Assessing the impacts of hydropower, dams and reservoirs on macroinvertebrate richness as a general portrait and within the Life Cycle Assessment (LCA) framework

Les écosystèmes aquatiques, via l'approvisionnement en eau douce pour la consommation humaine, l'irrigation des terres, le transport et la production d'énergie, sont une ressource essentielle à la survie des humains. L'intégrité et la fonction de ces écosystèmes dépendent de leur état général et de la biodiversité qu'on y retrouve. Malgré leur dépendance aux écosystèmes aquatiques, les humains impactent ces écosystèmes lorsqu'ils accumulent l'eau douce dans des réservoirs et l'utilisent pour la production d'énergie via l'hydroélectricité. En effet, ces usages de l'eau douce conduisent à la dégradation et la destruction de l'habitat, et à la modification du régime des flux hydrologiques, entre autres menaces. Depuis plusieurs années, la communauté scientifique a étudié les impacts de l'hydroélectricité, des barrages et des réservoirs sur la biodiversité aquatique. Toutes ces études, dans leur ensemble, ont permis de souligner une très grande fourchette d'impacts (tant en termes de direction [positive ou négative] que de magnitude) dépendante de multiples facteurs tels le groupe taxonomique étudié, le biome et le type de production hydroélectrique, par exemple. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV), une méthodologie basée sur la science naturelle, est utilisée pour évaluer les impacts environnementaux potentiels d'un produit, d'un procédé ou d'un service, sur l'entièreté de son cycle de vie, c'est-à-dire de l'extraction des ressources à la fin de vie. Ainsi, pour générer une évaluation des impacts représentative de la réalité, les impact potentiels associés à chacune des phases du cycle de vie d'un produit (procédé ou service), incluant les impacts associés à la source d'énergie utilisée pour générer ces produits et services, doivent être pris en compte. Malgré le nombre croissant de preuves concernant les impacts de l'hydroélectricité, des barrages et des réservoirs sur la biodiversité aquatique, c'est seulement récemment que l'ACV a commencé à prendre en compte ces impacts dans ses bilans. Précédemment, ces impacts sur la biodiversité aquatique n'étaient pas évalués et donc, considérés comme nuls, ce qui est loin de la réalité. La prise en compte de ces impacts pourrait influencer la place qu'occupe l'hydroélectricité en termes d'impact environnementaux potentiels, lorsque comparée à d'autres sources d'énergie. Trois problématiques ont mené à la genèse de ce projet de recherche doctoral; 1) dans une synthèse de la littérature, l'hydroélectricité, les barrages et les réservoirs ont un impact sur la biodiversité aquatique, mais il n'y a pas de consensus au sujet de la direction et la magnitude de ces impacts, 2) les Facteurs de Caractérisation (FC) sur l'impact de l'hydroélectricité et de l'occupation des réservoirs sont exclusifs aux poissons et/ou basés sur des courbes théoriques plutôt que des données empiriques, et 3) les FCs utilisent la fraction d'espèces (résolution taxonomique à l'espèce) potentiellement disparues ou « Potentially Disappeared Fraction (PDF) of species », mais il n'y a toujours pas d'étude qui évalue l'influence de la résolution taxonomique sur les FCs. Ce projet est donc détaillé en trois objectifs : 1. Qualifier et quantifier les impacts de l'hydroélectricité, des barrages et des réservoirs sur la biodiversité aquatique, en utilisant la richesse des macroinvertébrés, via une robuste revue de la littérature et suivie d'une métaanalyse. 2. Développer des FCs régionalisés basés sur des données empiriques pour évaluer l'impact de la transformation du lit d'une rivière en réservoir et l'occupation subséquente du lit de la rivière par le réservoir, ci-après nommé impact de l'occupation des réservoirs, sur la richesse des macroinvertébrés, en ACV. 3. Évaluer l'influence de la résolution taxonomique sur les FCs précédemment développés. Pour le premier objectif, un cadre de travail méta-analytique a été utilisé pour identifier la direction et la magnitude globale des impacts de l'hydroélectricité sur la richesse des macroinvertébrés. Les résultats ont montré une grande variété de réponses des macroinvertébrés à l'hydroélectricité, plus spécifiquement des réponses significativement négatives et positives, ainsi que des réponses nonsignificativement différentes de zéro. La méta-analyse n'a pas démontré un effet global significatif de l'hydroélectricité sur la richesse des macroinvertébrés due à la grande variabilité de réponses observées. La détection d'un impact significatif a probablement été entravée par la grande quantité de bruit environnemental et méthodologique. C'est donc pourquoi l'influence de certaines sources d'hétérogénéité a été évaluée, par exemple le biome, le type d'impact, le design d'étude, ainsi que la saison et l'engin d'échantillonnage. Toutefois, aucune de ces sources d'hétérogénéité n'a démontré d'effet significatif, ce qui force à croire que d'autres variables environnementales, qui pourraient influencer la richesse des macroinvertébrés, n'ont pas été ciblées, par exemple des processus environnementaux de plus petite envergure, comme la granulométrie, la température, la perturbation par les vagues et la présence/absence de plantes aquatiques dans l'habitat. Pour le deuxième objectif, une approche de substitution espace-temps a été utilisée pour développer des FCs (en PDF·m2·an/m2·an) qui évaluent les impacts de l'occupation des réservoirs sur la richesse des macroinvertébrés à trois échelles spatiales; le réservoir, les écorégions et le pays (États-Unis), ainsi qu'un modèle empirique pouvant expliquer la variabilité observée dans les CFs des réservoirs, à l'aide de seulement quelques variables environnementales associées aux dits réservoirs. Au sein de cet objectif, il a été possible d'observer une perte statistiquement significative de 28% de la richesse des macroinvertébrés au sein des États-Unis suite à l'occupation du lit d'une rivière par un réservoir, un gradient longitudinal des CFs spécifiques aux écorégions, où les CFs sont plus élevés dans l'ouest que dans l'est, et enfin que l'état trophique, l'aire du réservoir et son élévation peuvent expliquer la variation observée dans les CFs spécifiques aux réservoirs, où un CF est plus élevé dans un réservoir large, oligotrophe et situé en haute élévation. Les résultats de cette étude ont démontré un support important pour la régionalisation des FCs, ont montré que les FCs étaient uniformes et constants à travers les échelles spatiales (c.-à-d., l'échelle du réservoir, de l'écorégion et du pays) et enfin, ont fourni un modèle empirique simple basé sur l'élévation, l'état trophique et l'aire du réservoir qui pourrait être utilisé par les développeurs et les praticiens ACV pour estimer un PDF quand des données de richesse de macroinvertébrés ne sont pas disponible. Pour le troisième objectif, qui est considéré comme un complément au second objectif, les FCs (en PDF·m2·an/m2·an) ont été calculés en utilisant des données de richesse de macroinvertébrés résolues en utilisant deux niveaux de résolutions taxonomiques (c.-à-d., basées sur le genre ou la famille) et incluant un critère d'inclusivité (c.-à-d., exclusif ou inclusif). Les résultats suggèrent que l'utilisation d'une résolution taxonomique au genre ou à la famille transmettent des messages similaires. Dans les deux cas, la régionalisation des FCs est statistiquement significative, la directionnalité et la magnitude des FCs spécifique aux écorégions sont très semblables, et les modèles empiriques sont aussi similaires en termes de sélection de modèle et capacité de prédiction. Basé sur ces résultats, il est possible de recommander l'utilisation d'une résolution taxonomique au genre-inclusive puisque celle-ci explique une quantité de variation additionnelle dans les FCs et est considérée comme plus représentative de la richesse des écosystèmes échantillonnés, en comparaison à une résolution taxonomique à la famille et/ou exclusive. Cet article est de nature plutôt fondamentale et méthodologique et a d'importantes implications pour les praticiens ACV puisqu'il pourrait permettre à certains groupes d'organismes, rarement identifiés à l'espèces, d'être éventuellement inclus dans de nouveaux FCs, ce qui augmenterait la représentativité et la robustesse des FCs pour l'Aire de Protection (AdP) de la qualité des écosystèmes en ACV. Cette thèse est très versatile et présente plusieurs attributs. Certains chapitres sont plutôt de nature fondamentale, alors que d'autres ont des résultats surtout pratiques. Le choix des macroinvertébrés comme organisme de recherche est considéré comme original, spécifiquement dans la communauté ACV. D'autant plus, cette thèse démontre des caractéristiques de nouveauté, plus spécialement dans le dernier article. À notre connaissance, l'évaluation de l'influence de la résolution taxonomique sur les FCs n'a jamais été fait auparavant. La multidisciplinarité de cette thèse lui confère un avantage majeur et ses implications sont d'autant plus pertinentes, profondes et complexes. Elle intègre des données biologiques dans un outil d'évaluation des impacts qui est dirigé pour la prise de décision dans un contexte de développement durable de produits, procédés et services. La contribution majeure de cette thèse est les FCs opérationnels qui permettent d'estimer l'impact de l'occupation par un réservoir sur la richesse des macroinvertébrés à trois échelles spatiales, c'est-à-dire les États-Unis, neuf écorégions et de nombreux réservoirs.