Isabelle Laurion

Imiq – L’accès à l’eau potable dans un Arctique en mutation (Nouvelles Frontières – Exploration)

Ce projet s’intéresse à la qualité de l’eau potable dans les communautés nordiques, et à l’effet du brunissement de l’eau (causé par le dégel du pergélisol et le réchauffement climatique) sur cette qualité. Entre 2019 et 2021, nous avons analysé l’eau de Fort Good Hope au Territoire du Nord-Ouest, de Mittimatalik (Pond Inlet), Taloyoak, Qamani’Tuaq (Baker Lake) et Cambridge Bay au Nunavut, ainsi que de Salluit, Kangiqsualujjuaq et Kangirsuk au Nunavik. L’objectif est de faire un état des lieux sur la qualité microbiologique de l’eau de la source au robinet, et sur la présence de métaux ou de sous-produits de désinfection (SPD) au robinet, puis de faire le lien avec la quantité et la qualité de la matière organique dissoute (MOD). Nous développons également des méthodes de détection précoce (fluorimétrie de poche Aquafluor de Turner Design) pour quantifier la biomasse algale et cyanobactérienne, la MOD (précurseur des SPD), ainsi que les SPD eux-mêmes (par fluorescence différentielle).

Étudiant•es : Marie-Ange Moisan, Camilo Herrera

Chercheurs : Jérôme Comte, Isabelle Laurion

L’état de santé des lacs du Québec méridional défini par le microbiome et leur réponse aux perturbations (Osmoz)

Ce projet vise à utiliser le microbiome comme sentinelle des impacts du réchauffement climatique et des activités humaines sur la santé des lacs, plus particulièrement la hausse de la température et l’enrichissement par les nutriments. Le projet permettra aussi de comparer la composition taxonomique du phytoplancton obtenue par l’approche génomique (séquençage nouvelle génération) et l’approche morpho-taxonomique (microscopie).

L’étude comprend une série de 15 lacs « modèles » oligotrophes à oligo-mésotrophes choisis par le MELCC, appelés Réseau de lacs témoins, ainsi que 5 lacs touchés par des fleurs d’eau d’algues ou de cyanobactéries, soient le lac St-Augustin, le lac Alain et trois lacs en altitude situés dans le parc des Grands-Jardins (collaboration avec la SÉPAQ). Ce projet permettra au MELCC de mieux comprendre les changements qui caractérisent l’évolution vers l’eutrophisation des lacs. Il permettra aussi la mise en place d’une base de données constituée de données de séquençage et de paramètres physico-chimiques pour les suivis environnementaux du MELCC.

Étudiant•es : Christophe Langevin PhD (J. Comte, I. Laurion), Stéphanie Brodeur, stagiaire d’été (I. Laurion, J. Comte)

Chercheur•es : Jérôme Comte, Isabelle Laurion, Vani Mohit (CEAEQ-MELCC)

Impact du brunissement sur l’habitat du saumon atlantique – les refuges froids en fosse (FFQ)

Les fosses des rivières sont des formes géomorphologiques importantes pour le saumon atlantique. Elles sont parfois utilisées comme refuges thermiques d’eau froide lors des canicules. Ces refuges sont le produit de dynamiques hydrauliques et hydrogéologiques qui entraînent la formation d’une stratification thermique de la colonne d’eau, et donc l’isolation d’une masse d’eau froide en profondeur. La stabilité de ces structures réduit le mélange de la colonne d’eau, et potentiellement la recharge en oxygène au fond des fosses. Cela peut entraîner une dégradation de la qualité de l’habitat. Le brunissement observé dans les eaux nordiques pourrait accentuer la stratification, en plus d’augmenter la respiration microbienne. Nous cherchons à connaitre l’impact du brunissement sur ces refuges thermiques. Quatre fosses suivant un gradient de concentration en matière organique dissoute seront instrumentées pour le suivi oxythermique saisonnier (rive sud du St-Laurent et Gaspésie), et plusieurs autres rivières (incluant la côte Nord) seront visitées durant l’été.

Étudiant•es : Simon Joly-Naud M. Sc. (N. Bergeron, I. Laurion), Brune Collaudin, stagiaire d’été (I. Laurion)

Chercheur•es : Normand Bergeron, Isabelle Laurion, André St-Hilaire

Impacts des changements climatiques et du brunissement sur l’habitat des salmonidés en régions arctiques (INQ)

Ce projet a pour objectif de fournir des informations essentielles sur l’état actuel et l’évolution future de l’habitat de deux espèces de poissons jouant un rôle clé pour la sécurité alimentaire des communautés inuites: l’omble chevalier et le touladi. Alors que le touladi passe tout son cycle de vie dans les lacs, les différents morphes de l’omble chevalier se retrouvent dans les lacs, les rivières et les milieux côtiers, et peuvent se déplacer d’un habitat à l’autre selon leur stade de vie. Il existe très peu d’information sur la disponibilité et la qualité des habitats de ces deux espèces, habitats qui risquent d’être modifiés par les changements climatiques. Le projet proposé cherche à combler ces lacunes en combinant suivis sur le terrain et modélisation. La réalisation de ce projet permettra de mieux connaître l’évolution de la température et du contenu en oxygène des lacs et des rivières en réponse aux changements climatiques (hausse de la température de l’air, prolongation de la saison estivale, brunissement des eaux), et ainsi de qualifier ces habitats offrant des services écologiques d’importance. Le projet contribuera également au développement d’outils de gestion pour l’omble chevalier anadrome.

Étudiant•es : Véronique Dubos Ph. D (A. St-Hilaire, N. Bergeron), Kimia Motevalli Ph. D (ULaval, R. Couture, I. Laurion), Simon Joly-Naud M. Sc. (N. Bergeron, I. Laurion)

Chercheur•es : André St-Hilaire, Raoul Marie Couture (Université Laval), Isabelle Laurion, Normand Bergeron

Tasiapik – Suivi à fine échelle des émissions de gaz à effet de serre par les lacs thermokarstiques en région subarctique

En dégelant, le pergélisol forme de petits plans d’eau riches en carbone organique, appelés lacs thermokarstiques, qui peuvent émettre beaucoup de méthane, un gaz à effet de serre (GES) puissant. Les mesures sur le terrain de ces émissions demeurent ponctuelles et localisées, notamment en raison de la difficulté d’accès au milieu nordique, mais aussi dû à des limitations technologiques. L’objectif du projet est de tirer profit des avancées technologiques réalisées dans le cadre du projet Bond2.0 (Déployer des technologies de détection basées sur la lumière pour le suivi des gaz climatiquement actifs dans l’Arctique en mutation) pour avancer nos connaissances sur les émissions de GES des lacs thermokarstiques en région subarctique. Le projet vise à mieux comprendre les conditions atmosphériques et limnologiques menant aux émissions de GES les plus soutenues. Quelques lacs dans la vallée Tasiapik, près du village d’Umiujaq au Nunavik, seront instrumentés à cet effet. Une campagne de mesures s’appuyant sur des capteurs optiques de nouvelle génération permettra de suivre la variabilité spatiotemporelle de ces flux.

Étudiant•es : Amélie Pouliot (ULaval, D. Nadeau, I. Laurion)

Chercheur•es : Daniel Nadeau (ULaval), Isabelle Laurion

Les limnopaysages affectés par le dégel du pergélisol : cycles biogéochimiques et rétroaction sur le climat

Le rôle des lacs dans le cycle global du carbone a été bien documenté ces dernières années. Ces écosystèmes transforment rapidement le carbone grâce à la photolyse de la matière organique et à l’action des microorganismes, tout en produisant des gaz à effet de serre (GES). Cela est particulièrement critique dans les régions arctiques, où le dégel du pergélisol mobilise d’importantes réserves de carbone. Mes travaux montrent une forte variabilité dans les émissions de GES, due à la diversité limnologique de ces systèmes. Les estimations globales restent incertaines, en raison de cette diversité et d’un manque de compréhension des mécanismes sous-jacents.

Mon programme de recherche se concentre sur les mares formées par le dégel du pergélisol, souvent négligées mais essentielles dans les paysages arctiques. Avec mes étudiants, j’explorerai comment les caractéristiques limnologiques et édaphiques influencent les émissions de GES, le rôle de la lumière sur la minéralisation du carbone, le rôle des microorganismes et de la qualité de la MOD le long du continuum sols-eau, l’interaction des différents pools de carbone, et la provenance des GES émis. Ces recherches amélioreront notre compréhension des écosystèmes lacustres face aux changements environnementaux et affineront les projections climatiques en tenant compte des impacts du dégel et du verdissement de l’Arctique.

Financement : CRSNG – Subvention à la découverte et supplément nordique, Étude du plateau continental polaire – Ressources naturelles Canada, Fonds de recherche du Québec, Nature et Technologie.

Financement précédent : Réseau ArcticNet, Ministère des Affaires indiennes et du Nord, Année polaire internationale

Collaborateur•trices : Milla Rautio (UQAC); Daniel Fortier et Roxane Maranger (U. de Montréal); Peter Douglas et Cynthia Kallenbach (U. McGill) ; Michael Steinke (U. Essex, RU) ; Riikka Rinnan (U. Copenhagen, Danemark) ; Geneviève Chiapusio (U. Savoie Mont Blanc, France) ; Maciej Bartosiewicz (Polish Academy of Sciences, Pologne) ; Sally MacIntyre (U. California, É-U)

Outils de détection et de suivi des cyanobactéries

Lorsque les fleurs d’eau de cyanobactéries deviennent importantes et récurrentes, elles perturbent les écosystèmes, produisent des composés malodorants, dégradent l’aspect esthétique des plans d’eau et produisent des toxines nocives pour la santé. Une gestion efficace des épisodes de fleurs d’eau de cyanobactéries repose sur l’identification rapide des espèces à potentiel toxique, le dosage des cyanotoxines au moment opportun et sur l’étude des facteurs qui gouvernent la dynamique des populations de cyanobactéries afin de mieux prévoir les périodes de risque. Les méthodes conventionnelles pour quantifier les cyanobactéries et leurs toxines dans les écosystèmes aquatiques d’eau douce sont laborieuses et coûteuses. La détection de la fluorescence in vivo (FIV) du pigment phycocyanine peut être utilisée comme un indice de suivi de l’abondance des cyanobactéries afin d’optimiser l’effort d’échantillonnage et réduire les coûts qui y sont associés. Un des objectifs de l’étude est de développer une procédure de calibration des sondes de FIV permettant de maximiser la précision des estimations d’abondance et de mieux connaître les limites liées à l’exploitation de cet outil. L’utilisation des sondes de FIV permet de détecter les cyanobactéries sur l’ensemble de la colonne d’eau in situ, et ce, avant qu’elles ne forment des fleurs d’eau en surface et constituent un risque pour la santé. En étroite collaboration avec Karem Chokmani, le deuxième objectif de l’étude est de développer des algorithmes permettant d’exploiter l’imagerie satellitaire pour détecter les fleurs d’eau dans les lacs du Québec, suivre en temps quasi réel leur dynamique spatiale en surface et identifier les conditions favorisant l’apparition et le développement des fleurs d’eau.

Financement : CRSNG – Subvention à la découverte

Financement précédent : FRQNT – Projet de recherche en équipe

Collaborateurs : Karem Chokmani (INRS), Warwick F. Vincent (Université Laval), Simon Bélanger (UQAR)

Réseau canadien Lake Pulse

Le réseau du CRSNG sur l’état des lacs du Canada (Lake Pulse Network) souhaite développer des outils permettant d’évaluer l’état de santé des lacs canadiens afin de mieux protéger cette précieuse ressource des menaces actuelles et futures. Le réseau compte 18 chercheurs (de 14 universités) et neuf ministères fédéraux et provinciaux. L’objectif est d’échantillonner 680 lacs couvrant un gradient de perturbations anthropiques en utilisant diverses approches limnologiques, paléolimnologiques, génomiques et microbiologiques, ainsi que la télédétection et la modélisation spatiale. Les travaux s’organisent autour de quatre axes : 1) Où, à quel point et pourquoi les lacs canadiens ont-ils changé en raison des activités humaines? 2) Comment la télédétection et la modélisation spatiale peuvent-elles être utilisées pour évaluer la santé des lacs? 3) Comment les espèces microscopiques sont-elles affectées par des changements dans les lacs et comment peuvent-elles servir d’indicateurs de la santé des lacs? 4) Comment les écosystèmes lacustres et leurs services répondront-ils aux scénarios de changement environnemental? Le projet dans lequel la professeure Isabelle Laurion est impliquée a pour objectifs de développer des indices novateurs de l’état de santé des lacs en exploitant la télédétection et d’extrapoler l’information récoltée sur l’ensemble des lacs canadiens. Une étudiante au doctorat à l’INRS est également impliquée, Sarah Goubet (codirecteur K. Chokmani). Son projet vise à développer deux outils optiques (fluorescence in vivo et imagerie hyperspectrale) pour la quantification de la biomasse algale, avec une distinction des cyanobactéries (et potentiellement algues vertes et brunes). Elle teste la performance des outils sur des algues maintenues en culture et leurs limitations en présence de facteurs d’interférence. Elle validera ces outils à travers la banque de données générée par le réseau. En plus de permettre une quantification de la biomasse algale, les signatures spectrales recueillies en laboratoire permettront à terme de faire le suivi de la matière organique dissoute colorée (CDOM) et des particules inorganiques en suspension. Les caméras hyperspectrales seront dans un 2^e temps déployées au-dessus des lacs à bord d’un drone (Laboratoire de télédétection environnementale par drone) afin de produire une cartographie des fleurs d’eau. L’information de haute résolution spectrale et spatiale obtenue par drone pourra alors être exploitée en relation avec l’imagerie hyperspectrale satellitaire qui deviendra accessible dans les années à venir.

Financement : CRSNG – Subvention de partenariat stratégique

Collaborateur•trices : Yannick Huot (Université de Sherbrooke), Simon Bélanger (UQAR), Caren Binding (Environnement Canada)

Bassins de rétention pour capter les pesticides et les nutriments dans les eaux de surface et de drainage agricole

Pour favoriser le développement d’une agriculture durable au Québec, il faut trouver des solutions permettant de réduire les taux d’exportation de contaminants (phosphore, azote, solides en suspension, pesticides) vers les écosystèmes aquatiques et d’atténuer les problématiques d’érosion dans les cours d’eau récepteurs. Les bassins de rétention (BR) permettent le stockage temporaire de l’eau des crues, ce qui réduit leur débit de pointe en aval et augmente le temps de sédimentation des contaminants. Cette pratique de gestion bénéfique est utilisée en milieu urbain depuis plusieurs années, mais son utilisation en milieu agricole demeure exceptionnelle. Au même titre que les marais filtrants artificiels, les BR peuvent réduire significativement les charges en pesticides lorsque le temps de séjour hydraulique est suffisant. Par ailleurs, l’efficacité de traitement des BR serait améliorée par l’utilisation d’écumoires flottantes, causant une évacuation de l’eau la plus propre située à la surface de la colonne d’eau. Un site de démonstration implanté à l’automne 2014 dans le bassin versant du lac St-Pierre par le MAPAQ sera utilisé dans ce projet afin d’évaluer l’efficacité des BR à traiter les nutriments, les solides en suspension et les pesticides. Ce site est le premier BR muni d’une écumoire flottante implanté en milieu agricole au Québec. Les taux d’enlèvement des pesticides seront quantifiés et l’impact sur la vie aquatique sera évalué par des tests standards de toxicité et un suivi des communautés microbiologiques dans l’eau et les sédiments. L’antibiorésistance microbienne et les émissions de CO₂ et CH₄ seront également suivies.

Financement : Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec (CEAEQ)

Collaborateur•trices : Nicolas Gruyer (CEAEQ), François Chrétien (Agriculture et Agroalimentaire Canada), Roxane Maranger (Université de Montréal)

Nouvelle approche hydrolimnologique pour quantifier la contamination provenant des eaux usées domestiques au lac Saint-Charles

Le lac Saint-Charles est la source d’eau potable qui alimente plusieurs municipalités sur le territoire métropolitain de Québec, près de 300 000 personnes. La forte urbanisation de son bassin versant a accéléré sa dégradation. Les données scientifiques laissent croire que cette dégradation pourrait être irréversible si les actions requises ne sont pas mises en œuvre rapidement. Ici, nous utiliserons une nouvelle approche hydrolimnologique appliquée mettant en relation le bilan hydrologique et les propriétés limnologiques du lac pour quantifier l’impact des eaux usées domestiques. La méthode hydrologique basée sur les traceurs isotopiques dans l’eau (oxygène et hydrogène) et les propriétés physicochimiques du lac (nutriments, matière organique) seront utilisées pour établir l’apport relatif des eaux usées des installations septiques et des stations de traitement des eaux usées. Les résultats aideront à identifier la source la plus dominante et à prioriser les investissements afin d’améliorer la qualité des eaux de rejets dans le lac.

Financement : MITACS – Accélération
Partenaires : Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord
Collaborateur : Brent Wolfe, Université Wilfrid Laurier

Diplômé(e)s et anciens stagiaires postdoctoraux

Stage de terrain (ETE102)

Activité de terrain permettant aux étudiants inscrits à la maîtrise en sciences de l’eau une initiation pratique aux éléments essentiels de l’hydrologie et de la limnologie. Le stage intensif aborde différents aspects physiques, chimiques et biologiques des sciences de l’eau.

Limnologie : eaux lacustres et eaux courantes (ETE402)

Introduction à la limnologie; limnologie physique; limnologie chimique et biologique : contenu dissous et particulaire, cycles de transformation, communautés biotiques et productivité biologique. Étude des lacs, aspects opérationnels. Régulation de la chimie des eaux courantes, paramètres usuels de la qualité de l’eau. Transport fluvial. Productivité biologique des eaux courantes. Influences du bassin versant et des aménagements physiques sur la qualité de l’eau.

Suivi environnemental des écosystèmes d’eau douce (ETE408)

Prélèvement et préservation d’échantillons pour déterminer le statut trophique et la qualité de l’eau d’un lac et d’une rivière en zone urbaine. Exploration de diverses méthodes d’échantillonnage et d’analyses environnementales incluant la chimie de l’eau, l’identification du plancton, des diatomées des sédiments lacustres, du zoobenthos et des diatomées en rivière. Critères pour le choix des protocoles, de la stratégie d’échantillonnage et des méthodes d’analyse. Instrumentation et équipement requis pour le suivi environnemental. Contrôle de qualité, fiabilité et validation des résultats. Représentation graphique, analyse statistique et interprétation des résultats. Règles de sécurité et accréditation des laboratoires. La participation aux sorties terrain, aux présentations orales et aux cours sera évaluée, ainsi qu’une présentation orale des résultats terrain, un examen de mi-parcours et un rapport sur l’ensemble des données effectué en équipe.