Impact of global changes on groundwater recharge in cold and humid climate, case study in southern Quebec (Canada)

La recharge des eaux souterraines correspond à l’eau s’infiltrant depuis la surface et atteignant la zone saturée et est une des variables importantes pour la compréhension des changements à long terme des ressources en eau souterraine. Les estimations de recharge à long terme sont des outils importants pour la gestion durable des eaux souterraines, spécialement à l’échelle régionale en contexte de changement climatique. En régions à climat froid et humide, les changements climatiques vont potentiellement avoir des impacts majeurs sur l’ensemble du cycle de l’eau ainsi que sur l’occupation du sol. Ces impacts pourraient se propager jusqu’à la recharge. Cependant, les conditions climatiques futures dépendent fortement des scénarios climatiques, imposant une incertitude élevée dans la simulation de la recharge future. Considérant l’importance de la recharge dans la compréhension des changements affectant les ressources en eau souterraine et le manque de connaissances des processus et paramètres l’affectant en contexte de changement global (actuel et futur), l’objectif général de cette recherche doctorale est de quantifier les impacts des changements climatiques et des changements d’occupation du sol passés, actuels et futurs sur la recharge des eaux souterraines à l’échelle régionale en climat froid et humide. Les objectifs spécifiques du doctorat sont de 1) déterminer comment un modèle de bilan hydrique de surface parcimonieux peut aider à la compréhension de la recharge des eaux souterraines à long terme et à l’échelle régionale, 2) identifier les processus et seuils contrôlant l’impact des changements climatiques sur la recharge des eaux souterraines à long terme et à l’échelle régionale, 3) quantifier l’impact des changements d’occupation du sol sur la recharge des eaux souterraines en contexte de changements climatiques. La région du Québec méridional (Canada, 35 800 km2), située entre le fleuve Saint-Laurent et la frontière Canada-États Unis et entre la frontière Québec-Ontario et la ville de Québec, a été sélectionnée comme cas d’étude. Un modèle de bilan hydrique de surface nommé HydroBudget a été développé en R pour la simulation spatialement distribuée et transitoire de la recharge des eaux souterraines pour de longues périodes (plusieurs décennies) et pour de grands territoires (milliers de km2). Spécialement adapté pour l’hydrologie des climats froids et humides, le modèle prend en compte la couverture neigeuse temporaire et le gel temporaire du sol. Une méthode de calibration automatique multiobjective a réussi à optimiser un ensemble de paramètres régionalisés offrant une incertitude limitée sur les variables simulées (