Erosion et sédimentation

Dans cette section :


L'eau – agent de transport

L'eau joue un rôle important dans la transformation du paysage canadien en déplaçant de grandes quantités de sol sous forme de sédiments. Ceux-ci sont arrachés par érosion au paysage, transportés par les réseaux hydrographiques, puis déposés dans un lac ou une mer. Ainsi, le fleuve Fraser transporte en moyenne par année 20 millions de tonnes de sédiments vers la mer.

Le cycle des sédiments débute par le processus d'érosion, par lequel des particules ou fragments sont arrachés aux matériaux rocheux sous l'action des agents d'érosion. L'action de l'eau, du vent et des glaciers ainsi que les activités des plantes et animaux contribuent à l'érosion de la surface terrestre. On parle de sédiments fluviaux dans le cas où l'eau constitue le principal agent. L'érosion naturelle, ou géologique, est un processus lent, qui s'étend parfois sur des siècles ou des millénaires. L'érosion résultant de l'activité humaine, dite anthropique, peut se produire beaucoup plus rapidement. Il est important de comprendre le rôle de chacun des agents avant d'étudier le transport des sédiments.

Tout matériau, une fois délogé, est prêt à être transporté. Le processus de transport débute à la surface terrestre lorsque des gouttes de pluie causent de l'érosion en nappe. Les rigoles, ravins, ruisseaux et rivières servent ensuite de couloir pour évacuer les sédiments. Plus le débit, ou taux d'écoulement, est important, plus la capacité de transport des sédiments est élevée.

Le cycle se termine avec l'accumulation. Lorsque l'énergie ne suffit plus pour déplacer les sédiments, ceux-ci s'immobilisent. Les bassins ou zones d'accumulation comprennent les matériaux nouvellement déposés d'une plaine d'inondation, les îles et bancs d'un chenal et les deltas. L'accumulation, même si elle est considérable, n'est pas nécessairement apparente; c'est le cas de celle qui se produit sur les lits fluviaux et lacustres. Pour comprendre l'écosystème aquatique, il faut absolument connaître la dynamique des sédiments.

Les voies d'eau du Canada déplacent de nombreux millions de tonnes de sédiments par année dans le cycle sans fin de l'érosion, du transport et de l'accumulation. Les sédiments sont mesurés et classés en fonction de leurs caractéristiques dynamiques :

  • débit des sédiments en suspension (en suspension dans l'eau);
  • charriage (roulage ou saltation au fond);
  • matériaux du lit (stationnaires).

L'importance des sédiments

Les sédiments transportés dans l'eau ont divers effets; quels sont-ils pourquoi sont-ils importants?

Substances chimiques toxiques

La gestion de la qualité de l'eau doit tenir compte des sédiments car ceux-ci jouent un rôle important dans le transport et le devenir des matières polluantes. Les substances chimiques toxiques peuvent se fixer aux particules de sédiments ou être absorbées par celles-ci, puis transportées et déposées dans un autre milieu. Ces polluants peuvent plus tard être libérés dans l'environnement. Par l'étude de la quantité, de la qualité et des caractéristiques des sédiments dans les cours d'eau, les chercheurs et ingénieurs peuvent déterminer les sources et évaluer l'impact des polluants sur le milieu aquatique. Lorsque les sources et les répercussions sont connues, il est possible de prendre des mesures pour réduire les polluants. Des rapports entre substances chimiques toxiques et sédiments constituent en fait une question d'importance nationale.

Navigation

L'accumulation de sédiments dans des cours d'eau ou des lacs peut faire diminuer la profondeur de l'eau, ce qui rend la navigation difficile ou même impossible. Il se peut qu'il faille draguer une partie des sédiments pour assurer l'accès à un cours d'eau ou un port, ce qui peut libérer des substances chimiques toxiques dans l'environnement. Pour déterminer le volume et la fréquence du dragage nécessaire, il faut surveiller les niveaux d'eau et estimer les taux de transport et d'accumulation des sédiments. La sédimentation des chenaux de navigation est un problème dans le fleuve Fraser (Colombie-Britannique), le fleuve Mackenzie (Territoires du Nord-Ouest) et le réseau hydrographique Grands Lacs - Saint-Laurent (Ontario et Québec).

Pêches et habitats aquatiques

Les sédiments fluviaux ont plusieurs effets directs sur les populations de poissons :

  • La présence de sédiments en suspension réduit le taux de pénétration de la lumière dans l'eau, ce qui influe sur les pratiques d'alimentation et de rassemblement en bancs des poissons et peut faire baisser le taux de survie.
  • La présence de grandes concentrations de sédiments en suspension irrite les branchies des poissons et peut entraîner la mort de ceux-ci.
  • Les sédiments peuvent détruire la muqueuse protectrice couvrant les yeux et les écailles des poissons, ce qui rend ceux-ci plus vulnérables à l'infection et aux maladies.
  • Les particules sédimentaires absorbent la chaleur du soleil et font ainsi s'accroître la température de l'eau, d'où des répercussions possibles sur certaines espèces de poissons.
  • La présence de sédiments en suspension en grande concentration peut déloger les plantes, les invertébrés et les insectes du lit fluvial. Cette présence peut avoir un effet sur les sources d'aliments des poissons et réduire la taille et le nombre de ces derniers.
  • Les sédiments, en s'accumulant, peuvent enfouir et étouffer les oeufs de poisson.
  • Les particules de sédiments peuvent transporter des composés agricoles et industriels toxiques. Si ceux-ci sont relâchés dans l'habitat, ils peuvent entraîner des déformations chez les poissons ou la mort de ceux-ci.

Foresterie

Certaines pratiques d'exploitation forestière ont des répercussions néfastes sur l'environnement. Ainsi, le déboisement extensif d'une région peut non seulement détruire l'habitat, mais accroître le ruissellement naturel des eaux et accélérer l'érosion du sol. Ces activités peuvent entraîner un accroissement de l'écoulement et des charges de sédiments dans les cours d'eau environnants. Des substances chimiques naturelles peuvent également être libérées dans les sols des forêts et contaminer les cours d'eau ou les lacs. Tant les substances chimiques que les sédiments additionnels peuvent avoir un effet néfaste sur les poissons et autres organismes. Les problèmes de sédiments liés aux pratiques d'exploitation forestière sont répandus en Colombie-Britannique, en Ontario, au Québec, au Nouveau-Brunswick et à Terre-Neuve.

Approvisionnement en eau

La présence de sédiments peut avoir un effet sur la distribution de l'eau. Lorsque l'eau est prélevée dans des cours d'eau et des lacs à des fins domestiques, industrielles et agricoles, les sédiments présents dans l'eau peuvent user les pompes et turbines. Comme cela accroît les coûts d'entretien, il est important de déterminer la quantité de sédiments dans un cours d'eau de manière à pouvoir choisir un équipement approprié pour l'usine d'approvisionnement en eau.

Production d'énergie

La quantité de sédiments transportés a un effet à la fois sur la taille et sur la durée de vie d'un réservoir créé pour la production d'énergie. Ainsi, un barrage emprisonne des sédiments qui seraient normalement entraînés vers l'aval et ces sédiments font décroître la taille du réservoir, donc sa capacité de production d'énergie. Il est nécessaire de connaître la quantité de sédiments pour concevoir efficacement et à long terme les réservoirs.

Agriculture

Certaines pratiques agricoles accroissent l'érosion du sol et ajoutent des substances chimiques toxiques à l'environnement. Du sol productif est donc perdu pour les entreprises agricoles, des sédiments et des polluants entrent dans les cours d'eau et les coûts d'entretien des systèmes d'irrigation s'accroissent. Il faut posséder de l'information et des données sur les sédiments pour évaluer les pratiques agricoles et les effets de celles-ci sur l'environnement. Des problèmes de sédimentation associés à l'agriculture s'observent un peu partout au pays.


Qu'est-ce que le dragage et peut-il entraîner des dommages?

Le dragage est l'opération par laquelle les sédiments ou la terre du fond sont extraits des étendues d'eau au moyen d'un appareil qui ressemble à une pelle ou d'un aspirateur. Le matériel dragué (les « débris » comme on l'appelle souvent) est déposé sur la rive, entassé pour former des îles ou transporté ailleurs. Le dragage est habituellement effectué pour approfondir ou élargir les canaux utilisés pour la navigation ou pour permettre l'augmentation de débits adaptés à de plus grands volumes d'eau.

Le dragage peut perturber l'équilibre écologique naturel par la destruction de la vie aquatique. Par exemple, on peut éliminer de la chaîne alimentaire les colonies d'huîtres dans les estuaires (partie de l'embouchure d'un cours d'eau où l'eau douce se mélange à l'eau de mer) ou les organismes qui vivent au fond de l'eau, en eau douce, et dont se nourrissent les poissons. En déchargeant les débris directement dans l'eau, on peut tuer les organismes survivants, tandis que le limon ou les sédiments soulevés par le dragage peuvent ensevelir les endroits où se nourrissent et se reproduisent les poissons.

De plus, les contaminants s'accumulent lentement dans les sédiments. Ceux-ci pourraient contenir certaines substances toxiques (p. ex., le mercure) qui peuvent recontaminer l'eau au moment du dragage. Ces substances peuvent menacer la santé de ceux qui utilisent l'eau, notamment celle des organismes aquatiques. Le dragage peut aussi libérer des éléments nutritifs qui favoriseront l'eutrophisation du système, d'où l'appauvrissement de la teneur en oxygène et éventuellement la mort des poissons et des autres organismes aquatiques.


Comment se fait l'échantillonnage des sédiments?

La qualité et la quantité sont échantillonnés de diverses façons :

  • Des échantillonneurs de sédiments en suspension spécialement conçus servent à prélever les échantillons d'eau ou de sédiments qui sont ensuite analysés. On détermine la quantité de sédiments présents et parfois la qualité.
  • Des échantillons du charriage sont généralement prélevés au moyen d'une trappe à sédiments, qui est déposée sur le lit du cours d'eau; y sont emprisonnés les matériaux qui y entrent.
  • On peut prélever sur des bancs exposés ou des rives des cours d'eau, tout simplement à la main, ou au moyen d'échantillonneurs déposés sur les lits des cours d'eau, des échantillons des matériaux du lit. Certains échantillonneurs permettent de prélever des sédiments par creusage dans le lit, alors que d'autres en extraient une carotte.

On analyse généralement en laboratoire les échantillons de sédiments en suspension, une fois ceux-ci prélevés, pour déterminer la concentration et la taille des particules. La concentration est le rapport entre les sédiments (poids sec) et le mélange total eau-sédiments exprimé en milligrammes par litre (mg/L). La granulométrie est une mesure de la taille des particules de sédiments; on distingue les sables, les limons et l'argile.

Afin de déterminer le volume de matériaux transportés par un cours d'eau, on peut combiner les renseignements sur la concentration et sur le débit ou écoulement du cours d'eau. On obtient alors le débit solide, qui correspond à la quantité totale de sédiments transportés pour une période donnée (heure, jour, mois, année). On a estimé de cette manière que le Saint-Laurent transportait, en face de Montréal, 2,3 millions de tonnes de sédiments en suspension par année, soit l'équivalent de 230 000 camions de terre.

L'eau, plus précisément le cycle hydrologique, joue un rôle important dans la dynamique du cycle de vie des sédiments. La quantité d'eau et la distribution du débit en fonction du temps ont un effet sur le moment de l'échantillonnage et sur la technique utilisée.

Au Canada, l'échantillonnage sert généralement à obtenir des données sur les sédiments en suspension. La majeure partie de l'échantillonnage est effectuée lors des périodes à débit élevé (tempêtes de pluie du printemps, de l'été et de l'automne) au moment où la plus grande partie des sédiments sont transportés dans le réseau hydrographique. Toutefois, on peut prélever des échantillons durant le reste de l'année afin d'être mieux en mesure de définir le régime sédimentaire. L'échantillonnage du charriage se fait généralement au printemps, lorsque le lit fluvial est recouvert sous l'effet d'un débit élevé. Les matériaux du lit peuvent être échantillonnés en été, là où certaines portions du lit sont exposées parce que l'écoulement est faible; l'échantillonnage est alors plus facile.

Une fois les échantillons analysés, les données portant sur les concentrations, la taille des particules ou les débits peuvent être appliquées à des questions techniques ou environnementales.


Débit des sédiments en suspension dans certains cours d'eau du Canada

Les glaciers se sont retirés il ya 10 000 ans, laissant derrière eux, ands la majeure partie de l'Ouest canadien, de vastes quantités de matériaux facilement érodables. En région montagneuse (p. ex., fleuve Fraser, rivière de la Paix et cours supérieur du Mackenzie), de grands volumes de sédiments sont arrachés parce que les versants sont abrupts et les quantités d'eau abondantes. Au contraire, les débits solides sont beaucoup plus faibles dans les Prairies, là où le terrain est plat et le climat sec. Dans l'est du Canada, où la majorité du terrain est constituée de roche en place, l'approvisionnement en sédiments est limité et les débits sont donc plus faibles. 

Débit moyen annuel des sédiments en suspension dans certains cours d'eau du Canada


Information et données sur les sédiments

C'est en 1948, en Saskatchewan, qu'ont été réalisées les premières mesures sur des sédiments fluviaux. Depuis 1961, le gouvernement fédéral dirige un programme national sur les sédiments en collaboration avec les provinces, les territoires et d'autres organismes intéressés, comme les entreprises hydroélectriques. On a normalisé les techniques de collecte de données à l'échelle du pays dans le but de préserver la qualité et la comparabilité des données. Les gouvernements provinciaux amassent aussi des données sur les sédiments tant dans le cadre d'un programme régulier d'échantillonnage que pour des études précises. Les aménagistes et ingénieurs-conseils, ainsi que les chercheurs universitaires, prélèvent aussi des échantillons pour des projets ponctuels.

Ces données ont beaucoup servi à réaliser des étude de la sédimentation des réservoirs, du transport de contaminants associés aux sédiments et d'autres questions et à effectuer des évaluations des incidences environnementales.

L'information et les données sur les sédiments sont disponibles auprès de diverses sources. Ainsi, une base nationale de données informatisées, exploitée par Environnement et Changement climatique Canada, renferme un grand nombre de données sur les sédiments. Il s'agit de données historiques et actuelles pour environ 750 stations réparties dans tout le pays, dont près de 300 font présentement l'objet de surveillance.

Voici les types de données emmagasinées dans cette base :

  • concentrations de sédiments en suspension,
  • débits de sédiments en suspension,
  • granulométrie des sédiments en suspension,
  • charriage,
  • granulométrie du charriage,
  • granulométrie des matériaux du lit,
  • qualité des sédiments.

Ces données sont publiées annuellement sur CD-Rom et sont disponibles auprés de Relevés hydrométriques du Canada 

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