Étude de la dynamique hydrique du lac Papineau (Outaouais, Canada)

L'eau douce de surface recouvre une proportion considérable du territoire au Canada et au Québec. Plusieurs études antérieures se sont déjà intéressées à la compréhension des milieux lacustres, mais peu dans un contexte naturel non impacté par les activités anthropiques. L'objectif du présent projet était d'étudier la dynamique hydrique du lac Papineau sur le territoire de la réserve Kenauk Nature, où peu de données sont disponibles, pour des conditions climatiques actuelles (2017-2018) et passées (1965-2018). Situé en Outaouais, entre Montréal et Ottawa, le lac Papineau couvre une superficie de 13,5 km2 et possède des profondeurs moyenne et maximale de 18,5 et 89,0 m. Les composantes du bilan hydrique sont les précipitations, l'évaporation, les ruissellements de surface entrant et sortant, la variation d 'emmagasinement et un potentiel échange eau souterraine-lac. Une station météorologique a été installée sur le site, à 8,3 km du lac, en novembre 2016 pour mesurer en continu les précipitations, la température, l'épaisseur du couvert de neige, la pression atmosphérique, la vitesse du vent, la radiation solaire et l'évaporation. Ces valeurs ont été comparées et combinées à celles de la station Notre-Dame-de-la-Paix, située à 16,8 km du lac. Les pertes par évaporation du lac ont été quantifiées à l'aide d'équations empiriques et d'un bac d'évaporation. Un modèle tridimensionnel de la géométrie du bassin versant a été développé dans le logiciel ArcGIS avec les données topographiques de haute précision LiDAR. Les apports au lac par ruissellement de surface et les débits sortants du lac ont été estimés grâce à la mise en place de stations hydrométriques aux exutoires de quatre sous-bassins versants (mai et juin 2017) et à l'exutoire du lac Papineau (janvier 2016). Les débits entrants totaux ont été estimés à l'aide de modèles hydrologiques MOHYSE en extrapolant les paramètres des quatre sous-bassins à tous les autres. D'octobre 2017 à septembre 2018, les précipitations (1189 ± 83 mm) représenteraient 20 ± 1 % de la somme des apports, alors que ces proportions seraient de 61 ± 8 % pour le ruissellement de surface (3581 ± 489 mm) et de 19 ± 18 % pour l'eau souterraine (1088 ± 1063 mm). Les proportions par rapport à la somme des pertes, considérée égale à celle des apports, seraient de 5 ± 2 % pour l'évaporation (314 ± 98 mm), 93 ± 5 % pour le ruissellement de surface (5461 ± 273 mm) et 1 ± 2 % pour la variation d'emmagasinement (83 ± 120 mm). D'ailleurs, entre 2016 et 2018, le niveau d'eau du lac Papineau n'a varié que d'environ 1 m. Le suivi de niveaux de nappe de l'aquifère de roc fracturé dans certains puits autour du lac, et la réalisation d'essais de pompage pour en déduire des conductivités hydrauliques des formations géologiques ont permis d'estimer un apport potentiel d'eau souterraine maximal de 343 mm/année. Trois milieux humides de typologie différente (tourbière, marécage et aulnaie) et un site dans la portion nord du lac ont été sélectionnés pour identifier et quantifier les échanges entre l'eau souterraine et le lac. L'analyse du radon-222 d'échantillons d'eau provenant près des berges du lac a aidé à identifier certaines zones de décharge d'eau souterraine près des milieux humides. La quantification d'apport d'eau souterraine maximal de 157 mm/année à ces sites a été possible grâce au suivi de niveau de piézomètres mis en place dans les dépôts meubles et à l'utilisation d'infiltromètres. Au site situé dans le secteur nord du lac, ces méthodes ont permis d'identifier des flux allant du lac vers l'aquifère granulaire, compensant ainsi une partie de ces apports. Pour évaluer la réponse du bassin versant du lac Papineau aux changements des conditions météorologiques, les débits passés à l'exutoire ont été simulés par un ensemble de réseaux de neurones artificiels. Les concepts de la courbe Budyko ont été utilisés pour estimer la résilience du bassin versant du lac Papineau à partir des données mesurées et simulées depuis 1965. Avec les données disponibles, le lac serait considéré relativement inélastique, donc sensible à des changements de précipitations et de températures. En plus de fournir des informations pertinentes sur la dynamique hydrique passée et actuelle du lac Papineau, ce projet a permis de réaliser une première estimation des interactions entre l'aquifère et le lac, contribuant ainsi avec des données nouvelles aux rares études sur l'hydrodynamique des lacs de grande dimension sur le Bouclier canadien. La poursuite de l'acquisition de données à l'aide des instruments en place permettra de réduire les incertitudes sur les résultats, de mieux comprendre le rôle de chacune des composantes du bilan hydrique et de fournir des scénarios futurs plus robustes pour l'étude des impacts des changements climatiques sur l'hydrologie et les écosystèmes du lac Papineau.
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\nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lac, bilan hydrique, eau souterraine, Bouclier canadien, Outaouais (Québec)

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