Impact des changements climatiques sur les ressources en eau du Canada

Edward Sudicky, professeur, Université de Waterloo, 2008 - 2012
Enjeu

En considération du réchauffement de la planète et des changements climatiques mondiaux, il est important de comprendre comment nos ressources en eau seront affectées. Les modèles de changements climatiques ne sont pas bien conçus pour prédire l’impact du réchauffement sur la profondeur de la nappe phréatique, les taux de recharge des eaux souterraines ou les modifications au débit de base des rivières et des ruisseaux.

Selon de récentes recherches, la profondeur de la nappe phréatique peut avoir une incidence importante sur les flux de chaleur à la surface de la terre, ce qui en retour donne à penser qu’il existe un lien important entre le système climatique et les eaux souterraines. Ce n’est que récemment que des modèles surface/subsurface pleinement intégrés et conçus d’après des critères physiques ont été développés. Au cours des dix dernières années, l’équipe du projet, sous la direction d’Edward Sudicky, a élaboré un modèle tridimensionnel (3D) de bassin hydrographique (modèle HydroGeoSphere ou HGS) – le plus perfectionné et tout premier de son genre.

Projet

Le projet de recherche visait à étudier deux approches différentes de l’évaluation de l’impact des changements climatiques sur les systèmes d’eaux souterraines et de surface : i) une approche intégrée utilisant tous les attributs du modèle 3D de bassin hydrographique de l’équipe du projet (le modèle HydroGeoSphere); ii) une approche de modélisation couplée qui simule les processus dans les eaux de surface et la zone vadose (l’eau qui se trouve au-dessus de la nappe phréatique) et utilise le modèle HGS pour simuler l’écoulement des eaux souterraines dans un sol saturé. Le développement des deux approches en parallèle permet d’établir des repères informatiques et de vérifier la modélisation.

Ce modèle 3D a fourni les conditions limites appropriées pour permettre une variation de focale pour simuler les impacts des changements climatiques sur l’hydrologie de surface et de subsurface à l’échelle de la masse terrestre continentale tout entière.

L’équipe du projet a lié le modèle HGS au modèle météorologique Weather Research Forecasting du National Centre for Atmospheric Research (NCAR) et à leur modèle communautaire du système climatique (Community Climate System Model – CCSM) afin de saisir les relations entre le climat et les processus des eaux souterraines, des eaux de surface et de la terre.

Des progrès importants ont été réalisés en ce qui concerne l’étalonnage et la vérification du modèle à l’aide de données météorologiques, hydrologiques et hydrogéologiques historiques; les résultats des simulations correspondent très bien aux données observées. Plusieurs scénarios des impacts futurs des changements climatiques sur les ressources hydriques de surface et souterraines du Canada ont été réalisés à l’aide du modèle étalonné et vérifié.

Les améliorations apportées au modèle HGS ont mené à l’inclusion d’aspects hydrauliques et de fuites liés aux infrastructures urbaines, comme les égouts pluviaux et d’eaux résiduaires, leur rendement et leur dégradation potentielle, et les analyses des risques et des coûts connexes. Avec ces améliorations, le modèle sera en mesure de simuler la qualité de l’eau à partir de la source d’eau, à travers les réseaux d’eau potable et d’eaux usées, jusqu’au plan d’eau récepteur.

Produits
  • Développement d’un modèle tridimensionnel (3D) de bassin hydrographique (le logiciel HydroGeoSphere ou HGS) – le plus perfectionné et le premier de son genre.
    • Ce modèle 3D pourra être utilisé à échelle réduite pour modéliser la qualité et la quantité d’eau à l’échelle du bassin hydrographique, grâce à sa rigoureuse capacité en matière de transport de contaminants, incluant les réactions chimiques de multiples espèces.   
  • Développement d’un modèle 3D de la géologie près de la surface, à l’échelle nationale, qui sera intégré au modèle 3D du débit en surface et subsurface (HydroGeoSphere).
  • Élaboration d’un petit cours de formation HGS qui a été présenté à l’Université du Danemark et à l’Université de Waterloo et offert sur le marché aux utilisateurs du logiciel.
  • Le logiciel HGS a été commercialisé et mis en marché par Aquanty Inc.
Résultats
  • Meilleures connaissances et sensibilisation au sujet des effets des changements climatiques sur les ressources en eau au Canada.
  • Utilisation du modèle par plusieurs centaines de personnes dans les universités, les organismes gouvernementaux et le secteur privé de la consultation.
  • Pratique éclairée, car les gestionnaires des eaux municipales se servent du modèle pour les assister dans l’élaboration de plans de protection des sources d’eau en lien avec la gestion régionale des terres agricoles, puisque le modèle a la capacité de fournir des informations clés concernant une gamme d’enjeux sur la durabilité et la qualité de l’eau des bassins hydrographiques.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

M. Ross, professeur adjoint, Université de Waterloo
R. Therrien, professeur, Université Laval
W.R. Peltier, professeur, Université de Toronto
J.F. Sykes, professeur, Université de Waterloo
E. Sudicky professeur, Université de Waterloo

Partenaires

US National Center for Atmospheric Research
Ressources naturelles Canada