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À partir de sa source (Petit lac Alphée), le cours de la rivière Saint-Athanase descend sur 8,6 km selon les segments suivants :
0,6 km vers le nord notamment en traversant le lac Alphée (longueur : 0,4 km ; altitude : 164 m) sur km, jusqu'à son embouchure ;
0,5 km vers l'est en formant une courbe vers le nord, jusqu'à la décharge (venant du nord) d'une ensemble de petits lacs ;
1,0 km vers l'est en formant en début de segment un crochet vers le sud, jusqu'à la décharge (venant du sud) d'une ensemble de petits lacs ;
1,4 km vers le nord en formant un grand S, jusqu'à la décharge (venant de l'est) d'un lac non identifié ;
2,4 km vers le nord en courbant vers le nord-est, jusqu'à la décharge (venant de l'est) d'un ensemble de lacs non identifiés ;
0,8 km vers le nord-ouest, jusqu'à la décharge d'un ensemble de lacs non identifiés ;
1,9 km vers le nord dans une vallée encaissée en courbant vers l'ouest pour contourner une grosse montagne, jusqu'à son embouchure[4].
L'embouchure de la rivière Saint-Athanase se déverse au fond de l'Anse au Cheval sur la rive sud de la rivière Saguenay. Cette confluence est située à :
3,4 km au nord-ouest du centre du village de Saint-Étienne ;
9,1 km au nord-est de la confluence de la rivière Petit Saguenay avec la rivière Saguenay ;