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Dossier : Les grands fleuves : entre conflits et concertation

Modifications anthropiques sur 150 ans au lac Saint-Pierre : une fenêtre sur les transformations de l’écosystème du Saint-Laurent

Jean Morin et Jean-Philippe Côté

Résumés

Depuis 150 ans, de multiples interventions humaines (dragage, dépôts de dragage, ouvrages de régularisation et de contrôle des glaces, etc.) ont transformé la topographie du lac Saint-Pierre. Bien qu’il soit certainement significatif, l’impact de ces travaux sur la physique (niveau d’eau, courant) et sur le vivant (faune, flore) est encore inconnu. La distribution spatiale et temporelle des travaux effectués au lac Saint-Pierre depuis 1844 a été reconstituée à partir de nombreux documents d’archives. La position des dragages successifs et des zones de dépôts associées est présentée en détails sur un support SIG (Système d’Information Géographique). La numérisation de données topographiques anciennes et la connaissance des zones modifiées ont permis de reconstituer la forme du lac Saint-Pierre telle qu’elle était durant la période préindustrielle ainsi que son évolution jusqu’à aujourd’hui. La compréhension de l’évolution du lac Saint-Pierre et du fleuve Saint-Laurent, constitue une étape essentielle qui permettra de séparer les changements « naturels » des facteurs confondants que sont les interventions humaines. Ceci rendra possible l’établissement de modèles prédictifs fiables qui permettront entre autres d’évaluer les impacts potentiels des changements climatiques sur l’écosystème du fleuve Saint-Laurent.

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Texte intégral

Introduction

1Le lac Saint-Pierre est le dernier élargissement majeur du fleuve avant l’estuaire du Saint-Laurent. À l’origine peu profond et relativement plat, le lac Saint-Pierre a subi les effets liés à l’installation humaine et à l’adaptation aux besoins de la navigation. Les pressions afin d’augmenter la capacité de transport en amont de Québec étaient très importantes au début du XIXe siècle et les dragages du lit naturel étaient limités principalement par les capacités techniques de l’époque. L’utilisation des machines à vapeur allait faire disparaître les obstacles à la navigation. À partir de 1844, on creusa une tranchée artificielle aux dimensions croissantes avec les années et on déposa massivement des résidus de dragage le long de celle-ci.

2Après plus de 150 années de modifications presque ininterrompues, les changements sont si importants que l’on ne connaît plus la forme du lit à l’état vierge ni les conditions naturelles des courants et des niveaux d’eau. Quant aux impacts sur la faune et la flore, nous ne disposons que d’opinions basées sur des données factuelles peu nombreuses. Le lien entre les dragages et la réduction d’abondance ou la disparition de certaines espèces reste à être démontré. L’impact des dragages de capitalisation et d’entretien génère de nombreuses interrogations lorsque les niveaux du fleuve sont bas et que le chenal maritime s’approche des profondeurs minimales sécuritaires.

3Un travail de longue haleine a été entrepris afin de documenter l’évolution historique des modifications sur plus de 250 km de tronçon fluvial entre Montréal et Québec. Cet exercice permettra de produire l’information la plus complète possible sur la forme du lit du fleuve et sur son hydrologie afin d’éventuellement modéliser l’hydrodynamique à l’état vierge et d’être en mesure d’effectuer l’équivalent d’une analyse d’impact environnemental à rebours. Ceci permettra d’éclairer les décisions futures et de moduler les interventions liées au Saint-Laurent et ce, dans une optique de développement durable.

4Dans le cadre du présent article, nous avons rassemblé les dernières découvertes issues des recherches à caractère historique concernant les modifications de la forme du lit du lac Saint-Pierre. Celui-ci propose au lecteur d’emprunter le parcours évolutif du lac Saint-Pierre soit : la description des connaissances dont nous disposons sur son état initial, les faits saillants des principales interventions humaines sur le milieu et les reconstitutions numériques des changements topographiques depuis la période préindustrielle. Ceci permettra d’en explorer les impacts sur l’hydrodynamique locale et sur l’écosystème du lac.

Tronçon à l’étude

5Le lac Saint-Pierre est reconnu depuis novembre 2000 par l’UNESCO comme une Réserve mondiale de la biosphère, principalement à cause de sa grande diversité biologique. On y retrouve 83 espèces de poissons et 288 espèces d’oiseaux (Langlois et al., 1992).Dernier bassin d’eau douce avant l’estuaire et vaste plaine d’inondation, le lac Saint-Pierre est caractérisé par la présence de près de 7000 ha de milieux humides. Le lac s’étend sur une longueur de 30 km et sur une largeur maximale de 13 km durant les fortes crues (Figure 1)).

6Les fluctuations à long terme du débit sont de 6500 m³/s à plus de 20 000 m³/s pour un module de 9500 m³/s. La fluctuation annuelle du niveau d’eau est de l’ordre de 3 m avec un maximum durant la fonte printanière et un minimum à la fin de l’été (Morin et Bouchard, 2000). L’influence des marées diurnes y est faible (~10 cm) tandis que les marées lunaires (période de 14 jours) ont une amplitude d’environ 40 cm (Morin et Bouchard, 2000). Le lac Saint-Pierre a une profondeur moyenne de 3 m (au module de 9500 m³/s) et il est aujourd’hui coupé par un imposant chenal de navigation d’une profondeur de plus de 11,3 m, d’une largeur minimale de 230 m et de courbes dont la largeur peut atteindre 540 m. Le chenal maritime est une importante voie de navigation qui permet aux navires ayant un tirant d’eau de 11,3 m de se rendre au Port de Montréal et aux navires ayant un tirant d’eau de 8 m de poursuivre leur route vers les Grands Lacs. Il transite environ 4000 navires commerciaux par année sur le chenal maritime du Saint-Laurent (Mike Davies, Pacific International Engineering Corporation., communication personnelle).

Figure 1: Secteur à l’étude.

Sources et méthodologie

7L’acquisition de données concernant les interventions humaines survenues dans le lac Saint-Pierre (et plus largement dans le fleuve Saint-Laurent) est le fruit d’une recherche historique exhaustive. Des visites aux Archives nationales du Canada, aux archives du Port de Montréal et aux archives du Service hydrographique du Canada, ont permis de mettre la main sur des documents textuels et cartographiques de grande qualité.

8Le corpus de sources textuelles est composé principalement de rapports annuels d’activités des ministères responsables des travaux dans le Saint-Laurent, de relevés d’opérations (ex : travaux de dragage), de dossiers techniques, de correspondances et d’articles de journaux.

9Les sources cartographiques utilisées sont diversifiées : cartes marines des XIXe et XXe siècles, cartes rendant compte des travaux de dragage et une série de relevés hydrographiques du Saint-Laurent produite entre 1898 et 1904. Les informations issues des sources textuelles et cartographiques sont analysées afin de décrire et de comprendre la séquence des travaux ainsi que leur contexte historique. Les informations spatiales sur les secteurs dragués sont transférées dans un environnement numérique (SIG) afin de pouvoir reconstruire en détails l’évolution spatiale et temporelle de la topographie du lit du Saint-Laurent. La séquence de travaux répertoriée ici ne comprend pas toutefois les dragages « privés» des marinas ou des ports.

10Dans un second temps, les sources cartographiques telles les cartes marines et les relevés hydrographiques anciens, sont mises à profit afin de créer des modèles de terrain numériques anciens du lac Saint-Pierre. Ces sources cartographiques anciennes ont été numérisées et géoréférencées à l’intérieur d’un SIG, ce qui a permis d’ajuster leur positionnement géographique aux surfaces et projections actuelles.

Le lac Saint-Pierre à la période préindustrielle

11Étant donné sa faible profondeur naturelle, le lac Saint-Pierre a constitué un obstacle majeur à la navigation dans le Saint-Laurent. Déjà en 1535, à l’occasion de son deuxième voyage en Amérique, Jacques Cartier partit de Stadacona (Québec) à bord l’Émerillon (40 tonneaux), le plus petit de ses trois navires, pour se rendre à Hochelaga (Montréal). Devant l’impossibilité de franchir le lac Saint-Pierre, Jacques Cartier et ses hommes durent continuer le voyage vers Hochelaga à bord des barques de l’Émerillon.

12« […] nous arrivâmes à un grand lac uni (Lac Saint-Pierre) dudit fleuve, large d’environ cinq ou six lieues, et long de douze ; et naviguâmes ce jour en amont dudit lac sans lui trouver plus de deux brasses de profondeur, ni plus ni moins. Et arrivant à un des bouts dudit lac, ne nous apparaissait aucun passage ni sortie, […], et ne trouvâmes audit bout que brasse et demie de profondeur; dont nous convîmes de poser et jeter l’ancre et d’aller chercher un passage avec nos barques. Et trouvâmes qu’il y avait quatre ou cinq rivières, toutes sortant du fleuve en ce lac, et venant dudit Hochelaga, mais que lorsque celles-ci se jettent en la mer il y a chacune des barres et traverses faites par le cour d’eau, où la profondeur ne dépasse pas une brasse. Et les dits barres passées, il y a quatre ou cinq brasses de profond, ce temps de l’année étant celui du plus bas niveaux des eaux, ainsi que nous vîmes par les flots desdites eaux qui s’élèvent à plus de deux brasses plus haut. Toutes ces rivières encerclent et environnent cinq ou six belles îles, qui forment le bout de ce lac, et puis se rassemblent à quinze lieues en amont, toute en une […] » (Cartier (1536), remis en français moderne par Lahaise et Couturier 1984).

13À partir de ce moment, le développement de la Nouvelle-France a été directement lié à la présence du fleuve Saint-Laurent. Puisque la navigation océanique devait s’arrêter à Québec, c’est le cabotage qui prolongeait la navigation commerciale vers l’ouest et participait au développement de l’intérieur du continent. Plusieurs types d’embarcations ont tour à tour été utilisés : canots, voiliers, bateaux et durham boat (large barge à fond plat). L’apparition des premiers bateaux à vapeur au début du XIXe siècle a révolutionné le transport maritime sur le Saint-Laurent (Goudreau, 1990). Le premier bateau à vapeur (1809), le P.S. Accomodation de John Molson fit le trajet Montréal-Québec en 66 heures, dont 30 ancré au pied du lac Saint-Pierre, attendant la marée favorable (Corley, 1961).

14Avant le XIXe siècle, les aides à la navigation étaient inexistantes sur le Saint-Laurent. La navigation s’effectuait principalement grâce à l’expérience du fleuve qu’avaient les pilotes de l’époque. Les cartes du Saint-Laurent du tronçon de Montréal à Québec, dressées par les hydrographes français tels que Champlain, Franquelin, Deshayes ou Bellin et par la suite britanniques, ne comprenaient que peu d’informations sur la bathymétrie du lac. Par contre, avant la conquête anglaise, les hydrographes français produisirent des cartes de navigation précises pour le tronçon du fleuve allant de Québec à l’océan Atlantique. Les cartes de Deshayes de 1715 et de Bellin de 1761 comprenaient par exemple des informations bathymétriques détaillées des secteurs difficiles à naviguer (hauts-fonds, battures, etc.).

15Il faudra attendre l’année 1831 avant que ne soit produite la première carte marine moderne couvrant le secteur du lac Saint-Pierre. Cette carte étonnamment précise pour l’époque est l’œuvre de l’hydrographe britannique H. W. Bayfield. Cette carte  permet d’identifier les principales caractéristiques du lac avant les premières interventions humaines, soit la présence d’une partie relativement peu profonde sur toute la partie centrale du lac ainsi que des bassins plus profonds à l’amont et à l’aval du lac (Figure 2)

Figure 2. Carte marine du lac Saint-Pierre en 1831. Source: Amirauté Britannique. H. W. Bayfield (1831-1834) Plans of the River St. Lawrence above Quebec, Sheet IV: Lake St. Peter (1831) (NMC 164094).

Principales interventions humaines sur le milieu naturel

16Au cours des 150 dernières années, les pressions sur le milieu naturel ont été très nombreuses au lac Saint-Pierre. Tout comme plusieurs autres sections moins profondes du Saint-Laurent, le lac Saint-Pierre fut constamment adapté aux besoins de la navigation commerciale. La principale modification topographique est évidemment liée au dragage et au dépôt en eau libre de centaines de millions de m3 de sédiments. Ainsi, les dimensions du chenal navigable ont augmentées au fur et à mesure des séquences de travaux dont les faits saillants seront rapportés ici. Ensuite, on construisit durant les années 1930, dans les chenaux des îles de Sorel, des reversoirs afin de relever le niveau d’eau jusqu’au Port de Montréal en amont et pour canaliser le débit vers le chenal principal. Enfin, on fit installer plusieurs ouvrages saisonniers ou permanents pour permettre une meilleure gestion des glaces du lac Saint-Pierre. De nombreux dragages de petite envergure ont également été effectués, par exemple dans les secteurs du Port de Sorel, du chenal menant à la calle de la rivière Du Loup, du chenal dans l’un des bras de la rivière Saint-François et dans le chenal de la rivière Nicolet. Ces dernières interventions ne sont toutefois pas décrites ici.

Dragage du lac Saint-Pierre au XIXe siècle

17En 1826, les marchands de Montréal envoyèrent une pétition au ministère des Travaux publics du Canada, celle-ci indiquant en substance que l’état naturel du chenal du Saint-Laurent constituait un frein au développement de la ville et de son commerce et qu’il serait souhaitable d’approfondir cette route maritime.

18Après plusieurs années de discussions, plusieurs relevés des secteurs moins profonds du fleuve, l’achat de dragues et quelques tests, on décida de s’attaquer à l’une des sections qui rendait la navigation des plus hasardeuse, le lac Saint-Pierre. En 1841 donc, on prit la décision controversée de draguer un chenal droit à travers le lac, une solution dont peu d’experts de l’époque vantaient les mérites. On mit ainsi temporairement de côté le tracé du chenal naturel.

19Les travaux débutèrent véritablement en 1844 pour s’arrêter trois ans plus tard en 1847. Le projet généra une forte controverse, celle-ci étant liée au fort montant d’argent dépensé proportionnellement à l'avancement des travaux. On avait dragué 11 km des 13 km prévus au départ, mais à une faible profondeur, soit 2,1 m au lieu des 4,2 m prévus  et sur une largeur de 30 m à 45 m.

20En 1850, la responsabilité des travaux de dragage et de l’amélioration de la navigation passa aux mains des Commissaires du Havre de Montréal. En se fiant sur les divers relevés hydrographiques effectués et sur l’opinion des navigateurs et des hydrographes, les Commissaires choisirent de poursuivre les travaux de dragage dans le chenal naturel du lac Saint-Pierre. On commença les travaux l’année suivante et on fixa l’objectif d’ouvrir un chenal de 4,8 m (16 pieds) entre Montréal et Québec. De 1851 à 1854, les travaux se limitèrent principalement à l’approfondissement des hauts-fonds du lac Saint-Pierre. Le haut-fond principal (flats) se trouvait au milieu du lac, entre deux bassins d’eaux profondes, et restreignait la voie navigable à une profondeur de 3,3 m sur une distance d’environ 7 km (Figure 3)

Figure 3. Distribution spatiale des premiers travaux de dragage dans le lac Saint-Pierre (1844-1854).

21Les travaux dans le lac Saint-Pierre se poursuivirent tout au long du XIXe siècle et rapidement, il fut nécessaire de le draguer sur presque toute sa longueur d’environ 30 km. Ainsi, entre 1855 et 1865, on dragua le chenal sur une distance de 16,3 km et à une profondeur de 6,1 m. Les travaux dans le lac Saint-Pierre reprirent en 1875 pour se terminer en 1882. Durant cette période, on dragua le chenal à 7,6 m sur une distance de 28,1 km. Ce chenal avait une largeur de 91 m dans les parties droites et de 137 m dans les courbes. Entre 1883 et 1888, on entreprit une autre séquence d’approfondissement. On creusa la tranchée à une profondeur de 8,4 m en gardant les mêmes largeurs que le chenal précédent. Au tournant du XXe siècle, les responsables des travaux de dragage de l’époque, le ministère des Travaux publics du Canada, décida de mettre en application un plan d’opération intensif afin de creuser un chenal d’une profondeur de 9,1 m, d’une largeur minimale de 137 m et dont certaines courbes seraient aussi large que 243 m. À partir de 1902, le travail de dragage au lac Saint-Pierre fut effectué entièrement par la puissante drague J. Israël Tarte. Celle-ci avait un rendement largement supérieur aux veilles dragues élévatrices à vapeur qu’on utilisait depuis plusieurs années pour draguer le Saint-Laurent (Robinson, 1902). On termina et on inaugura le chenal de 9,1 m au lac Saint-Pierre en 1907.

Dragage du lac Saint-Pierre au XXe siècle

22Au XXe siècle, plusieurs séquences de travaux firent grandement augmenter les dimensions du chenal maritime dans le lac Saint-Pierre (Figure 4). Les premiers travaux recommencèrent en 1910 pour se terminer en 1917. Le chenal conserva sa largeur mais on l’approfondit à 10,7 m (les eaux basses de 1897 constituaient le niveau de référence). Jusqu’aux années 1930, il y eut quelques autres travaux mineurs ainsi que des dragages d’entretien dans le lac. Durant les années 1930, le ministère de la Marine et des Pêcheries du Canada décida d’octroyer la plupart des contrats de dragage à des entrepreneurs privés. On adopta ainsi des contrats de type quinquennaux en 1937 et 1946 et ceux-ci prévoyaient des travaux au lac Saint-Pierre.

23Les niveaux extrêmement bas du fleuve entre 1929 et 1934, particulièrement durant la dernière année, poussèrent le ministère à adopter un niveau de référence plus bas, soit les eaux basses de 1934, afin de calculer la profondeur du chenal. Ce changement impliquait la nécessité de draguer environ 0,30 m supplémentaire afin d’avoir une profondeur garantie de 10,7 m selon le nouveau niveau de référence.

24Entre 1937 et 1952, les travaux de dragage firent passer le chenal aux dimensions suivantes : une profondeur ajustée de 10,7 m, une largeur minimale de 167 m plutôt que de 137 m et un élargissement considérable des courbes. De 1947 à 1951, on creusa aussi l’ancrage de Yamachiche, ce qui demanda des travaux importants. Le ministère prit la décision de procéder à un élargissement considérable du chenal en faisant passer sa largeur minimale à 244 m. On évalua la possibilité de creuser un nouveau chenal au sud du lac mais on abandonna le projet devant l’ampleur des coûts estimés. Ainsi entre 1968 et 1970, ces travaux majeurs furent effectués dans la section du lac Saint-Pierre par des dragues aspiratrices stationnaires.

25Une fois ces derniers travaux d’élargissement terminés, il fallu attendre 1992 avant que ne soient faites d’autres interventions. En 1992 donc, la dimension du chenal fut portée entre Montréal et Deschaillons, à une profondeur de 11 m sur une largeur de 230 m sur les 244 m du chenal existant. On laissa près de 7 m de chaque côté à une profondeur de 10,7 m afin de minimiser le dragage d’entretien (Procéan, 1996).

26En 1998, la Société du Port de Montréal finança un projet controversé, dit de « surcreusage », visant à garantir la profondeur du chenal à 11,3 m entre Montréal et Deschaillons. Il s’agissait principalement d’écrêter les zones d’accumulation et les dunes présentes à certains endroits. Dans le lac Saint-Pierre, les travaux de dragage ont eu lieu entre le 27 août et le 15 novembre de la même année. On y dragua sur toute la superficie du chenal de cette section un total de 116 700 m3 (sur un total dragué d’environ 200 000 m3 entre Montréal et Deschaillons).

Figure 4. Le chenal maritime du lac Saint-Pierre au XXe siècle.

Dépôts de matériaux dragués

27Durant les 150 dernières années au lac Saint-Pierre, toutes les activités de dragage ont été accompagnées par le rejet de résidus de dragage à proximité des sections draguées. Il n’existe toutefois pas de données précises pour ce qui est des dépôts qui sont antérieurs à 1960. Toutefois, des sources cartographiques anciennes ont permis de partiellement reconstituer la distribution spatiale des zones de dépôts. L’interprétation géomorphologique des cartes bathymétriques modernes à haute densité a permis de confirmer et de spatialiser l’étendue de ces anciennes zones de dépôts.

281844-1907 : Durant cette période, on déposa les matériaux de dragage sur des superficies relativement restreintes, principalement le long du chenal maritime. Les dépôts des dragages de 1844-1847 sont encore visibles sur les cartes bathymétriques détaillées, ils sont situés du coté sud à proximité du chenal abandonné. Déjà vers 1850, les responsables des travaux de dragage adoptaient la stratégie de déposer les résidus de dragage sur une ligne située à une distance d’environ 250 m au sud du chenal et ce, afin de mieux canaliser les courants et diminuer leurs effets ainsi que celui des vagues sur les tranchées creusées (Keefer, 1855). Les zones de dépôts liés aux travaux qui se sont déroulés entre 1850 et 1907 sont principalement situées au nord des courbes no 1 et no 2 ainsi que dans une section au nord de la courbe no 3 (en face de Pointe du Lac). Cette dernière section est identifiée sur une carte marine de l’époque par la mention » îlots formés par le dragage hydraulique».

291910-1952 : Entre 1910 et 1952, on déposa les résidus de dragage sur de plus grandes superficies. Des cartes marines, annotées par un hydrographe en 1938, indique clairement les zones qui ont été utilisées pour les dépôts durant cette période (dragage du chenal de 10,7 m). On remarque la présence de quelques zones de dépôts le long du chenal dans le delta des îles de Sorel et à l’entrée du lac proprement dit. Ensuite, les dépôts s’étendent en bandes étroites, des deux côtés du chenal et sur presque toute sa longueur. Enfin, quelques zones de dépôts se trouvent aussi près de la courbe no 3 et à la sortie du lac (Figure 5).

301952-1998 : Cette période est celle des travaux les plus importants en terme de volume de matériel prélevé au lac Saint-Pierre. Les registres de la Garde côtière canadienne permettent de connaître l’emplacement, les dates et les volumes déposés. La figure 5 montre que les principaux sites de dépôt se situent au centre du lac. On y a déposé les matériaux provenant de la construction du chenal maritime (ex : mouillage de Yamachiche) ou encore ceux provenant des dragages d’entretien. Les matériaux de dragage ont également été accumulés à la sortie du lac Saint-Pierre pour constituer l’île aux Sternes. Cette île est aujourd’hui une réserve écologique.

Figure 5. Évolution des zones utilisées pour le dépôt de matériel dragué dans le lac Saint-Pierre.

Reversoirs des îles de Sorel

31À la suite d’une étude sur les niveaux d’eau entre Montréal et le lac Saint-Pierre (CDMF 1915), le ministère de la Marine et des Pêcheries du Canada décida de faire construire cinq reversoirs entre les chenaux des îles de Sorel. Cette étude suggérait la construction de cinq ouvrages pour faire remonter le niveau d’eau jusqu’au Port de Montréal et pallier à une baisse éventuelle du niveau d’eau qui pourrait nuire aux activités de navigation commerciale.

32Les reversoirs ont été mis en place entre novembre 1928 et septembre 1931 (Pasin, 1979; Briand, 1963) entre les îles 1) aux Barques et du Moine, 2) de Grâce et Ronde, 3) Ronde et Madame, 4) Saint-Ignace et Dorvilliers et 5) Dorvilliers et du Milieu (Figure 6).

33Les forts débits et la glace ont érodé à plusieurs reprises les reversoirs, qu’on a dû réparer au cours des années 1930 et 1940. En 1941, on stabilisa les reversoirs et on les ramena à la cote de conception de 1931 (Briand, 1963). On effectua par la suite d’autres travaux de stabilisation en 1953, 1962, 1965 et 1995.

34L’impact des reversoirs sur les niveaux d’eau a été estimé à une augmentation de 0,12 m au Port de Montréal et de 0,29 m à Sorel. L’écoulement dans le chenal principal aurait été augmenté de 25 à 85 % du débit total (Briand, 1963). Dumont (1996), dans une étude sur modèle 1D (STLT) des impacts des reversoirs a conclu à un effet plus faible, soit une augmentation de 0,01 à 0,07 m au Port de Montréal et de 0,04 à 0,18 m à Sorel selon l’hydraulicité.

Figure 6. Emplacement des reversoirs des Îles de Sorel construits entre 1928 et 1931.

Interventions liées à la gestion des glaces

35La présence de glace sur le Saint-Laurent et le lac Saint-Pierre a toujours été problématique. Avant l’ouverture du chenal par les brise-glaces, les embâcles étaient fréquents au lac Saint-Pierre. Ceux-ci causaient des inondations importantes dans les localités riveraines, surtout dans la partie amont du lac. L’ouverture du chenal maritime à la navigation hivernale a permis de contrôler en grande partie les embâcles et les inondations associées. À partir de l’hiver 1963-1964, le passage au travers des glaces du lac Saint-Pierre a été rendu possible grâce à l’utilisation continue de brise-glaces dégageant le chenal de navigation. Cependant, l’ouverture du chenal au lac Saint-Pierre a créé des problèmes de stabilité du couvert de glace de chaque côté du chenal lors d’événements de forts vents latéraux ou de fluctuations importantes du niveau d’eau (Travaux publics Canada, 1988).

36Après quelques études sur l’amélioration des conditions de navigation hivernale, le ministère des Transports du Canada fit construire, en 1967 et 1968, une première série d’îlots artificiels (îlots 1 à 4) situés au nord-est du chenal (Figure 7). En 1984 et 1985, cinq nouveaux îlots furent construits du côté sud-ouest du chenal (îlots B à F) afin de favoriser la formation du couvert et stabiliser la glace de rive à l’amont du lac (Siles, 2000). Depuis leur installation, les îlots ont fait l’objet de travaux majeurs de stabilisation et de réparation (1967, 1976, 1977, 1988 et 1993), principalement en raison de l’instabilité du lit du lac (celui-ci est constitué d’argile) et de l’érosion causée par les glaces et les vagues.

37Depuis 1965, la Garde côtière canadienne installe à l’extérieur du chenal du lac Saint-Pierre, des estacades en bois, afin de favoriser la formation d'une couche de glace protectrice solide dans la perspective d'empêcher la production de monceaux de glace et pour accélérer les courants dans le chenal, ce qui facilite l'évacuation des glaces. Ces ouvrages sont installés à l’automne et enlevés au printemps.

Figure 7: Localisation des îlots artificiels et estacades du lac Saint-Pierre.

Reconstitution de la topographie du lac Saint-Pierre

38La recherche sur l’historique du dragage du lac Saint-Pierre s’inscrit dans le cadre d’un projet de modélisation numérique du fleuve. Ce projet a comme objectif de concevoir et de valider des modèles qui décrivent la dynamique fluviale du Saint-Laurent et ce, tant pour les aspects physiques que biologiques. La description détaillée de la topographie, le modèle numérique d’élévation (MNE), demeure l’une des parties les plus sensibles du processus de modélisation. Le MNE actuel du lit du lac Saint-Pierre comprend près de 400 000 sondages bathymétriques et décrit avec précision la forme du lac (Figures 8 et 9). La description détaillée de la topographie ancienne et son évolution permettra de quantifier une portion des impacts des travaux de dragage sur l’écosystème. Cette reconstitution a été rendue possible grâce à plusieurs sources cartographiques d’archives décrivant la topographie d’époque et à l’historique de la distribution spatiale et temporelle des travaux s’y étant déroulés.

39La construction d’un modèle numérique d’élévation ancien passe inévitablement par l’obtention de données historiques précises. Pour le lac Saint-Pierre, de telles données sont disponibles sur la carte de Bayfield de 1831, mais seulement 2600 points y décrivent l’ensemble du lac. Les premiers relevés systématiques de sondages hydrographiques sur le Saint-Laurent ont été effectués entre 1898 et 1904, en 1900 pour le lac Saint-Pierre. Ces relevés constituent des sources cartographiques très précises comprenant 1 sondage bathymétrique au 10 m, des transects au 50 m et contenant près de 70 000 points au lac Saint-Pierre et dans les chenaux de l’archipel. La numérisation de cette information a permis la construction de modèles d’élévation anciens d’une bonne fiabilité.

40Le MNE du lac Saint-Pierre en 1900 a été effectué à l’aide des données brutes numérisées provenant des sondages de 1900 et est présenté aux figures 8 et 9. Le MNE du lac Saint-Pierre à l'état préindustriel correspond à l’état du lac avant 1844, année durant laquelle ont été amorcées les premières interventions humaines sur le milieu. Ce modèle a été réalisé principalement à partir du relevé hydrographique de 1900, lequel a été modifié de façon à effacer la trace des dragages effectués entre 1844 et 1900. Cette étape de reconstitution à rebours a été rendue possible par la connaissance précise de la distribution spatiale des interventions (dragage et dépôts) et des données disponibles sur la carte de Bayfield de 1831.

41L’analyse des modèles numériques a permis de faire quelques constatations sur l’état initial du lac tel que présenté aux figures 8 et 9. D’abord, deux bassins profonds étaient présents, le « bassin d’en haut » (Upper pool) qui s’étendait sur 2 km de longueur et environ 250 m de largeur et le « bassin d’en bas » (Lower pool) qui s’étendait sur 7 km sur une largeur de près de 80 m. La profondeur de l’eau dans ces deux bassins dépassait alors 6,1 m. Entre ces deux bassins, on retrouvait une immense zone peu profonde connue sous le nom de « hauts-fonds du lac Saint-Pierre » (Lake St. Peter flats). Ce sont ces hauts-fonds qui rendaient la navigation si difficile, n’ayant que 3,3 m de profondeur.

42En 1900, on peut observer la tranchée du chenal maritime de 9,1 m et quelques zones de dépôts de dragage parallèles au chenal. Enfin, le modèle numérique actuel montre l’imposant chenal de navigation qui traverse le lac ainsi que plusieurs zones de dépôts de dragage.

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Figure 8: Reconstitution numérique en deux dimensions du lac Saint-Pierre à différentes époques.

Figure 8: Reconstitution numérique en deux dimensions du lac Saint-Pierre à différentes époques.

Figure 9. Reconstitution numérique en trois dimensions du lac Saint-Pierre à différentes époques.

Impacts potentiels des interventions humaines

44Le lac Saint-Pierre a connu depuis 150 ans de nombreuses perturbations. Ce lac à l’origine peu profond est aujourd’hui ouvert sur toute sa longueur par une tranchée artificielle de grande dimension. En plusieurs étapes successives, on a dragué les parties peu profondes du lac situées au centre et on a ouvert les zones de restrictions (hauts-fonds) situées immédiatement à l’aval du lac.

45On ne peut pas pour l’instant quantifier l’impact de ces travaux sur les niveaux et les courants du lac Saint-Pierre. On peut toutefois assumer que l’ouverture des zones de restriction situées immédiatement à l’aval a probablement fait diminuer de façon significative le niveau du plan d’eau, alors que l’ouverture du chenal de navigation a concentré le débit dans la partie centrale du lac. La conséquence a été de réduire les vitesses en périphérie du lac et de les augmenter dans la partie centrale. Toutefois, la quantification de ces impacts ne pourra se faire qu’avec l’utilisation de modèles hydrodynamiques. Quant aux impacts sur les organismes vivants, ils peuvent être nombreux et complexes. La mise en place de modèles prédictifs de la réponse du vivant devra être réalisée afin de pouvoir cerner ces impacts. On peut toutefois présumer que la réduction des vitesses a pu favoriser la croissance de la végétation submergée et a pu modifier la composition du substrat.

46La construction des reversoirs dans l’archipel a eu pour effet d’augmenter le débit dans le chenal utilisé par les bateaux et de diminuer les débits dans les autres chenaux. L’effet des reversoirs sur les substrats et sur les vitesses d’écoulement n’est pas connu de manière quantitative. Il est toutefois possible que l’on ait modifié les substrats dans des zones de fraye. L’impact des reversoirs sur les conditions hivernales n’est pas connu non plus.

47Enfin, l’implantation de structures (îlots artificiels, estacades) visant à régulariser la dynamique des glaces du lac ainsi que l’ouverture hivernale du chenal de navigation ont certainement provoqué des changements dans la distribution des courants sous la glace et dans les zones d’accumulation de frasil. Il est toutefois difficile de pouvoir émettre des hypothèses sur les impacts réels de ces modifications au niveau de la physique et de la biologie puisque l’on ignore à peu près tout des conditions d’écoulement et des habitats hivernaux actuels.

Conclusion

48La connaissance précise des modifications anthropiques du lac Saint-Pierre, et plus globalement du fleuve Saint-Laurent, est une étape essentielle à la compréhension de l’état actuel de l’écosystème et de sa dynamique temporelle. Les changements dans les courants et les niveaux d’eau provoqués par les interventions humaines sont des facteurs confondants dans l’analyse des changements de l’écosystème. Afin de comprendre son fonctionnement, il est impératif de pouvoir séparer les sources anthropiques de ces changements de la réponse « naturelle » du fleuve. La création et l’utilisation de modèles numériques reconstituant l’état bathymétrique du Saint-Laurent à diverses époques, permettra à long terme de créer des bases solides nécessaires à la connaissance précise des répercussions des interventions humaines sur l’écosystème fluvial.

Remerciements

49Les auteurs tiennent à remercier Thomas Duchaine, Guillaume Boutet et Pascal Bergeron pour avoir participé la numérisation des relevés hydrographiques, Olivier Champoux (Service météorologique du Canada) pour avoir assemblé les modèles numériques anciens, Élisabeth Marceau de Travaux publics Canada (TPSGC) pour avoir révisé le manuscrit, Christian Roy du Service hydrographique du Canada (SHC) pour avoir facilité l’accès aux sources cartographiques utilisées dans cette étude et le Plan d’action Saint-Laurent III et IV.

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Pour citer cet article

Référence électronique

Jean Morin et Jean-Philippe Côté, « Modifications anthropiques sur 150 ans au lac Saint-Pierre : une fenêtre sur les transformations de l’écosystème du Saint-Laurent », VertigO - la revue électronique en sciences de l'environnement [En ligne], Volume 4 Numéro 3 | décembre 2003, mis en ligne le 01 décembre 2003, consulté le 23 juillet 2019. URL : http://journals.openedition.org/vertigo/3867 ; DOI : 10.4000/vertigo.3867

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Auteurs

Jean Morin

Environnement Canada, Service météorologique du Canada, 1141, route de l’église, Sainte-Foy, Québec, G1V 4H5, jean.morin@ec.gc.ca

Jean-Philippe Côté

jean-philippe.cote@ec.gc.ca

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