Influence des propriétés hydrodynamiques, des variations météorologiques et des contextes hydrogéologiques sur l'hydrologie de sept tourbières de la vallée du Saint-Laurent, Québec, Canada

Les tourbieres sont des ecosystemes satures en eau souvent connectes aux aquiferes. Leur integrite hydrologique et le maintien de leurs fonctions hydrologiques reposent sur leurs capacites a maintenir leurs niveaux de nappe pres de la surface. La comprehension des processus qui contribuent a maintenir les niveaux est donc indispensable pour les proteger. L'objectif principal de cette these est de comprendre l'influence des proprietes hydrodynamiques, des variations meteorologiques et des contextes hydrogeologiques sur le niveau d'eau de sept complexes tourbeux de la vallee du Saint-Laurent, Quebec, Canada. Pour ce faire, sept tourbieres ont ete echantillonnees et instrumentees en tenant compte de la diversite des contextes hydrogeologiques dans lesquels elles se sont developpees. Pour chacune des tourbieres, trois zones (amont, intermediaire, aval) ont ete identifiees le long d'une ligne d'ecoulement, et une zone de recharge de l'aquifere a ete identifiee. Deux zones supplementaires (minerotrophe et d'alimentation) ont ete identifiees pour les tourbieres qui etaient ceinturees d'une zone pouvant etre alimentee par un aquifere. Pour chacune des tourbieres, des carottes de tourbe de 1 m ont ete prelevees dans les zones amont, intermediaire et aval. Des travaux de laboratoire realises sur ces carottes ont permis de quantifier les conductivites hydrauliques, les coefficients d'emmagasinements et la densite apparente seche des depots tourbeux. Toutes les zones etudiees sur chaque site (dans la tourbiere et dans l'aquifere) ont ete instrumentees de puits d'observation et de piezometres munis de sondes pour le suivi automatique des niveaux d'eau qui ont ete en operation de mai 2014 a juin 2016. Les series temporelles et les donnees de laboratoire ont ete analysees a l'aide d'analyse de variance, de fonctions d'autocorrelation, de correlations lineaires, semi-logarithmiques et logarithmiques, ainsi que par l'analyse des variations des niveaux de nappe liees aux evenements pluvieux et aux recessions. Toutes les analyses ont ete realisees avec le logiciel R. Le premier chapitre de la these a permis d'adapter, tester et valider la methode Water Table Fluctuation permettant de quantifier les coefficients d'emmagasinement des tourbieres. Des coefficients d'emmagasinement entre 0.13 et 0.99 variant sur 20 cm ont ete calcules. Les valeurs les plus elevees correspondent au niveau maximal de la nappe et diminuent rapidement avec la profondeur, suivant une equation logarithmique. Une difference significative des capacites d'emmagasinement a ete observee entre les sites. Cette difference suit un gradient geographique regional du sud-ouest vers le nord-est, ce qui concorde avec le gradient des degres jour de croissance entre les sept tourbieres. Le deuxieme chapitre a permis de quantifier l'influence des proprietes hydrodynamiques des depots organiques comme facteurs explicatifs des variations des profondeurs de nappe. Pour tous les sites, les densites seches apparentes varient entre 0.02 et 0.22 g/cm³ et les conductivites hydrauliques varient entre 1.4 cm/s et 3.0*10[-6]cm/s. Aucune variation significative des proprietes hydrodynamiques n'a ete identifiee intra- et inter-sites. Cependant, les niveaux de nappe montrent des differences significatives d'un site a l'autre. Ceci est une indication que les proprietes hydrodynamiques ne sont pas le seul facteur qui controle le niveau des nappes et que les contextes meteorologiques et hydrogeologiques pourraient etre des facteurs explicatifs importants. Trois relations mathematiques ont ete developpees liant les coefficients d'emmagasinement a la profondeur, a la densite apparente seche et a la conductivite hydraulique des depots tourbeux. Ces equations permettront aux modelisateurs de quantifier de maniere plus fiable les proprietes hydrodynamiques de la tourbe dans des modeles eco-hydrologiques. Le troisieme chapitre a permis de mieux comprendre l'influence des conditions meteorologiques et des contextes hydrogeologiques sur les niveaux de nappe et leurs fluctuations dans les tourbieres. Les conductivites hydrauliques des zones de recharge varient entre l.4*10[-7] et 8.5*10-³cm/s et sont fortement correlees au niveau annuel de la nappe dans les tourbieres. Les augmentations mensuelles des niveaux de nappe des tourbieres sont fortement correlees aux precipitations mensuelles. De maniere similaire, les diminutions mensuelles des niveaux de nappe sont fortement correlees aux temperatures moyennes mensuelles. Les resultats ont permis d'identifier qu'une baisse de 1 mm/mois dans les precipitations peut entrainer une baisse de 2 mm de la nappe de la tourbiere, tandis qu'une augmentation de temperature de 1 °C/mois peut entrainer une baisse de 1 cm du niveau de nappe. L'application de cette methode sur d'autres tourbieres localisees dans des contextes climatiques differents permettra de mieux comprendre la vulnerabilite des tourbieres aux changements climatiques. De plus, les analyses d'autocorrelation et de correlation croisee ont permis de confirmer la presence d'un equilibre hydrique entre la zone ombrotrophe des tourbieres et leurs contextes hydrogeologiques. Cela concorde avec le controle qu'exercent les zones de recharge sur les niveaux de nappe des tourbieres demontre par la presence d'une forte correlation entre la conductivite hydraulique des zones de recharge et les niveaux de nappe des tourbieres. En ce sens, on distingue les tourbieres dependantes des eaux souterraines, ou fortement connectees, par une fluctuation accentuee de leur niveau d'eau et les tourbieres independantes des eaux souterraines, ou faiblement connectees, par des variations limitees de leur niveau d'eau. Jusqu'ici, aucune etude n'avait encore demontre l'importance des conditions meteorologiques et des contextes hydrogeologiques sur l'hydrologie des tourbieres. Cette these apporte de nouvelles donnees, une meilleure comprehension et un nouvel eclairage du controle des facteurs externes sur les niveaux d'eau des tourbieres. Les resultats de cette these pourront etre utilises pour quantifier les fonctions hydrologiques des tourbieres et leur connectivite avec les aquiferes, et pour evaluer la vulnerabilite des tourbieres aux pressions apportees par les changements climatiques.