Répercussions de la gestion de l’infrastructure sur la contamination de l’eau potable par des agents pathogènes

Chercheur principal - Michèle Prévost, Ecole Polytechnique Montréal (2001-2004)

Enjeu

Aux États-Unis, une étude de l’American Water Works Association (2001) estime qu’il sera nécessaire d’investir environ 250 milliards de dollars américains pour remplacer les composants du réseau d’eau potable au cours des 30 prochaines années. Les municipalités canadiennes ont également exprimé le besoin de réhabiliter d’importantes infrastructures hydrauliques. La ville de Montréal prévoit quant à elle que la mise à jour de son réseau de distribution d’eau potable lui coûtera près de 4 milliards de dollars dans un avenir rapproché. Compte tenu de ces importantes dépenses, il convient de maximiser le rendement du capital investi dans les services publics en établissant l’ordre de priorité des problèmes les plus pressants.

Cette recherche examine les opérations et la conception des réseaux de distribution afin d’orienter les investissements pour en améliorer l’intégrité et en réduire la vulnérabilité aux bris, tout en diminuant les répercussions des intrusions sur la qualité de l’eau. Les résultats de cette recherche profiteront aux municipalités, à l’industrie, à la communauté de l’ingénierie et aux organismes de réglementation, en alimentant la révision de la réglementation sur la qualité de l’eau potable, en définissant les pratiques exemplaires à mettre en œuvre et en appuyant la conception et le fonctionnement de réseaux plus sûrs.

Projet

Ce projet visait l’examen des répercussions de l’exploitation et de la gestion de l’infrastructure sur la contamination des réseaux de distribution d’eau par des pathogènes, ainsi que de l’incidence de faibles pressions intermittentes sur l’intrusion d’agents pathogènes. Une étude s’est penchée sur la caractérisation du type et de la répartition des dépôts trouvés dans des canalisations d’eau de trois réseaux de distribution, afin de mesurer l’accumulation et la nature des dépôts, en particulier la colonisation microbiologique. Les chercheurs ont évalué une technique appelée rinçage unidirectionnel (RUD) servant à éliminer les dépôts, et ont prélevé des échantillons pour analyser les quantités (TSS et turbidité), la composition (matières organiques et minéraux) et la teneur microbienne. Ils ont constaté que, malgré des quantités importantes de bactéries et de micro-organismes (en moyenne 1010 cellules/g) présents dans les dépôts, ceux-ci contenaient rarement des coliformes (seulement 0,2 % des échantillons). Les chercheurs ont également étudié les causes des plaintes en matière de turbidité dans quatre réseaux de distribution, à l’aide d’une méthode d’exploration des données. Ils ont mis au point un outil d’analyse interactif capable de cerner les principales causes des plaintes de nature esthétique. L’outil permet à l’utilisateur d’effectuer des recherches dans les divers types de données et de produire des cartes SIG au moyen des informations correspondantes.

Une partie de la recherche s’est concentrée sur l’élaboration de protocoles visant à évaluer les répercussions de certaines activités opérationnelles (démarrage et arrêt de pompe, réparation de fuites dans des conduites) sur la qualité de l’eau, et sur l’évaluation, sur le terrain, des variations dans les paramètres liés à la qualité de l’eau au cours de ces activités. On a constaté qu’au cours de la réparation de canalisations, l’incidence sur la qualité de l’eau ne se limitait pas à la partie isolée de la conduite principale. L’équipe a ensuite élaboré et appliqué une méthodologie qui lui a permis de relever l’intrusion de contaminants par la présence d’indicateurs microbiens au cours de la réparation d’une rupture.

 

Produits

• La mise au point d’un outil d’analyse interactif capable de cerner les principales causes des plaintes de nature esthétique. L’outil permet à l’utilisateur d’effectuer des recherches dans les divers types de données et de produire des cartes SIG au moyen des informations correspondantes.

• Le développement et la mise en œuvre d’une méthodologie qui a conduit à la première démonstration d’une réelle intrusion de contaminants par la présence d’indicateurs microbiologiques dans un réseau de distribution à grande échelle. Ces résultats ont permis de déduire que la pression intermittente causée par la réparation d’un bris est susceptible d’entraîner l’intrusion de micro-organismes.

• La recherche a permis de cerner les causes de plaintes liées à la qualité esthétique de l’eau au moyen d’une approche intégrée. La recherche a ainsi relevé des variations entre les villes, qui étaient imputables aux caractéristiques et au mode de gestion des réseaux de distribution. Par l’étude de nombreuses municipalités, les chercheurs ont été en mesure de comparer l’incidence de divers facteurs d’exploitation des réseaux de distribution.

Afin d’assurer une transmission efficace des connaissances, les chercheurs ont présenté de nombreux exposés à des services publics de distribution d’eau. Ils ont également produit de nombreux rapports de recherche détaillant les résultats obtenus et ont présenté leurs travaux dans le cadre de conférences provinciales, nationales et internationales.

Présentations

• Besner, M.C., Gauthier, V., Morissette, C. et Prévost, M. (2002). “Identification des causes principales d’apparition de coliformes dans un réseau de distribution”. Présentation dans le cadre du Salon des technologies environnementales – Réseau environnement, 12 avril, Québec, Qué.
• Prévost, M. (2003). L’approche de qualité globale dans la production d’eau potable au Québec. Présentation dans le cadre d’Americana 2003, 19-21 mars, Montréal, Qué.
• Fernandes, C. avec Karney, B. (2002), “Water Quality Implications under Unsteady Laminar Flow Conditions,” Présentation dans le cadre de Water 2002, Conférence EWRI, ASCE, Roanoke, Mai.
• Karney, B.W. (2002). “Water Quality Implications of Transient Events in Distribution Systems.” Présentation au Centre for Modelling in Water Engineering, Adelaide Australie, 15 avril. Également présentée à l’Universite de science et de technologie de Hong Kong, Hong Kong, 22 avril.
• Carrière, A., Barbeau, B., Gauthier, V., Morissette, C., Millette, R. et Lalumière, A. (2002). “Unidirectional flushing: loose deposits characterization in test-zones of three Canadian distribution systems”. Dans les actes de la WQTC de l’AWWA, 10-13 nov., Seattle, WA.
• Fernandes, C. et Karney, B. (2001). “Numerical Solution of the Advection-Dispersion-Reaction Equation Under Transient Hydraulic Conditions,” 29^e Congrès de l’IAHR, Beijing, septembre.
• Gauthier, V., Besner, M.C., Barbeau, B., Trépanier, M., Millette, R. et Prévost, M. (2001a) Tracking the source for microbial contamination in distribution system using  an integrated approach, p. 14, Nashville, Tennessee, USA.
• Gauthier, V., Besner, M.C., Trépanier, M. et Prévost, M. (2001b) An integrated approach to understand water quality failures in distribution systems, San Diego, Californie, USA.
• Jaeger, Y., Gauthier, V., Besner, M.C., Toulorge, R., Lemaire, É., de Roubin, M.-R. et Gagnon, J.-L. (2001) An integrated approach to assess the causes  water quality failures in the distribution system of Caen, p. 10, Berlin, Allemagne.
• Lake, R., Miller, K., Besner, M.C., Trépanier, M., Rompré, A. et Gauthier, V. (2001) A comprehensive approach for predicting coliforms in drinking water distribution system, p. 14, York, Royaume-Uni.
• Besner, M.C., Gauthier, V., Morissette, C. and Prévost, M. (2002b) Identification of the main causes of total coliforms in a distribution system, p. 22, Seattle, Washington, USA.
• Besner, M.C., Carrière, A., Prévost, M. et Martel, K.D. (2003a) Use of data integration to identify the causes of customer complaints in distribution systems, p. 14, Philadelphie, Pennsylvanie, USA.
• Besner, M.C., Gauthier, V., Trépanier, M., Nicholson, E. et Desjardins, R. (2003b) Study of water quality variations in the Moncton (New-Brunswick) distribution system using an integrated approach, p. 14, Moncton, Nouveau-Brunswick, Canada.
• Prévost, M. et Besner, M.C. (2003) Impact of infrastructure management on the contamination of drinking water with pathogens, St-John, Canada.
• Besner, M.C., Cartier, C., Morissette, C., Karney, B., Payment, P. et Prévost, M. (2004a) Do routine distribution system operations have an impact on water quality? (Poster), p. 1, San Antonio, Texas, USA.
• Besner, M.C., Cartier, C., Morissette, C., Aubin, A., Payment, P. et Prévost, M. (2005a) Water quality variations during repairs of pipe leaks, Ville de Québec, Québec, Canada.
• Besner, M.C., Cartier, C., Prévost, M., Payment, P. et Morissette, C. (2005b) Repairs of pipe leaks: what is the impact on water quality? (Affiche), Kananaskis, Alberta, Canada.
• Cartier, C., Besner, M.C., Lavoie, J., Aubin, A., Payment, P. et Prévost, M. (2005) Étude des possibilités d’intrusions dans les réseaux de distribution d’eau potable lors des réparations de conduites, p. 27, Sherbrooke, Québec, Canada.
• Besner, M.C., Cartier, C., Prévost, M., Lavoie, J., Aubin, A. et Payment, P. (2006) Water main repairs and their impact on water quality, p. 9, St-John, Nouveau-Brunswick, Canada.
• Besner, M.C., Gauthier, V., Servais, P. et Camper, A. (2005c) Water Quality in the Distribution System. Lauer, W.C. (ed), pp. 27-64, American Water Works Association (AWWA), Denver, Colorado, USA.

Publications et chapitres de livres

1. Besner, M.C., Gauthier, V., Barbeau, B., Millette, R., Chapleau, R. et Prévost, M. (2001). “Understanding distribution system water quality.” Journal of the American Water Works Association, 93(7), 101-114.
2. Besner, M.C., Gauthier, V., Servais, P. et Camper, A. (2002). “Explaining the occurrence of coliforms in distributions systems.” Journal of the American Water Works Association, 94(8), 95-109.
3. Jaeger, Y., Gauthier, V., Besner, M.C., Viret, B., Toulorge, R., Lemaire, É., de Roubin, M.-R. et Gagnon, J.-L. (2002). “An integrated approach to assess the causes of water quality failures in the distribution system of Caen.” Water Science and Technology: Water Supply, 2(3), 243-250.
4. Stoianov, I., Karney, B., Covas, D., Maksimovic, C. et Graham, N. (2001). “Wavelet processing of transient signals for pipeline leak location and quantification.” Dans : Water Software Systems: theory and applications. (Ed. B. Ulanicki, B. Coulbeck et J. Rance). 2, 65-76.
5. Besner, M.C., Gauthier, V., Servais, P. et Camper, A. (2005). Water Quality in the Distribution System. Lauer, W.C. (ed), pp. 27-64, American Water Works Association (AWWA), Denver, Colorado, USA.
6. Tang, K., Karney, B. et Brunone, B. (2001). “Leak detection using inverse transient calibration and GA – some early success and future challenges.” Dans : Water Software Systems: theory and applications. (Ed. B. Ulanicki, B. Coulbeck et J. Rance). 2, 55-64.

Résultats

• Des changements dans la pratique puisque, grâce à cette recherche, un service public y ayant participé a adopté l’outil d’analyse interactif afin d’intégrer des données d’adressage SIG dans les bases de données opérationnelles, en vue de permettre à ses employés de repérer les problèmes grâce à la spatialisation des données enregistrées. Cette approche et les outils afférents ont permis d’accéder directement à plusieurs types de données qui sont en général dispersées dans différents services municipaux.
• La méthode d’exploration des données et l’analyseur interactif ont été fournis à tous les services publics ayant participé à l’étude et ont été mis à l’essai dans un certain nombre de services d’eau européens gérés par Veolia Eau. Ils ont également été utilisés dans une étude commanditée par l’AWWARF (American Water Works Association Research Foundation) dans des services d’eau de Cincinnati et de Denver.
• D’autres recherches financées par le RCE ont poursuivi les travaux sur un nombre accru de services d’eau. Ces nouvelles études ont pris appui sur les conclusions de ce projet et mis à contribution une plus vaste équipe de chercheurs. L’objectif consiste à approfondir l’examen de la relation entre le système hydraulique, les travaux d’entretien et la qualité de l’eau, à la fois dans le cadre du projet pilote et dans la totalité du réseau de quatre services publics d’approvisionnement en eau au Canada.