Initiative du bassin du lac Winnipeg - Réalisations scientifiques faits saillants

Un « sous-marin jaune » d'Environnement et Changement climatique Canada aide à la recherche sur la qualité de l'eau dans le lac Winnipeg

Par un matin ensoleillé d'automne, dans les terrains marécageux entourant le bassin sud du lac Winnipeg et parmi les massettes et les roseaux des marécages de Netley-Libau, on aperçoit quelque chose d'inattendu – un objet se déplaçant rapidement et ressemblant à une petite torpille ou à un sous-marin jaune miniature.

L'appareil de couleur vive est l'EcoMapper, un « véhicule sous-marin autonome » d'un mètre et demi qui est le nouvel outil qu'emploient les scientifiques d'Environnement et Changement climatique Canada pour recueillir des données sur la qualité de l'eau afin d'aider à nettoyer le lac Winnipeg. Les capteurs qui se trouvent à l'intérieur de l'appareil peuvent recueillir des données continues en « temps réel » sur la conductivité, la température, la profondeur, le pH, l'oxygène dissous, la turbidité et la présence d'algues bleues.

À l'instar d'autres véhicules sous-marins autonomes, l'EcoMapper a été un outil inestimable dans le cadre de la recherche sur la qualité de l'eau que la U.S. Environmental Protection Agency a menée dans les Grands Lacs, en particulier dans le lac Érié. Cet appareil fournit de précieuses données et une bonne manœuvrabilité pour naviguer dans les lacs. L'EcoMapper d'Environnement et Changement climatique Canada, acheté avec les fonds accordés par l'Initiative sur les éléments nutritifs des Grands Lacs, servira à surveiller la qualité de l'eau dans les lacs Érié et Winnipeg.

Les chercheurs en eau douce d'Environnement et Changement climatique Canada, Ram Yerubandi et Jean-François Bibeault, ont mené les premiers essais avec l'EcoMapper cet automne pour en apprendre davantage sur la qualité de l'eau du lac Winnipeg. Ceux-ci se sont déroulés dans les marécages de Netley-Libau, au Manitoba, et dans le bassin sud du lac Winnipeg. Les deux chercheurs, qui travaillent dans le cadre de l'Initiative du bassin du lac Winnipeg, veulent obtenir plus de précisions sur les nutriments et les sédiments qui pénètrent dans le lac et sur les conditions qui contribuent à la prolifération nuisible d'algues bleues.

« L'Ecomapper est un outil précieux parce qu'il nous fournit des données spatiales haute résolution en continu lorsqu'il se déplace dans l'eau, explique Jean-François Bibeault, gestionnaire de la surveillance de la qualité des eaux douces à l'intérieur du bassin versant de la baie d'Hudson. La surveillance de la qualité de l'eau ne se fait habituellement que par bateau, à des stations sélectionnées. Puisque l'EcoMapper est autoalimenté et qu'une ou deux personnes suffisent pour le faire fonctionner, nous pouvons réduire les coûts de surveillance à long terme et obtenir de meilleures données. »

« Nous espérons que l'imagerie à haute résolution de l'EcoMapper nous permettra de déterminer les régions où les sédiments du panache de la rivière Rouge se dispersent dans le lac Winnipeg, explique Ram Yerubandi, chercheur scientifique au sein de la Division de la recherche hydrologique et écologique sur les bassins hydrologiques. Le véhicule sous-marin autonome nous aidera à comprendre et à cartographier les zones hypoxiques (appauvries en oxygène) dans le bassin nord, et à évaluer la qualité de l'eau sous la glace et à d'autres moments lorsque nous n'avons pas accès à l'eau par bateau. »

Pour les scientifiques en eau douce qui travaillent dans le lac Winnipeg, le dixième plus grand lac d'eau douce au monde, la technologie peut compléter la surveillance plus traditionnelle de la qualité de l'eau et permettre l'accès à des endroits difficilement accessibles. Grâce aux données qui peuvent maintenant être obtenues chaque minute, l'EcoMapper peut indiquer les endroits dans le lac Winnipeg où concentrer la surveillance future et les efforts de gestion des éléments nutritifs. Il s'agit d'un outil important qui aidera les scientifiques d'Environnement et Changement climatique Canada à comprendre et à améliorer la santé du lac Winnipeg.

Ram Yerubandi (à g.) et Jean-François Bibeault, scientifiques d'Environnement et Changement climatique Canada, avec l'EcoMapper.

Ram Yerubandi (à g.) et Jean-François Bibeault, scientifiques d'Environnement Canada, avec l'EcoMapper.
Photo: Cynthia Thoraski © d'Environnement et Changement climatique Canada, 2013.

L'ÉcoMapper d'Environnement Canada est prêt pour sa première mission dans le marais Netley-Libau

L'ÉcoMapper d'Environnement Canada est prêt pour sa première mission dans le marais Netley-Libau
Photo: Cynthia Thoraski © d'Environnement et Changement climatique Canada, 2013.

Bruce Halliday et Ken Tsang, des scientifiques d'Environnement Canada, traçant la route pour la première mission de l'EcoMapper

Bruce Halliday et Ken Tsang, des scientifiques d'Environnement Canada, traçant la route pour la première mission de l'EcoMapper
Photo: Cynthia Thoraski © d'Environnement et Changement climatique Canada, 2013.

Objectifs scientifiques de la deuxième phase

Livrable scientifique 1: Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant aux impacts que peuvent avoir les activités humaines, particulièrement l’exploitation des terres, sur l’apport de nutriments dans les affluents du lac Winnipeg, les effets qu’ils peuvent avoir et leur devenir.

  • Analyser les sources de nutriments et leur transport dans les eaux de ruissellement des terres agricoles.

En collaboration avec des chercheurs d’Agriculture et Agroalimentaire Canada et de l’Université du Manitoba, des scientifiques d’Environnement et Changement climatique Canada ont poursuivi leurs recherches d’évaluation des sources de nutriments et de leur transport dans les eaux de ruissellement des terres agricoles. Ils ont relevé des données sur les nutriments et les rejets provenant des ruissellements d’eaux de pluie et de fonte des neiges sur quatre sites en bordure de terres agricoles, notamment deux sites où il y a eu épandage de fumier porcin et dont les ruissellements se déversent dans la rivière et quatorze sites dans le bassin versant de la rivière Rouge. La recherche met en évidence que la fonte des neiges est la période la plus importante pendant laquelle les eaux et les nutriments (particulièrement les nutriments dissous) se déversent dans les bassins versants dans le sud du Manitoba. Ces résultats viennent appuyer notre aptitude à développer des pratiques de gestion appropriées afin de réduire la perte de nutriments dans les terres agricoles dans cette région.

  • Nous procédons à la quantification du d evenir et de l’effet des nutriments s’écoulant de bassins versants dominés p ar les terres agricoles d ans les affluents des rivières Rouge et Assiniboine.

Les activités d’exploitation des terres contribuent de manière considérable au déversement de phosphore et d’azote dans les petits bassins versants dans les Prairies canadiennes; ces ruissellements ont un impact sur l’environnement écologique des cours d’eau des Prairies. Ce projet comprend deux volets :

  1. Quantifier les modèles saisonniers concernant les concentrations de nutriments en lien avec les activités humaines se rapportant aux cours d’eau dans la vallée de la rivière Rouge.
  2. Établir une série d’indicateurs biologiques appropriés pour assurer le contrôle des activités humaines sur les conditions écologiques des écosystèmes hydrographiques dans la vallée de la rivière Rouge.
  • Évaluer le rôle que jouent les activités humaines sur l’hydrologie des zones clés dans le bassin versant du lac Winnipeg

Ces travaux s’appuient sur les études hydrologiques réalisées dans le cadre de la phase I de l’IBLW et comprennent l’évaluation de l’impact des changements d’utilisation des terres, de l’assèchement des terres humides et de la variabilité du climat sur les inondations et le déversement de nutriments dans le lac Winnipeg. Les écoulements des eaux dans le bassin du lac Winnipeg sont considérablement influencés par la capacité du territoire à stocker les eaux dans les terres humides et dans les terres basses naturelles. Afin de représenter ces processus sous la forme de modèles hydrologiques, des travaux de recherche ont été menés dans la Réserve nationale de faune de St-Denis, en partenariat avec l’Université de la Saskatchewan. Les travaux englobent des études sur le bilan hydrique afin de mieux comprendre l’importance des eaux souterraines pour le maintien du niveau d’écoulement fluvial, ainsi que des études du processus hydrologique afin d’améliorer la compréhension des relations entre les zones de déversement et l’écoulement fluvial. Ces études sont utilisées pour améliorer les modèles hydrologiques qui seront utilisés pour évaluer les rôles relatifs que joue la gestion du climat et des terres sur l’écoulement fluvial et les charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

Livrable scientifique 2: Développer des modèles de prédiction pour soutenir la gestion des nutriments dans le bassin du lac Winnipeg.

  • Modélisation des effets des changements d’utilisation des terres, de l’assèch ement des terres humides et de la variabilité du climat sur les inondations et le déversement de nutriments dans le lac Winnipeg.

Afin de répondre aux attentes visant à la réduction des charges en nutriments dans le lac Winnipeg, un système de modélisation intégrée a été développé afin d’évaluer un ensemble de scénarios de gestion des nutriments. Cette initiative aide les gouvernements à prendre des décisions éclairées quant aux mesures qui donnent les meilleurs résultats pour la santé de l’écosystème aquatique du lac Winnipeg et les moyens de subsistance pour ceux qui en dépendent.

Livrable scientifique 3: Effectuer une surveillance de la qualité de l’eau et des milieux biotiques pour retracer les flux, dans le temps et dans l’espace, des nutriments et des algues transportés du bassin versant vers le lac Winnipeg et appuyer des scénarios de modélisation.

  • Assurer une surveillance afin de retracer les changements dans les charges en nutriments dans le bassin du lac Winnipeg et appuyer les scénarios de modélisation.

Mesurer les concentrations de nutriments, incluant le volume total de phosphore, fait partie des activités de surveillance permanentes mises en place sur la plupart des rivières importantes traversant la frontière entre le Canada et les États-Unis, comme les rivières Rouge, Pembina et Souris et les rivières interprovinciales comme les rivières Assiniboine, Qu’Appelle et Saskatchewan (Saskatchewan-Manitoba), Winnipeg (Manitoba-Ontario) et les rivières Saskatchewan Nord et Sud (Alberta-Saskatchewan). Ce réseau de surveillance à grande échelle, qui a été amélioré dans certaines zones comme la rivière Rouge ainsi que le bassin de la rivière à la Pluie et du lac des Bois, soutiendra certainement des objectifs axés sur les nutriments entre différentes administrations et des mesures de rendement de contrôle des nutriments. Ces travaux, ainsi que des recherches menées à une échelle plus locale dans les sous-bassins hydrographiques proches du lac Winnipeg, complètent les activités de surveillance axées sur les nutriments que la province du Manitoba mène à l’intérieur de ses frontières.

Livrable scientifique 4: Combler les lacunes en matière de connaissances se rapportant à la dynamique des nutriments propres au milieu aquatique des lacs à la suite de changements dans les charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

  •  Combler les lacunes en matière de connaissances fondamentales en ce qui a tr ait à la dynamique et aux charges en nutriments dans le lac Winnipeg.

Dans le cadre de nos recherches sur le lac Winnipeg et ses principaux affluents, Environnement et Changement climatique Canada est en train d’évaluer la composition des nutriments, et leur volume, qui se déversent dans le lac. En utilisant des isotopes stables, des traceurs génétiques et d’autres traceurs biologiques, les scientifiques d’Environnement Canada étudient les principales sources de ces nutriments, leur évolution au cours des saisons et des années, leur biodisponibilité lorsqu’ils sont exposés à des cellules algales et comment ils influencent le risque de propagation d’algues bleues nuisibles. Une partie de ces recherches est menée à bord du navire de recherche M.V. Namao, ce qui permet aux scientifiques de mesurer la prolifération et la toxicité des algues, la prise de nutriments, le stockage dans les cellules algales et la fixation de l’azote.

Objectifs scientifiques de la première phase

Les chercheurs ont mené 24 projets et activités de recherche, de surveillance et de gestion de l'information sur le lac Winnipeg et ses principaux sous-bassins, tels que les rivières Rouge et Assiniboine, la rivière Winnipeg et le lac des Bois dans le cadre de la première phase de l'Initiative.

Pour connaître les derniers progrès réalisés à ce jour par rapport aux objectifs scientifiques de l'Initiative du bassin du lac Winnipeg, consultez le rapport sommaire sur la phase I de l'Initiative.

Objectif 1 : Caractérisation du lac

La recherche a compris la caractérisation de l'intégrité physique, chimique et biologique du lac. Cela impliquait la détermination du statut et des tendances à long terme de la communauté biologique du lac Winnipeg, du lac des Bois et de leurs affluents, les effets écologiques des proliférations d'alguesNote de bas de page 1, ainsi que les conséquences potentielles de l'enrichissement en éléments nutritifs et des espèces envahissantes sur le réseau trophique. Les processus internes du lac qui favorisent la prolifération des algues et des cyanobactéries, ainsi que leur potentielle toxicité, ont été étudiés. Les résultats ont indiqué que les espèces de cyanobactéries qui dominent les proliférations d'algues estivales dans le lac Winnipeg ne sont pas très toxiques, mais le risque de présence de toxines peut augmenter de façon marquée dans les accumulations denses d'écume en surface et sur les rives qui se produisent normalement à cause du vent et des courants.

Objectif 2 : Établissement de bilans concernant les nutriments

La charge en éléments nutritifs est fortement influencée par l'hydrologie saisonnière, la fonte des neiges étant une période critique. Les concentrations d'éléments nutritifs variaient en fonction des saisons, mais présentaient des écarts plus importants et des valeurs plus élevées pendant l'hiver et la fonte des neiges. Un modèle d'écosystème prédictif a été mis sur pied pour simuler les dynamiques principales des éléments nutritifs et des algues dans le lac Winnipeg. La circulation du vent joue un rôle fondamental dans la façon dont les matériaux se mélangent, sont conservés ou sont nettoyés dans chacun des bassins du lac Winnipeg.

Objectif 3 : Évaluation des sources d'apports d'éléments nutritifs dans le lac

Les scientifiques de l'Initiative du bassin du lac Winnipeg ont analysé les isotopes stables présents dans les nutriments afin d'identifier des « signatures chimiques » caractéristiques permettant d'obtenir de nouvelles données concernant les sources de ces éléments dans le bassin de la rivière Rouge, ainsi que d'analyser le cycle des matières organiques et ses effets sur le réseau trophique, les processus qui entraînent la prolifération des algues et les facteurs qui se répercutent sur les niveaux d'oxygène dissous dans le lac Winnipeg. L'oxygène dissous est fondamental à la survie des écosystèmes aquatiques. L'analyse des isotopes stables a indiqué que les rivières Rouge, Winnipeg et Saskatchewan ont des sources de nitrate distinctes qui fournissent une signature isotopique permettant le suivi des nitrates dans le lac Winnipeg. On a trouvé des différences concernant les sources de nitrate dans le bassin du nord (décomposition de la prolifération de cyanobactéries fixant l'azote) et le bassin du sud (principalement des déchets animaux), ce qui indique que chaque bassin doit être représenté par un modèle distinct des procédés impliquant les nutriments.

Objectif 4 : Évaluation de la valeur économique de l'eau

Un cadre pour l'utilisation des biens et services écologiques a été élaboré et appliqué à deux études de cas dans le bassin du lac Winnipeg. Différentes pratiques exemplaires de gestion agricole et stratégies de traitement des eaux usées ont été examinées afin d'évaluer leur coût, les avantages en matière de réduction du phosphore et les effets positifs communs en matière de biens et service écologiques comme la réduction des émissions de gaz à effet de serre, le contrôle de l'érosion et la pollinisation. Les résultats ont indiqué que les stratégies de traitement des effluents étaient généralement moins rentables que les pratiques exemplaires de gestion agricole en termes de coût net par tonne de phosphore retiré par an.

Objectif 5 : Portail d'information scientifique concernant le lac Winnipeg

Un portail d'information du lac Winnipeg a été mis sur pied, en collaboration avec les intervenants, dans le but de rassembler, de stocker et de partager les données concernant le bassin versant, ainsi que de fournir aux utilisateurs les outils et les renseignements nécessaires pour prendre des décisions éclairées en matière de gestion de l'eau. Ce portail permet aux utilisateurs de verser gratuitement leurs données, leurs renseignements et les résultats de leur modèle pour les partager. Le portail contient actuellement environ 137 ensembles de données et a été transféré vers l'Université du Manitoba en mars 2012, où il continuera de croître et d'évoluer comme une source complète d'information et une ressource pour les étudiants, les scientifiques et le public.

Objectif 6 : Établissement des objectifs en matière de nutriments pour le bassin versant du lac Winnipeg

Un rapport fédéral-provincial sur l'état du lac Winnipeg couvrant la période de 1999 à 2007 a été publié en juillet 2011. Ses conclusions appuieront les recherches en cours relatives au lac et mettront en évidence les enjeux actuels et nouveaux. Il existe un rapport sur les faits saillants de cette publication.

Des travaux ont été entrepris par l'intermédiaire de l'Initiative du bassin du lac Winnipeg pour aider le Manitoba à élaborer un cadre scientifique qui servira à établir et à évaluer les objectifs concernant les nutriments pour le lac Winnipeg et ses affluents. Environnement et Changement climatiqueCanada a également collaboré avec le Manitoba afin de déterminer, de finaliser et d'évaluer 18 indicateurs de rendement prioritaires destinés à évaluer la santé du lac et du bassin versant, et à détecter les changements. Un rapport a été rédigé et attend l'examen par les pairs avant d'être finalisé. Les indicateurs devraient être utilisés pour orienter les futures activités de surveillance et de recherche, et pour compléter la mise sur pied d'objectifs relatifs aux nutriments jouant un rôle important sur le plan écologique.

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