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Impacts écologiques
La variabilité de l’écoulement est l’un des paramètres les plus importants pour les processus écologiques dans les rivières (Power et al. , 1995; Richter et al. , 2003), et l’ intermittence qui se trouve être une forme extrême de cette variabilité exerce alors un effet prépondérant sur l’écologie du milieu. L’ avancée et le recul de l’eau, ainsi que le matériel transporté affectent le comportement, le développement et la distribution des biotes aquatiques et terrestres, la migration de poissons et invertébrés aquatiques et terrestres, et même l’hydrochorie des plantes (Adis & Junk, 2002 in Larned et al., 2010). Ces réponses écosystémiques dépendent également de la vitesse du retrait et du retour de l’eau. La composition ainsi que la configuration des différentes parcelles de l’ habitat . peuvent être modifiées en réponse à un épisode de présence de l’écoulement ou de son absence. Selon Drummond et al. (2015), pendant la période sèche, la composition de la communauté est déterminée à la fois par la mortalité des organismes et par leur capacité de migration.
De ce fait, l’ écosystème, maintenu après assèchement complet, est constitué d’organismes dotés d’une physiologie, morphologie et comportement qui confèrent une résistance à la dessiccation. De plus, les étiages prolongés et l’absence d’apport en sédiments, conjugués aux modifications des paramètres physicochimiques, ont provoqué l’ apparition d’une importante biomasse de périphyton, la prolifération d’algues vertes et l’augmentation du nombre d’espèces d’algues périphitiques en aval des barrages (Smolar-Zvanut et al. , 2013). Dans le cas de certaines rivières intermittentes, les taux d’ extinction locale sont équilibrés après une recolonisation à partir de rivières pérennes qui constituent des refuges biologiques pendant la période d’assèchement et source de recolonisation au retour de l’eau (Magoulick & Kobza, 2003). Néanmoins, les perturbations fréquentes de l’écoulement empêchent la stabilisation des métapopulations (Larned et al., 2010). Selon Skoulikidis et al. (20 Il), le rétablissement de l’écoulement permet la recolonisation partielle par les poissons, cependant l’ intégrité structurelle de leur communauté demeure sévèrement affectée contrairement aux communautés d’invertébrés qui se rétablissent rapidement avec le retour de l’eau.
En se fondant sur les nombreux travaux déjà consacrés sur les impacts écologiques, Larned et al. (2010) ont proposé trois modèles conceptuels de fonctionnement de l’écologie des rivières temporaires. Le premier modèle conceptuel concerne la connectivité entre les habitats isolés. Ce modèle repose sur le principe suivant: les concepts de métacommunautés et de métapopulations, développés en rivières pérennes, peuvent s’appliquer aussi en rivières temporaires. Sur la base de ce concept, on peut prédire que l’agrégation des communautés locales dans des zones (flaques) d’eau isolées des rivières temporaires fonctionne comme des métacommunautés. Celles-ci peuvent devenir longitudinalement (spatialement) emboitées en raison des différences interspécifiques dans la dispersion et dans la mortalité. Cependant, contrairement au concept de métacommunautés, le concept de métapopulations ne peut s’appliquer à certains cours d’eau temporaires. Dans une métapopulation stable, le taux d’extinction local est compensé par la recolonisation.
Cependant, l’extinction et la recolonisation des espèces dans de nombreuses rivières temporaires sont découplées par des perturbations fréquentes. Ainsi les populations de ces espèces sont toujours en expansion ou en contraction. Le second modèle conceptuel prédit que la biodiversité à grande échelle varie en fonction de la dynamique des habitats aquatiques et terrestres d’une part, et de la variation des niveaux d’eau, d’autre part. Les mosaïques d’ habitats dans les rivières temporaires changent en composition et en configuration en réponse aux cycles d’inondations et de sécheresse qui dictent des réponses biotiques très variables. Le troisième modèle conceptuel représente les rivières temporaires comme des réacteurs longitudinaux et biogéochimiques. L’avancée longitudinale de l’eau transporte des solutés et des particules des matières organiques et sa récession (son interruption longitudinale) pendant la période de sécheresse permet le dépôt des matières transportées en réserves dans les mouilles et les sommets de bancs. Le mouvement des matières est rapide pendant les périodes de crues, mais lent pendant les périodes d’ étiages.
Impacts morphologiques Lors du retour de l’écoulement, l’eau charrie des particules organiques et des solutés vers l’ aval. Inversement, l’ interruption de l’écoulement se traduit en une déposition du matériel transporté (Larned et al. , 2010). Au fur et à mesure que l’ écoulement revient dans les parcelles asséchées, la perte d’eau par infiltration progressive réduit le pouvoir érosif de l’écoulement (Tooth, 2000). De ce fait, la sédimentation gagne du terrain au détriment de l’érosion notamment en l’absence de flux importants provenant des tributaires. Maren et al. (2014) ont identifié de potentiels impacts géomorphologiques de la variabilité de l’ écoulement sur le lit majeur des rivières. Ces impacts sont notamment liés aux changements des niveaux des berges, des limites de sédimentation, des méandres, mais encore à la fréquence des changements dans la végétation. Des changements qui provoquent à leur tour d’ autres impacts tels que la durée d’immersion et la distribution des berges. Les traits morphologiques caractéristiques des rivières temporaires ont été étudiés presque exclusivement dans les régions arides et semi-arides de l’Australie, des États-Unis et de certaines régions méditerranéennes de l’Europe (Espagne, Italie, Portugal) et de l’Afrique septentrionale et australe. Trois traits morphologiques des rivières temporaires suivants sont souvent largement observés dans ces régions. Rappelons d’abord les cinq facteurs naturels qui influencent la morphologie du chenal d’un cours d’eau: les débits qui sont fonction du climat; la quantité et la nature lithologique des sédiments transportés par les rivières et qui dépendent de la nature pétrographique des roches, la végétation qui dépend du climat et, enfin, la pente générale qui dépend de la topographie et des mouvements tectoniques.
Dans le cas des cours d’eau temporaires des régions arides et semi-arides, il y a un déséquilibre entre les débits liquides (écoulement) et les débits solides transportés par les rivières. De fait, les rivières de ces régions transportent beaucoup plus des sédiments (surtout en suspension) – lors de rares crues – malgré que les débits soient généralement faibles en raison de la quantité des précipitations limitées. Ainsi, leur capacité totale de transport est beaucoup plus faible que celle des rivières pérennes. Quant à la nature lithologique des sédiments, la plupart des bassins versants drainent des sols constitués par des particules fmes. L’érosion de ces particules fmes est favorisée par l’absence de la végétation et l’ agressivité érosive des eaux de ruissellement. Il en résulte ainsi un transfert important de ces particules fines des versants vers les chenaux avec comme conséquence un transport important des sédiments en suspension lors des crues éclaires. Dans d’ autres régions, la quantité des particules fmes est limitée. Ainsi, les rivières peuvent transporter des particules grossières sous forme de charriage. Quant à l’ absence de la végétation, elle influence le façonnement du chenal de deux façons: elle favorise l’érosion des sols provoquant une hausse de la charge en suspension d’une part, et elle réduit la rugosité du chenal favorisant ainsi l’ érosion des berges, d’autre part. Enfm, en ce qui concerne la pente, les cours d’eau situés sur les flancs des montagnes ou des plateaux sont caractérisés par des pentes très fortes leur conférant une capacité érosive très élevée. En revanche, les cours d’eau qui drainent les plaines et les piedmonts ont des pentes très faibles qui réduisent leur capacité érosive. En se fondant sur ces facteurs, les rivières temporaires des régions arides et semi-arides présentent trois traits morphologiques caractéristiques suivants :
1. Les rivières à chenaux multiples en tresses Dans ces rivières, l’écoulement est fragmenté en petits chenaux par la présence des bancs et îlots. Il s’ agit d’une discontinuité spatiale de l’ écoulement. Ce sont des rivières les plus couramment observées dans les régions arides et semi-arides en raison d’un transport très important des sédiments associé à de faibles débits. Ce type de rivière traduit en fait une prédominance du processus de dépôt sur celui d’érosion (Figure 1.4).
2. Les rivières à chenal unique rectiligne L’écoulement se fait dans un seul chenal contrairement aux rivières précédentes. Contrairement aux chenaux des rivières pérennes, les chenaux des rivières temporaires des régions arides et semi-arides sont caractérisés par leur grande largeur et leur faible profondeur. Il en résulte ainsi un rapport faible de la largeur et de la profondeur. De plus, la sinuosité du chenal est beaucoup plus faible que celle des rivières pérennes. Ce type de morphologie résulte aussi d’une faible capacité de transport. Les débits ne sont pas suffisamment puissants pour évacuer tous les sédiments transportés par les rivières.
3. Les rivières à chenaux multiples en anastomoses L’ écoulement s’effectue dans plusieurs chenaux, mais leur longueur et leur largeur sont beaucoup plus grandes que celles des chenaux tressés (Figure 1.5). De plus, ces chenaux sont beaucoup plus stables dans le temps que les chenaux des rivières tressées même si les facteurs de leur genèse sont similaires pour les cours d’eau temporaires des régions arides et semi-arides.
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Table des matières
AVANT -PROPOS
RESUME
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABREVIATIONS
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Contexte et revue de littérature
1.2 Définitions de l’écoulement temporaire
1.3 Causes de l’écoulement temporaire
1.3.1 Les facteurs naturels
1.3.2 Facteurs anthropiques de l’écoulement temporaire
1.4 Les impacts de l’écoulement temporaire
1.4.1 Impacts écologiques
1.4.2 Impacts biogéochimiques
1.4.3 Impacts morphologiques
1.5 Problématique, objectifs et hypothèse du travail
1.5.1 Études hydrologiques de l’écoulement temporaire
1.5.2 Les études sur l’écoulement temporaire au Canada
1.5.2.1 Répartition spatiale des cours d’eau temporaires au Canada
1.5.2.2 Études hydrologiques sur l’écoulement au Canada
1.5.2.3 Études hydrologiques sur l’écoulement temporaire au Québec
CHAPITRE II METHODOLOGIE
2.1 Définition et caractérisation de l’écoulement intermittent
2.1.1 Définition générale de l’écoulement intermittent
2.1.2 Caractéristiques de l’écoulement intermittent
2.2 Choix des stations d’études
2.3 Sources de données
2.4 Analyses statistiques
2.4.1 Séries statistiques et variables analysées
2.4.1.1 Séries des caractéristiques de l’écoulement intermittenL
2.4.2 Méthodes d’analyses statistiques
2.4.2.1 Analyse de la variabilité spatiale des caractéristiques de l’écoulement intermittent
2.4.2.2 Analyse de la variabilité temporelle des caractéristiques de l’écoulement intermittent
2.4.2.3 Analyse de corrélation
CHAPITRE III RÉSULTATS, DISCUSSION ET CONCLUSION
3.1 Comparaison des caractéristiques de l’écoulement temporaire en aval des trois barrages
3.1.1 Analyse de la variabilité spatio-temporelle de la magnitude de l’écoulement intermittent en aval des réservoirs
3.1.1.1 Analyse de la variabilité spatiale
3.1.1.2 Comparaison de la variabilité temporelle de la magnitude de l’écoulement intermittent en aval de trois réservoirs
3.1.2 Analyse de la variabilité spatio-temporelle de la fréquence de l’écoulement intermittent en aval des réservoirs
3.1.2.1 Analyse de la variabilité spatiale
3.1.2.2 Analyse de la variabilité temporelle
3.1.3 Analyse de la variabilité spatiale de la durée de l’écoulement intermittent en aval des réservoirs
3.2 Relation entre la fréquence de l’écoulement intermittent et les débits moyens journaliers pendant la période végétative en aval de trois réservoirs
3.3 Analyse des facteurs qui influencent la variabilité spatio-temporelle des caractéristiques d’écoulement intermittent en aval de trois réservoirs
3.3.1 Analyse des facteurs de la variabilité spatiale
3.3.2 Analyse des facteurs de variabilité temporelle
3.3.2.1 Analyse de la relation entre les variables climatiques et les caractéristiques de l’écoulement intermittent
3.3.2.2 Analyse de la relation entre les indices climatiques et les caractéristiques de l’écoulement intermittent
3.4 Discussion et conclusion
CHAPITRE IV CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE A
RÉSUL TATS DE L’ANALYSE CANONIQUE DES CORRÉLATIONS
ANNEXEB
ARTICLE SCIENTIFIQUE
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