Impacts environnementaux des fluctuations des niveaux d’eau du Saint-Laurent

Les fluctuations du débit et des niveaux d’eau du fleuve Saint-Laurent, naturelles ou résultant des activités humaines, préoccupent les divers intervenants engagés dans la gestion de l’eau et de ses usages ainsi que les scientifiques intéressés par la protection de cet écosystème.

En 1999, la Commission mixte internationale (CMI) a commandé une étude sur les critères actuellement appliqués pour régulariser les niveaux d'eau dans le lac Ontario et le fleuve Saint-Laurent, étude à laquelle ont collaboré des scientifiques d’Environnement Canada. Le mandat des scientifiques était de prévoir, entre autres, la réponse de certains indicateurs environnementaux à divers scénarios de régularisation des niveaux d’eau. Au terme des cinq années de cette étude, une synthèse environnementale intitulée Enjeux de la disponibilité de l’eau pour le fleuve Saint-Laurent, dont voici quelques faits saillants, a été publiée.

La productivité et la diversité des plantes

Les milieux riverains du fleuve Saint-Laurent comptent de vastes communautés de plantes riveraines et aquatiques dont les caractéristiques sont liées à celles de leur milieu. La hauteur de l’eau est un élément fondamental déterminant la localisation, la biomasse et la production annuelle des plantes riveraines. En effet, les plantes sont influencées par la hauteur moyenne de l’eau de la saison en cours ainsi que par les conditions de niveau d’eau de l’année précédente.

En plus d’être soumises à des conditions hydrologiques variables allant de l’inondation périodique à l’immersion constante, les plantes riveraines tolèrent des conditions physiques changeantes telles que le vent, la luminosité, la turbidité, la température et les vagues. En outre, elles subissent des pressions anthropiques comme les modifications des rives et du lit du fleuve, le contrôle des embâcles, la régularisation du niveau d’eau, l’introduction d’espèces, les apports en contaminants, etc. Ces conditions, qui varient au fil du temps, influencent la colonisation de certaines zones ainsi que la succession et la diversité des végétaux le long du rivage.

Les plantes submergées constituent un élément fondamental de l’habitat et de la chaîne alimentaire aquatiques. Les effets de l’hydrologie sur les milieux humides se répercutent sur les échelons supérieurs de la chaîne alimentaire, puisque les conditions de bas niveaux d’eau favorisent certains habitats propices aux oiseaux aquatiques et aux mammifères, tandis que les conditions de hauts niveaux d’eau augmentent la superficie des habitats pour les invertébrés et les poissons.

Les variations des niveaux d’eau et la durée de l’immersion influencent les communautés de plantes aquatiques, leur diversité et leur productivité.

Certaines études montrent une corrélation positive du niveau moyen de l’eau avec la profondeur moyenne et la vitesse du courant et une corrélation négative avec la turbidité, la transparence et la température moyenne de l’eau (Hudon et al., 2003b). Par exemple, en conditions de bas niveau, la productivité des herbiers submergés devrait être plus importante en raison de la diminution de la profondeur moyenne et de la vitesse du courant ainsi que de la hausse de la température de l’eau et de l’intensité lumineuse atteignant le fond.

Composition spécifique et répartition des communautés végétales

Entre 1998 et 2002, les scientifiques ont observé une alternance entre des conditions de niveaux d’eau moyens (1998, 2000 et 2002) et des conditions de bas niveaux d’eau (1999, 2001). Le déplacement des communautés végétales le long du rivage (de la terre vers l’eau) observé entre les saisons de niveaux d’eau moyens et de bas niveaux d’eau met en évidence la réaction des milieux humides du Saint-Laurent aux variations interannuelles des niveaux d’eau.

Au cours des quatre années d’échantillonnage, quelque 207 espèces de plantes émergentes et submergées ont été identifiées dans 630 quadrats entre Cornwall et Trois-Rivières. L’analyse de groupement a permis d’identifier des communautés de plantes correspondant à un gradient continu de profondeur et d’élévation. On retrouve donc des groupes de plantes caractéristiques des milieux plus secs (plus élevés sur la rive), des groupes des milieux plus humides (plus profonds dans l’eau) et des groupes intermédiaires entre ces deux extrêmes.

• En conditions de bas niveaux d’eau, les communautés de plantes des étages plus secs sont plus fortement représentées et on observe l’apparition d’une zone de terre nue faisant la transition entre les milieux émergés et submergés.
• L’assèchement des milieux humides au cours des périodes de bas niveaux d’eau pourrait faciliter leur invasion par des espèces exotiques ou envahissantes le long du Saint-Laurent. Diverses graminées telles que le Phalaris roseau (Phalaris arundinacea) et le Phragmite commun (Phragmites australis) ainsi que certaines espèces annuelles facultatives ont envahi les marais asséchés. Par exemple, une émergente vivace à propagation végétative, l’Alisme plantain-d’eau (Alisma plantago-aquatica), ainsi que de jeunes pousses de Salicaire commune (Lythrum salicaria) (< 20 cm) montrent une tendance marquée à coloniser le rivage vers le bas en conditions de bas niveaux d’eau.
• Lorsque, l’année suivante, les niveaux d’eau augmentent vers les valeurs moyennes, les communautés et les espèces végétales plus aquatiques augmentent à nouveau en importance, au détriment des autres communautés.
  

Biomasse et productivité des plantes des milieux humides

Les variations interannuelles des niveaux d’eau influencent aussi la distribution verticale de la biomasse végétale. Lorsque les niveaux d’eau sont bas, le rivage présente un couvert végétal discontinu où la biomasse des espèces de plantes aquatiques obligatoires des milieux humides diminue au profit de la biomasse des espèces de plantes facultatives de ces milieux. Ces conditions, qui varient au fil du temps, influencent la colonisation de certaines zones ainsi que la succession et la diversité des végétaux le long du rivage.

La proportion des divers types de plantes (plantes émergentes et plantes submergées, y compris les algues), exprimée en biomasse, change selon les conditions hydrologiques. Sur les vasières asséchées, les plantes submergées sont remplacées par des plantes annuelles terrestres. Ainsi, en conditions de bas niveaux d’eau, la biomasse de plantes terrestres et émergentes augmente dans les étages supérieurs (c.-à-d. plus haut sur la rive). Dans ces mêmes conditions, la biomasse des plantes submergées augmente dans les eaux peu profondes de 0,5 mètre de profondeur. Quant aux zones qui demeurent dénudées, elles connaissent des conditions d’immersion et de sècheresse successives empêchant l’établissement d’espèces franchement aquatiques ou terrestres et se caractérisent par une faible biomasse.

Notons que les faibles débits de 1999 et 2001 correspondent à ceux anticipés par les scénarios de changements climatiques pour le Saint-Laurent et les Grands Lacs, soit une réduction chronique du débit de l’ordre de 40 % et une baisse de un mètre du niveau moyen de l’eau (Hudon et al., 2003a). Les plans de régularisation des niveaux d’eau du bassin Saint-Laurent–Grands Lacs devront être gérés en considérant les scénarios de changements climatiques ainsi que les impacts sur les milieux humides. Les fluctuations des niveaux d’eau dans le bassin Saint-Laurent–Grands Lacs favorisent le développement de milieux humides plus diversifiés qu’un système hydrographique sans fluctuation. Ainsi, la stabilisation des niveaux, en réduisant l’amplitude des variations saisonnières, aurait des répercussions néfastes sur la diversité des milieux humides.

De façon générale, la biodiversité globale d’un écosystème est accrue lorsqu’il est périodiquement soumis à des perturbations modérées. Toutefois, si ces perturbations sont trop intenses ou trop fréquentes, elles provoqueront une réduction de la biodiversité en éliminant les espèces sensibles au profit des seules espèces résistantes. Les scientifiques sont d’avis qu’un cycle hydrologique dont les variations saisonnières et interannuelles se rapprochent le plus possible des conditions naturelles a pour effet de minimiser les impacts sur la productivité et la diversité des plantes aquatiques.

Les poissons et leurs habitats

Les variations hydrologiques peuvent affecter les poissons à différentes échelles de temps et d’espace. À court terme (variations intra-annuelles), les fluctuations de débits et de niveaux peuvent modifier la distribution locale, la répartition saisonnière et les patrons de migration des espèces. Ces variations dans le patron de migration et la distribution saisonnière des poissons auront un effet direct sur les captures de poissons par les pêcheurs sportifs ou commerciaux en changeant leur répartition dans les zones de pêche.

Le comportement de reproduction des poissons peut-être modifié par une accessibilité réduite aux aires de fraie et de refuge dans une rivière. À long terme, les variations du régime hydrologique peuvent influencer la dynamique des populations de poissons en agissant sur les processus de reproduction et de recrutement, ce qui entraîne des changements dans l’abondance relative de ces espèces.

Une étude de marquage réalisée entre 1999 et 2001 dans le secteur de Québec a mis en évidence un bel exemple de potamodromie (migration en eau douce seulement) pour plus de 20 espèces de poissons d’eau douce du Saint-Laurent (de Lafontaine et al., 2002). Ces espèces, incluant la Perchaude (Perca flavescens), le Doré jaune (Sander vitreus), le Doré noir (Sander canadensis), la Barbue de rivière (Ictalurus punctatus), le Meunier noir (Catostomus commersoni), le Meunier rouge (Catostomus catostomus) et le Baret (Morone americana), se déplacent de façon saisonnière sur une distance d’environ 200 km le long du tronçon fluvial compris entre les îles de Sorel, à l’extrémité ouest du lac Saint-Pierre, et la pointe est de l’île d’Orléans.

Ce patron de migration saisonnière vers l’amont à l’automne et vers l’aval au printemps, observé chez plusieurs espèces du Saint-Laurent, ne semble pas être lié à des besoins imminents de reproduction, laquelle a lieu au printemps chez la plupart des espèces d’eau douce du fleuve. Il serait plutôt contrôlé par les variations saisonnières de l’accessibilité des habitats, comme cela a été documenté pour d’autres rivières nordiques.

À partir des données de captures journalières de poissons enregistrées à la pêcherie expérimentale de Saint-Nicolas entre 1975 et 2002, les scientifiques ont observé que le moment et la durée de la migration saisonnière de 20 espèces de poissons variaient beaucoup d’une année à l’autre et que cette variation était attribuable aux variations du régime hydrologique. La migration printanière vers l’aval était retardée durant les années de fortes crues. À l’inverse, la migration automnale vers l’amont était plus tardive durant les années où les niveaux d’eau de la fin de l’été et du début de l’automne étaient plus élevés.

Les bas niveaux d’eau menacent la qualité des habitats des poissons en réduisant notamment les superficies des frayères et leur accès, ainsi que le taux d’éclosion des oeufs. Ces derniers ont besoin de conditions particulières de débit, de température et de présence de végétation submergée pour se développer.

La plaine inondable constitue un lieu de fraie printanière pour plusieurs espèces de poissons, dont le Grand Brochet. Pour se reproduire, cette espèce recherche les hauts marais qui offrent des conditions optimales par la densité de leur végétation. Or, les bas niveaux d’eau extrêmes ont pour effet de déplacer les sites de fraie vers les marais, où la végétation n’offre pas les conditions optimales pour la reproduction. Le succès reproducteur étant moindre, les populations de Grand Brochet sembleraient moins abondantes.

Il importe de préserver l’intégrité du cycle de crue, afin d’assurer le maintien d’une communauté de poissons bien diversifiée et résiliente. Le contrôle des crues et/ou la régularisation des débits et des niveaux en vue d’intervenir sur le cas d’une espèce en particulier ne serait pas recommandable, car une telle action répétée sur plusieurs années aura obligatoirement des effets sur les autres composantes de l’écosystème. Le pire scénario de régularisation est celui où la plaine inondable serait soumise à une stabilisation, car les espèces de poissons adaptées à ce milieu variable et temporaire ne supportent pas la stabilisation. Où il n’y a pas de plaine inondable, il y a peu de poissons. Considérant l’état actuel du fleuve, il apparaît nécessaire de conserver une approche de « naturalisation » du régime hydrologique afin d’éviter de transformer l’écosystème fluvial du Saint-Laurent en un canal.

L’herpétofaune

Dans la vallée du Saint-Laurent, il est possible d’observer 21 espèces d’amphibiens de même que 17 espèces de reptiles. Bien que ces nombres puissent paraître faibles en comparaison des 4900 espèces d’amphibiens et des 8950 espèces de reptiles recensées mondialement (Pough et al., 2000)la diversité herpétologique au Québec est la plus élevée de l’est du Canada (Desroches et Rodrigue, 2004).

Le cycle de vie de la plupart des Anoures comprend trois étapes distinctes : l’oeuf, la larve et l’adulte. En général, les oeufs sont pondus dans le milieu aquatique, puis les larves en émergent et se métamorphosent en adultes après quelques semaines. La reproduction et la croissance larvaire constituent donc des étapes du cycle de vie des Anoures particulièrement sensibles aux facteurs hydrologiques et climatiques. La ponte des œufs s’étend pour la majorité des espèces d’avril à la mi-juin, et le développement larvaire va de la mi-juin jusqu’à la fin d’août.

Au cours de cette période, les oeufs et les larves peuvent être asséchés par une baisse brusque des niveaux d’eau. Les espèces d’Anoures aquatiques comme le Ouaouaron et la Grenouille verte seraient plus sensibles aux fluctuations des niveaux d’eau, d’autant plus que sous nos latitudes, leur stade larvaire dure de deux à trois ans.

La diversité spécifique et l’abondance des larves d’amphibiens augmentent en fonction de la durée de la mise en eau des milieux humides à laquelle les amphibiens sont très sensibles. Toutefois, il ne faut pas conclure qu’une longue hydropériode est nécessairement favorable à la richesse et à l’abondance des Anoures. En fait, on retrouve de nombreux prédateurs associés aux plans d’eau semi-permanents ou permanents, comme certaines espèces d’insectes (libellules) du genre Anax, des salamandres du genre Ambystoma ou encore des poissons.

Bien que les tortues aquatiques du Saint-Laurent ne se reproduisent pas dans l’eau, les fluctuations des niveaux d’eau peuvent avoir des conséquences certaines pour ces reptiles. La reproduction des tortues aquatiques se déroule dans les milieux terrestres riverains. Les femelles recherchent des zones de sol sableux ou argileux meuble dénudé à proximité de l’eau. Cette proximité accroît le risque d’inondation des nids et, ultimement, la mort des embryons.

Les fluctuations des niveaux d’eau modifient la superficie des milieux humides qui servent d’habitats aux Anoures et aux tortues (Barko et al., 1999). La superficie des marais à plantes émergentes étant directement liée aux niveaux d’eau, une baisse par rapport à la moyenne aurait des conséquences néfastes sur l’ensemble des habitats propices à l’herpétofaune, puisque leur superficie s’en trouverait diminuée.

Pendant l’hibernation, les Anoures et les Testudines peuvent être confrontés à des effets indirects des conditions hydrologiques. En effet, de fortes mortalités hivernales sont observées lorsque se conjuguent des températures froides inhabituelles et de bas niveaux d’eau. Une baisse hivernale des niveaux d’eau risque de réduire l’habitat des Anoures et des tortues aquatiques puisqu’ils hibernent au fond des plans d’eau et, par conséquent, risque d’accroître la mortalité.

Les scénarios de régularisation du Saint-Laurent ont été évalués dans une perspective de disponibilité des habitats essentiels au maintien des populations d’Anoures. Bien que nous ayons considéré l’influence des fluctuations des niveaux d’eau et des changements climatiques sur l’herpétofaune du Saint-Laurent, il faut garder à l’esprit que ces facteurs environnementaux ne sont pas les seuls à exercer une pression sur ces animaux. D’autres facteurs de stress pour l’herpétofaune incluent la fragmentation de l’habitat, la pollution chimique, les maladies infectieuses, les espèces introduites, le dérangement, la récolte illégale ou la destruction volontaire par l’humain.

Pour en savoir plus

Talbot, A. (dir.). 2006. Enjeux de la disponibilité de l'eau pour le fleuve Saint-Laurent - Synthèse environnementale. Environnement Canada, Montréal. 215 pages.

Documentation

Barko, J.W., J.D. Madsen et T.D. Wright. 1999. Ecological Effects of Water Level Reductions in the Great Lakes Basin. Pour la Commission mixte internationale.

Desroches, J.-F. et D. Rodrigue. 2004. Amphibiens et reptiles du Québec et des Maritimes. Éditions Michel Quintin, 288 pages.

de Lafontaine, Y., F. Marchand, D. Labonté et M. Lagacé. 2002. The Hydrological Regime and Fish Distribution and Abundance in the St. Lawrence River: Are Experimental Trap Data a Valid Indicator? Environnement Canada – Région du Québec, Conservation de l’environnement, Centre Saint-Laurent. Rapport scientifique remis à la Commission mixte internationale. 33 pages.

Hudon, C., J.-P. Amyot et C. Plante. 2003a. Répartition verticale des communautés de plantes aquatiques en fonction des variations de niveau du Saint-Laurent. Environnement Canada – Région du Québec, Conservation de l’environnement, Centre Saint-Laurent. Rapport scientifique remis à la Commission mixte internationale.

Hudon, C., P. Gagnon, C. Vis, J.-P. Amyot et D. Rioux. 2003b. Models for Submerged Vegetation and Related Environmental Changes Induced by Discharge (Water Level) Variations in the St. Lawrence River (Québec, Canada). Rapport présenté à la Commission mixte internationale dans le cadre de l’Étude internationale sur le lac Ontario et le fleuve Saint-Laurent par le Groupe de travail technique sur l’environnement. Novembre 2003.

Pough, H.F., A.M. Robin, J.E. Cadle, M.L. Crump, A.H. Savitzky et K.D. Wells (éd.). 2000. Herpetology. 2nd Edition. Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. 612 pages.

Robichaud, A. et R. Drolet. 1998. Les fluctuations des niveaux d’eau du Saint-Laurent. Équipe conjointe bilan d’Environnement Canada, de Pêches et Océans Canada et du ministère de l’Environnement et de la Faune du Québec, Sainte-Foy. Fiche de la série « Enjeu : L’état du Saint-Laurent ».