Agriculture, écologie et activités urbaines et industrielles – causes et effets de la présence d’agents pathogènes d’origine hydrique

Chercheurs principaux - James Byrne, directeur, Water Resources Institute, Université de Lethbridge et James Thomas, professeur, Université de Lethbridge (2001-2004)

Enjeu

Au Canada, des agents pathogènes d’origine hydrique ont été à l’origine d’une série d’infections majeures nécessitant la publication d’avis d’ébullition de l’eau, la fermeture de stations de traitement des eaux et de couteuses mises à niveau d’usines de traitement. Les agents pathogènes intestinaux peuvent également causer de graves problèmes aux personnes en santé et ils peuvent même avoir des conséquences fatales pour des individus vulnérables, comme les jeunes enfants, les personnes âgées et les personnes immunodéprimées. Avec l’augmentation de l’activité humaine en milieu urbain comme un milieu agricole, on s’attend à ce qu’il y ait une augmentation des concentrations de contaminants fécaux et, subséquemment, d’agents pathogènes d’origine hydrique. Pourtant, il existe encore peu d’informations sur les variables qui affectent la croissance des populations de pathogènes, surtout en ce qui concerne les sources de contamination fécale spécifiques à certaines espèces et les indicateurs permettant de cerner les sources de pollution.

Dans le cadre de ce projet, les chercheurs se sont employés à étudier les sources de pathogènes au niveau moléculaire, par l’identification de caractéristiques propres à certaines espèces, ce qui permettrait d’identifier les hôtes et les réservoirs potentiels de pathogènes d’origine hydrique, et de fournir une mesure des risques pour la santé humaine associés à l’eau potable et aux eaux de plaisance.

Projet

Le projet avait pour objectifs de :

1. développer des méthodes de détection de pathogènes plus spécifiques et plus fiables;
2. développer des profils spécifiques à l’espèce pour E. coli et Salmonella afin d’identifier les sources de contamination fécale;
3. associer la présence d’agents pathogènes d’origine hydrique à des facteurs environnementaux, spatiaux et temporels;
4. relier le réseau existant de surveillance des maladies transmissibles à des techniques d’analyse spatiale pour cartographier l’incidence des maladies.

L’équipe de recherche a choisi comme site d’étude pour ce projet le bassin hydrographique de la rivière Oldman, dans le sud de l’Alberta, car au nord de ce bassin se trouve un secteur industriel fortement développé de parcs d’engraissement de bovins qui pourrait potentiellement se lessiver dans les eaux de surface et les eaux souterraines et les contaminer. De 2001 à 2004, les chercheurs ont recueilli des échantillons d’eau de 42 sites urbains et ruraux dans ce bassin hydrographique. Les sites d’échantillonnage représentatifs ont fait l’objet d’une analyse hydrochimique de base, tandis que tous les échantillons ont été analysés pour y détecter la présence de coliformes fécaux, d’E coli et de Salmonella. La présence spatiale et temporelle des populations clés a alors été cartographiée à l’aide du système d’information géographique (SIG) et une série d’analyses statistiques a été réalisée pour déterminer quelles étaient les variables humaines, animales, écologiques et de qualité de l’eau affectant la présence de certains pathogènes précis.

Les résultats ont indiqué une faible contamination fécale des eaux de surface pendant les mois d’hiver, alors que les niveaux de contamination augmentaient pendant les mois d’été, soit de mai à septembre. Les caractéristiques spatiales uniques entre les sites en amont et en aval, et l’augmentation de la contamination bactérienne après des épisodes de précipitations, indiquent que la contamination bactérienne est le résultat d’un certain nombre de facteurs autres que la densité animale, comme la topologie du paysage et certaines pratiques agricoles. Les chercheurs ont notamment constaté que les changements dans le débit d’eau et les impacts subséquents sur les sédiments avaient une influence sur la contamination, ce qui donne à penser que les gestionnaires des eaux devraient se préparer à réagir aux conditions environnementales qui augmentent la turbulence. Inversement, les longues périodes de faible turbulence pourraient donner lieu à une accumulation de contaminants d’origine hydrique.

Produits

Création d’une nouvelle série d’outils multidisciplinaires d’aide à la décision pour usage dans le cadre des évaluations des risques.

Le projet a donné lieu à un certain nombre de publications conjointes, de présentations internationales d’exposés et de thèses de maîtrise. En voici quelques-unes :

Publications à comité de lecture

Duke, G., S.W. Kienzle, D. Johnson et J. Byrne (2005). « Incorporating Ancillary Data to Refine Anthropogenically Modified Overland Flow Paths », Hydrological Processes. Sous presse.

Gannon V.P.J., G.D. Duke, J.E. Thomas, J. VanLeeuwen, J. Byrne, D. Johnson, S.W. Kienzle, J. Little, T. Graham et B. Selinger (2005). « Use of In-Stream Reservoirs to Reduce Bacterial Contamination of Rural Watersheds », Science of the Total Environment. Sous presse.

Gannon, V.P.J., T.A. Graham, S. Read, K. Ziebell, A. Muckle, J. Mori, J. Thomas, B. Selinger, I. Townshend, J. Byrne (2004). « Bacterial Pathogens in Rural Water Supplies in Southern Alberta, Canada », J. Toxicol. Environ. Health, Partie A : vol. 67,n^o 20-22. p. 1643 – 1653.

Duke, G., S.W. Kienzle, J. Byrne et D. Johnson (2003). « Improving overland flow routing by incorporating ancillary road data into Digital Elevation Models », Journal of Spatial Hydrology, vol. 3, n^o 2, 27 p.

Johnson, J.Y.M., J.E. Thomas, T.A. Graham, I. Townshend, J. Byrne, B. Selinger et V.P.J. Gannon (2003). « Prevalence of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella spp. in Surface Waters of Southern Alberta and its Relation to Manure Sources », Can. J. Microbiol., vol. 49, p. 326-335.

Romney Hyland, James Byrne, Brent Selinger, Thomas A. Graham, James Thomas, Ivan Townshend et Victor P.J. Gannon (2003). « Spatial and Temporal Distribution of Faecal Indicator Bacteria within the Oldman River Basin of Southern Alberta, Canada », Water Qual. Res. J. Canada, vol. 38,n^o 1, p. 15-32.

Gannon, V.P.J., T.A. Graham, S. Read, K. Ziebell, A. Muckle, J. Mori, J. Thomas, B. Selinger, I. Townshend et J. Byrne (2003). « Bacterial pathogens in rural water supplies in southern Alberta » dans Proceedings of the First International Conference on Water and Health – ICWH 2002: Towards a New Frontier in the Protection of Drinking Water, Ottawa, Ontario, p. 289-300.

Présentation d’exposé sur invitation

Thomas, J.E., V.P.J. Gannon, T. Graham, J. Byrne, J. Selinger, I. Townshend et S. Kienzle (2001). Prevalence of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella spp. in surface waters of the Oldman River Basin. Oldman River Water Quality Initiative: Fourth Annual Water Quality Workshop, Lethbridge, Alberta.

Résultats

• Les outils fourniront aux décideurs de meilleurs moyens de prédire des conditions infectieuses possibles d’après les associations de causes et effets des pathogènes et de l’environnement. La technologie choisie est disponible dans la plupart des bureaux d’analyse technique du gouvernement et de l’industrie, permettant le développement d’outils de prévision pouvant être facilement transférés à la plupart des utilisateurs disposant d’une plate-forme SIG commune.
• Avec ces outils, les scientifiques et les professionnels seront mieux en mesure de protéger la santé des humains et des animaux en prévenant les infections à petite et grande échelle susceptibles de se produire.
• Les municipalités pourront faire des économies en diminuant leurs coûts d’exploitation et en mettant à niveau les infrastructures des systèmes de traitement de l’eau et des soins de santé.