Identification et développement d'ouvrages de protection côtière pour augmenter la résilience des communautés côtières dans un contexte de changements climatiques

Sauvé, Philippe (2022). Identification et développement d'ouvrages de protection côtière pour augmenter la résilience des communautés côtières dans un contexte de changements climatiques. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 250 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Les caractéristiques des environnements côtiers varient à l'échelle du Québec maritime. Plusieurs types d'ouvrage de protection côtière (OPC) existent pour résoudre une problématique d'érosion ou de submersion dans ces environnements. Les effets des OPC sur le système socioécologique côtier (SSEC) sont complexes en raison des nombreuses rétroactions entre les éléments hydrodynamiques et géomorphologiques qui ont aussi des répercussions sur les aspects écologiques et socio-économiques des communautés côtières. Le choix d'un OPC dépend des caractéristiques socioécologiques propres à un secteur de côte, ainsi que des effets souhaités. Cependant, entre 1980 et 2000, au Québec, les OPC ont été aménagés en situation d'urgence et en réaction aux événements de tempête, sans considération des effets indésirables qu'ils pourraient produire. L'objectif principal de cette thèse doctorale est de développer un outil d'aide à la prise de décision élaboré sur une structuration cohérente de l'information permettant de prendre en considération les données tant géomorphologiques et hydrodynamiques, qu'écologiques et socio-économiques nécessaires à l'identification des meilleures alternatives en termes d'OPC au regard des conditions spécifiques d'un SSEC et des besoins exprimés par les acteurs du territoire (professionnels et gestionnaires). Pour ce faire, plusieurs méthodes ont été utilisées : (1) des consultations des acteurs de la zone côtière; (2) un traçage par système d'information géographique des composantes du SSEC; (3) une revue et méta-analyse de la littérature sur les effets des OPC; (4) le développement d'un algorithme; (5) une application d'une analyse multicritère. La thèse est composée de deux volets : (1) caractérisation des interventions passées et établissement d'une base afin d'orienter les décisions futures; (2) développement d'une approche d'évaluation des OPC. Premièrement, en 2017, 97,6 % des OPC présents dans le Québec maritime étaient des enrochements et des murs de protection. Par le passé, en plus de l'urgence des interventions, les principaux facteurs évoqués par les acteurs consultés pour justifier leur choix d'aménagement de ces OPC étaient un manque de connaissance, de financement et de processus collaboratif. Or, les acteurs consultés en 2017-2018 ont démontré une ouverture pour l'utilisation d'une plus grande diversité d'OPC. Ils ont également soulevé un besoin d'acquisition de connaissances scientifiques sur les effets des différents OPC pour pouvoir prendre de meilleures décisions. Les résultats de la méta-analyse de la littérature internationale sur les effets des OPC sur le milieu côtier démontrent que 52,7 % des 355 sites étudiés sont des côtes basses sablonneuses, que les études portent en majorité sur les recharges de plage (40,9 %), les murs de protection (16,7 %) et les brise-lames (12,5 %) et qu'il y a une absence d'études dans un contexte de climat nordique avec la présence de glaces côtières. Ce qui suggère un déséquilibre dans les connaissances scientifiques se rapportant aux effets produits par les OPC sur des environnements côtiers variés, déséquilibre qui doit être redressé afin d'améliorer le processus décisionnel. Deuxièmement, une approche d'évaluation a été développée pour répondre au besoin d'outils d'aide à la décision soulevé par les acteurs du territoire. Cette approche est basée sur la combinaison d'un algorithme d'identification et d'une analyse multicritère. L'algorithme permet d'évaluer et de hiérarchiser des OPC en fonction de leurs effets sur les différents environnements côtiers, et ce en trois étapes. (i) La caractérisation du SSEC est effectuée au moyen d'indicateurs de suivis géomorphologiques (type de côte, substrat) et hydrodynamiques (marnage, vagues, courants). Des données cartographiques (caractérisation côtière, écosystèmes, activités et usages) et hydrodynamiques (vagues et marnage) servent à définir l'état initial des sites à l'étude. (ii) Tirés d'une revue de littérature, les énoncés d'effets observés associés aux caractéristiques environnementales qui correspondent (type de côte et de substrat, marnage et vagues) ont été compilés dans une base de données, catégorisés et pondérés selon une échelle qualitative de pondération (-5 à 5). Cette échelle est basée sur la pertinence et sur le caractère positif ou négatif des énoncés. (iii) L'information est traitée par l'algorithme sur la base d'une correspondance entre les caractéristiques environnementales du site d'étude et celles enregistrées dans la base de données. L'évaluation et la hiérarchisation des OPC sont réalisées en colligeant et en classant les effets observés connus, produits par ces OPC dans des contextes environnementaux similaires. (iv) Les résultats de l'algorithme présentent la hiérarchisation des OPC selon une structure d'agrégation à plusieurs niveaux qui peut être utilisée par les gestionnaires, les décideurs et les ingénieurs côtiers pour la planification et la conception de projets d'intervention pour protéger des infrastructures ou des milieux sensibles. L'analyse multicritère est ensuite utilisée pour hiérarchiser les OPC présélectionnés selon les résultats de l'algorithme en trois étapes. (i) Les critères d'évaluation ont été identifiés et pondérés par les acteurs du territoire selon leurs priorités dans le cadre d'une série de cinq ateliers. (ii) Les OPC ont été évalués en regard de chacun des critères et des caractéristiques socioécologiques de quatre secteurs d'études. (iii) Les OPC sont hiérarchisés avec la méthode PROMETHEE. Les résultats de la hiérarchisation montrent que le premier rang est occupé par la végétalisation dans trois des quatre sites et par l'enrochement dans le quatrième site. De manière plus générale, les résultats montrent la pertinence de l'utilisation d'une méthode d'analyse multicritère et de l'implication des acteurs du territoire dans le processus de sélection d'un OPC qui tienne compte des priorités locales et soit adapté aux conditions environnementales. Globalement, cette thèse offre des connaissances permettant d'améliorer le processus décisionnel menant à la sélection d'un OPC. Elle est appuyée sur une approche intégrée et holistique d'identification des OPC adaptés aux conditions spécifiques d'un SSEC, en tenant compte d'une part des effets des OPC sur l'évolution du SSEC et, d'autre part, des besoins exprimés par les acteurs du territoire. -- Mot(s) clé(s) en français : ingénierie côtière, gestion intégrée des zones côtières, processus décisionnel, érosion côtière, submersion côtière, ouvrages de protection côtière, processus participatif, résilience. --
ABSTRACT : Coastal characteristics vary throughout the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL). A variety of coastal defence measures (CDM) are available and can be used for the purpose of preventing coastal erosion and flooding in these types of environments. The effects of CDMs on the coastal socio-ecological system are complex due to site-specific interactions between hydrodynamic and geomorphological conditions, which have repercussions on the ecological and social aspects of coastal communities. Therefore, the choice of CDMs depends on the socio-ecological characteristics of the site, as well as on the desired effects on the ecosystem. However, between 1980 and 2000, in Quebec, CDMs were built in emergency situations without consideration for their possible negative effects. The main purpose of this thesis is to develop an integrated approach to select CDMs that are adapted to the specific conditions of a coastal socio-ecological system while including local actors' (managers and professionals) needs and priorities. In order to do so, a number of methods were used: (1) consultations with local coastal actors; (2) mapping of coastal socio-ecological system components; (3) literature review and meta-analysis of the effects produced by CDMs on the environment; (4) development of an algorithm; (5) multicriteria decision analysis. The thesis is divided in two parts: (1) characterization of past interventions and reorientation of future decisions; and (2) development of a CDMs evaluation approach. First, the characterization of more than 3300 km along the Quebec shoreline determined that in 2017, of the total number of CDMs implemented, 97.6% were rock armour and seawalls. The main factors evoked by the actors to justify their choice were a lack of knowledge, funding and collaborative processes. However, the actors demonstrated an openness for the use of a greater variety of CDMs. In order to be able to make better decisions, they also brought up the need for the acquisition of scientific knowledge on the effects of different CDMs on coastal systems. Yet, the results of a literature meta-analysis showed that 52.7% of the study sites were in low-lying sandy coasts, and that most attention was given to three CDMS: beach nourishments, seawalls, and breakwaters. Also noticeable is the absence of studies in Nordic climate where ice cover is a significant factor in coastal processes. This suggests an imbalance in scientific knowledge that must be addressed in order to improve the decision-making process. Second, an evaluation approach was developed to respond to the need for decision support tools that was raised by actors during the consultation process. This approach is based on the combined use of an identification algorithm and a multicriteria decision analysis. The algorithm allows the evaluation and prioritization of CDMs according to their effects on the different coastal environments. It consists of three steps: (i) the characterization of the coastal socio-ecological system is carried out using geomorphological (coast, substrate) and hydrodynamic (waves, currents, tidal range) monitoring indicators. Cartographic data (coastal characterization, ecosystems, activities and uses) and hydrodynamic data (wave and tidal range) are used to define the initial state of the study sites. (ii) From the literature review, the statements of observed effects associated with corresponding environmental characteristics which were compiled into a database, are then categorized and weighted according to a qualitative weighting scale (-5 to 5). This scale is based on the relevance, and on the positive or negative character of the CDMs. (iii) The user selects CDMs. The information is processed by the algorithm based on a correspondence between characteristics of the study site and those recorded in the database. The evaluation and prioritization of the CDMs are performed by collating and ranking the known observed effects produced by the selected CDMs in similar environmental contexts. The results present the hierarchization of CDMs accord ng to a multilevel aggregation structure, which can be used in different ways by coastal managers, decision makers, and engineers in the planning as well as in the design phases of a project. The multicriteria decision analysis is then used to compare and rate the CDMs, preselected by the algorithm in three steps. (i) The evaluation criteria were identified and weighted by local actors in a series of five workshops. (ii) CDMs were evaluated in relation to each criterion within the local socioecological context of four study sites. (iii) CDMs were hierarchized with the PROMETHEE method. Initial results show that vegetation came first in three of the four sites, while rock armour ranked first in the fourth site. Moreover, the results show the relevance of such a tool with a participatory process to select a CDM which considers local priorities, and is adapted to environmental conditions. Overall, this thesis provides knowledge to improve the decision-making process leading to the selection of a CDM. It is based on an integrated and holistic approach to identify CDMs best adapted to the specific conditions of a coastal socio-ecological system, taking into account the effects of CDM on the evolution of the system, as well as the needs expressed by local actors. -- Mot(s) clé(s) en anglais : coastal engineering, coastal protection, coastal defence measure, decision-making, coastal erosion, integrated coastal zone management, participatory process, resilience.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Bernatchez, Pascal
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Glaus, Mathias
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en sciences de l'environnement en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Rivage; Protection; Travaux maritimes; Littoral; Modifications; Plages; Érosion; Prise de décision; Communautés; Résilience communautaire; Aménagement intégré; Climat; Changements.
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Géographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	22 mars 2023 18:27
Dernière modification :	22 mars 2023 18:27
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2134

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