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Caractérisation et estimation des concentrations de sédiments en suspension : cas des bassins versants agricoles de l’Île-du-Prince-Édouard (Canada).

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Sirabahenda, Zacharie (2019). Caractérisation et estimation des concentrations de sédiments en suspension : cas des bassins versants agricoles de l’Île-du-Prince-Édouard (Canada). Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 115 p.

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Résumé

Les estuaires et les eaux côtières de l’Île-du-Prince-Édouard (IPE) constituent un milieu de vie aquatique d’une grande richesse et font l’objet d’impacts négatifs issus des rivières des bassins versants adjacents. La problématique liée à l’augmentation de la turbidité de l’eau par des sédiments en suspension est un de ces impacts majeurs dans les rivières des bassins versants à vocation agricole. Les sols de l’IPE étant extrêmement sensibles à l’érosion hydrique, les travaux antérieurs ont reconnu que les pertes en sol agricole représentent un grand défi environnemental à long terme pour les agriculteurs. Les travaux qui composent cette thèse proposent une méthodologie qui s’inscrit dans un processus permettant d’outiller les gestionnaires des bassins versants de l’IPE avec de meilleures méthodes de surveillance de la concentration des sédiments en suspension (CSS) et d’estimation des CSS. De plus, ces outils pourront permettent la prévision de l’impact de la mise en oeuvre des pratiques bénéfiques pour la réduction des flux sédimentaires dans les rivières. Des instruments basés sur le principe de rétrodiffusion optique et de rétrodiffusion acoustique ont été utilisés pour les mesures indirectes des CSS dans les rivières. Le potentiel d’utilisation d’un profileur acoustique de vitesse par effet Doppler (ADCP) comme outil alternatif pour faire le suivi en continu des sédiments en suspension dans une rivière à forte concentration sédimentaire comparativement à l’utilisation d’une sonde à turbidité a été démontré pour un bassin versant agricole (premier article). Dans un deuxième temps, un modèle empirique basé sur un système d’inférence neuro-flou adaptatif pour l’estimation des CSS dans de multiples rivières a été développé en incorporant une variable caractérisant la vulnérabilité du bassin versant à l’érosion hydrique appelée ‘Watershed Vulnerability Index’ avec d’autres variables d’entrées plus classiques (deuxième article). L’inclusion de cette variable permettant de tenir compte du caractère dynamique des facteurs liés à la vulnérabilité des sols, à l’érosion hydrique ainsi que de l’occupation et de l’utilisation du territoire a permis d’améliorer la capacité prédictive du modèle ANFIS pour les CSS. Le potentiel d’utilisation de ce modèle empirique ANFIS dans un cadre de gestion des pratiques agricoles a été testé avec succès pour la réduction de la charge sédimentaire en fonction de la largeur de la bande riveraine dans un bassin versant (troisième article). Le modèle déterministe SWAT a été appliqué pour fin de comparaison avec le modèle ANFIS et une largeur efficace de la bande riveraine a été estimée pour un bassin versant pour la réduction maximale possible de la charge sédimentaire pour les deux modèles.

Abstract

The estuaries and coastal waters of Prince Edward Island (PEI) are a rich aquatic environment and are subject to negative impacts from rivers in adjacent watersheds. The problem related to the increase in water turbidity by suspended sediments is one of these major impacts in the rivers of agricultural watersheds. As PEI soils are extremely sensitive to water erosion, previous work has recognized that soil losses represent a major long-term environmental challenge for farmers. The works contained in this thesis propose a methodology that is part of a process to equip PEI watershed managers with better methods for monitoring suspended sediment concentrations (SSC), for estimating SSC, as well as planning the support practices for sediment load reduction in rivers. Monitoring instruments based on the principles of optical backscatter and acoustic backscatter were used for SSC indirect measurements in rivers. The potential of using an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) as an alternative tool for continuous monitoring of suspended sediments in a river with high sediment concentration compared to the use of a turbidity probe has been demonstrated for an agricultural watershed (first article). Secondly, an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for SSC estimation in multiple rivers was developed, with the inclusion of a variable that accounts for the watershed vulnerability to water erosion called 'Watershed Vulnerability Index' in addition to other more classical input variables (second article). The inclusion of this variable that takes into account the dynamic nature of factors related to soil vulnerability to water erosion as well as land use has improved the predictive capacity of the ANFIS model for SSC. The potential use of this empirical ANFIS model in a management framework of agricultural practices was successfully tested for the reduction of the sediment load according to the width of the riparian buffer strip in a watershed. A deterministic model, SWAT, was also implemented for comparison and an effective buffer strip width was estimated for the maximum possible reduction of sediment loads for both models (third article).

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: St-Hilaire, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: Courtenay, Simon; van den Heuvel, Michael
Mots-clés libres: agriculture; turbidité; sédiments en supension; ADCP; ANFIS; SWAT; bande riveraine; turbidity; suspended sediment; riparian Strip
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 12 mars 2020 17:40
Dernière modification: 12 mars 2020 17:40
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/9726

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