Diagnostic du cycle de l'eau et sources de contamination en contexte de forçage anthropique : cas du ruisseau Rousse, Québec

Bouakline, Benjamin (2026). Diagnostic du cycle de l'eau et sources de contamination en contexte de forçage anthropique : cas du ruisseau Rousse, Québec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le bassin versant du ruisseau Rousse (Oka, Québec) est un territoire agricole périurbain où l'intensification des pressions anthropiques, prélèvements en eau, ruissellement agricole et rejets industriels, a progressivement dégradé la qualité des ressources hydriques, menaçant à la fois leur disponibilité et l'intégrité écologique de son exutoire protégé, la Grande Baie du Parc national d'Oka. Dans un contexte aggravé par les changements climatiques, concilier la production agricole avec la préservation de la biodiversité aquatique impose de repenser en profondeur les interactions entre les activités humaines et le cycle de l'eau à l'échelle locale. C'est dans cette perspective qu'a été mis sur pied le Lab-Eau-Rousse, un laboratoire vivant dont l'objectif est d'améliorer la disponibilité et la qualité de l'eau en milieu agricole par l'identification de solutions d'adaptation du cycle de l'eau. Le présent projet de recherche s'inscrit dans la première phase de cette initiative, axée sur le développement de méthodes de diagnostic et de suivi du cycle de l'eau et de la qualité des ressources, à travers une approche multi-traceurs combinant isotopes stables de l'eau, ions majeurs, fluorescence de la matière organique dissoute et radon-222, déployée à six stations de surveillance (SW1–SW6) entre novembre 2023 et décembre 2024.

Les analyses isotopiques, corroborées par les données de conductivité électrique et d'ions majeurs, révèlent des périodes hydrologiques contrastées : une période hivernale dominée par les apports souterrains, une période printanière marquée par la contribution de la fonte des neiges au ruissellement de surface, et une période estivale automnale davantage influencée par le ruissellement de surface et les précipitations. Ce cadre hydrologique structure l'ensemble des dynamiques de transport de solutés observées. En hiver, la dominance du débit de base souterrain homogénéise la chimie du cours d'eau et concentre les nitrates au niveau des zones de résurgences des eaux souterraines. Au printemps, la fonte du manteau neigeux active un mécanisme de premier lessivage qui génère les charges en nitrates les plus élevées de l'année à l'échelle du bassin versant. En période estivale et automnale, l'accroissement du ruissellement de surface mobilise le carbone organique dissous depuis la zone en amont et amplifie les apports diffus en nitrates du tronçon médian, produisant une variabilité spatiale des contaminants nettement plus marquée. Un modèle de bilan de masse basé sur le radon-222 a permis de quantifier spatialement ces apports souterrains, avec des proportions atteignant jusqu'à 62,6 % en période d'étiage et au niveau du tronçon en amont. L'exportation de nitrates est principalement contrôlée par la fonte des neiges via un mécanisme de premier lessivage, tandis que des apports agricoles diffus dominent au printemps et en été. La recommandation ministérielle du Conseil Canadien des ministres de l’environnement (CCME) de 3 mg-N/L est régulièrement dépassé, notamment en amont où la concentration maximale atteint 7,05 mg-N/L en automne. La matière organique dissoute est d'origine majoritairement allochtone, avec la zone humide adjacente à SW2 comme principale source de carbone organique dissous.

Les conditions hydroclimatiques atypiques de 2023-2024, hiver peu enneigé, été exceptionnellement pluvieux, automne sec, constituent un analogue partiel des trajectoires climatiques projetées pour le sud du Québec et soulignent la vulnérabilité croissante du bassin aux événements extrêmes. Ces résultats soulignent le besoin d'une caractérisation approfondie des zones humides du bassin versant, la nécessité de préserver ces dernières et l'importance d'optimiser les pratiques agricoles dans les secteurs les plus vulnérables.

Titre traduit

Diagnosis of the water cycle and sources of contamination under anthropogenic forcing : the case of the ruisseau Rousse, Québec

Résumé traduit

The Ruisseau Rousse watershed (Oka, Québec) is a periurban agricultural territory where the intensification of anthropogenic pressures, water withdrawals, agricultural runoff, and industrial discharges, has progressively degraded water resource quality, threatening both their availability and the ecological integrity of its protected outlet, the Grande Baie within Parc national d'Oka. In a context further compounded by climate change, reconciling agricultural production with the preservation of aquatic biodiversity requires a fundamental rethinking of the interactions between human activities and the local water cycle. It is within this framework that the Lab-Eau-Rousse was established as a living laboratory, with the overarching goal of improving water availability and quality in agricultural settings through the identification of adaptive solutions for water cycle management. The present research project constitutes the first phase of this initiative, focused on the development of diagnostic and monitoring methods for the water cycle and water resource quality, through a multi-tracer approach combining stable water isotopes, major ions, dissolved organic matter fluorescence, and radon-222, deployed across six monitoring stations (SW1–SW6) from November 2023 to December 2024.

Isotopic analyses, corroborated by electrical conductivity and major ion data, reveal contrasting hydrological periods: a winter period dominated by groundwater contributions, a spring period marked by snowmelt contributions to surface runoff, and a summer–autumn period characterized by increased surface runoff and precipitation influence. This hydrological framework governs all solute transport dynamics observed in the system. In winter, the dominance of groundwater baseflow homogenizes stream chemistry and concentrates nitrates at groundwater discharge zones. In spring, snowmelt activates a first-flush mechanism that generates the highest annual nitrate loads at the watershed scale. During the summer–autumn period, the increase in surface runoff mobilizes dissolved organic carbon from the upstream zone and amplifies diffuse nitrate inputs from the midstream reach, producing markedly greater spatial variability in contaminant concentrations. A radon-222 mass balance model spatially quantified groundwater inputs, with proportions reaching up to 62.6% during low-flow conditions in the upstream reach. Nitrate export is primarily driven by snowmelt through a first flush mechanism, while diffuse agricultural inputs dominate during spring and summer. The ministerial recommendation (CCME) of 3 mg-N/L is regularly exceeded, notably upstream where the maximum concentration reaches 7.05 mg-N/L in autumn. Dissolved organic matter is predominantly allochthonous, with the wetland zone adjacent to SW2 identified as the main source of dissolved organic carbon.

The atypical hydroclimatic conditions of 2023–2024, reduced winter snowpack, exceptionally wet summer, and dry autumn, represent a partial analogue of projected climate trajectories for southern Québec and highlight the watershed's growing vulnerability to extreme events. These findings underscore the need for a thorough characterization of the watershed's wetland zones, the necessity of preserving them, and the importance of optimizing agricultural practices in the most vulnerable sectors.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l'environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 85-95).
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Masse-Dufresne, Janie
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Barbecot, Florent
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	01 juin 2026 14:20
Dernière modification:	01 juin 2026 14:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3931

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