Contamination par des agents pathogènes aux prises d’eau potable dans une rivière durement touchée : une évaluation de facteurs urbains et agricole

Chercheur principal 0 Peter M. Huck, professeur, Université de Waterloo (2001-2004)

Enjeu

Les services d’eau potable ont reconnu l’importance d’une planification efficace des bassins versants (p. ex. protection de l’eau de source) comme façon de réduire les risques pour la santé humaine provenant d’agents pathogènes d’origine hydrique. La neutralisation de pathogènes particuliers, comme l’E. coli O157:H7, la campylobactérie, la Giardia, le Cryptosporidium et certains virus, nécessite différentes stratégies de traitement. Les services d’eau dans les bassins hydrographiques de petite taille ont des difficultés à gérer les pointes de concentrations élevées en pathogènes, qui peuvent parfois atteindre plusieurs fois les niveaux de base après de fortes pluies ou des fontes de neige. Les fermes d’élevage et les eaux excédentaires peuvent également contribuer à ces événements de pointe.

Ce projet de recherche visait d’une part à évaluer la faisabilité technique et socioéconomique de programmes qui réduisent la contamination provenant de diverses sources d’agents pathogènes et, d’autre part, à examiner des modifications qui peuvent accroître l’efficacité de la désinfection biologique des eaux usées. Cela comprenait la mesure des charges de contamination de base et de pointe pour les principaux types d’agents pathogènes bactériens. Le projet était centré sur la rivière Grand, dans le sud de l’Ontario, un bassin hydrographique qui présente un profil typique relativement aux enjeux décrits ci-dessus. Les utilisateurs clés des résultats du projet sont les services d’eau et les gouvernements municipaux responsables des infrastructures d’eau potable. Ainsi, le projet visait ultimement à les aider à concevoir des procédures plus efficaces en matière d’infrastructures d’égouts et d’approvisionnement en eau.

Projet

Le projet a examiné les contributions de certains agents pathogènes présents dans les plus importants bassins hydrographiques secondaires de la rivière Grand en Ontario, ainsi que les contributions relatives de sources non localisées (agricoles), d’eaux municipales et d’importants déversoirs d’eau excédentaire dans des conditions normales et de pointe. Les chercheurs ont utilisé des données brutes existantes provenant du suivi des agents pathogènes d’origine hydrique dans des municipalités situées dans le bassin hydrographique de la rivière Grand. Les chercheurs ont régulièrement recueilli des échantillons d’eau à 36 points de prélèvement et les ont soumis à des analyses visant à mesurer la présence d’une gamme de pathogènes hydriques. L’échantillonnage a eu lieu à la suite de tempêtes et de périodes de fonte de neige à deux endroits, dont une prise d’eau potable.

Le projet de recherche a modifié un modèle existant, le WATFLOOD/SPL, en vue d’examiner le transport des agents pathogènes. Lorsqu’on l’a appliqué à un bassin hydrographique secondaire, le modèle a prédit que la plupart des microorganismes entrant dans les ruisseaux et les rivières de sources telluriques entreraient à partir de réseaux de drainage souterrain plutôt que par transport au-dessus du sol. Ce dernier n’était associé aux concentrations microbiennes les plus élevées (observées et modélisées) que dans quelques cas. Des hausses rapides dans les concentrations mesurées d’E. coli durant de fortes pluies semblaient indiquer que la remise en suspension de microorganismes dans les sédiments de ruisseau pourrait elle aussi jouer un rôle important. Le projet de recherche donne à penser que, lors du suivi de la qualité de l’eau brute, on devrait porter plus d’attention à la surveillance des périodes de pluie, qui sont susceptibles d’être associées à de plus fortes charges pathogéniques.

Les chercheurs ont également évalué le Rural Water Quality Program (Programme de qualité de l’eau rurale) de la région de Waterloo, qui a encouragé les agriculteurs à adopter des pratiques de gestion avantageuses visant à réduire les charges en nutriments et en agents pathogènes. D’après leur évaluation, le traitement dans une installation pourrait être plus rentable que des incitatifs monétaires (pour la protection de la santé humaine). Une étude de recherche liée au projet a examiné l’incidence de la privatisation sur l’efficacité de la structure d’exploitation des services d’eau et n’a constaté aucune différence entre les services publics et privés en Ontario.

Ce projet a mené à la première caractérisation microbienne complète d’un important bassin hydrographique au Canada. Il comprenait non seulement le suivi de plusieurs agents pathogènes – dont des bactéries, des protozoaires et des virus –, mais il a également quantifié des charges provenant de sources agricoles et d’eaux usées domestiques. La recherche a cerné des sources particulières de contamination et a déterminé leur potentiel de risque pathogénique pour les humains dans le bassin ciblé, ainsi que les risques associés aux précipitations/tempêtes.

Produits

• Les chercheurs ont présenté leurs observations dans le cadre d’un atelier sur les agents pathogènes hydriques, qui a eu lieu à Vancouver en juin 2004. Cette rencontre a facilité l’échange de données entre différents projets du RCE axés sur la surveillance de bassins hydrographiques.
• Les chercheurs ont également présenté leurs résultats à des partenaires de projet du RCE, dont la Grand River Conservation Authority et la Municipalité régionale de Waterloo.
• Finalement, les résultats ont également été présentés à des représentants des 15 partenaires (municipaux, de consultation et du secteur de la fabrication) de la Chaire de recherche industrielle du CRSNG en traitement de l’eau, dans le cadre de trois journées d’information annuelles (2002-2004) et dans des revues universitaires. Les quatre publications examinées par des pairs (voir ci-dessous) ont été citées plus de 150 fois par d’autres chercheurs dans leurs propres travaux, ce qui confirme le large rayonnement des résultats.

Publications choisies

Dorner, S.M., W.B. Anderson, T. Gaulin, H.L. Candon, R.M. Slawson, P. Payment et P.M. Huck, 2007. “Pathogen and Indicator Variability in a Heavily Impacted Watershed.” Journal of Water and Health, 5(2):241-257.

Dorner, S.M., W.B. Anderson, R.M. Slawson, N. Kouwen et P.M. Huck, 2006. “Hydrologic Modeling of Pathogen Fate and Transport.” Environmental Science and Technology, 40(15):4746-4753.

Dorner, S.M., P.M. Huck, R.M. Slawson, T. Gaulin et W.B. Anderson, 2004. “Assessing Levels of Pathogenic Contamination in a Heavily Impacted River Used as a Drinking Water Source.” Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A, 67 (20-22):1813-1823.

Dorner, S.M., P.M. Huck et R.M. Slawson, 2004. “Estimating Potential Environmental Loadings of Cryptosporidium spp. and Campylobacter spp. from Livestock in the Grand River Watershed, Ontario, Canada.” Environmental Science and Technology, 38(12):3370-3380.

Présentations choisies

Dorner, S.M., W.B. Anderson, H.L. Candon, R.M. Slawson et P.M. Huck, 2005. Estimating Short-Term Temporal Fluctuations of Pathogen and Indicator Levels in a Heavily Impacted Watershed. Délibérations, 11th Canadian National Conference and 2nd Policy Forum on Drinking Water, Calgary, Alberta. pp 409-426.

Dorner, S.M., P.M. Huck, R.M. Slawson et W.B. Anderson, 2004. Monitoring and Modeling Temporal Variations of Pathogens and Indicators in an Impacted Watershed used for Drinking Water Supply. Délibérations, AWWA Water Quality Technology Conference and Exposition (WQTC), San Antonio, Texas. CD-ROM, article T8-1.

Anderson, W.B., P.M. Huck, T. Gaulin, S.M. Dorner et R.M. Slawson, 2003. Occurrence and Distribution of Selected Human Pathogens and Indicators in a Heavily Impacted Watershed. Délibérations, AWWA Water Quality Technology Conference (WQTC), Philadelphie, Pennsylvanie, CD-ROM, article T12-3.

Dorner, S.M., R.M. Slawson et P.M. Huck, 2001. The Use of Modelling to Develop a Pathogen Monitoring Program. Délibérations, AWWA Water Quality Technology Conference (WQTC), Nashville, Tennessee. CD-ROM, article M8-5.

Dorner, S.M. et P.M. Huck, 2003. Estimating Levels of Pathogenic Contamination from Point and Non-Point Sources in a Multi-use Watershed. Délibérations, AWRA International Congress: Watershed Management for Water Supply Systems, New York. 29 juin au 3 juillet.

Dorner, S.M. et P.M. Huck, 2003. Modelling Pathogenic Contamination in a Drinking Water Source. Présentation devant l’Ontario Water Works Association (OWWA)/Ontario Municipal Water Association (OMWA) Conférence annuelle conjointe, Hamilton, Ontario, 4-6 mai.

Huck, P.M., D. Dupont, A.G. Werker et P. Payment, 2003. Pathogen Loadings at Drinking Water Intakes on a Heavily Impacted River: Assessing Urban and Agricultural Inputs. Présentation lors du premier symposium national du Réseau canadien de l’eau, Saint John, N.-B., 23-27 mars.

Résultats

• Les résultats de ce projet offrent une orientation pour des programmes de planification et de suivi de la qualité de l’eau et pour l’élaboration de modèles d’évolution et de transport des agents pathogènes, qui pourront servir à des fins d’évaluation des risques liés à l’eau de source.
• Des changements au niveau des pratiques, puisque la recherche a permis de déterminer la façon dont les programmes d’incitatifs encouragent les agriculteurs à participer. Cette information peut aider à prédire les réductions moyennes dans les charges pathogéniques attribuables à l’adoption de pratiques de gestion exemplaires, ce qui permet aux organismes subventionnaires de quantifier ces impacts et d’attribuer leurs minces ressources.
• Le projet a également mené à une nouvelle approche permettant de mesurer l’efficacité relative de l’exploitation des services d’eau en Ontario. En particulier, cette partie du projet nous permet de distinguer les facteurs endogènes (sous le contrôle de la gestion du service) des facteurs exogènes (hors du contrôle de la gestion, p. ex. le climat, la densité de la population et la qualité de l’eau brute). Les cotes d’efficacité relative devraient être basées sur des facteurs que les gestionnaires peuvent contrôler.