Posted: mars 31, 2022

Glace de rivière et écologie hivernale

Les changements climatiques affectent le régime de la couverture de glace sur les rivières de notre bassin versant. Quelles seront les répercussions sur les écosystèmes? Une exploration de trois ensembles d’effets probables des changements climatiques sur nos réseaux hydrographiques et les espèces qui y vivent.

Les changements climatiques peuvent avoir de nombreux effets différents sur les lacs et les rivières, y compris durant la saison hivernale. Ainsi, des changements de températures et des événements météorologiques extrêmes ou imprévisibles peuvent provoquer le gel tardif, la fonte hâtive et des périodes de couverture de glace globalement plus courtes. Des chercheurs qui étudient les effets des changements climatiques sur la glace de rivière prédisent que d’ici 2100, la durée de la couverture de glace en hiver diminuera en moyenne de 16,7 jours! Dans le bassin versant de la rivière des Outaouais, ces changements pourraient se traduire par des cycles de gel et de fonte plus erratiques et l’absence complète de glace dans certains secteurs.

Ce n’est peut-être pas très apparent, mais les processus liés à la formation et à la disparition de la glace de rivière sont reconnus pour remplir un certain nombre de fonctions écologiques importantes. Par exemple, la chute de température qui mène à la formation de la glace peut être un signal important pour certaines espèces qui vivent dans la rivière, en déclenchant l’hibernation ou des comportements apparentés. Or, le dégel et le temps doux peuvent signaler le début de la saison du frai ou de recherche intensive de nourriture. Étant donnée la complexité d’étudier les écosystèmes aquatiques en hiver, il n’existe que peu d’études sur les répercussions des changements à la couverture de glace de rivière sur ces processus et sur les espèces qui hivernent. Cela dit, en nous basant sur les connaissances dont nous disposons actuellement, nous pouvons formuler des hypothèses en ce qui concerne les effets de ces changements sur les espèces du bassin versant. Les chercheurs qui étudient les changements climatiques ont établi un nombre de prévisions sur la manière dont les réseaux hydrographiques pourraient être touchés par des changements dans la couverture de glace dans le contexte des changements climatiques. En ce qui a trait à la rivière des Outaouais, les principales conséquences de ces changements peuvent être regroupées en trois grandes catégories : les effets sur la productivité, l’habitat et le comportement des espèces. 

Effets sur la productivité

En écologie, la productivité fait référence au transfert d’énergie et à la génération de biomasse. Les producteurs primaires (organismes capables d’effectuer la photosynthèse tels que les plantes et les algues) consomment des nutriments, comme le phosphore et l’azote, ce qui augmente leur biomasse. Ils servent à leur tour de nourriture aux producteurs secondaires (p. ex., le zooplancton et les herbivores) et ainsi de suite, en remontant la chaîne alimentaire. 

Dans un réseau hydrographique, on sait que la glace influence la productivité globale de plusieurs façons. En effet, la débâcle saisonnière et la fonte des neiges qui précède la crue printanière apportent des nutriments issus des sédiments et des terres environnantes dans le réseau hydrographique, favorisant la croissance des producteurs primaires. La couverture de glace influence également la productivité en hiver, en modifiant la quantité de lumière disponible pour les espèces qui vivent sous l’eau. Des changements dans la quantité et le type de couverture de glace peuvent générer une augmentation ou une diminution de la pénétration de la lumière, ce qui peut avoir un effet sur la production primaire. Une forte pénétration de la lumière peut entraîner la prolifération des producteurs primaires comme les algues sous la glace, tandis qu’une faible pénétration de la lumière peut mener à une réduction de la production primaire. Non seulement le manque de lumière peut affecter la productivité en limitant la photosynthèse, mais avec moins de photosynthèse vient une diminution de la production d’oxygène, ce qui a des répercussions sur la productivité et la survie des espèces qui hivernent. 

Des changements dans la quantité, le moment et la durée de la production primaire ont le potentiel de perturber l’équilibre de l’écosystème au cours d’une année, en modifiant le type de nourriture et le moment auquel elle est disponible. Par exemple, les producteurs primaires fournissent de la nourriture aux petites espèces animales appelées zooplancton, qui servent ensuite de nourriture aux espèces d’ordre supérieur, comme les poissons juvéniles. Un déséquilibre à la base de la chaîne alimentaire peut entraîner le dérèglement de la dynamique de toute la population si les sources de nourriture adéquates viennent à manquer, en particulier lors des stades de vie critiques (voir les Effets sur le comportement des espèces ci-dessous). 

Effets sur l’habitat

Les effets physiques de la glace de rivière, aussi bien durant sa formation qu’au moment de la débâcle, ont le potentiel d’influencer non seulement les caractéristiques physiques de la rivière elle-même, mais peuvent aussi entraîner des changements dans le débit de la rivière et la structure de l’habitat. À cause du réchauffement des températures en hiver, on a observé que le moment et la durée de la glace de rivière changent. Ainsi, la glace se forme plus tard et la débâcle survient plus tôt dans la saison. Les débâcles plus hâtives sont liées à des débâcles mécaniques violentes, c’est-à-dire des débâcles causées par le ruissellement rapide et des précipitations importantes avant la fonte de la glace. 

Les débâcles mécaniques sont souvent associées à des inondations causées par les embâcles, qui sont des obstructions engendrées par l’accumulation de glaces, ce qui peut mener au déplacement en aval d’énormes quantités de nutriments et de sédiments. Cela peut également causer une augmentation rapide de la température de l’eau, laquelle est potentiellement nuisible aux espèces qui vivent dans la rivière. En plus de ces effets à long terme, les débâcles mécaniques entraînent l’érosion du lit des rivières sous l’action de la glace. Ce phénomène, appelé affouillement, a le potentiel d’altérer l’habitat et de déplacer les nutriments, mais aussi d’affecter directement les espèces de reptiles, d’amphibiens et d’invertébrés qui survivent à l’hiver en s’enfouissant dans les sédiments du lit des rivières pour y hiberner. De plus, l’affouillement peut être exacerbé dans les réseaux hydrographiques contrôlés comme la rivière des Outaouais, où les variations du niveau de l’eau causées par l’exploitation des barrages mettent à risque de grands secteurs lorsque le niveau est abaissé, rendant le lit de la rivière davantage vulnérable à l’érosion. 

Effets sur le comportement des espèces

La température et la couverture de glace sont interreliées. Non seulement la température ambiante influence la formation de la glace de rivière et la débâcle, mais la couverture de glace a aussi un effet sur la température de l’eau sous la glace, laquelle a une incidence sur le choix de l’habitat hivernal chez certaines espèces. La température de l’eau elle-même sert de signal important pour de nombreuses espèces de poissons, déclenchant certains comportements comme le frai. Par conséquent, des changements dans la température et le climat global peuvent aussi avoir des conséquences sur la reproduction et la survie des espèces. Par exemple, un réchauffement de la température de l’eau, associé à un dégel hâtif, pourrait déclencher un frai encore plus précoce chez les espèces dont la période de reproduction commence tôt dans la saison, comme le grand brochet et le doré jaune. Si les populations de zooplancton ne se sont pas développées à temps pour soutenir les alevins hâtifs durant ce stade de vie critique, il pourrait y avoir un taux de mortalité anormalement élevé, menant à une baisse globale du nombre de ces espèces au cours de la saison.   

Conclusion

Depuis plusieurs années, Garde-rivière des Outaouais sollicite et recueille des données sur la couverture de glace dans le bassin versant de la rivière des Outaouais, en les rendant publiques sur notre Portail de données ouvertes. Un des ensembles de données sur la glace les plus anciens du portail est une compilation de 128 ans de toutes les dates de dégel du lac Témiscamingue depuis 1893! Bien que cet ensemble de données soit très impressionnant dans notre bassin versant, il ne nous fournit que peu d’informations sur la santé de la rivière. On remarque une légère tendance vers un dégel plus hâtif. Toutefois, sans renseignements sur la date de gel, il est impossible de connaître la durée de la couverture de glace hivernale, et il est donc difficile de formuler une interprétation significative sur la santé de la rivière. C’est le cas pour une bonne partie des données sur les conditions de glace dans notre base de données. Certains ensembles de données ne contiennent pas les données correspondantes sur le gel et le dégel, alors que ceux qui les contiennent ne présentent pas suffisamment de données historiques pour montrer des tendances significatives. 

Vous pouvez nous aider! Est-ce que vous, ou une personne que vous connaissez, détenez des notes ou des documents sur les conditions de glace dans votre tronçon de la rivière des Outaouais, un de ses affluents principaux ou un lac que vous pourriez nous transmettre? Si oui, communiquez avec nous par courriel à CBM@garderiviere.ca et aidez-nous à combler les lacunes dans nos données!

Références :

Thellman, A., Jankowski, K. J., Hayden, B., Yang, X., Dolan, W., Smits, A. P., & O’Sullivan, A. M. (2021). The ecology of river ice. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 126, e2021JG006275. https://doi.org/10.1029/2021JG006275

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