Lac Saint-Charles

Fiches techniques – Diagnose du lac Saint-Charles 2012
Fiche 1 Faits saillants et contenu général de l’étude
Fiche 2 Suivi de qualité de l’eau des affluents du lac Saint-Charles
Fiche 3 Évaluation de l’état trophique du lac Saint-Charles
Fiche 4 Suivi des communautés cyanobactériennes
Fiche 5 Inventaire des herbiers aquatiques
Fiche 6 Caractérisation des bandes riveraines
Rapport complet Diagnose du lac Saint-Charles 2012

Historique

Entre 1854 et 1934, la Ville de Québec puisait son eau potable dans la rivière Saint-Charles sans qu’aucune modification ou construction n’ait été faite. Le lac Saint-Charles et son bassin versant constituaient un milieu naturel peu habité, en équilibre écologique, et également un attrait pour la région de Québec, on y pratiquait notamment la pêche au touladi. Avec le temps, la fréquentation du territoire, les activités récréo-touristiques dans le haut-bassin versant, le développement d’autres activités économiques (exploitation forestière, sablière, gravière et carrière) ainsi que la construction de routes et de résidences particulières ont augmenté. Le secteur gardait toutefois une vocation de villégiature.

En 1934, un barrage a été construit à l’embouchure du lac Saint-Charles afin de contrôler le débit de son effluent, la rivière Saint-Charles. L’hydrologie naturelle du lac fut donc modifiée et le niveau de l’eau s’éleva d’environ un mètre. Un déséquilibre écologique s’en suivi et marqua le début des modifications de la qualité de l’eau du lac (Tremblay 1999).

En 1950, le barrage fut rehaussé de 2,5 mètres au-dessus de son niveau naturel, submergeant ainsi les basses terres environnantes sur des largeurs allant jusqu’à 50 mètres (Tremblay et al. 2001). La plus grande conséquence de cette mise en eau fut l’inondation des berges et l’érosion des rives, apportant de la terre arable et de l’humus vers le fond du lac et transformant le lit original, fait de sable et de graviers, en un lit de vase (Figure 1). Ce processus d’envasement apporte de la matière organique qui est ensuite dégradée par les bactéries dont l’activité hétérotrophe occasionne une grande consommation d’oxygène au fond du lac et peut être à l’origine d’épisodes estivaux d’hypoxie et d’anoxie de l’hypolimnion (Légaré 1998b). Ces inondations ont également occasionné la création d’un important marécage, le marais du Nord, situé à l’extrême nord du lac Saint-Charles. Ce marais, sur lequel arrive la rivière des Hurons, est constitué de zones peu profondes propices au réchauffement. Ainsi, plus chaudes et moins denses, les eaux oxygénées des affluents restent en surface, empêchant le renouvellement des eaux profondes de l’hypolimnion et son oxygénation (Légaré 1998b). Par ailleurs, la hausse du niveau du lac entraîna une modification de sa forme ainsi qu’un changement de la qualité physico-chimique de l’eau. Par exemple, la submersion de la plaine riveraine a provoqué l’augmentation du rapport « superficie du lac/profondeur moyenne ». Ainsi, le lac Saint-Charles, initialement petit et profond est devenu une grande étendue d’eau peu profonde.

Figure 1 : Schéma du processus d’envasement d’un lac consécutif à la hausse du niveau de l’eau.

Depuis environ 20 ans, les pressions anthropiques augmentent de façon accélérée tant en aval et qu’en amont du lac Saint-Charles :

  • En aval : la demande en eau potable de la population desservie par le réseau d’aqueduc de la Ville de Québec s’accroît d’année en année, augmentant ainsi la pression sur le lac Saint-Charles.
  • En amont: dans le haut-bassin versant l’urbanisation s’accroît, augmentant ainsi les pressions sur les écosystèmes du territoire. Les activités récréo-touristiques prennent de l’expansion et l’étalement de l’agglomération urbaine de la ville de Québec atteint désormais le bassin versant du lac.

Caractéristiques

Le lac Saint-Charles est le plus grand plan d’eau du bassin versant de la rivière Saint-Charles avec une superficie de 3,6 km2. Il est divisé en deux bassins de morphométrie différente. Le bassin nord contient 70% du volume total du lac et sa profondeur maximale est de 16,5 m alors que la colonne d’eau du bassin sud, moins profonde, atteint un maximum de 6 m. Les principaux affluents du lac sont la rivière des Hurons, drainant 82% du bassin versant, et le lac Delage, tous deux se déversent à l’extrémité nord du lac (Légaré 1998a). L’unique effluent du lac Saint-Charles est la rivière du même nom située à l’extrémité sud du lac. Le lac Saint-Charles est le réservoir d’eau potable pour plus de 300 000 résidents de la ville de Québec.

Les caractéristiques physico-chimiques et biologiques du lac Saint-Charles sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Données descriptives du lac Saint-Charles.
Superficie 332 ha
Volume 14 810 000 m3
Profondeur maximale  17,5 m (bassin nord)
Taux de renouvellement  22,7 jrs (bassin nord) et 7,6 jrs (bassin sud)

Le bassin versant du lac Saint-Charles a une superficie de 167,7 km2 et couvre principalement trois municipalités: les cantons unis de Stoneham-et-Tewkesbury, la ville de Lac-Delage et la ville de Québec (figure 2).

Tableau 2.2 Évolution de la population des trois principales localités du bassin versant du lac Saint-Charles

Figure 2 : Évolution de la population des trois principales localités du bassin versant du lac Saint-Charles

En 2013, la population de ce territoire était évaluée à environ 10 000 habitants. La plus grande portion du bassin versant se retrouve dans les cantons unis de Stoneham-et-Tewkesbury (65%).

Le territoire du bassin versant du lac Saint-Charles appartient au type de climat subpolaire subhumide. Au point de vue bioclimatique, le gradient latitudinal et surtout altitudinal différencie trois étages bioclimatiques : l’étage inférieur favorable à l’érablière à tilleul (jusqu’à 200 m), l’étage intermédiaire propice à l’érablière à bouleau jaune et l’étage supérieur couvert par la sapinière à bouleau jaune (au-dessus de 400 m) (Gérardin et Lachance 1997).

D’un point de vue géologique, le bassin versant du lac Saint-Charles s’inscrit dans l’unité géographique des Petites Laurentides. Celles-ci sont caractérisées par un système de petites vallées et de collines dont l’altitude et la force des pentes s’accentuent à mesure qu’on approche du plateau laurentien situé quelques kilomètres plus au nord. Le paysage du bassin versant de la rivière Saint-Charles, au même titre que tous les autres bassins environnants, est dominé par une morpho-sédimentologie héritée de l’époque glaciaire et de la déglaciation. Sur le pourtour des collines dominent des formations sablo-graveleuses issues de la fonte glaciaire. Les fonds lacustres et les marécages sont le résultat de la fonte de lambeaux glaciaires et d’une sédimentation associée à des épisodes de lacs glaciaires et à l’invasion de la mer post-glaciaire (Mer de Champlain). Ces épisodes ont laissé des sédiments fins (argiles, limons et sables fins) dans le fond des vallées. La configuration de certaines cuvettes lacustres, dont celle du lac Saint-Charles, témoigne bien de cette influence glaciaire. Les plaines composées de sédiments fins ou de matériaux glaciaires légèrement ennoyés se sont graduellement entourbées dans les secteurs où le drainage était déficient. Sur le pourtour des lacs Delage, Saint-Charles, Clément, etc., les basses terres riveraines, exondées suite au retrait des eaux de fontes glaciaires et marines, se sont transformées en marécages et en tourbières.

État du lac Saint-Charles

Vieillissement accéléré

Le lac Saint-Charles est en voie d’eutrophisation, et ce, à une vitesse inquiétante. En effet, le processus d’enrichissement naturel du lac en matières nutritives, notamment l’azote et le phosphore, se fait de façon accélérée à cause des activités humaines qui ont lieu sur ses rives et dans son bassin versant. Le suivi de la qualité de l’eau du lac a ainsi permis de constater que son état trophique était passé de mésotrophe en 2008 à méso-eutrophe en 2012 (figure 3).

Sur l’échelle d’une vie humaine, c’est l’équivalent d’un vieillissement de 25 ans en seulement 5 ans.

Figure 3 : Évolution de l’état trophique du lac Saint-Charles entre 2008 et 2012.

La prolifération fulgurante de deux plantes aquatiques envahissantes, le myriophylle à épis (Myriophyllum spicatum) et l’élodée du Canada (Elodea canadensis), en témoigne d’ailleurs (figure 9). On note également une nette augmentation de l’azote et une absence d’oxygène (anoxie) prolongée dans les zones profondes du lac en été, tel qu’illustré dans la figure 4. En fait, 11 % du volume du lac Saint-Charles était en anoxie (0 mg/L d’oxygène) durant l’été 2012.

Figure 4 : Profil bathymétrique du lac Saint-Charles illustrant la déplétion importante de l’oxygène dissous dans la fosse profonde du bassin nord en août 2012 (source : APEL)

La figure 6 montre le réchauffement important des eaux de surface du lac Saint-Charles, attribuable, entre autres, à une durée écourtée du couvert de glace, à des températures externes élevées, mais aussi au manque de bandes riveraines végétalisées (qui créent de l’ombrage). De fait, des ouvrages de stabilisation comme des murs de soutènement ou des enrochements remplacent souvent la végétation en rive, ce qui favorise aussi le réchauffement des eaux de surface. Il a d’ailleurs été mesuré que 43 % des rives du lac Saint-Charles n’étaient pas suffisamment végétalisée pour remplir leurs fonctions écologiques (figure 7). À cela s’ajoute aussi le ruissellement des eaux de surface réchauffées par les surfaces imperméabilisées (toitures et asphalte, p. ex.) et par l’absence d’ombrage par couvert végétal.

Figure 5 : Profil bathymétrique du lac Saint-Charles illustrant la déplétion importante de l’oxygène dissous dans la fosse profonde du bassin nord en août 2012 (source : APEL)

Profil bathymétrique du lac Saint-Charles illustrant la température des eaux (août 2012) (source : APEL)

Éclosions de cyanobactéries

Depuis 2006, jusqu’à 17 éclosions de cyanobactéries sont observées chaque année. Souvent toxiques, elles sont un signe important de la dégradation de la qualité de l’eau et représentent un risque pour la santé publique. En effet, les cyanobactéries peuvent produire des toxines qui ont des effets importants sur la santé des usagers d’un lac. La figure 6 montre l’une de ces éclosions au lac Saint-Charles en 2011.

Figure 6 : Éclosion de cyanobactéries au lac Saint-Charles en 2011 (crédit : William Verge)

Bandes riveraines inadéquates

La caractérisation des bandes riveraines du lac Saint-Charles réalisée en 2012 a montré que 43 % des bandes riveraines ne remplissent pas une fonction écologique adéquate (filtration, habitat et ombrage, notamment). La figure 7 présente géographiquement la qualité des bandes riveraines, catégorisées selon l’indice de qualité de la bande riveraine (IQBR). On peut aisément constater que la rive ouest est dans un moins bon état en général. Plus exposée au soleil, elle contribue ainsi encore davantage au réchauffement de l’eau.

Figure 7 : Qualité des bandes riveraines au lac Saint-Charles (selon l’IQBR) en 2012 (source : APEL)

Prolifération des plantes aquatiques

La prolifération de plantes aquatiques au lac Saint-Charles depuis 2007 est un indice supplémentaire d’un vieillissement accéléré. La progression des herbiers aquatiques, telle qu’illustrée ci-contre, laisse craindre une auto-eutrophisation du lac Saint-Charles en raison de la quantité de matières végétales en décomposition. On note également une prolifération fulgurante de deux plantes aquatiques envahissantes, le myriophylle à épis (Myriophyllum spicatum) et l’élodée du Canada (Elodea canadensis).

La figure 8 présente l’évolution des herbiers entre 2007 et 2012.

Figure 8 : Carte de distribution géographique des herbiers aquatiques au lac Saint-Charles en 2007 et en 2012 (source : APEL)

Figure 9 : Le myriophylle à épis (Myriophyllum spicatum) au lac Saint-Charles en 2012 (crédit : Sandra Gonzalez)

Augmentation de la salinité

Depuis la mise en service du nouveau tronçon de la route 175 entre Stoneham et le parc national de la Jacques-Cartier en 2012, une augmentation significative de la conductivité spécifique (indicatrice d’une contamination par les sels de voirie) a été observée au lac Saint-Charles. Ainsi, depuis 2011, la conductivité moyenne de l’eau du lac Saint-Charles est en augmentation constante. Entre 2011 et 2014, elle a augmenté de 75 %.

Études et rapports

Lac Saint-Charles

Alain J. (1981) Projet d’assainissement diagnose du lac Saint-Charles. Direction générale des inventaires et de la recherche MENVIQ.

APEL (1981). Étude descriptive du bassin versant du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles: 110.

APEL (1985). Projet de protection des Marais du Nord du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles.

APEL (1986). Projet de protection des Marais du Nord. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles: 28.

APEL (1987). J’apprivoise le lac Saint-Charles. Tournée d’interprétation et de sensibilisation pour la protection de l’environnement du bassin versant du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles: 35.

APEL (1989). Proposition d’aménagement pour un centre d’interprétation de la nature dans les milieux humides du lac Saint-Charles. Annexe de photographies terrestres. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord.

APEL (1998). Inventaires faunique et floristique du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord.

APEL (2001). Étude qualitative des micromammifères présents sur le territoire des Marais du Nord. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 36.

APEL (2001). Plan d’aménagement et de mise en valeur récréo-éducatif des Marais du Nord. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 52.

APEL (2002). Mise en valeur écotouristique du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles. Centre d’interprétation sur l’eau potable: 22.

APEL (2004). L’évolution du lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles.

APEL (2005). Constat environnemental du bassin versant du lac Saint-Charles. Association pour la protection du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 5.

APEL (2008). Étude limnologique du haut-bassin de la rivière Saint-Charles, rapport d’étape. Association pour la protection de l’environnement du Lac-Saint-Charles et des Marais du Nord: 186.

APEL (2009). Étude limnologique du haut-bassin de la rivière Saint-Charles, rapport final. Association pour la protection de l’environnement du Lac-Saint-Charles et des Marais du Nord: 354.

APEL (2010). Suivi des rivières du haut-bassin de la rivière Saint-Charles. Québec, Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 34.

APEL (2011). Suivi des cyanobactéries au lac Saint-Charles – rapport d’étape 2010. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 33.

Bédard A., J. Doucet, S. Behmel (2009) Les cyanobactéries : le cas du lac Saint-Charles. Faculté des études supérieures de l’Université Laval.

Berthele C. (2005-2007) Dynamique piscicole au sein de l’écosystème (lac Saint-Charles). BTSA Gestion et Protection de la Nature, Gestion des Espaces Naturels.

Bissonnette J. et Leblanc C. (1983) Synthèse et étude de la qualité de l’eau et du potentiel faunique au lac St-Charles. Faculté des études supérieures de l’Université Laval.

Bourget S. (2011) Limnologie et charge en phosphore d’un réservoir d’eau potable sujet à des fleurs d’eau de cyanobactéries: le lac Saint-Charles, Québec. Mémoire de maîtrise, département de biologie de l’Université Laval.

Caron M. (2001) Étude qualitative des micromammifères présents sur le territoire des Marais du Nord : 36.

Chrétien Y. et Plourde M. (2007) Étude de potentiel et inventaire archéologique du territoire des Marais du Nord, lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 33.

Direction de l’aménagement de la faune de la Capitale-Nationale (2005) Répertoire des connaissances (diagnoses écologiques sommaires) – rivière des Hurons, rivière Noire et lac Saint-Charles. Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune.

Durette M. (2007) Caractérisation écologique du secteur des marais du Sud : Étude préliminaire à l’établissement d’une technique de drainage urbain alternative. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord: 17.

Hébert S. (2007) État de l’écosystème aquatique du bassin versant de la rivière Saint-Charles : faits saillants 2003-2005, ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs, Direction du suivi de l’état de l’environnement, ISBN 978-2-550-49604-5 (PDF) : 11.

Laverdière M. (1990) L’aménagement récréatif et éducatif des terres humides du lac Saint-Charles. Faculté des études supérieures de l’Université Laval.

Légaré S. (1996) La sensibilité à l’eutrophisation du lac Saint-Charles. Département de biologie. Université Laval.

Légaré S. (1997) L’eutrophisation des lacs : le cas du lac Saint-Charles. Naturaliste Canadien.

Légaré S. (1998a) Étude limnologique du Lac Saint-Charles 1996-1997. Université Laval: 106.

Légaré S. (1998b) Dynamique de l’oxygène en lac et en rivière dans le bassin versant de la rivière Saint-Charles. Mémoire de maîtrise, département de biologie de l’Université Laval : 146.

Lupien F. (2010) Proposition d’un schéma d’aménagement pour les environs du lac Saint-Charles. Faculté des études supérieures de l’Université Laval.

Marcotte F. (1982) Lac Saint-Charles : synthèse de données biophysiques et recommandations de conservation. Direction des réserves écologiques et des sites naturels, Ministère de l’Environnement du Québec.

Ministère de l’Environnement (1983) Données physico-chimiques du lac Saint-Charles. Ministère de l’Environnement, Service de la qualité des eaux.

Ministère des Ressources naturelles et de la Faune (2005) Diagnose écologique du lac Saint-Charles.

Municipalités de Lac St-Charles et de cantons unis de Stoneham et de Tewkesbury (1981). Programme des lacs : Relevé de l’artificialisation des rives du Lac Saint-Charles. Pour la Direction de l’aménagement des lacs et cours d’eau, ministère de l’Environnement.

Salou B.I .D (2009) Estimation des apports au lac Saint-Charles à l’aide du modèle hydrologique SWAT. Faculté des études supérieures de l’Université Laval.

Shooner et associés inc (1987) Évaluation la cote trophique du lac Saint-Charles, près de Québec. Pour l’Association de la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord.

Tremblay R. (1999). Étude paléolimnologique de l’histoire trophique du Lac Saint-Charles, réservoir d’eau potable de la communauté urbaine de Québec. Mémoire de maîtrise, département de biologie, Université Laval.

Tremblay R., S. Légaré, R. Pienitz, W.F. Vincent et R.I. Hall (2001) Étude paléolimnologique de l’histoire trophique du lac Saint-Charles, réservoir d’eau potable de la communauté urbaine de Québec. Revue des sciences de l’eau, 14 (4): 489-510.

Trépanier J. (2010) Caractérisation en vue de la renaturalisation de la bande riveraine des lacs et rivières du bassin versant de la rivière Saint-Charles. Essai de maitrise, Université Laval: 66.

 

Autres tributaires du lac

APEL (2012). Suivi des rivières du bassin versant de la rivière Saint-Charles, campagne 2011. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord : 143.

APEL (2010). Étude descriptive des petits affluents du lac Saint-Charles et concept d’amélioration de la gestion des eaux pluviales pour les quartiers drainés vers le lac Saint-Charles. Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord.

EXXEP Consultants (2001) Étude des tributaires du lac Saint-Charles : 36.

Légaré S., S. Arsenault, B.P. Harvey, D. Bédard (2001). Études des tributaires du Lac Saint-Charles. EXXEP consultants – BHP environnement.

Magnan S. (2010) Caractérisation des petits affluents et concepts d’amélioration de la gestion des eaux pluviales dans le bassin versant du lac Saint-Charles. Essai de maîtrise, département de géographie de l’Université Laval. En collaboration avec l’Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord : 94.

Shooner et associés inc (1986) Étude sommaire de la qualité de l’eau d’un tributaire du lac Saint-Charles, en rapport avec le rejet d’égout de la municipalité du lac Delage. Pour l’Association de la protection de l’environnement du lac Saint-Charles et des Marais du Nord.

 

Lac Delage

APEL (1986) Les eaux usées de lac-Delage et leur impact sur le lac Saint-Charles, Association pour la protection de l’environnement du lac Saint-Charles.

Enviram (2013) Diagnose écologique du lac Delage, pour la Municipalité de lac Delage, 185 p.

MDDEP (2005) Lac Delage – Faits saillants sur la qualité de l’eau 2005. Réseau de surveillance volontaire des lacs: 1.

MDDEP (2009) Lac Delage – Faits saillants sur la qualité de l’eau 2009. Réseau de surveillance volontaire des lacs: 1.