Bassin expérimental du ruisseau des Eaux-Volées (BEREV) de la Forêt Montmorency


Situation géographique de la Forêt
Montmorency au nord de la Ville de Québec

Plus de 50 ans de données hydrologiques et météorologiques à valoriser

À environ 80 km au nord de la Ville de Québec s’étend une forêt remarquable à plusieurs égards. Réputée pour ses paysages vallonnés qui font le bonheur des amateurs de plein air, la Forêt Montmorency reste avant tout un territoire d’enseignement et de recherche en foresterie, sous la gestion de l'université Laval. Crée en 1964, cette zone de sapinière à bouleaux blancs avait une superficie de 66 km2 (6 600 hectares) jusqu'à son agrandissement en 2012. Sa superficie s'étend maintenant sur 412 km2 (41 200 hectares). Faisant l’objet de plus de cinq décennies d’études scientifiques variées, la Forêt Montmorency porte bien son titre de laboratoire d’aménagement forestier à ciel ouvert. C’est au cœur de ce territoire que se trouve le Bassin Expérimental du Ruisseau des Eaux-Volées (BEREV) (47° 16’ 20’’ N, 71° 08’ 20’’ O).

Historique du BEREV

Dans le cadre de la décennie hydrologique internationale lancée par l’UNESCO en 1965, un investissement du gouvernement fédéral a permis le démarrage de la recherche dans plus de 30 bassins versants un peu partout au Canada. C’est dans cette foulée que fût créé le BEREV en 1965, grâce aux efforts, entre autres, de Rénald Naud, professeur en hydrométéorologie à l’Université Laval, André Lafond, professeur en écologie forestière à la même institution, et Michel S. Slivitzki, hydrologue au Ministère des Richesses Naturelles du Québec.

Le but recherché par ce projet d’envergure était de faire progresser les sciences hydrologiques, qui étaient à l’époque un domaine scientifique en pleine éclosion. Les objectifs spécifiques consistaient à (i) comprendre les processus hydrologiques (météorologie, débits, qualité de l’eau, rôle du sol) et établir des relations entre eux; (2) comprendre les effets des pratiques forestières sur l’eau; (3) transférer ces connaissances pour l’aménagement du territoire et (4) favoriser la formation d’hydrologues forestiers. La sélection d’un bassin versant de petite dimension (< 10 km²) dont le territoire forestier se trouvait entièrement à l’intérieur des limites de la Forêt Montmorency nouvellement créée était donc un choix évident et judicieux pour assurer la recherche à long terme. Le site du BEREV a donc été créé par la mise en place de trois stations météorologiques et la construction de quatre seuils jaugeurs entre 1965 et 1971.

Dès 1972, André P. Plamondon, professeur en hydrologie forestière à la faculté de foresterie et de géomatique de l’Université Laval, a pris en charge le BEREV, qu’il a développé et coordonné jusqu’à sa retraite en 2006. Depuis 2010, c’est Sylvain Jutras, professeur en hydrologie forestière à la même institution qui a repris les rênes du BEREV et il est résolument décidé à valoriser les données historiques de ce site exceptionnel. C’est pourquoi il nous semble désormais impératif de faire connaître et d’exploiter à leur juste valeur l’énorme quantité de données accumulées au cours des cinq dernières décennies.

Situation géographique et climatique du BEREV

D’après les normales climatiques obtenues entre 1981 et 2010 (Environnement Canada, 2018):

  • La température annuelle moyenne est de 0,5°C
    • Janvier est le mois de plus froid avec une moyenne de -15,9°C
    • Juillet est le mois le plus chaud avec une moyenne de 14,6 °C
  • Les précipitations annuelles sont très abondantes, dépassant 1500 mm
    • Près de 40% tombe sous forme de neige entre novembre et avril
    • Ça représente plus de 6 m de neige à chaque année!
  • L'altitude du bassin versant se situe entre 560 m et 1000 m

Saviez-vous que...?

Le nom du ruisseau des Eaux-Volées proviendrait du fait qu'on aurait « volé » de l’eau dans le lac Hupé, situé en amont du ruisseau, mais en dehors du bassin versant, grâce à une dérivation faite à la dynamite autour de 1940. On visait alors à avoir plus d’eau pour « flotter » le bois récolté jusqu’à la rivière Montmorency! Inopérant depuis plusieurs décennies, l’emplacement du canal est toujours visible aujourd’hui.

Un héritage météorologique d’exception dans le massif des Laurentides

Dès 1965, une station météorologique, nommée la « station principale », fût installée en face du pavillon d’accueil de la Forêt Montmorency grâce une entente entre l’Université Laval et le Ministère des Richesses Naturelles du Québec. Le territoire plus circonscrit du BEREV a compté également sur la présence de deux stations météorologiques supplémentaires, nommées « station 6 » et « station 8 », installées respectivement en 1965 et 1967. Pendant plus de 3 décennies, 365 jours par année, des données météorologiques bi-journalières ont été enregistrées par un observateur météo tandis que des acquisiteurs mécaniques consignaient certaines données en continue. La diversité des appareils en place de même que la compétence des observateurs acquise au fil du temps confère un statut unique aux données quant à leur qualité. Depuis 2003, la station principale a été complètement automatisée et elle est désormais sous l’égide d’Environnement Canada.

Pendant certaines périodes où les ressources l’ont permis, il y a eu également d’autres stations météorologiques sur le territoire, ce qui est en soit d’une rare occurrence et d’une grande utilité aujourd’hui, entre autres, pour l’étude des changements climatiques. En effet, il y a eu des périodes s’étendant sur plus de 20 ans où 10 stations supplémentaires mesuraient la pluviométrie en continue, où 13 stations enregistraient simultanément la température et l’humidité relative et où 26 stations permettaient de recueillir les quantités de pluies hebdomadaires. Plusieurs de ces stations étaient localisées sur des sommets de la forêt Montmorency ce qui était plutôt rare avant l’installation de stations automatisées. Enfin, sur le BEREV ou en bordure de ce dernier, la précipitation estivale a été disponible à 13 stations durant plusieurs années.

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Localisation des sous-bassins et des seuils jaugeurs sur le
territoire du BEREV à la Forêt Montmorency.
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Des stations hydrologiques pour comprendre les cours d’eau

Afin d’étudier le comportement hydrologique du BEREV, trois seuils jaugeurs bétonnés y ont été construits entre 1965 et 1967. En 1971 un seuil construit avec des sacs de ciments a été ajouté. Ces seuils, étant situés à l’exutoire de bassins versants imbriqués les uns dans les autres, permettent de mesurer et de caractériser l’écoulement en rivière pour neuf sous-bassins dont les superficies vont de 1,2 à 9,2 km². Entre le moment de leur construction et 1990, c’est le Ministère des Richesses Naturelles qui était en charge des seuils et de la mesure des débits (par limnimètre bulle à bulle et courbe de tarage théorique). Par la suite, les infrastructures ont été léguées à la Faculté de foresterie et de géomatique de l’Université Laval, tandis que l’équipe en charge des mesures du débit est restée continuellement la même, mais au sein du Ministère de l’environnement, via le Centre d’expertise hydrique du Québec (CEHQ). Quelques entretiens des seuils ont été faits au fil du temps, dont les plus récents en 2010-2011. Une grande précision de même qu’une grande constance dans l’acquisition des données caractérise les trois seuils bétonnés. Le seuil en poches de ciment a dû subir quelques réparations incluant l’ajout de béton ce qui rend les données périodiquement douteuses. Les données du BEREV sont très fréquemment utilisées pour améliorer les connaissances hydrologiques au Québec, mieux comprendre l’impact de la foresterie sur les bassins versants et suivre l’évolution du climat.

Stations hydrologiques du BEREV : superficie, débits et récoltes entre 1965-2013.

Une connaissance exceptionnellement fine du territoire et de la végétation

Grâce aux efforts menés par une panoplie d’étudiants et de professeurs depuis sa création, le territoire forestier de la forêt Montmorency est aujourd’hui un endroit ayant été inventorié avec une minutie et densité inégalée. D’innombrables sources d’informations géo-spatialisées sont facilement accessibles sous diverses formes numériques, ce qui permet d’y effectuer un suivi historique d’une grande précision à l’échelle des bassins versants. Récemment, des efforts de compilation et d’organisation des données historiques permettent de valoriser les abondantes archives de photographies aériennes grâce à leur assemblage sous forme d’ortho-photographies numériques. S’ajoute à cela deux couvertures complètes (2011 et 2016) du territoire de la Forêt Montmorency grâce à la technologie LiDAR. Plusieurs produits dérivés de ces données à très haute résolution géo-spatiale (matrices de 1 m x 1 m) sont disponibles dès maintenant (modèle numérique de terrain, modèle de hauteur du couvert, écoulements de surface, etc.).

Des études qui font progresser la gestion forestière au Québec

Des résultats concrets pour une meilleure gestion forestière

Certaines études hydrologiques faites sur le BEREV ont démontré qu’une récolte de plus de 50% d’un bassin versant de 120 ha entraîne une hausse significative des débits de pointe (Guillemette et al. 2005). À plus petite échelle (>50 ha), récolter exactement 50% de bassins versants forestiers n’a pas significativement fait augmenté les débits de pointe (Tremblay et al. 2008) et n’a pas fait augmenter les concentrations d’anions, de cations et de métaux au-dessus des limites reconnues de qualité de l’eau (Tremblay et al. 2009). Ces travaux ont permis d’appuyer la règlementation Québécoise visant à limiter la récolte forestière sur des bassins versants sensibles comme ceux approvisionnant les rivières à saumon (Langevin et Plamondon 2004).

Le BEREV est la seule infrastructure permettant de mesurer directement les effets de la récolte forestière sur l’écoulement de l’eau et sa qualité. Ces mesures à l’échelle du bassin versant sont complétées par des études des processus hydrométéorologiques et des expérimentations à l’échelle de la parcelle sur le territoire de la forêt Montmorency. Il est à noter que l’écoulement en milieu naturel a aussi été étudié dans la réserve écologique du bassin du Lac Laflamme. L’ensemble des études hydrométéorologiques inspirées par les objectifs du BEREV a produit plusieurs dizaines de publications, thèses, mémoires et projets de fin d’études. Les principales études contribuant au développement de l’hydrologie forestière, ont été accomplis dans divers domaines et échelles:

Études de processus:

  • Radiations et albédo (Bernier et Plamondon 1983)
  • Évapotranspiration (Mathieu 2005)
  • Fonte de la neige (Jones et al. 1986, Prévost et al. 1990)
  • Hydrogéologie (Rochette 1971 )

Études à l’échelle de la parcelle:

  • Interception et transpiration (Prévost et Plamondon 1987, Icaza 2005)
  • Accumulation et fonte de la neige (Roberge et al. 1998, Prévost et al. 1991, Talbot et al. 2006, Plamondon et al. 1984 a et Plamondon et al. 1984b.)
  • Eau du sol (Sklash et Farvolden 1979, Barry et al. 1998)
  • Érosion (Plamondon et Thomassin 1982).

Études à l’échelle du bassin versant (BEREV):

  • Comportement hydrologique suite à la récolte (Plamondon et Ouellet 1980, Yuxi 1997, Guillemette et al. 2005, Tremblay et al. 2008)
  • Qualité de l’eau (Beaudin 2002, Joffre 2004, Tremblay et al. 2009)
  • Bilan hydrologique Guillemette et al. 1999)

Études à l’échelle du bassin versant (Lac laflamme):

  • Bilan hydrologique (Martel 1983)

Valoriser un historique de données remarquable pour explorer de nouvelles hypothèses

Fêtant leur 50e anniversaire en 2015, les infrastructures du BEREV peuvent être vantées pour avoir abondamment servi à valider différentes hypothèses et à développer des recommandations liées à l’aménagement forestier et son impact sur les ressources hydriques au Québec. L’avenir du BEREV réside évidemment sur la valorisation du passé, mais aussi sur la poursuite d’études hydrologiques en milieu forestier. À cet effet, plusieurs recherches sont en cours en lien avec les processus de sous-captation des précipitations solides, l’interception des précipitations en milieu forestier, la mesure directe de l’évapotranspiration et la modélisation hydrologique.

D’autre part, la valorisation des données historiques passe inévitablement par une exploitation et une distribution plus efficace des données hydrométéorologiques corrigées, validées et homogénéisées. La construction et la mise en ligne d’une base de métadonnées, hébergé sur le site du Centre d’Étude de la Forêt, constitue une étape charnière qui a été complétée à l’aide du support de collaborateurs universitaires de longue date. Ceci contribuera au rayonnement scientifique de ce site exceptionnel ainsi qu’à la diffusion efficace de ses archives autrefois difficilement utilisables.

Une accumulation de données sur cinq décennies sur des bassins versants de petite taille est unique au Canada

Les données météorologiques et hydrologiques recueillies à la Forêt Montmorency depuis 1965 sont désormais accessibles sur le web grâce à la mise en place d’une base de métadonnées.
Pour de plus amples informations et pour accéder aux archives, visitez le Catalogue des données climatiques de la Forêt Montmorency

ou contactez Sylvain Jutras, ing.f, Ph.D.

Dernière mise à jour : 26 janvier 2018

Global Water Future

Maxime Beaudoin-Galais a débuté à l'hiver 2018 un doctorat portant sur les effets de la coupe forestière et des changements de végétation sur le bilan hydrologique et l'écoulement en forêt boréal. Ce projet est relié à Global Water Futures  (GWF), une initiative pancanadienne visant à renforcer le rôle du Canada en tant que leader en sciences hydrologiques en régions froides. Plus spécifiquement, l'Université Laval contribue à cette vaste campagne par l'intermédiaire du Boreal Water Futures  (BWF), formé afin de fournir des outils et des stratégies entourant les risques associés à l'eau des écosystèmes de la forêt boréale.

En lien avec la vision de BWF, l'objectif général de ce projet est de mieux comprendre les effets des changements de végétation (ex.: coupes forestières, épidémies d'insectes, etc.) sur le bilan hydrologique à l'échelle d'un bassin versant en forêt boréale. L'étude se fera par l'analyse des données hydrologiques du BEREV. À l'aide d'informations détaillées sur les opérations de récolte faites sur le site d'étude et d'analyses spatiales, il sera possible de comparer les changements de végétation avec les données hydrologiques des différents sous-bassins du BEREV. Également, en incluant le BEREV au sein du Pan-Canadian Boreal Observation Netword  (BON), les résultats d'analyses numériques et de modélisations hydrologiques pourront être comparés avec d'autres sites similaires ailleurs au Canada.

Projet ÉVAP (Modélisation hydrologique avec bilan énergétique)

L'objectif principal du projet est d'améliorer la modélisation de l’évapotranspiration au sein de modèles hydrologiques utilisés de manière opérationnelle, afin de mieux évaluer l’impact des changements climatiques sur le régime hydrique des cours d’eau.

Rendez-vous sur la page du projet ÉVAP  pour en savoir plus.

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Écoles d'été et formations

Ecole d'été en Biologie et Ecologie intégratives 
6-12 juillet 2019, Pyrénées françaises
École d'été en modélisation de la biodiversité 
19-23 août 2019, Orford
Cours aux cycles supérieurs: Aménagement des écosystèmes forestiers 
19-30 août 2019, Station FERLD

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CEF-Référence
La référence vedette !

Jérémie Alluard (2016) Les statistiques au moments de la rédaction 

  • Ce document a pour but de guider les étudiants à intégrer de manière appropriée une analyse statistique dans leur rapport de recherche.

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