Un mètre de neige fraîche au début de l’hiver donne environ 150 litres d’eau par mètre carré, soit de quoi remplir une baignoire. Le même mètre de neige à la fin de l’hiver pourrait donner entre 1,5 à 2 fois plus, dépendamment de sa densité qui aura évolué selon les conditions météorologiques durant l’hiver. Multipliée par la surface du Québec, de la Baie-James au Saint-Laurent, cette variabilité de densité, si elle est mal connue, peut générer des différences énormes de quantité d’eau qui vont se déverser dans nos rivières : environ 44 000 milliards de litres, ça en fait des baignoires!

Une campagne de mesures au Nuvavik

Une mauvaise anticipation de ce stock d’eau peut ainsi faire la différence entre des milliers d’hectares de territoires inondés ou des barrages vides l’été suivant. Cette variation de densité de la neige observée d’une année à l’autre et d’une région à l’autre est tout le problème. C’était l’objectif de la campagne de mesures à Umiujaq au Nunavik qu'a réalisé en février 2016 une équipe du Groupe de Recherche Interdisciplinaire des Milieux Polaires (GRIMP) du Centre d’applications et de recherches en télédétection (CARTEL) pendant une semaine.

L’outil que nous privilégions dans nos recherches est l’observation satellite, capable de couvrir de façon quasi journalière l’ensemble du territoire. Mais personne n’a encore réussi à estimer l’équivalent en eau de la neige avec la précision que réclament les hydrologues d’Hydro-Québec ou du Centre d’expertise hydrique du Québec – précision nécessaire pour une gestion optimisée des barrages au moment des crues printanières : l’inondation ou des lacs de retenue vides!

En théorie, l’estimation du stock d’eau de la neige par satellite dans le domaine de l’émission du rayonnement micro-onde de la surface est possible… si on connaît bien la microstructure de la neige : soit la taille des grains de neige et leur cohésion. Tout le défi est là! Car la neige vit au cours de l’hiver, commençant par de magnifiques étoiles, les grains s’agglomèrent et s’arrondissent par métamorphisme, en passant par des formes géométriques extraordinaires, comme des gobelets, par exemple. Et pour ça, on n’a pas le choix, il faut mettre les mains dans la neige et voir de près ce qui se passe.

Nous avons des capteurs (radiomètres) qui sont identiques à ceux des satellites, ce qui nous permet de comparer l’émission micro-onde aux mesures in-situ exactement dans le champ de vue du radiomètre (1 mètre x 1 mètre). On fait ensuite un trou dans la neige à cet endroit et on mesure toutes les caractéristiques de la neige, comme le profil vertical de température, de densité et de la taille des grains de neige tous les 3 cm jusqu’au sol. Nous avons fait plus de 10 trous ainsi, parfois à -30 °C et dans le blizzard, sur différentes zones de la région. À une demi-heure de motoneige d’Umiujaq, située à la limite de la toundra au bord de la baie d’Hudson, il existe une petite vallée encaissée qui présente une variété de conditions très intéressantes entre la toundra soufflée à la neige très dense (on peut marcher dessus sans laisser de traces) et des zones arbustives et forestières où les hauteurs de neige peuvent atteindre 1.70 m, protégée par le vent, peu dense en surface, et avec du « givre de profondeur », une couche de neige que l’on trouve dans le fond avec des grains énormes de 3 à 5 mm.

Un travail d'équipe ponctué d'incidents et de moments magiques

Malgré les incidents qui ponctuent inévitablement ce genre d’expédition, comme la génératrice qui s’étouffe et ne veut plus redémarrer, un ordinateur au clavier gelé qui écrit n’importe quoi (dur de s’y retrouver dans les noms des fichiers!) et avec une souris qui bouge toute seule, incontrôlable, l’enfer pour démarrer le programme d’enregistrement des données, ou alors une motoneige qui ne veut plus démarrer au moment de partir le soir à la nuit tombante, la récolte des données a été excellente. Et ce, grâce à la résistance et à l’efficacité de l’équipe, capable de travailler toute la journée, avec une courte pause pour essayer d’avaler un sandwich gelé au beurre de peanuts! Mais, parfois, le spectacle est éblouissant, offrant des jeux de lumière magnifiques du soleil à travers les cristaux de glace en suspension dans l’air (sundogs) ou des couchers de soleils rouges à travers le blizzard, et le soir avec la récompense des aurores boréales.

L’équipe de cette campagne de mesures était constituée de Fanny Larue, étudiante au doctorat en télédétection, Olivier Saint-Jean-Rondeau, étudiant en maitrise en sciences géographiques, Alexandre Roy, chercheur postdoctoral au CARTEL et Alain Royer, professeur au Département de géomatique appliquée à l’environnement.

Cette mission a été réalisée dans le cadre de nos projets de recherche financés par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Hydro-Québec, MITACS (organisme national de recherche et de formation sans but lucratif) et le Fonds de recherche Nature et technologies (FRQNT). Tous les membres de l’équipe sont affiliés au Centre d’études nordiques du Québec.