Systèmes fluviaux tempérés froids : approche conceptuelle et modélisation intégrée des dynamiques sédimentaires, des crues et des sécheresses

Faghfouri, Ali (2026). « Systèmes fluviaux tempérés froids : approche conceptuelle et modélisation intégrée des dynamiques sédimentaires, des crues et des sécheresses » Thèse. Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

Cette thèse présente une investigation détaillée et multi-échelle des dynamiques sédimentaires, des extrêmes hydrologiques et des contraintes hydroclimatiques dans des systèmes fluviaux tempérés froids. En intégrant synthèse conceptuelle, modélisation statistique climatologie et hydrologie, télédétection, observations de terrain et formulations multiples du transport sédimentaire, ce travail élabore des outils et diagnostics transférables visant à améliorer la prévision et la gestion des risques liés aux sédiments, aux crues et aux sécheresses dans des bassins versants influencés par la cryosphère. La recherche s’articule autour de quatre composantes complémentaires. Premièrement, un cadre conceptuel spécifiquement conçu pour la connectivité sédimentaire en régions froides intègre et synthétise approches indexées, réseaux, perspectives morphologiques et méthodes numériques, en incorporant explicitement les forçages cryosphériques (cycles gel–dégel, pulsations de fonte nivale, processus de glace), les héritages géomorphologiques, les couplages biotique–géomorphique et les modifications anthropiques (chapitre 1). Le cadre met l’accent sur la fragmentation des voies sédimentaires, la réactivation différée des stocks, les mécanismes de transport hivernal et les rétroactions entre offre sédimentaire, forçage hydraulique et compartiments de stockage, formulant ainsi des hypothèses testables pour des analyses empiriques ultérieures. Deuxièmement, un réseau de neurones artificiels modifié (RNA ; rétropropagation optimisée par la méthode de Levenberg–Marquardt), implémenté sous MATLAB, a été développé pour projeter les débits moyens mensuels (Qavg) et les débits maximaux journaliers (Qd) du bassin versant de la rivière Eel (Nouveau-Brunswick- chapitre 2). Les entrées comprenaient les précipitations journalières observées, les températures maximales et minimales de l’air et les débits (1967–1983) agrégés en valeurs mensuelles, complétées par les projections climatiques mensuelles CanESM2 pour 1996–2099 sous RCP4.5 et RCP8.5. Les sorties du RNA ont été soumises à une analyse de fréquence des crues (FFA) utilisant les lois de valeur extrême généralisée (GEV) et log-normale à trois paramètres (LN3) ; l’ajustement et la performance ont été évalués par les tests d’Anderson–Darling et du χ² pour la FFA, et par le coefficient de corrélation (R) et l’erreur quadratique moyenne (EQM) pour le RNA. Les projections identifient plusieurs fenêtres futures critiques de hausse de l’intensité et de la fréquence des crues (notamment 2022–2038, 2056–2072, 2073–2089 pour RCP4.5 ; 2039–2055, 2073–2089, 2083–2099 pour RCP8.5) et indiquent une augmentation d’environ 50 % du débit moyen durant les périodes les plus critiques, accompagnée d’une amplification marquée des magnitudes de crue centennale estimées. Troisièmement, une reconstruction géomorphologique intégrée sur sept décennies de la rivière du Diable (1949–2019) a combiné photographies aériennes historiques, MNT (modèles numériques de terrain) à haute résolution dérivés de LiDAR et bilans sédimentaires volumétriques (chapitre 3). L’analyse granulométrique (32 échantillons de falaises et de plages) et les mesures hydrauliques ont été associées à cinq approches complémentaires d’estimation du transport (relations sans dimension pour le transport de fond) : méthode par contrainte de cisaillement (SSA), méthode énergie-pente (ESA), méthode de régression (RA), approche probabiliste (PA) et approche d’égalité de mobilité (EMA) (chapitre 4). Les analyses comparatives révèlent une hétérogénéité spatiale et temporelle marquée : export net maximal de sédiment entre 1980–2001 (−142,5 m³ km⁻¹ an⁻¹), épisode de stockage net en 2001–2007 (+70,8 m³ km⁻¹ an⁻¹) et mobilisations répétées lors des fontes printanières et des années de crues exceptionnelles (notamment 2011 et 2017–2019). Les falaises constituent des sources persistantes de sédiments grossiers tandis que les plages agissent comme des zones de remaniement à court terme ; les cartographies de l’Indice de Transport Sédimentaire (STI) et de l’Indice de Puissance du Cours d’Eau (SPI) dérivées des MNT coïncident étroitement avec les zones névralgiques prédites par les modèles, démontrant un couplage robuste entre topographie, énergie hydraulique et disponibilité sédimentaire. Quatrièmement, la variabilité régionale des sécheresses au Nouveau-Brunswick (1971–2020) a été évaluée par les indices stationnels Palmer Drought Severity Index (PDSI) et Standardized Evapotranspiration Deficit Index (SEDI) sur dix stations météorologiques, complétés par les anomalies température–précipitation du produit gridded CANGRD (1979–2014) (chapitre 5). La détection de tendances non paramétrique (test de Mann–Kendall et estimateur de la pente de Sen) met en évidence une intensification des épisodes de sécheresse extrême et une hétérogénéité spatiale de la vulnérabilité, les zones côtières du sud présentant une susceptibilité accrue liée à la diminution de la fréquence des jours pluvieux et des totaux de précipitation. Dans son ensemble, la thèse (i) fait progresser la compréhension théorique de la connectivité sédimentaire en environnements froids, (ii) propose une approche rigoureuse fondée sur les RNA pour la projection des crues sous contrainte climatique, (iii) démontre un protocole multi-méthode pour quantifier le transport sédimentaire et l’évolution géomorphologique à l’échelle décennale, et (iv) diagnose les tendances régionales de sécheresse utiles pour la planification des ressources en eau. Les résultats produisent des livrables opérationnels — priorisation spatiale des zones d’érosion et de fourniture sédimentaire, estimations de risque de crue fondées sur des scénarios, et cartes de vulnérabilité à la sécheresse directement exploitables pour la gestion des bassins versants, la priorisation de la restauration et les stratégies d’adaptation climatique. La thèse se conclut par des recommandations pour intégrer des métriques de connectivité sensibles à la cryosphère dans les modèles prédictifs, renforcer la couverture d’observation hivernale et coupler approches processuelles et approches fondées sur les données pour améliorer la planification de la résilience. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : connectivité sédimentaire en régions froides, réseau de neurones artificiels (RNA), projection des crues, bilan sédimentaire, LiDAR, estimation du transport de fond, puissance de cours d’eau, PDSI, tendances de sécheresse

Type:	Thèse ou essai doctoral accepté
Informations complémentaires:	Fichier numérique reçu en format PDF.
Directeur de thèse:	Germain, Daniel
Mots-clés ou Sujets:	Cours d'eau / Régions froides / Sédiments fluviaux / Connectivité sédimentaire / Transport des sédiments / Prévision des inondations / Sécheresses
Unité d'appartenance:	Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	27 mai 2026 13:19
Dernière modification:	27 mai 2026 13:19
Adresse URL :	https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/20028

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