Modélisation des effets des précipitations acides sur la faune
La modélisation constitue un élément extrêmement important du programme puisqu'il n'existe aucun moyen direct de prédire la nature et la portée du rétablissement des écosystèmes acidifiés. Cette méthode permet aux chercheurs et aux décideurs d'utiliser les informations disponibles pour faire des prévisions sur l'état éventuel des composantes écologiques des écosystèmes aquatiques dans l'est du Canada, en vertu de divers scénarios d'émissions. Avec l'aide de modèles, on peut estimer les réactions de la sauvagine, des huards et de leurs habitats de nidification aux changements prévus de l'importance des dépôts acides à la suite des réductions des émissions de SO2 et faire état des progrès réalisés en matière de rétablissement des écosystèmes aquatiques. En augmentant la quantité de données recueillies, on améliorera les modèles biologiques qui permettront d'évaluer les charges critiques et d'assurer ainsi la protection et le rétablissement des plans d'eau sensibles de l'est du Canada.
Peut-on prédire les avantages que procureront, à terme, les mesures de réduction des émissions de SO2 aux habitats de reproduction des oiseaux aquatiques de l'est du Canada?
Notre travail de modélisation a principalement porté sur trois indices de la reproduction des oiseaux aquatiques : la densité des couples reproducteurs (une mesure de la qualité de l'habitat de nidification); la densité des couvées (une mesure de la qualité de l'habitat pour l'élevage des oisillons); la survie des deux oisillons des couvées normales du plongeon huard (une mesure du caractère approprié de l'habitat pour les besoins particuliers de cette espèce, un indicateur clé de l'état d'acidification du milieu). Chacune de ces variables dépendantes subit d'une manière légèrement différente les effets des caractéristiques physiques et chimiques des lacs.
Nous avons utilisé la régression logistique pour élaborer des modèles de prévision de ces paramètres de la reproduction. Les modèles mis au point pour les piscivores (huard et grand harle) présentaient le meilleur ajustement et expliquaient la plupart des variations. Cette qualité de l'ajustement est attribuable au fait que le pH et la taille des lacs ont une grande incidence sur la présence des poissons qui influent à leur tour directement sur la probabilité de nidification des oiseaux piscivores sur le lac. Étant donné ce rapport net et direct, nous avons utilisé des modèles d'oiseaux piscivores pour démontrer les effets des réductions d'émissions sur les biotes aquatiques, même si d'autres modèles ont également été élaborés pour les autres groupes d'oiseaux aquatiques. D'une manière générale, la capacité d'un habitat lacustre à assurer la reproduction des oiseaux piscivores dépend à la fois de sa superficie et du pH. Les lacs plus étendus et à pH plus élevé offriront aux couples reproducteurs et à leurs couvées un habitat plus propice que les lacs plus petits et plus acides. Par exemple, pour un lac de 10 ha et dont le pH est de 7, la probabilité d'observer un couple reproducteur d'oiseaux piscivores s'établira à 50 %; celle d'observer une couvée de huards sera de 30 % et la probabilité de survie des deux oisillons de cette couvée (succès d'envol) sera de 80 % (voir diagramme).
Pour la modélisation des effets des scénarios de réduction des émissions de SO2, nous avons utilisé le Système de modélisation de la réaction de la sauvagine à l'acidification (WARMS). Ce logiciel est constitué d'une série de modèles intégrés qui lient le dépôt des sulfates (SO4) (niveau du bassin secondaire) à la chimie du lac (pH ou alcalinité) et aux modèles de poissons et de faune (voir diagramme). Les données d'entrée du WARMS portent sur les caractéristiques chimiques et physiques du lac, les caractéristiques des bassins hydrographiques secondaires (coefficients de ruissellement et dépôts secs, humides et résiduels de soufre), les changements prévus du dépôt du SO4 (selon les modèles atmosphériques) correspondant aux divers scénarios d'émissions et les modèles logistiques ou linéaires de poissons ou d'oiseaux aquatiques. Ils servent à estimer les effets des changements des dépôts acides sur la qualité de l'habitat pour des biotes particuliers, ainsi qu'à prévoir l'évolution du pH et de l'alcalinité de ces lacs.
Dépôts humides de sulfates
Les valeurs révisées des dépôts humides de SO4 (kg/ha/an) ont été calculées à partir des données provenant des sites récepteurs du Service de l'environnement atmosphérique d'Environnement Canada (S1 : 1982-1986; S2 : 1990-1993) (voir les sites). Les cartes interpolées du nord-est de l'Amérique du Nord montrent que les niveaux des dépôts de SO4 ont en général été réduits et que cette tendance se maintiendra en vertu des réductions des émissions de soufre actuellement prévues par la loi, et notamment après l'entrée en vigueur des mesures d'atténuation prévues au Canada (S3 : réduction d'environ 40 % avant la fin de 1994, objectif atteint) et aux États-Unis (S4 : réduction d'environ 40 % d'ici à 2010) (voir diagramme). Le sud de l'Ontario reçoit généralement les quantités les plus élevées de dépôts de sulfates, mais ces dépôts sont également très élevés dans une vaste région du centre de l'Ontario et du Québec. Selon chacun des scénarios de réduction envisagés, la situation s'améliorera dans la plupart des régions sauf dans les provinces canadiennes de l'Atlantique, où l'amélioration sera relativement limitée avant la réalisation des objectifs de réduction de 2010, ce qui signifie que le problème de précipitations acides de cette région est surtout dû aux sources d'émissions américaines. La plupart des régions du sud de l'Ontario et du Québec continueront de recevoir de 15 à 20 kg/ha/an de dépôts humides de sulfates, soit une quantité inférieure à l'objectif fixé au milieu des années 80, mais néanmoins supérieure aux charges critiques calculées pour beaucoup de plans d'eau sensibles de ces régions.
Changements prévus du pH et de la qualité des habitats dans l'est du Canada
pH - Dans le cas du pH, les résultats de la modélisation WARMS ont montré que la plupart des changements chimiques (exprimés en pourcentages de la superficie du territoire touché) surviendraient dans les régions où les valeurs du pH des lacs se situent entre 5 et 6 [DIAPOSITIVE 42]; aucun changement n'est bien sûr prévu pour les lacs dont le pH est supérieur à 7, et on s'attend à une amélioration légère dans le cas des lacs dont le pH actuel est inférieur à 5. En fait, des réductions ultérieures de 75 % des émissions par rapport aux objectifs de 2010 permettraient à 80 % des lacs de l'est du Canada dont dépendent les oiseaux aquatiques d'afficher un pH supérieur à 6 (c'est-à-dire, au dessus des charges critiques)(voir diagramme).
Dans le cadre de notre étude des changements chimiques régionaux, nous avons arbitrairement défini comme suit les " niveaux " du changement du pH : aucun changement - changement nul ou légère baisse du pH (<0,1 unité); augmentation légère - amélioration de 0,01 à 0,10 unité; petite augmentation - 0,1 à 0,2 unité de pH; forte augmentation - > 0,2 unité de pH (voir diagramme). En vertu du scénario d'émissions de 1994 (S3), on assisterait à de légères augmentations du pH sur 44 % du territoire de l'est du Canada (centre de l'Ontario et presque tout le Québec), et à de petites augmentations dans certaines zones limitées (2 %), mais il n'y aurait pas d'augmentation importante du pH ni aucun changement dans la majeure partie des territoires étudiés (54 %), et notamment dans la région de l'Atlantique. En vertu du scénario de 2010 (S4), on observerait de fortes augmentations (3 %) dans les régions touchées du centre de l'Ontario et de l'ouest du Québec, et de petites augmentations (12 %) dans la plupart des autres régions sensibles de l'Ontario et du Québec. Par ailleurs, les provinces canadiennes de l'Atlantique - et en particulier la Nouvelle-Écosse - subiraient de légères augmentations du pH (39 % de la superficie totale du territoire). L'application des réductions supplémentaires recommandées de 75 % des émissions par rapport aux niveaux de 2010 entraînerait une amélioration substantielle du pH sur la plus grande partie du centre de l'Ontario et de vastes régions du Québec (29 %), ainsi que sur certaines portions du sud du Nouveau-Brunswick. Globalement, les lacs de 66 % de la zone modélisée devraient montrer une certaine amélioration de leurs conditions d'acidité.
Oiseaux piscivores - Les estimations de l'évolution de la qualité des habitats lacustres pour la nidification des oiseaux piscivores (plongeon huard et grand harle) ont été calculées pour l'ensemble de la région de l'est du Canada (voir diagramme). Les niveaux utilisés du changement du pH étaient les suivants : aucun changement - amélioration de la qualité inférieure à 0,5 % entre les scénarios; petite amélioration - amélioration de 0,5 à 1,5 % entre les scénarios; grande amélioration - amélioration de plus de 1,5 % entre les scénarios (l'amélioration maximale relevée était de 9,2 %). La comparaison des changements prévus de la qualité des habitats entre les niveaux de 1982 (équilibre) et la situation créée par la mise en œuvre intégrale des mesures d'atténuation américaines (2010) a donné à conclure qu'il n'y aurait aucun changement dans la plus grande partie de l'est du Canada (73 %), et notamment dans les provinces canadiennes de l'Atlantique, et que de légères améliorations seraient observées dans 23 % de la région, notamment sur la majeure partie du territoire québécois et du centre de l'Ontario. Certaines régions limitées devraient afficher une grande amélioration (4 %), surtout celles de Sudbury et de Rouyn-Noranda (deux régions qui constituaient historiquement d'importantes sources émettrices ponctuelles). Cependant, advenant une réduction supplémentaire de 75 % des émissions, les changements observés appartiendraient surtout à la catégorie " grande amélioration " (29 %), surtout dans le centre de l'Ontario et sur la majeures parties du territoire québécois, tandis que la plupart des régions des provinces de l'Atlantique auraient droit à une légère amélioration (20 %).
Dans l'ensemble, les changements prévus du pH et de la qualité des habitats (exprimés en pourcentage du territoire touché) confirment que chacun des scénarios de réduction des émissions donne lieu à une certaine amélioration des conditions chimiques et de la qualité des plans d'eau pour la reproduction des oiseaux aquatiques dans l'est du Canada (voir prévisions du modèle WARMS et prévues de l'habitat).
Comme les lacs de certaines régions ont un potentiel de neutralisation suffisant et que les dépôts acides n'y sont pas assez importants pour causer une détérioration chimique, une forte proportion du territoire visé ne subira aucun changement. De plus, beaucoup de lacs présentent déjà des caractéristiques qui les rendent peu propices à la nidification des oiseaux piscivores (p. ex. trop petits ou trop peu profonds) et d'éventuelles variations de leurs caractéristiques chimiques n'y changeront rien.
Il nous paraît toutefois évident que même si on envisage le scénario de réduction de 2010, les cas d'amélioration à grande échelle seront relativement peu nombreux dans l'est du Canada. Des réductions supplémentaires seront nécessaires pour réaliser à l'échelle voulue les améliorations substantielles souhaitées des conditions chimiques et biologiques des écosystèmes.
Réactions observées et prévues des oiseaux aquatiques
Selon les résultats de nos modèles, les oiseaux piscivores devraient préférer les lacs moins acides, et les canards plongeurs - notamment le garrot à œil d'or - les lacs plus acides. Dans les deux cas, le comportement des oiseaux dépend probablement de la présence des poissons : les oiseaux piscivores préfèrent les lacs à pH élevé en raison de la qualité des populations de poissons qui y vivent, et le garrot à œil d'or recherche les lacs à pH plus bas parce que ces derniers, souvent moins poissonneux, constituent néanmoins des milieux propices aux invertébrés tolérants à l'acide dont ils se nourrissent. Ainsi, à mesure que le pH des lacs augmente, on peut s'attendre à un rétablissement graduel des populations de poissons (voir diagramme) qui entraînera une augmentation de la densité des couples reproducteurs d'oiseaux piscivores et une réduction des population de garrots insectivores.
En Ontario, le SCF effectue des relevés des populations d'oiseaux aquatiques dans la région agressée par la pollution acide de Sudbury depuis le milieu des années 80 (voir diagramme). On s'attend à une amélioration plus rapide des conditions chimiques et biologiques dans cette région. Comme le laissaient prévoir les modèles, les relevés réalisés près de Sudbury ont révélé une hausse significative du nombre de couples reproducteurs de plongeons huards, de harles couronnés et de l'ensemble des oiseaux piscivores (voir diagramme), ainsi qu'une baisse significative de garrots à œil d'or. Ainsi, la tendance observée de l'évolution des populations d'oiseaux aquatiques nicheurs donne à penser qu'il y aurait effectivement, dans la région de Sudbury, une amélioration des conditions chimiques et biologiques du milieu.
Conclusions
Les précipitations acides constituent une grave menace pour la faune
(notamment les oiseaux aquatiques) de l'est du Canada à cause
des effets divers qu'elles peuvent avoir sur les maillons inférieurs
de la chaîne trophique et qui finissent par nuire à
la reproduction ou au choix de l'habitat ou du régime alimentaire
des oiseaux aquatiques. Le Programme de lutte contre les pluies
acides du SCF (région de l'Ontario) surveille les réactions
écologiques de la sauvagine, des huards et de leurs proies
à l'évolution des précipitations acides pour
contrôler les aspects spatio-temporels du rétablissement
biologique (état) des écosystèmes aquatiques
acidifiés, endommagés ou sensibles. La modélisation
constitue un élément extrêmement important du
programme puisqu'il n'existe aucun moyen direct de prédire
la nature et la portée du rétablissement des écosystèmes
acidifiés. Les résultats combinés des programmes
de surveillance et de modélisation démontrent que
certaines espèces d'oiseaux aquatiques (en particulier les
piscivores) constituent des indicateurs utiles de l'acidification,
et portent à conclure que les progrès réalisés
à ce jour en matière de rétablissement chimique
et biologique des lacs sont limités. Ils laissent en outre
prévoir que la qualité des habitats de l'est du Canada
pour les oiseaux aquatiques ne s'améliorera pas beaucoup
dans un avenir prévisible, même dans les conditions
de réduction les plus strictes prévues par la loi
(après 2010), mais que les restrictions supplémentaires
recommandées devraient conduire à une amélioration
sensible de l'état de certaines populations, comme le révèlent
déjà les résultats des observations faites
dans la zone fortement perturbée (mais en voie de rétablissement)
de Sudbury. Il convient de poursuivre les efforts d'élaboration,
de validation et d'expansion des modèles régionaux
de populations d'oiseaux aquatiques (et d'autres modèles
biologiques), ainsi que les travaux actuels de surveillance des
populations et de leur reproduction afin d'accroître la validité
et l'exactitude des modèles d'évaluation de la qualité
des habitats et des progrès observés.
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