Le programme de recherche du Service canadien de la faune sur
les pluies acides
Dans le cadre du Programme du transport à distance des polluants
atmosphériques (TADPA) du gouvernement fédéral,
le Service canadien de la faune (SCF) a mis sur pied en 1980 un
programme de recherche ayant pour objectif d'évaluer les
incidences des précipitations acides sur la faune et ses
habitats de l'est du Canada. On souhaitait déterminer quels
étaient les habitats et les espèces les plus menacés
par l'acidification, et établir des rapports cause-effet
entre les précipitations acides et les changements biologiques,
principalement dans les populations d'oiseaux.
En Ontario, le programme a surtout porté sur les effets
chimiques et biologiques des précipitations acides sur les
petits lacs et les milieux humides de l'écozone du Bouclier
boréal, dans le centre et le nord-est de la province. On
a d'entrée de jeu opté pour l'approche écosystémique,
en recueillant et en analysant des données sur la chimie
de l'eau, les caractéristiques du bassin hydrographique et
la structure et la diversité biologique des chaînes
trophiques aquatiques, en portant une attention particulière
aux organismes des maillons supérieurs de ces chaînes,
notamment la sauvagine et les huards. Les recherches réalisées
tout au long des années 80 ont conduit à la mise en
place, en 1987, du Programme de lutte contre les pluies acides toujours
en vigueur aujourd'hui. Ce programme vise à suivre les progrès
réalisés en matière de lutte contre les précipitations
acides au Canada et aux États-Unis et à déterminer
si ces mesures assureront à l'environnement la protection
voulue pour rétablir des communautés biologiques saines
dans les écosystèmes aquatiques de l'est du Canada.
Voici la liste des divers projets TADPA (anciennement appelés
TGDPA) et des fonds d'informations pour la surveillance biologique
répertoriés dans le site web WILDSPACEMC.
Les liens hypertextes conduisent à une description de chacun
de ces projets :
Le Programme de surveillance biologique des
précipitations acides du SCF
Le Programme de surveillance
biologique des précipitations acides du SCF (région
de l'Ontario) est le seul programme canadien de surveillance
à grande échelle des effets des précipitations
acides portant principalement sur les écosystèmes
aquatiques sensibles à l'acidification [DIAPOSITIVE 13].
Il a pour but de vérifier si les programmes canadiens et
américains de lutte contre les précipitations acides
protègent les écosystèmes aquatiques importants
pour la faune en intégrant les données biologiques
et physico-chimiques recueillies dans les lacs et les milieux humides
afin d'évaluer à la fois le degré d'amélioration
obtenu dans ces habitats et l'utilité des programmes de surveillance.
Pourquoi surveiller les systèmes biologiques? L'utilité
des programmes de lutte contre les précipitations acides
doit être mesurée à l'aune de la capacité
des habitats aquatiques à assurer la subsistance de populations
saines de plantes et d'animaux aquatiques et terrestres; elle ne
saurait dépendre uniquement de l'évaluation des réductions
des dépôts acides ni de l'amélioration de la
qualité de l'eau. La surveillance biologique est nécessaire
pour confirmer l'efficacité des mesures prises pour protéger
et améliorer les écosystèmes endommagés.
Notre démarche consiste à réaliser un nombre
suffisant d'études régionales afin de pouvoir distinguer
les indices d'une évolution des paramètres chimiques
et biologiques des variations normales de ces paramètres.
Il s'agit de recueillir des données écologiques à
long terme afin d'évaluer (à diverses échelles
spatiales et temporelles) le rétablissement des lacs et des
milieux humides sensibles à l'acidification qui devraient
réagir à une réduction des dépôts
acides.
Les régions étudiées
et leurs caractéristiques : Les programmes de surveillance
visent trois régions distinctes de l'écozone du Bouclier
boréal en Ontario (Algoma, Muskoka et Sudbury) qui se distinguent
par les effets historiques des dépôts de soufre et
d'azote et leurs réactions à ces dépôts
[(voir les sites).
Près de 600 plans d'eau sont placés sous surveillance.
Ces lacs et ces milieux humides sont en général peu
étendus (moins de 20 ha; souvent dans le cours supérieur
du bassin hydrographique), ils présentent une vaste gamme
de valeurs du pH, sont souvent dépourvus de poissons (environ
40 %) et comprennent des lacs fortement dégradés situés
près de Sudbury (voir
diagramme). La surveillance du rétablissement des lacs
acides et endommagés de la région de Sudbury depuis
la réduction sensible récente des émissions
en provenance des fonderies (cuivre et nickel) avoisinantes fournit
une occasion unique d'étudier le rétablissement des
communautés biotiques à la suite d'un renversement
de la tendance à l'acidification beaucoup plus radical que
ce à quoi on devrait s'attendre ailleurs, dans l'est du Canada
(voir émissions).
Inventaire canadien des huards
à collier (ICHC) : Le huard constitue un excellent
indicateur du rétablissement des lacs ou de l'agression par
la pollution acide dont ils sont victimes puisque les précipitations
acides entraînent un important déclin des populations
de poissons dont il dépend pour sa survie. Comme deux huards
adultes on besoin de plus de 180 kg de poisson pendant l'été
pour élever un seul petit, le succès de leur reproduction
est moindre sur les lacs acides où leur progéniture
risque de manquer de nourriture. Les précipitations acides
provoquent en outre la lixiviation de métaux toxiques - par
exemple, le mercure - présents dans les sols et les sédiments.
Ces métaux peuvent subir une bioconcentration dans la chaîne
alimentaire et nuire à la reproduction.
Au cours des 20 dernières années, les participants
à l'ICHC, un programme bénévole appuyé
par Environnement Canada et d'autres partenaires et géré
par Études d'oiseaux Canada (http://www.bsc-eoc.org/cllsmain.html)
ont surveillé chaque année le succès de reproduction
des huards sur près de 800 lacs canadiens. En Ontario, la
surveillance assurée dans le cadre de l'ICHC a porté
sur environ 1 600 lacs qui se caractérisaient en général
par leur grande superficie (plus de 40 ha), leur eau limpide et
un pH supérieur à 6.
Le Programme de surveillance biologique
des précipitations acides du SCF (région de l'Ontario)
comporte quatre grands volets : 1) contrôle de la chimie
de l'eau; 2) surveillance des oiseaux aquatiques; 3) surveillance
de la chaîne alimentaire aquatique; 4) modélisation
prédictive (voir
diagramme). Les trois premiers volets ont pour but de déterminer
si les efforts de réduction des dépôts de sulfates
influent sur les caractéristiques chimiques des lacs (rétablissement
chimique), et si ces changements se répercutent sur les chaînes
alimentaires aquatiques et sur les prédateurs primaires (rétablissement
biologique). Ces contrôles nous fournissent donc une mesure
concrète des changements biologiques qui surviennent au fil
des ans à l'échelle régionale, sous l'effet
des mesures de lutte contre les émissions. À l'aide
de ces données, on élabore des modèles biologiques
(quatrième volet) qui sont validés et testés
pour l'évaluation des impacts régionaux et des charges
critiques et pour la prédiction de la réaction des
biotes sous divers scénarios de réductions futures
des émissions. La modélisation utilise donc des données
réelles pour prédire les changements à venir
dans d'autres secteurs, évaluer les incidences et établir
les charges critiques (voir
diagramme).
1. Contrôle de la chimie
de l'eau (voir
chimie de l'eau)
But
- déterminer les conditions chimiques annuelles et détecter
les tendances temporelles de la chimie des petits lacs et des
milieux humides (<20 ha, minimum de 0,4 ha) qui constituent
des habitats importants pour la faune dans trois régions
ontariennes sensibles à l'acidification et qui devraient
réagir aux réductions des émissions de soufre;
- déterminer la nature, la vitesse et la portée
du rétablissement chimique à court terme des lacs
acidifiés de la région de Sudbury, où des
changements devraient survenir plus rapidement qu'ailleurs dans
l'est du Canada à cause de la nature des dommages causés
aux écosystèmes et de la rapidité des réductions
locales d'émissions.
Lieux d'échantillonnage et taille des échantillons
(voir diagramme)
- Algoma (224 lacs), Muskoka (219 lacs), Sudbury (141 lacs);
- échantillonnage dirigé de 50 grands lacs (>
20 ha) où on a dressé des inventaires des oiseaux
piscivores, dans les régions de Sudbury et de Muskoka-Haliburton;
- échantillonnage de 18 paramètres chimiques (pH,
alcalinité, conductivité, cations basiques (Ca,
Mg, Na, K), anions (SO4, Cl, SiO2), nutriments
(PT, AT), carbone organique dissous et métaux-traces (Al,
Fe, Mn, Cu, Ni).)
Méthode
- échantillonnage annuel de la totalité des 62 principaux
lacs à chaîne trophique et des 50 lacs à oiseaux
piscivores;
- échantillonnage des autres lacs faisant l'objet de la
surveillance biologique selon un système de rotation triennal
(Algoma - 88 échantillonnages annuels sur 224; Muskoka
- 86 sur 219; Sudbury - 93 sur 141);
- les échantillonnages sont réalisés en hélicoptère
à l'époque du renouvellement automnal (début
octobre);
- réalisation de tests rigoureux, y compris bilan des ions
et analyse des valeurs aberrantes;
- utilisation de logiciels créés sur mesure pour
la réalisation d'analyses statistiques prudentes et non
paramétriques des tendances.
Résultats
L'analyse des tendances affichées par l'ensemble des données
chimiques recueillies dans les trois régions entre 1988 et
1997 donne à conclure que 70 % environ des lacs étudiés
n'ont subi aucun changement significatif de l'acidité (pH
ou alcalinité), tandis que la situation s'est sensiblement
améliorée dans 25 à 30 % des cas, et qu'elle
s'est aggravée dans quelques lacs (voir
tableau). La moitié des lacs ont laissé voir une
baisse significative de la teneur en cations basiques (notamment
du calcium et du magnésium), et 40 % ont subi une baisse
significative de la teneur en sulfates. C'est cette baisse de la
teneur en cations basiques qui a compensé, croit-on, la réduction
de la teneur en sulfates, limitant ainsi les améliorations
anticipées du pH ou du PNA. Depuis 1983, à Sudbury,
47 % des lacs ont subi une baisse de leur teneur en sulfates, 42
% ont subi une baisse de leur teneur en cations basiques et 16 %
ont enregistré une hausse du pH. Voie Tendances
de l'état d'acidité et récents
changements du pH dans les lacs de biosurveillance du SCF. La
variabilité climatique qui a découlé des sécheresses
de 1986 et 1987 et des précipitations abondantes de 1988
et 1989 a fait dérailler le processus de rétablissement
entamé dans plusieurs lacs. Il convient par ailleurs de souligner
que les paramètres liés à la concentration
des matières nutritives - par exemple, le phosphore total
et le carbone organique dissous - ont très peu changé.
2. Surveillance des oiseaux aquatiques
(voie les relevés)
But
- relevés aériens (hélicoptère) du
nombre de couples reproducteurs et de couvées des huit
principales espèces d'oiseaux aquatiques afin d'établir
les tendances et les changements survenus dans l'utilisation de
l'habitat et le succès de la reproduction des oiseaux aquatiques
qui nichent dans les régions sensibles à l'acidification
de l'Ontario, et détermination du taux de rétablissement
biologique consécutif au rétablissement chimique
des petits lacs et des milieux humides (< 20 ha) grâce
à l'étude des tendances temporelles affichées
par ces paramètres;
- les groupes principaux d'oiseaux aquatiques observés
sont les piscivores : plongeon
huard (Gavia immer), grand
harle (Mergus merganser); les canards
de surface : canard
colvert (Anas platyrhynchos), canard
noir (Anas rubripes), canard
branchu (Aix sponsa); et les canards
plongeurs : harle
couronné (Lophodytes cucullatus),
fuligule
à collier (Aythya collaris),
garrot
à oeil d'or (Bucephala clangula).
- sur un groupe choisi de grands lacs (>20 ha), relevés
effectués sur le terrain pour repérer les nids (couvées)
et pour dénombrer les couples reproducteurs et les nichées
d'oiseaux piscivores (plongeon huard, grand harle, grand héron,
balbuzard pêcheur, martin-pêcheur d'Amérique)
afin de mesurer les changements survenus dans le succès
de reproduction des oiseaux les plus directement touchés
par l'acidité du milieu aquatique;
- soutien aux activités ontariennes des bénévoles
de l'Inventaire canadien des huards à collier, géré
par Études d'oiseaux Canada.
Lieux d'échantillonnage et taille des échantillons
(voir tableau).
- relevés aériens (hélicoptère) du
nombre de couples reproducteurs et de couvées des espèces
caractéristiques des milieux humides : Algoma (224 lacs),
Muskoka (219 lacs), Sudbury (141 lacs);
- contrôles particuliers au site de l'utilisation de nichoirs
par les espèces de canards qui nichent dans des cavités
autour des lacs de la région de Sudbury (n=75);
- inventaire des oiseaux piscivores sur 50 grands lacs de la région
de Sudbury (n=15), du parc provincial Killarney (n=10) et de la
région de Muskoka-Haliburton (n=25);
- étude des rapports avec les résultats d'autres
inventaires de la sauvagine réalisés dans le cadre
d'autres programmes du SCF (Région de l'Ontario) comme
le Projet conjoint sur le Canard noir; inventaires annuels réalisés
en coopération dans le centre et le nord-est de l'Ontario
parallèlement à la surveillance des précipitations
acides.
Méthode
- rotation biennale; relevés aériens (hélicoptère)
effectués en mai pour la surveillance de la reproduction
(qualité des habitats de nidification); retour en juillet
et comptage des nichées (évaluation de la survie);
- chaque année, trois relevés sur le terrain (premières
semaines de juillet, d'août et de septembre) pour repérer
les nids, dénombrer les couples reproducteurs et les d'oisillons
des oiseaux piscivores.
Résultats
- À l'heure actuelle, les données recueillies portant
sur 3 815 lacs-années donnent à conclure que dans
l'ensemble, le nombre d'oisillons produits par les oiseaux aquatiques
est plus élevé lorsque la valeur du pH des lacs
varie de modérée à élevée,
et que l'utilisation de l'habitat diffère selon le groupe
d'oiseaux. Les couples reproducteurs et les couvées d'oiseaux
piscivores se trouvent en nombres proportionnellement plus élevés
sur les lacs à pH élevé, tandis que les canards
de surface sont répartis assez uniformément entre
les lacs présentant toute la gamme des pH, en montrant
toutefois une légère préférence pour
ceux dont le pH est proche des valeurs neutres. Les préférences
des canards plongeurs sont à l'opposé de celles
des piscivores : nombres de couples reproducteurs plus élevés
sur les lacs à pH bas (inférieur à 5,5),
mais couvées plus uniformément réparties.
La fréquence relativement plus élevée de
garrots à œil d'or sur les lacs à pH bas de
la région de Sudbury a une incidence sensible sur les tendances
relevées dans l'ensemble, quant au choix du milieu de reproduction
(voir tableau).
- Les résultats de l'ICHC montrent que, de 1981 à
1997, la proportion des couples de huards qui ont réussi
à se reproduire en Ontario a diminué, et que la
baisse du succès de reproduction a été plus
rapide sur les lacs plus acides que sur ceux à pouvoir
neutralisant plus élevé, surtout depuis quelques
années.
- Les lacs plus étendus et à pH plus élevé
auront tendance à accueillir un plus grand nombre de couples
reproducteurs et de couvées que les lacs plus petits et
plus acides.
- Le pH et la taille des lacs influent directement sur les populations
de poissons et, par ricochet, sur la qualité de l'habitat
pour la nidification des oiseaux piscivores (voir
tableau).
- Le pH et la taille des lacs influent directement sur les populations
de poissons et, par ricochet, sur la qualité de l'habitat
pour la nidification des oiseaux piscivores (voir
tableau).
3. Surveillance de la chaîne
alimentaire aquatique (voir
programme)
But
- Détecter les changements de l'état, de la composition
et de l'abondance des populations de macro-invertébrés
aquatiques, de poissons et d'amphibiens (proies principales de
la sauvagine et des huards) provoqués par les changements
des conditions chimiques des petits lacs et des milieux humides
dans les trois régions ontariennes sensibles à l'acidification.
Justification
- Les données chimiques ne permettent pas à elles
seules d'évaluer l'amélioration du milieu et ce,
pour diverses raisons : le délai de réaction biologique
(hystérésis); l'existence de seuils dose-réaction
ou de mécanismes de rétablissement variables; les
interactions prédateurs-proies (p. ex. poissons-invertébrés)
pendant la période de rétablissement et les interactions
avec d'autres agents stressants (facteurs imprévisibles
capables de faire dérailler le processus de rétablissement).
Nous avons besoin de mieux comprendre comment le rétablissement
se manifestera dans chacun des maillons de la chaîne alimentaire
pour atteindre les prédateurs primaires (poissons, oiseaux,
mammifères, etc.) dans les écosystèmes acidifiés,
et de déterminer l'échelle géographique du
rétablissement qui permettra à des organismes dispersés
comme les oiseaux d'accroître leurs populations.
Lieux d'échantillonnage et taille des échantillons
- Des lacs à chaîne trophique ont été
choisis à Algoma (20), Muskoka (20) et Sudbury (22) pour
représenter la gamme des pH et l'état des populations
de poissons (présence ou absence) caractéristiques
des petits lacs (2-10 ha) qui constituent dans cette région
l'habitat type utilisé par la sauvagine reproductrice.
- 41 échantillons sont recueillis sur chaque lac.
Méthode (voir
diagramme)
- Recours à des protocoles et à des méthodes
d'identification normalisés aux fins de l'échantillonnage
des lacs choisis dans chaque site d'étude, au mois de juin,
selon une rotation triennale.
- L'échantillonnage de la mi-juin doit coïncider avec
la période d'activité maximale des couvées
sur les lacs des régions boréales.
- Échantillonnage des proies principales de la sauvagine
(macro-invertébrés,
petits poissons et amphibiens) dans les zones littorales des lacs
choisis. L'échantillonnage est réalisé à
l'aide d'engins comme des filets (principalement pour le necton),
des verveux (pour les trichoptères), des dragues benthiques
(pour les odonates, les trichoptères et les mollusques),
des pièges à entonnoir (pour les sangsues) et des
nasses (pour les petits poissons et les amphibiens, ainsi que
pour les gros hémiptères aquatiques).
- Collecte d'espèces indicatrices (sangsues) dans 40 lacs
de la région de Sudbury.
- Tous les spécimens sont soumis à des taxonomistes
qui utilisent des clés d'identification reconnues; on conserve
des échantillons représentatifs de chaque espèce
dans une collection de référence, et le reste des
échantillons est entreposé aux fins de consultations
ultérieures.
Résultats
- On a recueilli jusqu'à présent plus de 10 000
poissons (surtout des petites espèces non visées
par la pêche sportive) et 30 000 invertébrés
représentant plus de 250 espèces.
- Les résultats démontrent que les poissons ou les
types de communautés de poissons présents dans les
lacs déterminent en partie la composition de la communauté
de macro-invertébrés en voie de rétablissement
(ces facteurs viennent s'ajouter aux caractéristiques chimiques
du lac) et, de ce fait, la qualité du lac pour les diverses
espèces d'oiseaux.
- Indication nette d'une baisse de la diversité biologique
en conditions d'acidification croissante; preuves d'une détérioration
de la qualité nutritionnelle (baisse de la teneur en Ca)
des invertébrés dans les lacs plus acides; aucun
signe de rétablissement sensible des lacs acidifiés
depuis 1987, même dans la région de Sudbury, où
on a observé dans certains lacs une amélioration
des caractéristiques chimiques.
4. Modélisation prédictive
(Voir WILDSPACE et
WARMS)
But
- Acquérir des données, en contrôler la qualité
et les incorporer dans les bases de données existantes;
interpréter les tendances et utiliser les informations
disponibles pour faire des prévisions (p. ex. modélisation)
concernant l'état, à plus ou moins long terme, des
composantes écologiques des écosystèmes aquatiques
de l'est du Canada en vertu de divers scénarios d'émissions.
Lieux d'échantillonnage et taille des échantillons
- Les modèles de faune du SCF sont fondés sur des
données recueillies en Ontarioo (voir
tableau).
- Les données du SCF ont servi à élaborer
des modèles des populations de poissons pour l'est du Canada.
- Données chimiques et physiques recueillies dans plus
de 5 000 lacs de l'est du Canada.
Méthode
- Utilisation de protocoles d'assurance et de contrôle de
la qualité (AQ/CQ) pour la vérification des données
chimiques et biologiques annuelles; comparaison des données
physiques à celles des nouvelles bases de données
du SIG sur les caractéristiques des lacs.
- Utilisation de logiciels conçus sur mesure, du système
d'aide à la décision de WILDSPACEMC
, et du Système de modélisation de la réaction
de la sauvagine à l'acidification (Waterfowl Acidification
Response Modelling System - WARMS)
pour prédire les effets chimiques et biologiques des scénarios
de réduction des émissions suggérés
ou prévus par la loi en Ontario et ailleurs dans l'est
du Canada.
- Utilisation de modèles pour évaluer les charges
critiques régionales dans l'est du Canada.
Résultatss
- En ce qui a trait au pH, la plupart des changements chimiques
ont été observés dans les lacs dont le pH
se situait entre 5 et 6, les lacs dont le pH était inférieur
à 5 ou supérieur à 7 n'ayant à peu
près pas changé de ce point de vue. Les réductions
supplémentaires recommandées de 75 % des émissions
par rapport aux objectifs de 2010 devraient permettre à
plus de 80 % des lacs de l'est du Canada d'atteindre des valeurs
de pH supérieures à 6 (c'est-à-dire, au-dessus
des charges critiques).
- Lorsque l'équilibre sera rétabli, après
l'atteinte des objectifs fixés pour 2010, aucun changement
de la qualité des habitats de nidification n'est prévu
pour la plupart (73 %) des régions de l'est du Canada,
mais des améliorations légères à importantes
devraient survenir dans le centre de l'Ontario et du Québec
et surtout près de Sudbury et de Rouyn-Noranda.
- Globalement, les changements attendus du pH et les changements
observés de la qualité des habitats confirment que
chacun des scénarios de réduction des émissions
entraîne une certaine amélioration des conditions
chimiques et de la qualité des plans d'eau de l'est du
Canada pour la nidification des oiseaux aquatiques. Une grande
proportion du territoire ne laissera voir aucun changement, soit
parce que les lacs de certaines régions on un pouvoir de
neutralisation suffisant, soit parce qu'ils ne reçoivent
pas suffisamment de dépôts acides pour subir une
détérioration chimique. 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.
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