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Alain N. Rousseau et la modélisation de l’eau

Mathématiques hydriques
3 mai 2011 // par Valérie Levée

L’eau est vie lorsqu’elle est de bonne qualité et nous abreuve. L’eau est poison lorsqu’elle contient des pesticides. L’eau est énergie lorsqu’elle alimente les barrages hydroélectriques. L’eau est catastrophe lorsque les crues inondent plaines et villages. Pour toutes ces raisons, les ressources hydriques ont besoin d’être étudiées et modélisées, et ce, dans un objectif de prévision et de saine gestion. Mettre les rivières et leur bassin versant en équation, voilà le défi de l’ingénieur et professeur Alain N. Rousseau et de son équipe de chercheurs du Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, à Québec.

 

Le cycle de l’eau ne tourne pas toujours rond

L’eau suit son cours indéfiniment. Elle tombe en pluie, se répand sur le sol, rejoint les rivières, les lacs et les océans, s’évapore et redevient nuages. En chemin, la végétation l’absorbe et la transpire vers le ciel. Mais ce cycle connaît quelques soubresauts. Lorsque tombée sous forme de neige, l’eau s’accumule tout l’hiver, le cycle ralentit pour rebondir avec plus ou moins de fougue lors de la fonte printanière.

 

À leur tour, les activités humaines bousculent l’ordre des choses : « La quantité d’eau et sa qualité sont tributaires de l’occupation du territoire, de l’agriculture, de la foresterie et de l’urbanisation », explique le professeur Alain N. Rousseau. Ainsi, la pluie qui abreuve les terres agricoles se charge de pesticides et de nutriments avant d’alimenter les rivières et d’affecter les écosystèmes en aval. Les arbres coupés ne retiennent plus les trombes d’eau qui dévalent les pentes et gonflent les rivières. En ville, les surfaces asphaltées et imperméables convoient quant à elles de grandes quantités de pluie pas toujours propre vers les cours d’eau. Dans ces conditions, estimer la qualité et la quantité d’eau en circulation représente un vrai défi.

 

La modélisation, un joyeux casse-tête

Alain N. Rousseau s’est entouré d’une équipe d’étudiants et de collaborateurs multidisciplinaires pour démêler les pièces du casse-tête que représente la modélisation. Ensemble, ils vont sur le terrain mesurer l’évaporation d’eau par la végétation et sa rétention dans les tourbières nordiques. Ils évaluent le transport des engrais et des pesticides des terres agricoles vers les rivières. Ils examinent les populations de micro-algues pour estimer l’intégrité biologique des cours d’eau. Tandis que certains étudient le déversement des drains agricoles vers les ruisseaux afférents, d’autres reviennent au laboratoire avec des échantillons de sol pour en étudier leurs propriétés physiques et évaluer leurs capacités respectives à retenir l’eau. Enfin, les pièces du casse-tête — le relief et les sols, les données météorologiques, les pratiques agricoles, la végétation, entre autres — sous formes numériques alimentent des équations qui gouvernent les flux et le stockage de l’eau et ses contaminants. Le modèle de prévision du débit des rivières et de leur contamination éventuelle qui résulte de cet assemblage représentera ensuite l’architecture d’un bassin versant.

 

Car qui peut prévoir, peut prendre des décisions adéquates pour prévenir les crues, la pollution ou gérer l’eau des barrages. De cette façon, la modélisation épaule la gestion. Bien sûr, les prévisions ne livrent pas des valeurs précises, mais parce qu’elles délimitent un espace de valeurs plausibles, la modélisation « permet aux gestionnaires de considérer l’incertitude et de prendre de meilleures décisions », estime Alain N. Rousseau.

 

Retour aux sources

Issues d’études effectuées sur le terrain, les modélisations développées par l’équipe d’Alain N. Rousseau trouvent des applications bien concrètes. En effet, les modèles conçus avec Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) visent l’installation de bandes riveraines pour réduire le transport des engrais et des pesticides dans les cours d’eau. En effet, certaines études ont permis de déterminer les caractéristiques générales que doit présenter une bande de végétation pour retenir l’écoulement de l’eau et des contaminants. Les modèles permettent d’ajuster ces caractéristiques moyennes aux conditions spécifiques d’un terrain en prenant en compte la pente, le type de plantes, de culture, l’érosion du sol, etc. Ces travaux prennent de l’importance sur le plan économique, car implanter une bande riveraine occasionne des frais, une perte de terre cultivée et, par conséquent, de production agricole.

 

Mais est-ce aux agriculteurs de payer le prix pour la restauration de la qualité de l’eau du ruisseau, dont tout le monde profitera en aval ? Car si l’eau est de bonne qualité, les poissons reviendront, la baignade sera possible et la valeur des terrains domiciliaires grimpera. Autant de bénéfices que les économistes tentent d’ailleurs de chiffrer. En ce sens, la Ville de Québec a demandé une étude de risques pour déterminer l’incidence de l’aménagement urbain sur le risque de contamination de l’eau et, notamment, prévoir le délai entre un déversement toxique accidentel et la contamination d’une prise d’eau potable. Quant au Centre d’expertise hydrique du Québec (CEHQ), il se fonde sur les outils de l’équipe pour anticiper les apports aux réservoirs publics, tandis qu’Hydro-Québec s’intéresse particulièrement aux travaux réalisés sur les tourbières de la baie James, ces zones humides qui alimentent rivières et centrales hydroélectriques.

 

Décidément, tout le monde trouve son compte dans ces équations de l’eau. ♦

 


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