Projet de reconstitution paléolimnologique de l'évolution des lacs du bassin de la rivière

Bécancour

SIMON LEMIEUX, Directeur général

GROBEC

DR. REINHARD PIENITZProfesseur titulaireLaboratoire de Paléoécologie AquatiqueDépartement de Géographie etCentre d'études nordiques (CEN)

PAR :

OLIVIER JACQUES, B. Sc., Étudiant à la maîtrise en sciences géographiquesUniversité Laval

Déroulement de la présentation

Bloc A•GROBEC

•Quelques faits historiques de la Haute Bécancour

•Éléments d’intérêts du Plan Directeur de l’Eau (PDE)

•Qualité de l’eau

•État des lacs

•Projet de caractérisation des Haldes minières

•Mémoire LE LAC À LA TRUITE D’IRLANDE EN VOIE DE DISPARITION

Bloc B• La paléolimnologie, c’est quoi exactement ?

•Présentation du projet

•Résultats et livrables

•Équipe de recherche

• Budget de projet

Organisme à but non lucratif (OSBL), fondé en 2003, dont la mission première est de mettre en œuvre la gestion intégrée de l'eau dans les bassins versants de la zone Bécancour.

Une table de concertation regroupant l'ensemble des intervenants des bassins versants concernés par la ressource EAU.

Le GROBEC

Groupe de concertation

des bassins versants de la

zone Bécancour

Le Plan directeur de l’eau (PDE)

Cycle d’environs huit ans

1- AnalyseA-Portrait :connaissances et informations

existantes, faits B-Diagnostic: Étude des problèmes

(à partir des faits) 2- Enjeux : Préoccupations majeures 3- Orientations :Grandes pistes d’actions 4- Objectifs : Situation à atteindre pour résoudre

le problème 5- Indicateurs :Données de mesures pour évaluer

l’efficacité des actions et en faire le suivi6- Plan d’action: Détermination des solutions possibles 7- Mise en œuvre du plan d’action6- Suivi et évaluation de la mise en oeuvre

- Consultations publiques -Le PDE est déposé au MDDELCC qui consulte la Table interministérielle, regroupant douze ministères, de la Politique nationale de l’eau (TIPNE) pour un avis d’acceptabilité.

Secteurs de la zone Bécancour

• Présence d’un complexe ophiolitique particulier composé de différents minéraux dont l’amiante chrysotile

• Découverte de différents gisements, dont la région de Thetford Mines

• Gisement de 19 750 000 tonnes d’amiante à Vimy Ridge

Développement minier

-Lac de 2.8 km de longueur, 15 m de profondeur maximale et fond vaseux de 31 m d’épaisseur

-Vidange débutée en 1955, terminée en 1959 (coût de 35 millions $)

-Aspiration et rejet de plus de 23 millions de m3 de boues dans la rivière Bécancour

-Rivière Bécancour détournée sur 2134 m.

Vidange du lac Noir, Black Lake

Bécancour, une tâche urgente

Parmi les 15 stations du Réseau Rivière les plus polluées du Québec

Détérioration particulièrement marquée du secteur entre Thetford Mines et le lac William

Les activités minières entrainent une détérioration marquée de l’environnement physique

Problèmes avec les rejets des eaux usées municipaux (individuel et collectif) et industriels

Des usages à récupérer (approvisionnement en eau, baignade, etc.)

MENV, 1985

Débit estimé (m3/s) Charges médianes

Moyen Médian

Phosphoretotal

(kg/an)MES

(kg-103/an)

CF (UFC-

1012/an)

Ce qui sort de Thetford (station B-2B) 3.97 5.08 9194 1504 5713

Ce qui sort de la rivière aux Pins (station SBG-5) 3.21 4.11 2147 203 248

Total - - 11341 1707 5961

Ce qui sort du lac à la Truite (station B-3) 10.04 12.83 10325 7599 507

Tributaires du lac William (charge totale) (stations SBG-6 à 10 et SBD-11) - - 1786 261 132

Ce qui sort du lac William (station B-4) 12.31 15.74 3409 1553 39

Résultats des charges en polluants(CIC 2006 – Diagnostic de la Haute-Bécancour)

Bassin versant à l’amont de l’étang Stater• Secteur Thetford: 231 km2

• Rivière aux Pin: 167 km2

• TOTAL: 398 km2

Pluie, fonte, urgence, autres, temps sec, illégauxSuivi des ouvrages municipaux d'assainissement des eaux (SOMAE)

Portrait du secteur

État des écosystèmes

-IQBP au pont Marcheterre (1998 à auj.) *

-IDEC (2006)

-Étude de CIC (2006)

Année Cote IQBP Paramètres prob.

2008 0 – Très mauvais CF, Chla tot, MES

2010 0 – Très mauvais CF, Chla tot

2012 1 – Très mauvais CF, Chla tot

2013 0 – Très mauvais CF, MES, Chla tot

2014 16 – Très mauvais CF, NOX

2015 9 – Très mauvais CF, NH3, Ptot

Portrait du secteur

État des écosystèmes

-IQBP à la sortie du lac Joseph, riv. Bécancour (1998 à auj.) *

-PCA (zipp Thetford ) *

-IDEC (2006)

-Étude de CIC (2006)

Année Cote IQBP Paramètres prob.

2008 81 – Bonne Chla tot, NOX

2009 79 – Satisfaisante Chla tot, NOX, Ptot

2010 83 – Bonne Chla tot, NOX, Ptot,CF

2012 65 – Satisfaisante Chla tot, NOX

2013 80 – Bonne NOX, Chla tot

2014 78 – Satisfaisante NOX, Chla tot, MES,CF

2015 81 – Bonne NOX, Chla tot, CF

(médianes 2009-2010) Aux Pins Larose Fortier Pinette Golden Hamilton

CF 60 9 55 105 40 190

NOX 0,17 0,40 0,39 0,42 0,60 0,80

Ptot 0,014 0,010 0,019 0,012 0,016 0,018

Turbidité 3,1 1,2 1,4 1,1 3,6 3,5

État écologique des Lacs de la Haute Bécancour

Lac Bécancour (Thetford Mines)

Superficie: 1,28 km²Profondeur maximale: 2,2mType d’exutoire: anthropiquePrésence de cyanobactéries: 2014-2015

État trophique : Eutrophe

État écologique des Lacs de la Haute Bécancour

Étang Stater (Irlande)

Superficie: 40 ha +70 ha en milieux humides Profondeur moyenne: 1m ou moins?Temps de renouvellement: « Déconnecté » de la rivièreType d’exutoire: AnthropiquePrésence de cyanobactéries: non documenté

État trophique : Non déterminé

État écologique des Lacs de la Haute Bécancour

Lac à la Truite (Irlande)Superficie: 120 haProfondeur maximale: 2.5Profondeur moyenne: moins de 1,5m Type d’exutoire: AnthropiquePrésence de cyanobactéries

État trophique: Hyper-Eutrophe

État écologique des Lacs de la Haute Bécancour

Lac William (St-Ferdinand)

Superficie: 4,9 km²Profondeur maximale: 27,4mProfondeur moyenne: 8,2mType d’exutoire: NaturelPrésence récurrente de cyanobactéries

État trophique : Méso-Eutrophe

État écologique des Lacs de la Haute Bécancour

Lac Joseph (Inverness, St-Pierre-Baptiste et St-Ferdinand)

Superficie: 2,5km²Profondeur maximale: 7,9mType d’exutoire: Anthropique (2013)Présence récurrente de cyanobactériesÉtat trophique : Mésotrophe

Apports sédimentaires, Secteur minier

Le lac à la Truite d’Irlande en voie de disparition (mémoire 2015)

Élaboration d’un mémoire par les 4 associations riveraines (ARLTI, ALW, ARRJJ et ALM)

OBJECTIF :

• Élaborer et mettre en œuvre dans les plus brefs délais un plan d’action visant à réduire de façon substantielle l’apport de sédiment dans le lac à la Truite d’Irlande et vers l’aval;

• Sensibiliser et mobiliser l’ensemble des intervenants locaux, régionaux, provinciaux et fédéraux au problème de l’ensablement et de l’envasement des trois lacs et à agir;

• Identifier à l’aide d’études techniques les sources de ces sédiments qui s’accumulent dans les lacs à la Truite, William et Joseph depuis des décennies et trouver des solutions durables;

Le lac à la Truite d’Irlande en voie de disparition (mémoire des 4 associations de lacs)

Photo aérienne, lac à la Truite d’Irlande, 1928

Photo aérienne, lac à la Truite d’Irlande, 1959

Étang Stater et lac à la Truite, Irlande, 2013

Questions en suspens

• Quel était l'état des lacs au début du siècle ?• Profondeur d’eau • Épaisseur des sédiments • Qualité de l’eau

• Quel est l’état actuel des lacs ?• Profondeur d’eau • Épaisseur des sédiments • Qualité de l’eau

• Quelle est l’origine de ces changements ?• Activités industrielles et minières• Activités municipales• Activités agricole et forestière

• Quel état/usage est-il envisageable de récupérer ?

• Quelles actions de restauration pourraient être envisagées ?

La paléolimnologie - ou le pouvoir du passé:

L’utilisation des archives sédimentaires pour une meilleure compréhension

des répercussions des activités humaines sur les lacs du Québec

Reinhard Pienitz

Lac Dauriat, Schefferville

Lac Carheil, Fermont

Lac Nairne, Charlevoix

Lac St-Charles, Québec

Lac St-Augustin, St-Augustin

Google

Études paléolimnologiques approfondies menées par le LPA

Lac Mégantic

Faible transparence Végétation aquatique dense De faibles niveaux d'oxygène

dissous vers le fond L'accumulation de sédiments

organiques Communautés biologiques

abondantes, peu de diversité Fleurs d’eau des cyanobactéries

http://keetonaquatics.com/resources/eutrophication/

Eutrophisation: effets

The Herald, Bloomington, Indiana; 21 septembre 1984

Acidification des lacs

Besoins pour une gestion efficace des écosystèmes

• connaissance des conditions de base et de la variabilité naturelle

• identification du moment dans le passé qui assurément correspondau début de changements majeurs dans l’écosystème

• description de l’ampleur de ces changements

Chacun de ces besoins comprend une composante temporelle.

La gestion efficace des écosystèmes exige des données à long terme,

de sorte que la variabilité naturelle peut être déterminée à partir de

laquelle les perturbations humaines peuvent être identifiés et estimés.

Ces donnés à long terme permettront aussi de mieux prédire de futurs

scénarios de changements dans les écosystèmes.

Paléolimnologie

• Science multidisciplinaire qui étudie l’information biologique, chimique et physique préservée dans les sédiments qui s’accumulent au fond des lacs et étangs

• Approche importante pour les études de reconstitution de changements environnementaux à la fois naturels et humains, tels les changements climatiques, l’eutrophisation et l’acidification des lacs, l’influence de la pollution sur les organismes, etc.

Composé des termes grecques « paleon » (vieux), « limne » (lac) et « logos » (étude)

Séquences sédimentaires du fond des bassins lacustres

Contribution de la paléolimnologie à la gestion efficace des eaux de surface

diatomées

chironomides

pigments

L’approche paléolimnologique

Profil d’un lac

Échantillonnage des sédiments

Sous-échantillonnage des sédiments

Datations aux radio-isotopes

Traitement des échantillons et préparation des lames de microscope

Identification et énumération des fossiles

Analyse qualitative des sédiments

Calibration et génération de modèles

Application des fonctions de transfert et reconstitution des conditions paléo-environnementalesÉvaluation des conditions

environnementales récentes et passées

Carotte

Source: Smol (2008) Pollution of lakes and rivers: A paleoenvironmental perspective, p. 46

Lac Saint-Charles

Lac Saint-Augustin

Lac Saint-Charles

Usine d’épuration des eaux

Pourquoi craint-on une accélération du processus d’eutrophisation au lac Saint-Charles?

• Forte occupation des berges du lac (47%) (Alain, 1981)

• Fosses septiques défectueuses (La société historique de Lac-Saint-Charles)

• Contamination bactériologique de l’affluent le plus important du lac, la rivière des Hurons (Hébert, 1995)

• Important déficit en oxygène dans l’hypolimnion (Légaré, 1998)

• Accroissement important de la population humaine dans le bassin versant

• Documenter l’histoire trophique du lac Saint-Charles

• Déterminer les conditions trophiques existantes avant et après l’influence directe des activités humaines

• Évaluer l’amplitude de la variabilité naturelle du processus d’eutrophisation

• Préciser dans le temps la période critique des changements trophiques et l’ampleur de ce processus

Lac Saint-Charles: Objectifs de l’étude

11 mars 1997

Diatomées dominantes, ratio espèces planctoniques : benthiques (10-1), paléoproductivité (x 107), ratio kystes de chrysophycées : diatomées (10-2)

et la diversité (ds) dans les sédiments du lac Saint-Charles

L’optimum de P (µg·L-1; Hall et Smol, 1996) est indiqué pour chaque espèce de diatomée dominante

Tremblay et al., Revue des Sciences de l’Eau vol. 14 (2001)

Zone

PT reconstitué (g L-1) dans la colonne d’eau

1997

1996

1986

1972

1887

Tremblay et al., Revue des Sciences de l’Eau vol. 14 (2001)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

6.0

X10

4

10.0

X1

03

5.0

X10

4

5.0

X10

3

5.2

X10

3

5.4

X10

3

15

20

30

350

10

1997

1996

1986

1972

1887

ZONE

3

2

1

Al Ca Mg Fe Mn Cu Pb Zn S

Pro

fon

de

ur

(cm

)

µg/g de sédiment sec

Profils des concentrations (µg·g-1 de sédiment sec) des métaux majeurs (Al, Ca et Mg), des métaux traces (Cu, Pb et Zn), du Fe, Mn et

du S en fonction de la profondeur (cm)

Tremblay et al., Revue des Sciences de l’Eau vol. 14 (2001)

Lac Saint-Charles: Conclusions• Au lac Saint-Charles, il ne semble pas y avoir d’accélération majeure du

processus d’eutrophisation

- absence de diatomées indicatrices de conditions eutrophes

- augmentation non significative d’espèces indicatrices d’un enrichissement en nutriments (Aulacoseira ambigua et Asterionella formosa)

- diminution de la concentration en phosphore dans les sédiments

- diminution de la teneur en phosphore total dans l’eau (reconstitution quantitative)

• Accroissement de la pollution

- diminution de certains taxons sensibles (e.g. Achnanthes minutissima et Fragilaria pinnata)

- augmentation de taxons plus tolérants à la pollution (e.g., Cyclotella

stelligera et Fragilaria construens var. venter)

- diminution de la diversité

- présence de coliformes fécaux

- accroissement de certains éléments dans les sédiments (e.g., Pb et S).

Journal de Québec, 1 novembre 2002

Lac Saint-Augustin

Lac ayant subit une eutrophisation rapide et connaissant des floraisons de cyanobactéries

Populaire pour les activités aquatiques Accès restreint en raison des floraisons

Photos: W. Vincent et M. Bouchard-Valentine

Floraison d’algues le 23 août 2002, au Lac Saint-Augustin

Lac Saint-Augustin:

Activités humaines dans le bassin versant

• Forte augmentation des chalets et résidences

- déboisement des berges

- fosses septiques défectueuses

• Coupes forestières

• Agriculture

• Terrain de golf de Cap-Rouge

• Ruissellement urbain incluant l’autoroute 40

Lac Saint-Augustin: Objectifs de l’étudeObjectif principal:

Reconstituer l’histoire trophique du lac Saint-Augustin dans le butde retracer et dater les divers changements survenus dans le passé et déterminer les causes réelles de l’eutrophisation

Objectifs spécifiques:

2. Établir une reconstitution quantitative des concentrations de phosphore total (PT)

3. Établir la stratigraphie des pigments fossiles (Chla et caroténoïdes) pour identifier les périodes de forte production algale

4. Retracer la présence et les changements de concentration de différents métaux et nutriments

5. Déterminer les liens entre les données paléolimnologiques et les activités humaines

1. Identifier les changements survenus dans la composition desassemblages de diatomées dans le passé

Lac Saint-Augustin: Évolution du bassin versant depuis 1937

Roberge et al., 2002

Datation de la carotte de sédiments du lac Saint-Augustin

(210Pb et AMS 14C)

Pienitz et al., Can. J. Bot. vol. 84 (2006)

Caractéristiques sédimentologiques du bassin versantConséquences du détournement de la Rivière Cap Rouge vers le lac Saint-Augustin, pour l’alimentation en eau d’un moulin situé au bord du fleuve (AD 1748)

Argile

m.o.

surface

0.5 m

1.80 m

Roberge M.Sc. 2004

Stratigraphie diatomifère de la carotte du lac Saint-Augustin(changements dans la composition des assemblages de diatomées fossiles)

Pienitz et al., Can. J. Bot. vol. 84 (2006)

Diatomées typiques des eaux saumâtres

Pienitz et al., Can. J. Bot. vol. 84 (2006)

Total des diatomées epiphytiques

Reconstitution quantitative (à partir des diatomées fossiles) des concentrations de phosphore total dans l’eau du lac Saint-Augustin

Pienitz et al., Can. J. Bot. vol. 84 (2006)

Concentration des pigments fossiles (chlorophylle a et caroténoides) dans les sédiments du lac Saint-Augustin

Résultats de l’analyse géochimique des sédiments de la carotte du lac Saint-Augustin:Changements dans les concentrations des substances nutritives et métaux lourds

Pienitz et al., Can. J. Bot. vol. 84 (2006)

Pienitz et al. (2006), Canadian Journal of Botany, vol. 84

Roberge et al. (2002), Le Naturaliste Canadien, vol. 126

Lac Saint-Augustin: Conclusions

Que devrait-on faire pour améliorer la qualité de l’eau du lac?

- diminuer les apports externes de P et N

- créer des installations réduisant l’apport diffus des nutriments des aires agricoles

- plantation d’arbres et d’arbustes

- sensibilisation de la population riveraine

- améliorer les installations sanitaires

Il serait aussi important de faire un suivi continu des paramètres chimiques et biologiques du lac

Les résultats démontrent que le lac était beaucoup moins productif il y a 400 ans qu’il ne l’est aujourd’hui

Les activités anthropiques, depuis un siècle, ont donc eu des conséquencesmajeures sur l’écosystème

Traces d’huile

Laperrière et al. JOPL (2008)

« The rise and fall of Schefferville »

« The rise and fall of Schefferville »

Laperrière et al.

JOPL (2008)P Zn

FeCuAs

Hg

Pb

1860

1870

1880

1890

1900

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

0 20 400 20 0 200 200 0 0 20 0 20 0 200 20 40 60 80 0 0 0 0 0 20 20 0 0 20 0 20 20 20 20 0 20 0 20 20 40

Anné

es

Abondance relative (%)0 50 100 150 200

phosphore total [gL-1]

Activitésminières 1948-1978

Lac Dauriat, Schefferville (Québec)

Laperrière et al. JOPL (2008)

-0.5 +3.5

-0.5

+2.5

DCA axis 1

DC

A ax

is 2

AVANT1891-1940

DURANT1945-1976

APRÈS1977-2000

L’evolution de l’état de la santé du Lac Dauriat, Schefferville (Québec)

Laperrière et al. JOPL (2008)

Walden Pond, Massachusetts, États-Unis

Köster et al. 2005

Nécessité de mettre sur pied des plans d’action

plus audacieux assurant une gestion proactive

(conservation) des écosystèmes aquatiques

précieux, plutôt que de miser strictement sur des

mesures palliatives (restauration et

réaménagement)

Appel au gestionnaires / décideurs

Remerciements

• FQRNT (Québec) et CRSNG (Ottawa)

• Membres du laboratoire de paléolimnologie-paléoécologie (Karine Roberge, Roxane Tremblay)

• Warwick F. Vincent, Stéphane Légaré, Martin Bouchard-Valentine (dép. de biologie, Université Laval)

• Centre d’Études Nordiques

• Conseil de bassin du lac Saint-Augustin

• Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles (APEL)

Crédit photo: APLTI

Lac Joseph

Lac William

Lac à la TruiteÉtang Stater

Lac Bécancour

Plonger dans le passé pour assurer l’avenir

Crédit photo: APLTI

Crédit photo: ALW

Crédit photo: ARRLJ

Crédit photo: Edith Ladouceur

Source: Wikipedia

Source:Modifié de Google Earth

©2016 GoogleImage ©2016 DigitalGlobe©2016 Cnes/Spot Image

Projet de reconstitution paléolimnologique de l'évolution des lacs du bassin de la

rivière Bécancour

Crédit photo: Benoît Lemay

Crédit photo: Laurier LaroseCrédit photo: ALW Crédit photo: ALW

Objectifs

Caractériser l’état naturel des lacs;

Identifier les causes précises des problématiques observées;

Déterminer le degré de détérioration du milieu.

Crédit photo: Benoît Lemay

Crédit photo: Laurier LaroseCrédit photo: ALW Crédit photo: ALW

Retombées

Meilleures connaissances des perspectives de rétablissement des lacs;

Mise en évidence d’éléments à prioriser pour leur préservation et leur restauration;

Étude de base nécessaire avant d’entreprendre de futurs travaux.

Document de savoir essentiel pour la planification et la gestion des plans d’eau

de la Haute-Bécancour

Échéancier

Année Trimestre Activités

1

Été 2017 Recherche documentaire

Activités d'échantillonnage

Automne 2017 Présentation du projet de doctorat

Analyses en laboratoire

Hiver 2018 Activités d'échantillonnage (possibilité)

Analyses en laboratoire

2

Été 2018 Activités d'échantillonnage

Analyses en laboratoire

Automne 2018 Analyses en laboratoire

Hiver 2019 Analyses en laboratoire

3

Été 2019 Analyses en laboratoire

Automne 2019 Analyse et traitement des données

Hiver 2020 Analyse et traitement des données

4

Été 2020 Rédaction de la thèse et du rapport

d'études

Automne 2020

Rédaction de la thèse et du rapport

d'études

Séminaire doctorale

Hiver 2021 Dépôt de la thèse doctorale et du rapport

d'études

Échéancier

Année Trimestre Activités

1

Été 2017 Recherche documentaire

Activités d'échantillonnage

Automne 2017 Présentation du projet de doctorat

Analyses en laboratoire

Hiver 2018 Activités d'échantillonnage (possibilité)

Analyses en laboratoire

2

Été 2018 Activités d'échantillonnage

Analyses en laboratoire

Automne 2018 Analyses en laboratoire

Hiver 2019 Analyses en laboratoire

3

Été 2019 Analyses en laboratoire

Automne 2019 Analyse et traitement des données

Hiver 2020 Analyse et traitement des données

4

Été 2020 Rédaction de la thèse et du rapport

d'études

Automne 2020

Rédaction de la thèse et du rapport

d'études

Séminaire doctorale

Hiver 2021 Dépôt de la thèse doctorale et du rapport

d'études

Bilan annuel

Bilan annuelBilan

annuel

Bilan final

Rapport d’étude

Rapport d’étude

Rapport d’étude

Équipe de recherche

Budget de projet

Budget de projet

Merci de votre attention !

Groupe de concertation des bassins versants de la zone Bécancour1800 avenue St-Laurent, suite 1

Plessisville, Qc., G6L 2P8Téléphone: 819-980-8038

Site web: www.grobec.org