des Plaines de l’Abitibi, située dans l’est du Canada boréal, subit une augmentation de la fréquence et de la sévérité des inondations de dégel printanier. Les projections climatiques prévoient un renforcement de la fréquence et de la sévérité de ces inondations, pour lesquelles les facteurs et forçages climatiques sont peu connus. Pour cette région productrice d’hydroélectricité, l’estimation des impacts potentiels des changements climatiques sur le régime hydrologique des rivières constitue une priorité. Le manque de données hydrologiques et climatiques instrumentales rend l’étude des indicateurs paléoenvironnementaux nécessaires pour identifier les tendances historiques et les trajectoires hydroclimatiques à long terme. Des études antérieures au Lac Duparquet indiquent que les éléments de vaisseaux (nombre et surface) dans le bois initial de cernes de croissance de frênes noirs (Fraxinus nigra Marsh.) peuvent être utilisés comme indicateurs des crues printanières. Ce lac est inondé annuellement par des crues lors de la phase de dégel printanier qui peuvent s’étaler jusqu’au début du mois de juillet et qui affectent la formation et le développement des éléments de vaisseaux des frênes noirs. Les objectifs de cette thèse de Doctorat sont (1) de reconstituer et étudier la variabilité historique des inondations printanières par l’étude des cernes de crues localement puis régionalement, pour déterminer les patrons de cohérence spatiale sur la région des Plaines de l’Abitibi entre le déclenchement des inondations et leurs forçages climatiques ; (2) de reconstituer et étudier les mécanismes climatiques à l’origine du déclenchement des crues printanières historiques ; (3) et d’identifier les tendances climatiques à long terme de l’écoulement régional pour anticiper les changements des crues printanières et leurs facteurs météorologiques déterminant sous différents scénarios de changements climatiques. \n \nLe premier chapitre de cette thèse utilise l’analyse quantitative de l'anatomie des cernes de frênes noirs périodiquement inondés au Lac Duparquet pour reconstituer la variabilité historique des débits printaniers de la Rivière Harricana. Les résultats indiquent que l’intensité et la fréquence des hauts débits moyens printaniers reconstitués depuis 1771 ont augmenté depuis la fin du Petit Âge Glaciaire, et particulièrement depuis 1950, ce qui rejoint d’autres paléo-enregistrements du Québec subarctique. Ces changements sont associés, en autres, à l’épaisseur des couverts de neige à l’échelle du centre-est du Canada et à des changements probables des circulations atmosphériques à large échelle. Les plus hauts débits moyens printaniers de la seconde moitié du 20e siècle ont été déclenchés par des hivers froids accumulant des couverts neigeux persistants tard au printemps et dont la fonte a été activée en même temps que des pluies intenses. Ces conditions climatiques étaient notamment associées aux phases négatives de l’indice NINO3.4 - Oscillation Australe (La Niña). \n \nLe second chapitre analyse les cernes de crues de frênes noirs répartis dans dix plaines inondables de quatre grands bassins versants (Mattagami, Abitibi, Harricana, Outaouais Amont), et caractérisés par des rivières naturelles et régulées, et des sites témoins non inondés. A cette échelle régionale, l’analyse semi-quantitative des cernes de crues indique que le signal hydrologique reconstitué pour la rivière Harricana est commun aux rivières naturelles des plaines de l’Abitibi sur les dernières 250 années. Dans les rivières régulées, les arbres semblent avoir enregistré la dynamique naturelle de la rivière avant la création des barrages, puis les manoeuvres de gestion des barrages et les crues de printemps dépassant leur capacité. \n \nLe troisième chapitre analyse l'effet de la régulation de la Driftwood River, en Ontario sur la production de cernes de crues des frênes noirs riverains. La mise en place du barrage a été enregistrée par les cernes de crues. Avant la construction du barrage, des fréquences relatives élevées de cernes de crues bien définis ont été enregistrées pendant les années de crue connues. Après la construction du barrage, les cernes de crues étaient moins distincts, certains correspondant à des années de crues connues et d'autres reflétant probablement la gestion du barrage. Par rapport au site en aval du barrage, ceux en amont ont enregistré plus de cernes de crues dans la période post-barrage. Les résultats ont aussi démontré qu’il était possible de distinguer le signal d'inondation du signal de gestion du barrage en échantillonnant des arbres dans de multiples peuplements riverains (amont et aval du barrage) et à des distances proches et éloignées de la berge. \n \nLe quatrième chapitre démontre l’utilisation des cernes de crues de frêne noir (un site) et des largeurs de bois final de pin gris (Pinus banksiana Lamb.; dix sites) comme indicateurs pour la reconstitution des températures printanières. De 1770 à 2016, la reconstitution indique que la variabilité interannuelle des températures moyennes printanières s’est accélérée depuis la fin du Petit Âge Glaciaire et que la fréquence et la sévérité des printemps chauds ont particulièrement augmenté depuis 1940. Ces nouvelles données rejoignent les résultats du chapitre I et démontrent une nouvelle fois que les crues historiques majeures étaient associées à des printemps tardifs et froids avec un couvert neigeux important durant cette période. Cependant, dans les 40 dernières années des températures moyennes plus chaudes à la fin du printemps, semblent contribuer à avancer la date de la crue printanière et à probablement favoriser la contribution de la pluie au lieu de la neige dans les processus d'inondations printanières. \n \nLe cinquième chapitre prolonge la perspective historique apportée par les chapitres précédents en analysant les tendances observées dans les enregistrements hydroclimatiques puis en projetant les trajectoires potentielles à l'aide de simulations de modèles climatiques afin d'anticiper les changements du débit moyen printanier de la Rivière Harricana sous deux scénarios de changements climatiques (RCP4.5 et RCP8.5). Les analyses de tendances pour le 20e siècle démontrent que le réchauffement des températures moyennes hivernales et printanières contribue à diminuer la quantité de neige accumulée et son équivalent en eau, au contraire de la pluie qui a augmenté à la fois en quantité et en intensité, avec également plus de pluies sur neige. Le dégel des rivières au printemps semble aussi être devenu plus hâtif, ce qui soutient les résultats de la reconstitution des températures. Par rapport au débit reconstitué du Petit Âge Glaciaire et aux observations du 20e siècle et du début 21e siècle, les trajectoires hydroclimatiques projetées par huit modèles GCM (modèle climatique à échelle planétaire) sur dix suggèrent peu de changements d'ici la fin du 21e siècle. Notamment, les projections indiquent une nette compensation de la fonte des neiges par les pluies dans les débits, et ce sous les deux scénarios climatiques utilisés (RCP4.5 et RCP8.5). Les deux autres modèles GCM de l’ensemble climatique projettent des conditions similaires à celles ayant entraîné les inondations printanières majeures du 20e siècle et prévoient une augmentation de leur sévérité et de leur fréquence d’ici 2100. Finalement, cette thèse contribue à l’avancement des connaissances et de la compréhension du climat et des débits printaniers régionaux durant et après le Petit Âge Glaciaire et apporte une base pour la compréhension à plus large échelle des conditions climatiques qui engendrent des hauts débits printaniers dans l’est du Canada boréal. Les différents chapitres sont aussi un apport théorique et méthodologique important pour l’échantillonnage et l’analyse des cernes de crues pour les reconstitutions dendrohydrologiques en milieu boréal, ainsi que pour l’utilisation d’indicateurs du climat printanier, qui restent encore peu représentés en dendroclimatologie.

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