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Équipements et infrastructures du laboratoire - Observatoire du littoral du Québec maritime (OLQM)

Depuis 2003, le Laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières (LDGIZC) ainsi que la Chaire de recherche en géoscience côtière de l’Université du Québec à Rimouski (UQAR) ont acquis des instruments de mesure, mis en place et géré des réseaux de suivi pour suivre l’évolution des côtes, les aléas côtiers, les conditions météo-marines ainsi que la vulnérabilité des infrastructures côtières à l’érosion et la submersion côtières.

Actuellement, l’infrastructure du laboratoire comprend entre autres : 1) un Système d’Acquisition d’Imagerie Géoréférencée Aéroporté (SAIGA-3D); 2) un système mobile de Lidar terrestre (SMLT); 3) un réseau de 6 400 stations de mesure de l’érosion côtière; 4) un réseau de suivi des infrastructures vulnérables aux aléas côtiers (5114 stations); 5) un réseau de suivi des paramètres climatiques des régions côtières; 6) un réseau de caméras de surveillance des conditions environnementales côtières; 7) un réseau d’instrumentations océanographiques et de suivi des niveaux d’eau et des vagues côtières. Les réseaux de suivi et les équipements technologiques développés par le LDGIZC ont été regroupés sous l’Observatoire du littoral du Québec maritime (OLQM). En plus des réseaux de suivi, le LDGIZC et la Chaire de recherche en géoscience côtière ont développé des plateformes de télédétection permettant de mettre à jour l’état du littoral, l’évolution de l’utilisation du sol et du cadre bâti et de suivre les zones soumises aux aléas côtiers. Cet observatoire permet de mesurer, de manière systémique, la variabilité spatio-temporelle des processus d’érosion et de submersion, les changements environnementaux côtiers et les changements écogéomorphologiques des écosystèmes côtiers du Saint-Laurent.

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technique pour faire des espaces

Réseau de suivi de l'érosion côtière du Québec maritime

Le laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières gère actuellement un réseau de 6 400 stations réparties sur les différents types de systèmes côtiers de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent afin de connaître précisément l’avancée et/ou le recul des côtes du Québec maritime dans le but d’améliorer la compréhension des systèmes côtiers, mais aussi d’apporter une aide à la décision pour la gestion de la côte. Annuellement, des équipes parcourent le territoire de Berthier-sur-Mer sur la rive sud de l’estuaire du Saint-Laurent jusqu’à Pointe-à-la-Garde dans la baie des Chaleurs et de Boischatel à Kegaska sur la rive nord ainsi qu’aux Îles-de-la-Madeleine. Le suivi annuel de ce réseau est financé par le Cadre pour la prévention de sinistres 2013-2020 du gouvernement du Québec et est réalisé en collaboration avec le ministère de la Sécurité publique du Québec et le ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports. Des mesures sont aussi effectuées de manière saisonnière et à la suite de tempêtes dans certains secteurs pour quantifier les agents et les processus, afin d’évaluer leur contribution respective dans l’érosion côtière.

Les principaux objectifs du Réseau de suivi de l’érosion côtière sont de :

  1. quantifier le déplacement du littoral pour évaluer sa sensibilité;
  2. quantifier le recul du littoral lors d’événements extrêmes;
  3. déterminer la variabilité spatiale dans la vitesse de déplacement du littoral selon les caractéristiques géomorphologiques et marines;
  4. déterminer la variabilité temporelle dans le rythme de déplacement du littoral et évaluer la présence de cycles dans les tendances d’évolution;
  5. identifier les processus et les causes de l’érosion côtière et la sédimentation;
  6. évaluer la vulnérabilité des infrastructures côtières aux aléas côtiers;
  7. quantifier et mettre à jour les reculs maximums événementiels pour la cartographie des marges de sécurité en érosion côtière.

Du point de vue de la recherche scientifique, à moyen terme, ce Réseau vise également à comprendre et à modéliser la réponse des systèmes côtiers en fonction :

a) des changements climatiques;
b) de la hausse appréhendée du niveau marin;
c) de la réduction du couvert de glace;
d) des événements météo-marins extrêmes;
e) des perturbations anthropiques.

Le SIGEC permet de visualiser l’emplacement des stations et les mesures de recul.

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mesure borne

Réseau de suivi des infrastructures vulnérables aux aléas côtiers

Le Réseau de suivi des infrastructures vulnérables à l’érosion côtière a été mis en place par le Laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières (LDGIZC) de l’UQAR afin de connaître le nombre et le type d’infrastructures potentiellement vulnérables sur les côtes du Québec maritime, mais aussi d’apporter des informations supplémentaires pour faciliter la prise en compte des risques liés à l’érosion côtière dans la gestion à court, moyen et long termes de ces infrastructures (Bernatchez et Drejza, 2015). Les infrastructures qui sont suivies correspondent à celles qui sont localisées à moins de 15 m de la ligne de rivage ou du trait de côte, peu importe la sensibilité de la côte et le niveau de vulnérabilité de l’infrastructure. Le suivi de ce réseau est financé par le Cadre pour la prévention de sinistres 2013-2020 du gouvernement du Québec et est réalisé en collaboration avec le ministère de la Sécurité publique du Québec et le ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports.

Le territoire couvert par le Réseau de suivi du LDGIZC comprend les régions administratives de la Capitale-Nationale (de Boischatel à la rivière Saguenay, en incluant l’Île-d’Orléans et L’Isle-aux-Coudres), de Chaudière-Appalaches (de Berthier-sur-Mer jusqu’à Saint-Roch-des-Aulnaies), du Bas-Saint-Laurent, de la Gaspésie–Îles-de-la-Madeleine (jusqu’à Pointe-à-la-Garde) et de la Côte-Nord (de Tadoussac jusqu’à Kegaska, excluant l’Île-d’Anticosti). Le Réseau de suivi des infrastructures potentiellement  vulnérables à l’érosion comprenait en 2013 5 114 infrastructures ponctuelles, 206,6 km de routes et 89,6 km de voies ferrées.

Les données du Réseau de suivi peuvent être utilisées pour la recherche, mais elles ont aussi plusieurs applications concrètes pour les partenaires du LDGIZC tel que :

  1. Suivi des infrastructures par les conseillers en sécurité civile du MSP;
  2. Élaboration des avis géomorphologiques ou techniques et des avis d’imminence pour le MSP;
  3. Suivi des tronçons routiers pour Transports Québec;
  4. Analyse et mise en œuvre de solutions par des firmes privées, des consultants, des ministères (MTMDET, MSP…), les Comités ZIP, des organismes environnementaux (Attention FragÎles…), des tables de concertation régionale (TCR), des comités côtiers…;
  5. Évaluation environnementale et analyse de projets en zone côtière (MDDELCC);
  6. Évaluation de la vulnérabilité des infrastructures (Hydro-Québec, AADNC, Parcs Canada);
  7. Gestion des terres publiques et des baux de villégiature (MERN).


vulnérabilité

Réseau de suivi des paramètres climatiques des régions côtières

Le laboratoire détient des stations météorologiques supportant une instrumentation de haute précision qui sont implantées dans des zones névralgiques pour compléter les stations météorologiques maritimes d’Environnement Canada. Les stations sont équipées de différents appareils comme des pyranomètres, sondes de température, anémomètres, baromètres, capteurs de profondeurs de neige et de pluviomètres. Ces stations météorologiques portables permettent d’évaluer l’influence de différents paramètres climatiques sur l’érosion et la submersion côtières. Des falaises sont instrumentées de senseurs de température, de thermocâbles et de piézomètres pour mesurer le régime thermique et hydrogéologique des falaises en profondeur, la fréquence des redoux hivernaux et des tempêtes. Ces instruments sont essentiels pour pouvoir coupler les paramètres climatiques et l’évolution côtière et modéliser les effets des changements climatiques sur l’érosion côtière actuelle et future.


station météo en démontage côte nord

 
Dans le cadre de la première phase de la chaire, trois systèmes automatisés ont été développés pour suivre en continu le recul du littoral (Bernatchez et al., 2011). Le système ATEPS (automated thermal erosion pin system) a ensuite été implanté dans la phase II de la chaire dans différents secteurs de l’estuaire maritime et du golfe du Saint-Laurent.
Ce système consiste à insérer des senseurs de température à l’intérieur des falaises, à intervalle spatial régulier et selon une résolution temporelle d’acquisition de 30 minutes. Comme les écarts entre les températures de l’air et les températures internes des matériaux composant les falaises sont très importants (Oke, 1987; Thorn et al., 2002), il est possible de distinguer leur signature thermale respective. Lorsque le recul de la falaise met à découvert un senseur, son régime thermique s’apparente à celui de l’air et il est alors possible d’identifier le moment du recul à l’intérieur d’un intervalle de temps de 30 minutes. Cette approche permet aussi de quantifier la profondeur de l’onde de gel, les cycles gel-dégel et l’influence des écarts de températures extrêmes et des redoux sur le rythme de recul du littoral. Ces instruments sont essentiels pour pouvoir coupler les paramètres climatiques et l’évolution côtière et modéliser les effets des changements climatiques sur l’érosion côtière actuelle et future. 

Réseau d’instrumentations océanographiques et de suivi des niveaux d’eau et des vagues côtières.

Le Laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières et la Chaire de recherche en géoscience côtière disposent actuellement pour le réseau de suivi, de six instruments qui mesurent les vagues et les courants au large sur 6 sites et 50 instruments qui mesurent les niveaux d’eau et les vagues près de la côte sur une quinzaine de sites. Ces instruments sont essentiels pour calibrer et valider les modèles qui servent à projeter les phénomènes liés à la submersion et à l’érosion côtières selon les scénarios climatiques et à établir des marges de sécurité pour les aléas côtiers. Pour la première fois au Québec, ces instruments ont permis de quantifier en simultané les conditions océanographiques et la réponse géomorphologique des côtes lors des événements de tempête. Ces informations permettent de définir les seuils à partir desquels l’énergie des vagues et les courants côtiers provoquent l’érosion des plages et de la côte. Les résultats servent donc à définir les critères pour la cartographie des zones de contraintes relatives à l’érosion et à la submersion côtières, mais aussi pour adapter et concevoir les ouvrages de protection.

 

Acoustic Wave And Current – Mesure de vagues et courants

L’AWAC (Acoustic Wave And Current meter) permet de mesurer les différents types de houles ainsi que la vitesse et la direction du courant sur l’ensemble de la colonne d’eau, soit de 1 mètre à partir du fond, jusqu’à la surface. De plus, lors des déploiements hivernaux l’appareil peut détecter l’interface entre la glace et l’eau et donc mesurer les différentes épaisseurs de glace.
L’AWAC peut mesurer les courants à une profondeur maximale de 30 mètres. Les mesures de vagues peuvent être réalisées du fond jusqu’à un maximum de 35 m de profondeur. En ce qui concerne la mesure des vagues, l’AWAC possède une précision de l’ordre de 1 cm.
awac chandler recupere


ADV- mesure de vagues et courant

Nos ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) permettent de prendre des mesures de courant à proximité du font soit entre 1 et 2 m avec une haute définition et une précision de 0,5 cm\s.
ADV côte Nord PA Lalanne


Capteurs de pression RBR – Mesure de vagues et niveaux d’eau

Ces capteurs de pression sont installés sur l’estran à l’aide de plaque en acier inoxydable ou avec des pieux vissés dans le substrat meuble de l’estran.

RBR PA lalanne Cote Nord


Réseau de caméras de surveillance des conditions environnementales côtières

L’équipe de la Chaire en géoscience côtière a adapté des caméras de surveillance pour le suivi environnemental en milieu froid. Il y a actuellement 50 caméras réparties sur différents types de côtes le long de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Les caméras de suivi prennent des images à chaque 15 minutes et permettent de quantifier la dynamique des aléas côtiers, comprendre la réponse des systèmes côtiers aux processus d’érosion et de submersion, caractériser les conditions environnementales lorsque les événements d’érosion et de submersion se produisent. 


Caméra hiver
caméra idlm

Un nouveau type de caméra, cette fois-ci vidéo, a aussi été implanté dans 5 secteurs. Des algorithmes pour le traitement de ces images sont développés en collaboration avec le Laboratoire Domaines Océaniques à l’Université de Bretagne à Brest et de l’Institut Universitaire Européen de la Mer en France.  Elles permettent de mesurer, à partir des images vidéos, le climat des vagues et le niveau d’eau près de la côte, de mesurer le jet de rive (runup) et de développer de manière journalière des modèles numériques de terrain de la plage. 

 

axis maria

 

Couplées avec les instruments océanographiques, les caméras permettent de quantifier les effets des processus hydrodynamiques et glaciels sur différents types de côtes et de modéliser le phénomène de submersion. Ce réseau permet de mesurer le réajustement des plages et du littoral lors d’événements de tempête. Ces données servent aussi à valider les modèles de vagues et de surcotes qui pourront ensuite être utilisés pour la cartographie des zones de contraintes relatives à l’érosion et à la submersion côtières. Les caméras de surveillance servent aussi pour évaluer l’efficacité des différents ouvrages de protection (enrochement, épis, rechargement de plage, rip-rap) ainsi que leurs effets sur le milieu et pour la réalisation des suivis environnementaux prévus à la Loi sur la qualité de l’environnement.





Plateformes topobathymétriques

Dans le cadre d’un projet de recherche et de développement technologique financé par le FCI/MEQ, le Laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières de l’UQAR a développé en collaboration avec la firme GÉO-3D inc. (maintenant Trimble Canada), une plate-forme portable aéroportée couplant l’imagerie numérique haute résolution, l’imagerie multispectrale et un laser avec générateur de modèles numériques 3D de terrain.
Ce système aéroporté, nommé SAIGA-3D, est équipé d’un D-GPS performant et d’une plate-forme inertielle permettant des mesures haute résolution.

Des levés héliportés permettent aussi d'acquérir des images obliques à haute résolution de la côte. Notre équipe a notamment acquis des images de l'ensemble du littoral de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent en 2010 et 2017.


Une nouvelle plate-forme a été développée dans le cadre des recherches de la Chaire de recherche en géoscience côtière pour réaliser des levés terrestres à l’aide d’un véhicule tout-terrain. Ce système mobile de LiDAR terrestre (SMLT) est constitué de trois composantes principales : un balayeur laser, un système de navigation inertiel GPS-INS (composé d’un IMU et d’un récepteur GPS) et une caméra.
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Il permet de produire des nuages de points à une résolution spatiale de quelques cm et avec une précision de 3 cm, ce qui permet de faire des modèles numériques d’élévation à très haute résolution. Cette adaptation permet de réduire les coûts des relevés comparativement aux relevés aériens, ce qui permet de faire des levés répétitifs d’un même secteur. Le déploiement du SMLT de manière pluriannuelle dans des zones névralgiques et à la suite de tempêtes permettra de mesurer de manière précise leur impact réel sur différents types de systèmes côtiers et d’assurer un suivi des zones soumises aux aléas côtiers. Ces relevés permettront aussi de déterminer le temps mis par le système côtier pour retrouver éventuellement son état pré-tempête et/ou de déterminer les changements irréversibles et les effets post-tempêtes. Ces cartes spatio-temporelles en 3D permettront de calculer des variations volumétriques afin d’établir le bilan sédimentaire de la zone côtière. L’utilisation du SMLT pour le relevé de profils de plages avant, pendant et après la saison glacielle, permet aussi d’évaluer le rôle morphosédimentologique des glaces. Ces levés avec le lidar sont essentiels pour la cartographie des zones de contraintes relatives à la submersion côtière.
Au cours des prochaines années, le développement de plateformes bathymétriques permettra de coupler les données Lidar et les données bathymétriques permettant un meilleur suivi de la zone côtière. Le LDGIZC a acquis un multifaisceaux pour les faibles profondeurs afin d’obtenir des données bathymétriques. Le développement de plateformes topo-bathymétriques dans le cadre de projets de la Chaire de recherche en géoscience côtière permettra de coupler les données Lidar et bathymétriques pour la détermination des risques associés aux aléas côtiers et la recherche de solutions pour le traitement de ces risques.
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Système Intégré de Gestion de l’Environnement Côtier (SIGEC WEB)