Carton, Cécile
(2026).
« Origine et quantification de l'hétérogénéité du signal isotopique des précipitations en milieu urbain » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
La croissance démographique mondiale entraîne l’accroissement et la densification des zones urbaines. Le climat et en particulier la dynamique des précipitations en ville en sont modifiés. Cela a des conséquences directes sur la qualité de vie des citoyen⸱ne⸱s, car les précipitations permettent de réduire la pollution atmosphérique et de limiter l’amplitude des vagues de chaleur en ville. Cependant, la haute hétérogénéité spatiale et temporelle d’un tel environnement a rendu difficile l’identification et la généralisation des processus impliqués dans les modifications des précipitations urbaines par la seule utilisation des outils météorologiques traditionnels. En parallèle, les isotopes stables de la molécule d’eau ont prouvé être des traceurs exceptionnels de la dynamique des précipitations à grande échelle régionale, mais leur utilisation a encore été très peu considérée pour l’étude des précipitations urbaines. Cette thèse cherche à évaluer comment l’analyse isotopique des précipitations urbaines à haute résolution spatiale et temporelle peut aider à améliorer la compréhension des processus à l’origine de la modification des précipitations en milieu urbain. Atteindre une haute résolution d’échantillonnage pour étude isotopique a nécessité le développement d’une méthodologie adaptée, partagée avec la communauté scientifique afin de rendre ce type d’analyse reproductible pour d’autres contextes. En particulier, des collecteurs événementiels et intra-événementiels de pluie et de neige à moindre coût ont été développés afin de conserver les signatures isotopiques des précipitations après échantillonnage, tout en maintenant un budget réduit afin d’augmenter le nombre de stations. Le premier réseau participatif d’échantillonnage pour étude isotopique des précipitations urbaines a ensuite été développé à l’échelle du Grand Montréal. Ce site d’étude a été choisi car le climat de Montréal s’est révélé être particulièrement affecté par l'environnement urbain. En effet, entre 2013 et 2017, un phénomène d'îlot de chaleur urbain (ICU) de plus en plus marqué y a été observé, avec des températures minimales quotidiennes en moyenne 2°C plus élevées dans la ville que dans ses environs. De plus, les précipitations sont devenues plus rares en ville par rapport à la région (- 4 % en moyenne). Entre septembre 2021 et octobre 2022, une cinquantaine de participant⸱e⸱s a ainsi collecté simultanément 20 épisodes de pluie et de neige depuis leur domicile. Les résultats ont montré une importante variabilité isotopique (jusqu’à 8‰ en δ¹⁸O) entre toutes les stations pour chaque événement échantillonné, qui n’avait jamais été considérée à une telle échelle. Contre-intuitivement, l’évaporation des précipitations lors de leur chute vers le sol ne semblait pas être la principale cause de cette importante variabilité. Cependant, l’étude statistique de ces événements et l’échantillonnage de deux événements subséquents ont permis de déterminer que la variabilité observée sur chaque événement est directement corrélée avec le temps écoulé depuis les plus récentes précipitations. Le recyclage des précipitations, favorisé par l’îlot de chaleur urbain, semble ainsi à l’origine de la variabilité isotopique observée, et le temps de résidence des précipitations en ville a pu être estimé à 2 jours. De plus, les signatures isotopiques ont permis de calculer que l’eau de combustion issue des transports et du chauffage des bâtiments représente jusqu’à 5 % de l’eau retrouvée dans les précipitations. Ces résultats montrent la valeur ajoutée de l’étude isotopique des précipitations à haute résolution spatiale et temporelle pour l’identification de processus subtils à l’origine de la modification des précipitations urbaines. En parallèle de ces avancées scientifiques, les dimensions sociales de cette thèse n’avaient pas été anticipées lors de sa conception. Ce projet multidisciplinaire a représenté une opportunité unique d'impliquer et sensibiliser la communauté montréalaise à la compréhension des changements climatiques liés aux précipitations urbaines. Notamment, les résultats montrent clairement que les précipitations permettent de réduire les concentrations de particules fines atmosphériques et de limiter l’amplitude des vagues de chaleur par ré-évaporation jusqu’à plusieurs jours suivant un événement. Ce travail met ainsi en évidence la nécessité d’adapter les villes aux modifications actuelles et futures des précipitations afin de protéger les citoyen⸱ne⸱s les plus vulnérables, notamment en accordant une attention particulière aux techniques de stockage permettant de conserver l’eau de pluie en ville (telles que la végétalisation), afin de maintenir l’effet de climatisation naturelle de la ville durant les journées les plus sèches. Ce message a été largement diffusé auprès des participant·e·s du réseau, et la portée de sensibilisation de la population montréalaise par ce biais a été investiguée grâce à la contribution des participant·e·s, dans l’espoir d’aider de futurs projets similaires dans cet effort. À l’heure où les réseaux participatifs suscitent une attention grandissante en hydrologie, une telle démarche de sensibilisation apparaît comme un tremplin fort pour favoriser l’action collective.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : précipitations, isotopes, ville, climat urbain, réseau participatif
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Barbecot, Florent |
| Mots-clés ou Sujets: |
Isotopes stables dans la recherche en hydrologie / Précipitations / Climatologie urbaine / Grandes villes / Urbanisation / Échantillonnage / Participation des citoyens / Canada (Est) |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
29 avr. 2026 12:49 |
| Dernière modification: |
29 avr. 2026 12:49 |
| Adresse URL : |
https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/19964 |
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