Impact des vagues sur les rives

IMPACT DE LA NAVIGATION EN MILIEU LACUSTRE – ÉTUDE SUR LA REMISE EN SUSPENSION DES SÉDIMENTS :

CAS DU LAC MASSON ET DU LAC DES SABLES

Par

Sébastien Raymond, Ph.D.

TERMES DE RÉFÉRENCES ET LIMITATIONS LÉGALES

L’université et son personnel ont pris toutes les mesures raisonnables afin d’effectuer les travaux de recherche selon les règles de l’art normalement reconnues en matière de recherche universitaire, mais n’offre aucune garantie de résultats et ne garantit aucunement aux demandeurs de l’étude que ces travaux mèneront à des résultats commercialisables ou utilisables légalement.

L’université ne prend pas responsabilité des conséquences liées à l’utilisation de données ni par les demandeurs de l’étude ni par des tiers

férence à citer:

Raymond,  S.,  et  Galvez,  R.,  Impact  de la navigation  en  milieu lacustre  –  Étude  sur  la remise  en suspension des sédiments : Cas du lac Masson et du lac des Sables – année 2015. Université Laval. 32p.

1. INTRODUCTION

Les lacs du Québec sont des lieux de villégiatures où la population doit savoir concilier les activités récréatives, la protection de l’environnement et la réglementation en vigueur. Plus particulièrement, la navigation sur les lacs est de  juridiction fédérale  (Coalition  Navigation,

2014). Au Canada, c’est la Loi sur la Marine marchande du Canada (2001), et ses règlements connexes, qui règlementent l’utilisation des embarcations de plaisance. Par entente entre le gouvernement  fédéral et  le gouvernement  du Québec,  c’est  la  Sûreté  du  Québec qui est chargée d’appliquer cette loi. Il est cependant possible pour les municipalités de dicter une réglementation relative à l’usage des bateaux sur permission du gouvernement fédéral. Il est possible de définir un code d’éthique quant à la protection de l’environnement des lacs. Cependant, ces « codes de conduite volontaires » nécessitent 100 % d’adhésion de la part des usagers. Elles aboutissent souvent à des débats difficiles à résoudre entre les différents acteurs impliqués, et ce, dans toutes les collectivités partout au Canada (Coalition Navigation, 2014).

Des études ont montré l’impact des embarcations à moteur sur les écosystèmes lacustres. Plusieurs facteurs affectent l’impact que peut avoir le passage d’un bateau tels que la vitesse de navigation, la force et le type de moteur, la géométrie de l’hélice, la géométrie de la coque, la cohésion des sédiments, la taille et la masse des particules formant les sédiments, la profondeur de l’eau, la stratification du lac.

La  popularité  des  « wake  boats »  (Figure  1)  parmi  les  plaisanciers  nautiques  augmente continuellement. La configuration de ces embarcations peut créer des vagues substantielles qui permettent aux adeptes de «surfer» à l’arrière de leur embarcation.

Figure 1: Photographie du « wake boat » utilisé pour les essais sur le lac Masson

En 2014, Mercier-Blais et Prairie mettent en évidence que les vagues produites par les embarcations de type « wake  boats » doivent parcourir, de  part et d’autre  du  sillage, une distance de 300m ou plus (600m au total), pour que l’énergie générée par celle-ci se dissipe complètement, entrainant une remise en suspension des sédiments et une érosion accélérée des berges. L’action des vagues et la turbulence comme conséquence de la navigation en eaux peu profondes des lacs produisent des évidentes remises en suspension de sédiments et le relargage de nutriments et polluants dans la colonne d’eau  (Alexander and Wigart, 2013 ; Bastien et al., 2009 ; Gélinas et al., 2005 ; Wang et al., 2009 ; Zoumis et al., 2001), ainsi que des bactéries indicatrices de contamination fécale non récente (Escherichia coli et coliformes totaux) (An et al., 2002) ayant un impact sur la qualité de l’eau. Ces processus sont renforcés par la récolte de macro algues par les hélices et les coques des bateaux (Lenzi et al., 2005,

2013).

Anthony et Downing (2003) ont fait un suivi de l’effet du vent, la circulation des bateaux et de la turbidité sur la remise en suspension de sédiments et ont montré que des vitesses d e vents supérieures à 20 m.s-1 peuvent mobiliser jusqu’à 98 % des sédiments de surface et augmenter les concentrations en phosphore (~ 100 %) et en ammoniaque (niveaux toxiques) dans la colonne d’eau. Les auteurs ont aussi observé que la corrélation entre le trafic des bateaux et la remise en suspension de sédiments était faible, mais que la circulation des bateaux lourds semble exacerber la remise en suspension par le vent ce qui peut ralentir la déposition des sédiments remis en suspension. Lenzi et al. (2013) ont examiné la quantité et les distances

parcourues  par  les  sédiments et les nutriments  à  partir  de  la  perturbation  causé  par  des bateaux. Ils ont montré que la masse de matières en suspension était relativement importante et que le phosphore total augmentait. Également, les activités récréatives motorisées (bateau à moteur, ski nautique, jet ski) peuvent augmenter de manière significative les niveaux de pollution dans les lacs (métaux, hydrocarbures aromatiques polycycliques, etc.), ce qui représente un risque élevé pour les organismes aquatiques, particulièrement des invertébrés benthiques (Mosisch et Arthington, 2001). Cependant, l’influence des différents types de bateaux, vitesses et accélérations sur la remise en suspension des sédiments est mal comprise.

Dans ce contexte, le département de Génie civil et Génie des eaux de l’université Laval ont été sollicités par M. Paul Isabelle et M. Will Dubitsky de la COALITION POUR UNE NAVIGATION RESPONSABLE ET DURABLE (ci-après nommée Coalition Navigation) afin de réaliser des essais proposés par le professeur Yves Prairie de l’Université de Montréal. Plus spécifiquement les essais concernent l’évaluation de la remise en suspension des sédiments et ainsi décrire l’impact du passage d’un « wake boat » sur la colonne d’eau.

2. PROBLÉMATIQUE

Au Québec, l’augmentation des activités liées aux sports nautiques sur les lacs est une préoccupation pour les citoyens, associations, municipalités et riverains soucieux de l’impact écologique que ces activités récréatives produisent. La difficulté réside dans l’incapacité de trouver des solutions environnementales durables satisfaisantes en termes de règlementation. D’autre part, plusieurs s’interrogent à savoir s’il existe un lien de causalité entre le passage des embarcations motorisées et la dégradation des milieux lacustres.

Ce projet est donc défini afin de fournir   des données préliminaires scientifiques avec le but ultime pour la Coalition Navigation de présenter des recommandations qui seront proposées au gouvernement fédéral afin de mieux encadrer l’usage des embarcations sur les lacs.

Le projet cherche à évaluer l’impact des embarcations motorisées de type « wake boat ». Afin d’élargir les connaissances sur l’impact de la navigation sur les lacs et notamment la remis e en suspension des sédiments, l’étude que nous proposons a pour objectifs :

i)         définir  l’impact  de  la  profondeur  des  jets  des  systèmes  de  propulsion  des

embarcations à moteur,

ii)         mesurer la vitesse générée susceptible de remettre en suspension les sédiments

dans la colonne d’eau.

3.  SITES DETUDE

L’étude se déroule sur deux lacs dans la région des Laurentides (Québec) : le lac Masson

(74°02’05″O – 46°02’30″N) et le lac des Sables (74°18’08″O – 46°02’35″N).

3.1 Caractéristiques du lac Masson

Le lac Masson se situe dans la MRC des Pays-d’en-Haut au niveau des municipalités de Sainte- Marguerite-du-Lac Masson et de l’Estérel. Les données morphométriques et hydrologiques du lac  Masson  sont présentées  dans  le tableau 1.  Le  lac possède  une  profondeur  moyenne importante de 11.3 m qui va permettre de calibrer notre protocole sans risque environnemental.

Tableau 1: Données morphométriques et hydrologiques du lac Masson

Superficie du lac                                                          2,5 km²

Volume du lac                                                  28 202 000 m³

Profondeur maximale                                                   47,3 m Profondeur moyenne                                                    11,3 m Altitude                                                                       335,3 m

Superficie  du  bassin  versant  incluant  les

lacs                                                                            34,9 km²

Temps de renouvellement                                     1,41 année

3.2 Caractéristiques du lac des Sables

Le lac des Sables se situe dans la MRC des Laurentides au niveau de la ville de Sainte – Agathe-des-Monts. Les données morphométriques et hydrologiques du lac des Sables sont présentées dans le tableau 2. Celui-ci possède une profondeur moyenne légèrement plus faible de 7.1 m mais possède des caractéristiques similaires au lac Masson.

Tableau 2: Données morphométriques et hydrologiques du lac des Sables

Superficie du lac                                                        2,96 km²

Volume du lac                                                  21 105 000 m³

Profondeur maximale                                                   23.6 m Profondeur moyenne                                                      7.1 m Altitude                                                                       376.6 m

Superficie  du  bassin  versant  incluant  les

lacs                                                                            38.8 km²

Temps de renouvellement                                     0.95 année

4. METHODOLOGIE

Afin de mesurer l’impact de la navigation en milieu lacustre, la vitesse et la profondeur impactée par le passage des « wake boats » ont été mesurées : Cinq vitesses ont été testées à savoir :

         5 km/h (~3mph);

         10 km/h (~6mph);

         Vitesse maximum: 50 à 70 km/h (~de 33 à 44 mph).

         La vitesse d’utilisation en mode « wakesurf » : 19 km/h (~12 mph)

         La vitesse d’utilisation en mode « wakeboard » : 29 km/h (~ 18 mph)

Au moins deux profondeurs ont été testées par lac à savoir approximativement 15 mètres  et 9 mètres  sur  le  lac  Masson  et  environ  6  et  5  mètres  pour  le  lac  des  Sables.  Les  points d’acquisition des données sont visibles sur les cartes bathymétriques du lac Masson et du lac

des Sables présentées à la figure 2 et la figure 3 respectivement.

Zone d’essais

Figure  2:  Emplacements  des  zones  d’essais  sur  le  lac  Masson  d’après  les  cartes  bathymétriques

(http://www.crelaurentides.org/dossiers/eau-lacs/atlasdeslacs?lac=12214)

Zone d’essais

Figure 3: Emplacements des zones d’essais sur le lac des Sables d’après les cartes bathymétriques

(http://www.crelaurentides.org/dossiers/eau-lacs/atlasdeslacs?lac=12138)

Ces données permettront d’évaluer une profondeur critique d’impact des « wake boats ». En fonction des vitesses générés dans la colonne d’eau, c’est à cette profondeur critique que les sédiments de fond seront potentiellement remis en suspension. Tous les essais seront réalisés en triplicata pour obtenir des données représentatives comme le résume le Tableau 3.

Tableau 3: Schéma des mesures de vitesses pour un essai

    Vitesses (km/h)     Profondeur (m)     Type de bateau Nombre de passages par expérience
§     5 §     10 §     max. §     Vitesse d’utilisation « wakesurf » §     Vitesse d’utilisation « wakeboard »     §     10 §     20       §     « Wake boat »     3 fois

Les essais ont été réalisés pendant les mois d’août et septembre. Un profil de température a également été réalisé pour savoir s’il y avait eu stratification des lacs.

Le travail de terrain comprenait l’installation d’un ACDP (Acoustic Doppler Current Profiler) qui se définit comme (Figure 4) :

         Acoustic – Utilisation d’une onde sonore ;

    Doppler – Effet Doppler appliqué à la mesure de vitesse. L’effet Doppler permet de transmettre des sons à des fréquences fixes et en écoutant les échos retournés par des réflecteurs dans l’eau;

         Current – Mesure de la vitesse de l’eau ;

         Profiler – Mesure d’un profil de vitesse, pas d’une vitesse ponctuelle.

Figure 4:Photographie de l’équipement au fond du lac

Suite  à  l’enregistrement des données,  un travail  d’extraction  et d’exploitation  des  données stockées dans les ADCP a été réalisé pour la détermination de la vitesse du courant et de l’intensité de la perturbation.

L’ADCP est un instrument qui calcule les composantes de la vitesse de l’eau à différentes profondeurs dans la colonne d’eau, dans les 3 directions (Figure  5). L’appareil permet de calculer la vitesse et la direction du courant pour toute la colonne d’eau. Les vitesses sont déterminées selon des cellules (la colonne d’eau est découpée en éléments verticaux) dont la taille et le nombre peuvent être ajustés. Une verticale composée de  plusieurs cellules est appelée ensemble. L’effet Doppler permet de transmettre des sons à des fréquences fixes et en

écoutant les échos retournés par les réflecteurs dans l’eau. Ces réflecteurs sont de petites particules microscopiques de sédiments ou de plancton naturellement présents dans l’eau, qui se déplacent à une vitesse égale à l’eau et qui reflètent le son vers l’ADCP (Figure 5). Les ADCP  choisis  pour  les  essais  possèdent  4  transducteurs  qui  émettent  des  pulsations acoustiques à des fréquences de l’ordre de 1,2 MHz. Ces pulsations sont renvoyées et plus ou moins déformées par les particules (réflecteurs) en suspension dans l’eau selon leurs vitesses. La distance entre la particule (réflecteur) et l’ADCP est calculée en fonction du temps passé entre l’émission et la réception de la pulsation (Lane et al., 1999 ; RD Instruments, 1989). Bien que  la  vitesse du  son  varie avec  la  densité du  milieu  le  long  des  trajets acoustiques,  la conservation  de  la  composante  horizontale  du  nombre  d’ondes  permet  de  déterminer  les vitesses horizontales à partir de la connaissance de la vitesse du son au niveau du transducteur seulement. Grâce à l’effet Doppler, le système calcule la vitesse de l’eau en trois dimensions (2 horizontales et 1 verticale) au droit de chaque faisceau (3 ou 4 faisceaux) par l’utilisation de

règles trigonométriques.

y

z

x

Figure 5: Mesures de courant en 3 dimensions (RD Instrument, 1989)

Les   technologies   acoustiques   sont   non   intrusives   et   elles   ont   l’avantage   de   fournir simultanément et au même endroit des informations sur la topographie du fond, le champ de vitesse (Thorne et al., 2002).

5. RÉSULTATS

Les résultats seront présentés séparément pour chacun des lacs afin de différencier  les deux campagnes de terrain et focaliser sur les intérêts de chacune.

5.1 Lac Masson : du laboratoire au terrain

Le lac Masson a été le premier lac à participer à ce type de recherche. Il fut donc un élément majeur du développement du protocole de mise en place de l’instrumentation. En effet , les seuls essais préalables effectués ont eu lieu en laboratoire dans des conditions contrôlées, aussi bien au  niveau  de  la  calibration  de  l’appareil  que  de  la  mise  en  p lace  de  l’instrumentation. Cependant, les essais réalisés en milieu naturel sont souvent différents  et beaucoup  plus difficiles que ceux réalisés en laboratoire et ces derniers n’ont fait que confirmer l’adage.

Malgré tout, les essais sur le lac Masson ont été indispensables pour comprendre les dysfonctionnements du protocole. Quand nous étions sur le lac, des difficultés de calibration de l’appareil et de mise en place de l’instrumentation sont apparues, ces dernières étant liées aux vents et à la complexité du dispositif.

Suite aux deux essais réalisés, nous avons pu optimiser la calibration de l’appareil et avons également amélioré la mise en place de l’instrumentation en simplifiant le dispositif, afin de rendre le tout plus rapide et sécuritaire.

5.2 Lac des Sables : Prise des mesures

Une fois le protocole optimisé, les premières mesures ont été réalisées sur le lac des Sables.

5.2.1 Paramètres physico-chimiques

La figure  6 présente les profils de température, de  turbidité  et d’oxygène dissous dans la colonne d’eau pour le deuxième jour de campagne de mesures sur le lac des Sables. Les résultats de ces mesures sont similaires pour les deux jours.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0             20            40            60            80           100          120

Temp (C°) ODsat (%) Turbid (NTU)

Figure 6: Profil des paramètres physico-chimiques sur l’intégralité de la colonne d’eau avant la réalisation des essais

Les valeurs sont également semblables à celles mesurées en 2006 par le Conseil Régional de l’Environnement des Laurentides (CRE Laurentides). Dans leurs travaux, il apparait que le lac est stratifié durant l’été pour des valeurs de profondeur oscillant entre 7m et 9m. Nos essais se sont déroulés en eaux peu profondes et il n’y a donc pas de stratification apparente à cette profondeur. Il est à noter que dans le cas de cette étude, ce n’est pas tant la valeur de ces paramètres qui est intéressante mais leurs variations s’il y a lieu, lors d’un passage de « wake boat ».

Les essais se sont donc déroulés dans de bonnes conditions puisqu’ il n’y a eu aucun impact relatif à la stratification.

5.2.2 Impacts du passage des « wake boats » et vitesses générées

Les figures 7 et 8 nous montrent les nombreux passages au-dessus de l’ADCP et les vitesses de perturbation dans la colonne d’eau au lac des Sables pour le premier et le deuxième jour respectivement. Les figures 7a et 8a indiquent les vitesses moyennes des vitesses de perturbations  et  nous  donne  une  appréciation  générale  de  l’intensité.  Ceci  permettra  de

Text Box: 53 km/h

déterminer la profondeur d’impact susceptible de soulever les sédiments. Les figures 7b et 8b

Text Box: 5 km/h
Text Box: 10 km/h
Text Box: 29 km/h
(wakeboard)
Text Box: 19 km/h
(wakesurf)

indiquent la vitesse maximale de ces perturbations.

(nombre de

coups)

a)

(mm/s)

b)

Figure 7: Intensité moyenne (a) et vitesses générées (b) lors du passage des « wake boats » à différentes vitesses pour le premier jour d’essai

Le nombre de coups nous permet de définir l’intensité de la perturbation. Il correspond aux nombres d’impulsions reçu par l’appareil. Plus le nombre de coups est important et plus il y a de réflecteurs dans l’eau, plus grand sera le nombre d’impulsions reçues par l’ADCP. La figure 5a permet de constater que chaque passage de « wake boat » produit un impact sur la colonne d’eau. A 5 km/h et à 53 km/h, les impacts sur la colonne d’eau ne dépassent pas le mètre de profondeur.   Pour des vitesses de 10 km/h et/ou en mode d’utilisation « wakeboard » (~ 29 km/h), la profondeur impactée est d’environ 2.5m. L’impact le plus important est pour le mode

« wakesurf » (~ 19 km/h) qui est mesuré jusqu’à 4.5m.

La figure 7b présente les profondeurs auxquelles des vitesses d’au moins 0.1 m/s sont générées dans la colonne d’eau par le passage des bateaux. La corrélation avec la figure 7a est évidente. Les passages de bateaux à des vitesses faibles (5 km/h) ou élevées (~50 km/h) engendrent des vitesses d’au moins 0.1 m/s jusqu’à environ 1 m de profondeur. Pour des passages de bateaux à 10 km/h et en utilisation « wakeboard » et « wakesurf », les vitesses de 0.1 m/s sont générées dans la colonne d’eau jusqu’à environ 4.5m :

Ø   > 2m pour 10km/h

Ø   > 2.5m pour le « wakeboard »

Ø   >3m pour le « wakesurf »

Les figures 8a et 8b représentent les mêmes indicateurs que les figures 7a et 7b pour le deuxième jour respectivement. Les impacts sont d’ailleurs similaires mais ils apparaissent plus clairs et plus marqués. En effet, les ajustements réalisés le  deuxième  jour au niveau des conditions de navigation étaient optimales : les ballasts arrières étaient remplis et 3 personnes supplémentaires étaient présentes dans le « wake boat » afin d’ajouter du poids. Ceci permettait une ressemblance plus marquée avec la réalité car ces embarcations sont souvent un lieu de fête où il n’est pas rare d’avoir plus de six ou sept personnes à bord. Les passages ayant les plus grands impacts sur la colonne d’eau sont clairement mis en évidence lors des passages en mode « wakesurf » et « wakeboard ». La profondeur d’impact peut dépasser dans ces cas les

4.5 mètres.

Les premiers pics qui apparaissent sont dus au passage d’un ponton de 100ch au dessus de notre instrumentation à une vitesse de 15 km/h. Même si ce n’est pas la finalité de l’étude, on peut remarquer pour ce type d’embarcation motorisée, une profondeur d’impact allant jusqu’à

2.20m.

Les passages de bateaux en utilisation « wakesurf » et « wakeboard » génèrent des vitesses dans la colonne d’eau de 0.1 m/s jusqu’à 4.5m et 4m respectivement. Il est donc potent iellement possible pour ces bateaux de remettre en suspension des sédiments de 50 µm jusqu’à des profondeurs  de  4.2  à  5m.  En  effet,  les  zones  de  perturbations  descendent  jusqu’à  une profondeur de 4.5m. Il faut également considérer qu’il existe une zone « aveugle » due à la résonnance de l’émetteur (RDI, 1996) d’environ 20cm à 30cm au dessus de l’ADCP. Puisque la taille de l’appareil est d’environ 40cm, nous pouvons raisonnablement conclure que les vitesses de 0.1m/s peuvent être générées jusqu’à 5m.

Contrairement au premier jour, les ballasts ont été remplis pour les passages du « wake boat». On peut remarquer la différence et l’importance de ce facteur dans la profondeur impactée. En effet avec des ballasts pleins l’impact est beaucoup plus important : 4m au lieu de 2 à 3m.

La vitesse maximale générée dans la colonne d’eau atteint des valeurs de 0.6 m/s à 0.7

m/s lorsque le bateau passe en mode « wakesurf ». Il y a donc un impact faible (environ

1m) pour des vitesses faibles ou élevées et un impact fort (jusqu’à 4.5m à 5m) pour des

vitesses intermédiaires.

Text Box: 19 km/h
(wakesurf)
Text Box: 29 km/h
(wakeboard)

(nombre de coups)

Text Box: 15 km/h
(Ponton )

5 km/h
10 km/h
53 km/h

a)

(mm/s)

b)

Figure 8: Intensité moyenne (a) et vitesses générées (b) lors du passage des « wake boats » à différentes vitesses pour le deuxième jour d’essai

Il est également important de connaître la durée de cet impact dans la colonne d’eau. La figure 9 permet de mesurer cette durée pour un passage en mode « wakesurf » pour le deuxième jour. Chaque passage est encadré en noir et mesure entre 72 et 80 secondes. Dans le troisième passage, on voit nettement le déplacement de la perturbation dans la colonne d’eau et dans le temps.

L’impact individuel de chaque passage est donc bien marqué et dure plus d’une minute

dans la colonne d’eau.

1er passage

2èm e passage

3èm e passage

Nombre de coups

Figure 9: Zoom de la figure 8a sur les passages de bateaux en mode « wakesurf » pour le deuxième jour sur le lac des Sables

5.2.3 Variations des paramètres au niveau du fond du lac des Sables

A  l’aide  des  sondes  multiparamétriques,  les  paramètres  de  turbidité  (Figure  10a),  de conductivité (Figure 10b) et d’oxygène dissous (Figure 10c) ont été mesurés au fond du lac des Sables lors des passages de bateaux. La figure 10 présente ainsi le comportement de ces 3 paramètres dans le temps pour le deuxième jour de mesures sur le lac des Sables. Cette journée a été sélectionnée puisqu’elle est celle dont l’impact sur la colonne d’eau est la plus marquée. Les valeurs absolues des paramètres nous importent ici moins que leurs variations. Cependant, aucune variation significative n’est observée quant à ces paramètres et ceci malgré le fait que des vitesses de 0.1 m/s soient générées à ces profondeurs.

Turbid (NTU)

7

6.8

6.6

6.4

6.2

6

a)    5.8

09:50:24   09:57:36  10:04:48   10:12:00   10:19:12   10:26:24  10:33:36   10:40:48   10:48:00   10:55:12

                               

0.0682

Cond (mS/cm)

0.068

0.0678

0.0676

0.0674

0.0672

b)  

0.067

0.0668

09:50:24  09:57:36  10:04:48  10:12:00  10:19:12  10:26:24  10:33:36  10:40:48  10:48:00  10:55:12

93

92

91

90

89

88

87

86

c)     85

OD sat (%)

09:50:24   09:57:36   10:04:48   10:12:00  10:19:12   10:26:24   10:33:36   10:40:48  10:48:00   10:55:12

Figure 10 : Évolution temporelle des paramètres de conductivité, d’oxygène dissous et turbidité au fond du lac des Sables pour le deuxième jour de mesures

Ceci à été confirmé par les observations du plongeur et visible sur la figure 11. Celui-ci ne remarquait pas de matière en suspension suite au passage des bateaux. L’hypothèse la plus plausible veut que la granulométrie des sédiments du fond soit majoritairement supérieure à 50

µm dans cette partie du lac et nécessite donc des vitesses supérieures à 0.1 m/s pour remettre les sédiments en suspension.

a)                                                                            b)

Figure 11 : Vue du dispositif expérimental avant (a) et 2 minutes après (b) le passage d’un « wake boat »

6. DISCUSSION

Il est important de comparer nos résultats avec ceux obtenus par d’autres chercheurs lors

d’études antérieures.

6.1 Études antérieures sur les impacts

                                                  rès des sédiments en fonction de la vitesse du bateau d’après Anthony et D  

Avec d’autres méthodologies et/ou technologies, plusieurs auteurs ont mesurés l’impact des bateaux à moteur. Ces bateaux ont des moteurs pouvant aller jusqu’à 150ch. Ils mesurent ainsi un relargage de phosphore pour des profondeurs de 1.5 à 3.4 m (Youssef, 1980) et est iment que les bateaux sont responsables d’au minimum 17% des apports totaux en phosphore durant la saison estivale (James et al, 2002). Anthony et Downing (2003) observent une augmentation de la turbidité pour des profondeurs de lacs variant de 127 à 188 cm. Ils estiment par contre que les bateaux circulant à basse vitesse de même que ceux circulant à haute vitesse n’induisent que peu de déplacement d’eau en profondeur comparativement à des vitesses intermédiaires comme le montre la figure 12. Les résultats indiquaient même qu’une vitesse de 30 mph (~48 km/h) avait moins d’impact qu’une vitesse de 3 mph (~5km/h).

   

Figure 12: Vitesse p                                                                                                                             owning

(2003)

Ces études sont en adéquation avec nos résultats en ce qui concerne les impacts à des vitesses de passages faibles et élevées.   Les profondeurs mesurées sont quant à elles inférieures à celles de la présente étude. Mais les bateaux utilisés à cette époque disposaient

rarement de moteurs dépassant les 150ch. Ils ne disposaient pas non plus des technologies permettant de mesurer les perturbations en temps réel.

Certaines études ont montré que les moteurs hors-bords avaient plus d’impacts que les moteurs internes à vitesse intermédiaire, et inversement à haute vitesse. Mais de manière générale, les trois types de moteurs (hors-bord, internes et à jets) provoquaient près du fond un déplacement d’eau similaire (Anthony et Downing, 2003). Par contre, ces conclusions doivent être nuancées car les profondeurs des tests étaient très faibles (inférieure à 2 mètres). Au vu de nos résultats et de l’évolution des bateaux au cours de ces 15 dernières années, il est raisonnable de penser que  les  différents  types  de  moteurs  vont  impacter  différemment  les  lacs  en  termes  de profondeur et de vitesse.

Nous n’étions pas en présence de stratification du lac aux profondeurs testées mais  cette stratification pourrait limiter l’impact des embarcations sur les sédiments par sa résistance au mélange (James et al., 2002).

6.2 Vitesses générées au fond du lac

La mise en suspension des sédiments est directement corrélée aux vitesses en profondeur à savoir : plutôt faible, quand les vitesses de circulation des bateaux sont faibles ou élevées, et maximale à des vitesses intermédiaires.

Beachler (2002) indique de manière théorique, et les observations le confirment, que la vitesse de déplacement d’une particule de sable de 0,3 mm est d’environ 25 cm/s alors qu’une particule d’argile de 50 μm nécessite une vitesse de l’eau de 12 cm/s. Une particule de 2 μm nécessite quant à elle une vitesse de 2,5 cm/s.

Les résultats montrent que cela peut être atteint lorsque les « wake boats » circulent en mode

« wakesurf » soit environ 12 mph (~ 19 km/h).

Plusieurs modèles ont été développés reliant la profondeur, la force des moteurs et la taille des particules (figure 13). Cependant ces travaux s’arrêtent  à une puissance  de 200ch  ce qui empêche  de  corréler  les  résultats  mais  offre  des  perspectives  intéressantes  pour  des recherches futures. Ils permettent cependant de confirmer que plus la puissance des moteurs est élevée, plus la vitesse au fond de l’eau est importante et donc, que l’on remobilise les sédiments à des profondeurs plus grandes. Puisque cette étude a utilisé des bateaux beaucoup

plus puissants, il est donc logique que les impacts obtenus atteignent des profondeurs qui n’ont

pas encore été observées à savoir, 5 m.

Figure 13: Abaque produit par Youssef (1978) reliant la puissance d’un bateau (ch) et la profondeur maximale des perturbations de particules de différentes tailles d’après Beachler (2002).

Il est important de mentionner que si la vitesse de déplacement est atteinte près du fond, cela n’implique pas nécessairement la mise en suspension de la particule. En effet, la vitesse de déplacement doit être supérieure à la vitesse de sédimentation décrite par la loi de Stokes.

6.3 Oxygénation et transfert de phosphore?

Les  usagers  de  « wake  boats »  reviennent  régulièrement  avec  une  remarque  concernant l’oxygénation du fond du lac. Les passages répétés des « wake boats » seraient ainsi utiles et bénéfiques pour la santé du lac en introduisant de l’oxygène dans la colonne d’eau. Cette théorie  est  évidemment  fausse.  Dans  les  lacs,  les  sédiments  de  fond  sont  souvent  des réservoirs à phosphore. Lors d’un passage de bateau, si ces sédiments sont remis en suspension, les embarcations pourraient donc elles-mêmes contribuer significativement au transfert de phosphore dans la colonne d’eau. En condition oxique, un paramètre qui semble

3-

important dans la libération du PO4

3-

est le pH. Plus celui-ci est élevé (basique), plus la libération

de PO4

est élevée (James et al 2002). De même, la température semble favoriser la libération

de  phosphore,  ce  qui  laisse  supposer  la  dominance  des  processus  biologiques  sous  des

conditions riches en oxygène. En condition oxique, le brassage serait donc favorable à la mise

3-

en  disponibilité  du  PO4

contenu  dans  les  sédiments.  Ainsi  ceci  permet  d’envisager  des

scénarios qui pourraient être néfastes à la santé des lacs. On pourrait dire que plusieurs lacs québécois réunissent les conditions défavorables suivantes:

         Passage de nombreux bateaux de type « wake boats »

         Sédiments riches en phosphore

         Faible profondeur, donc pas de stratification  et riche en oxygène sur toute la colonne

d’eau ou introduit par les « wake boats »

         pH élevé dû à la présence du myriophylle à épis (Raymond et Galvez, 2014)

         Températures élevées

L’ensemble de ces conditions favorise le  relargage de phosphore en conditions oxiques et favorise, par le fait même, le phénomène d’eutrophisation ou de vieillissement accéléré des lacs.

7. CONCLUSION ET PERSPECTIVES

La navigation de plaisance  sur  les  lacs  du  Québec est en  perpétuelle  augmentation. Les pratiques  de  navigation  se  diversifient  (« wakesurf »,  « wakeboard »)  et  la  puissance  des moteurs des embarcations ne cessent de croître. Ces pratiques ont un impact non négligeable sur la colonne d’eau et augmenteraient la turbidité de l’eau, la concentration en phosphore total et orthophosphate, l’oxygène dissous près du fond et par conséquent, le potentiel d’oxydo- réduction, et réduiraient ainsi la consolidation des sédiments. Le relargage de phosphore total et surtout d’orthophosphate peut être un facteur dans le vieillissement prématuré des lacs (eutrophisation). Cette augmentation de phosphore dans la colonne d’eau peut également favoriser le développement de cyanobactéries, un problème majeur que l’on peut observer dans de nombreux lacs québécois.

La présente étude avait pour objectifs d’évaluer les impacts possibles dans la colonne d’eau des

« wake boats », embarcations motorisées d’une puissance supérieure à 350 ch. Ces impacts ont ici été mesurés pour la première fois à l’aide de la technologie ADCP. Cet outil permet de déterminer la profondeur et les vitesses générées par le passage des bateaux en temps réel. Le caractère  novateur  de  l’étude  repose  donc  aussi  bien  sur  la  nature  des  embarcations  et pratiques testées que sur la technologie employée pour quantifier ces impacts. Les questions auxquelles il sera possible de répondre  concernent  la profondeur de l’impact et la  vitesse générée dans la colonne d’eau.

En termes de profondeur, les résultats permettent de montrer qu’à faibles et fortes vitesses (5 km/h, 10 km/h et vitesse maximale), il y a un impact limité sur la colonne d’eau n’excédant pas 1 à 2m de profondeur. Quant à elles, les pratiques de « wakesurf » et « wakeboard » auront un impact sur la colonne d’eau et ce, jusqu’à 5 m. À ce jour, aucune étude n’avait encore quantifié un impact d’une telle ampleur dans les lacs. Cette perturbation a également été quantifié dans le temps, permettant de déterminer une durée variant entre 70 et 80 secondes.

Quant aux vitesses utilisées, celles-ci étaient supérieures à 0.1 m/s jusqu’ à 5m de profondeur pour  le  « wakesurf »  et  4m  de  profondeur  pour  le  « wakeboard ».  Ces  vitesses  sont théoriquement susceptibles de transporter des particules de 50 µm de diamètre.

Dans les conditions étudiées, la pratique du « wakesurf/wakeboard » a donc le potentiel

d’impacter la colonne d’eau et de remobiliser des sédiments de fond jusqu’à 5m pendant

plus d’une minute.

Ces résultats sont à coupler avec ceux obtenus par Mercier-Blais et Prairie en 2014, lesquels évaluaient que lors des pratiques de « wakesurf/wakeboard », la vague de surface générée avait besoin d’une distance d’au moins 300m de part et d’autre de l’embarcation avant de perdre son énergie et ne plus éroder les berges.

Ainsi, pour une navigation responsable et durable, il est nécessaire de prévenir l’impact des bateaux sur l’érosion des berges, sur la remise en suspension des sédiments, et donc la mise en disponibilité du phosphore dans la colonne d’eau. Il faut donc préconiser la pratique du

« wakesurf /wakeboard » (avec des bateaux équipés d’un moteur de 350ch) dans des zones d’au moins 600m de largeur et d’au moins 5m de profondeur. Si une de ces conditions n’est pas respectée, il faut alors limiter/encadrer ces pratiques sportives puisqu’elles ont un impact majeur sur l’environnement. D’autres pratiques de navigation de plaisance sont également à surveiller en préconisant des vitesses ne dépassant pas 5km/h dans les zones inférieures à 2 m de profondeur et 10 km/h dans les zones de 2 à 5 m.

La présente étude se limite ici aux embarcations de type « wake boat ». Cependant, pour avoir un panel complet des impacts, d’autres types d’embarcations motorisées devront être considérées   et  étudiées.  Les  mêmes  essais  peuvent   être  faits   avec  tous  les  types d’embarcations (motorisées ou non) et ceci, aussi bien sur la colonne d’eau que sur l’impact latéral de surface. Il serait ainsi possible d’avoir une vision claire et complète de tous les impacts et permettrait de faire des recommandations sur les conditions de navigation lacustres qui n’auraient peu ou pas d’impacts.

Afin  de  compléter  cette  étude,  il  serait  également  intéressant  de  prendre  en  compte l’achalandage sur les lacs. Il a été ici déterminé que le passage d’un seul « wake boat » avait un impact d’une durée de plus d’une minute. Mais que se passe-t-il si un autre passage a lieu dans la  même  zone  et dans  la même  minute?  Y a-t-il  un  effet  cumulatif  des passages  et  par conséquent, une profondeur d’impact encore plus importante? Ceci pourrait impliquer des conditions   de   navigations   différentes :   Devrait-on   suggérer   d’augmenter   davantage   la profondeur, former les conducteurs pour éviter qu’ils naviguent continuellement aux mêmes endroits, limiter le nombre maximum d’embarcations sur les lacs?

Cette étude est un premier pas important dans la compréhension des impacts des embarcations motorisées permettant une navigation responsable et durable. Il reste cependant encore beaucoup d’éléments et conditions à explorer afin d’avoir un portrait complet sur les  types

d’embarcations, les pratiques,  l’achalandage sur les lacs du  Québec et du  Canada  et les

impacts sur la qualité de l’eau et l’érosion des berges.

8. REMERCIEMENTS

Ce projet pionnier a bénéficié de l’appui financier de plusieurs commanditaires que nous tenons sincèrement à remercier:

         Lac Masson à l’Estérel et Ste-Marguerite-du-lac-Masson

–    Ville de l’Estérel et son maire, Monsieur Jean-Pierre Nepveu

–    Municipalité  de  Ste-Marguerite-du-lac-Masson  et  son  maire,  Monsieur  Gilles

Boucher

         MRC des Pays-d’en-Haut

–    Le préfet, Monsieur Charles Garnier

–    Le directeur général, Monsieur Yvan Genest

         Lac des Sables à Sainte-Agathe-des-Monts

–    Ville de Sainte-Agathe-des-Monts et son maire, Monsieur Denis Chalifoux

–    Comité du débarcadère et son président, Monsieur Marc Legault

–     L’Association pour la protection de l’environnement du lac des Sables (APELS) et son directeur général, Monsieur Gilles Massicotte

    Une mention toute particulière à l’ensemble des bénévoles qui ont gentiment prêté leur temps, leur matériel et sans qui la réalisation de cette étude n’aurait pu être possible:

–     Monsieur Roger Martel et Madame Christine Corriveau (membres du  Conseil municipal de l’Estérel)

–    Monsieur Luc Lafontaine (Directeur général de la ville de l’Estérel)

–    Messieurs Daniel Piché, Will Dubitsky et Paul Isabelle de la Coalition pour une

Navigation Responsable et Durable

–    Monsieur Maxime Piché (conducteur du « wake boat »)

–    Monsieur Gilles Morin (prêteur du « wake boat »)

     Nous remercions également Monsieur Jean-Pierre Dumoulin de la compagnie XPLORATION SANS LIMITE qui a fourni son expertise de plongeur pour l’installation adéquate des instruments de mesures ainsi que pour le partage de ses connaissances.

9. RÉFÉRENCES

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