Bilan hydrologique des rivières Saint-Charles et Montmorency dans un contexte de changements climatiques

À elles seules, les rivières Saint-Charles et Montmorency fournissent en eau potable environ 75 % de la population de la Ville de Québec. Or, la capacité d’emmagasinement en eau de ces deux rivières pour les périodes plus critiques est faible. Les étés 2002 et 2010 ont notamment connu des étiages sévères, forçant la Communauté métropolitaine de Québec (CMQ) à rouvrir une station de pompage dans une rivière avoisinante, la Jacques-Cartier, pour acheminer une partie de ses eaux vers le réservoir du lac Saint-Charles.

La forte croissance démographique des villes et des municipalités de la région au cours des dernières décennies, jumelée à des conditions climatiques en évolution, pourrait rendre plus complexe la gestion de l’eau potable durant la période estivale. C’est dans ce contexte que la CMQ souhaite en connaître davantage sur l’état actuel et futur de la ressource en eau des rivières Saint-Charles et Montmorency.

• Créer un inventaire des données d’observation disponibles sur les bassins versants à l’étude (stations météorologiques, stations hydrométriques, eaux souterraines).

• Rassembler les études scientifiques et/ou les modèles hydrologiques développés et appliqués sur les bassins versants des rivières Saint-Charles et Montmorency, avec ou sans considération des changements climatiques.

• Évaluer l’état de connaissances actuel sur le régime hydrique futur des rivières Saint-Charles et Montmorency.

• Création d’un comité scientifique régional pour étudier la question de l’impact des changements climatiques sur la ressource hydrique des rivières Saint-Charles et Montmorency. Identification des données d’observation existantes et des études antérieures sur les bassins versants des rivières Saint-Charles et Montmorency.

• Estimation du régime hydrique futur des rivières Saint-Charles et Montmorency (horizons 2050 et 2080), basée sur les études identifiées au point précédent.

• Concertation, avec le comité scientifique, pour identifier les besoins de recherche futurs et combler les lacunes actuelles sur l’état des connaissances.

En raison de la présence de la Ville de Québec, le sud de la zone d’étude possède une densité élevée de stations météorologiques, tant provinciales que fédérales, tandis que le centre et le nord des bassins versants disposent de moins d’observations. Toutefois, seules les stations Aéroport Jean-Lesage et Forêt Montmorency possèdent un historique de 30 ans et plus. Ces deux stations se démarquent également par la présence de l’équipement nécessaire pour capter les précipitations à une haute résolution temporelle. Deux stations hydrométriques sont installées à proximité des prises d’eau de la Ville de Québec, sur les rivières Saint-Charles et Montmorency, et possèdent de longs historiques de données.

Depuis 2008 et 2009, deux nouvelles stations hydrométriques ont été installées sur les tributaires du lac Saint-Charles afin d’étudier les apports en eau au lac. Au niveau des eaux souterraines, le Programme d’acquisition de connaissances sur les eaux souterraines (PACES) constitue le document le plus à jour sur la cartographie des aquifères (2013).

Huit études hydro(géo)logiques, effectuées entre les années 2008 et 2015, ont pu être répertoriées. De celles-ci, deux études analysent l’impact des changements climatiques sur la ressource hydrique aux horizons 2050 et 2080, par rapport à la période de référence 1971-2000. L’étude la plus complète a porté sur six rivières de la région et repose sur 187 scénarios climatiques à l’horizon 2050 (89 simulations CMIP3/MRCC/NARCCAP et 98 simulations CMIP5). Cette étude, illustrée à la Figure 1, compare les débits simulés à l’horizon 2050 à ceux observés sur la période de référence (1970-2000).

Figure 1. Changements prévus au débit mensuel moyen des rivières Saint-Charles et Montmorency à l’horizon 2050, par rapport à 1971-2000, selon les scénarios climatiques de CMIP3 (bleu) et CMIP5 (gris). La ligne pointillée indique la moyenne. À l’intérieur d’une même simulation, la dispersion des résultats inclut la moitié des scénarios climatiques analysés. Les lignes rouges illustrent les résultats à l’horizon 2080.

Elle suggère une diminution des débits moyens en été pouvant aller jusqu’à -45 %. En revanche, les débits moyens hivernaux (janvier et février), des mois actuellement problématiques en raison des faibles débits, pourraient augmenter significativement (jusqu’à +130 %). Les étiages varient d’une manière similaire aux débits moyens. On s’attend ainsi à des étiages estivaux plus sévères (jusqu’à 50 %), tandis que le débit en rivière lors des étiages hivernaux pourrait être plus soutenu (jusqu’à +80 %).

Le volume de la crue printanière est important, puisqu’il aide à remplir les réservoirs tels que le lac Saint-Charles, à la sortie de l’hiver. La direction de changement pour cet indicateur est incertaine, puisque l’on s’attend à une différence de -25 à +15 % par rapport à la période de référence. Cela s’explique, entre autres, par la grande sensibilité de ce paramètre au type d’hiver qu’il y aura dans le futur.

De nombreuses avenues de recherche restent à être explorées. L’étude effectuée à l’horizon 2080, par exemple, constitue une étude hydrogéologique de qualité qui gagnerait à être dupliquée pour des horizons de temps plus rapprochés, et des scénarios climatiques plus nombreux et plus récents. Il est raisonnable de croire que la disponibilité des eaux souterraines varierait d’une manière similaire aux eaux de surface, mais cet aspect demeure relativement méconnu, même s’il touche l’approvisionnement en eau potable de plusieurs dizaines de milliers de personnes sur le territoire de la CMQ.

L’impact des changements climatiques à l’horizon 2030 constitue également un aspect de recherche d’intérêt, pouvant s’avérer très utile pour les décideurs, et sur lequel pourraient porter d’éventuelles études.

• Institut National de Recherche Scientifique (INRS)

• Université Laval