Caractérisation hydrogéomorphométrique du bassin versant de la Rivière George (Nunavik) par télédétection et analyse typologique

Abstract

Ce mémoire a pour objectif d’approfondir les connaissances scientifiques sur les comportements hydrologiques des bassins versants arctiques et subarctiques. Les rivières drainant ces bassins versants sont parmi les systèmes fluviaux les moins étudiés et compris, étant donné leur vaste étendue et leur localisation éloignée. L’approche utilisée, issue de la discipline de l’hydrologie paysagère, présente une technique de classifications non-supervisées jumelées à des données de télédétection afin de caractériser le comportement hydrologique et les changements à l’échelle du paysage qui se sont produits sur les 35 dernières années dans un bassin versant subarctique de 42 000 km2. Plus précisément, plusieurs analyses géographiques d’image orientées-objet (AGIOO), employant des variables hydrogéomorphométriques et combinées à l’algorithme de classification Fuzzy C-Means, ont été produites, puis comparées afin de classifier et identifier les changements dans le paysage du vaste bassin versant de la Rivière George (BVRG), situé au Nunavik (Canada). Nos résultats indiquent que le BVRG contient deux types distincts de sous-bassins versants typologiquement similaires, distribués selon un gradient latitudinal, mettant en lumière une hétérogénéité spatiale dans les structures des sous-bassins constituant le BVRG. De plus, une expansion du type de bassins versants du sud dans le nord du BVRG est observée depuis les 35 dernières années. Cette expansion est principalement due à une augmentation de la production végétale et de l’humidité contenue dans les sols et la végétation, elle-même induite par une augmentation des températures moyennes annuelles et des précipitations totales annuelles associée aux changements climatiques. Ces changements observés dans la couverture terrestre ont des impacts importants et à long terme sur les processus hydrologiques du BVRG en augmentant les taux d’évapotranspiration. Ce phénomène pourrait expliquer la diminution d’environ 1% des débits annuels observée dans le BVRG entre les années 1970 et 2017.

The objective of this study is to develop scientific knowledge on the hydrological behaviors of Arctic and Subarctic watersheds. Rivers draining high-latitude watersheds are among the least studied and understood fluvial systems, given their large extent and their remote locations. Here we develop a landscape hydrology approach which pairs unsupervised classifications with remote sensing data to characterize the hydrological behavior and landscape scale changes that have occurred over a 42 000 km2 sub-arctic watershed over the last 35 years. More precisely, multiple Geographic Object-Based Image Analysis (GeOBIA), employing hydrogeomorphometric variables and combined to the Fuzzy C-Means clustering algorithm, were produced and then compared to classify and identify landscape change across the vast George River Watershed (GRW), situated in Nunavik (Canada). Our results indicate that the GRW contains two distinct subwatershed types which are distinct in their typology and distributed along a latitudinal gradient, which highlights spatial heterogeneity in the structures of the subwatersheds constituting the GRW. Moreover, an expansion of the southern type subwatersheds in the north of the GRW has been observed since the last 35 years. This expansion is principally due to increases in vegetation production and moisture content in soils and vegetation, themselves induced by increases in mean annual temperature (MAT) and total annual precipitation (TAP) associated with the changing climate in this northern watershed. These land cover changes are likely to have important and long-term impacts on the hydrological processes within the GRW by increasing rates of evapotranspiration. This phenomenon may explain the decrease of about 1% in the George River’s annual discharge observed between the mid-1970s and 2017.