Évaluation du risque lié aux contaminants microbiens à l’intérieur de la zone de protection de deux ans des têtes de puits d’un champ de captage municipal en zone agricole

David L. Rudolph, professeur, Département des Sciences environnementales et de la Terre, Université de Waterloo, 2007 - 2010
Enjeu

En Ontario, de 30 à 40 % de l’approvisionnement en eau potable provient des eaux souterraines. Dans certaines collectivités, de 80 à 90 % de l’approvisionnement en eau est soutiré des aquifères locaux. Certaines de ces réserves souterraines ont été affectées par une mauvaise qualité de l’eau souterraine. L’exemple le plus connu étant celui de l’éclosion d’Escherichia coli et de Campylobacter à Walkerton (Ontario) en 2001. Cet événement a soulevé de nombreuses questions sur la salubrité de nos sources d’eau potable, sources que l’on croyait auparavant sécuritaires.   

Il est essentiel de gérer les menaces potentielles à la qualité de l’eau pour assurer la protection à long terme et la durabilité des ressources en eaux souterraines. Si les risques microbiologiques représentent un danger important pour les sources d’eau potable des collectivités, ces risques demeurent pourtant mal compris. Une des questions particulièrement préoccupantes est la contamination microbienne potentielle des stocks d’eau souterraine découlant des pratiques agricoles. À l’heure actuelle, les analystes politiques et les législateurs ne disposent pas de renseignements suffisants pour élaborer des lignes directrices réglementaires conçues pour réduire ce type de contamination. L’objectif général de ce projet était donc d’améliorer notre compréhension des conditions qui contrôlent la présence et la mobilité des microbes dans les réseaux régionaux d’eau souterraine en effectuant une surveillance spatiale et temporelle détaillée d’espèces indicatrices choisies, à proximité d’un système d’approvisionnement municipal en eau souterraine estimé vulnérable.   

Projet

Le champ de captage Thornton, près de Woodstock en Ontario, connaît de façon chronique des taux élevés de nitrate, un héritage de la gestion des éléments nutritifs provenant des terres agricoles situées dans les environs immédiats. Au cours d’une période de 20 mois, l’équipe du projet a effectué une surveillance spatiale et temporelle détaillée dans un réseau sélectionné de puits de surveillance des eaux souterraines à proximité du champ de captage. On a recueilli du site en question une série intégrée de données (dont des données climatiques, des données de température et des données sur le niveau des eaux souterraines), ainsi que des échantillons d’eau provenant des puits de surveillance du réseau, d’émissaires du réseau de drainage, des eaux de surface et des puits d’eau municipaux. Ces échantillons d’eau ont été analysés pour déterminer les teneurs en chlorure et en nitrate et la présence de trois indicateurs bactériens de la qualité de l’eau – Escherichia coli, coliformes totaux, endospores aérobies – choisis pour évaluer la présence de contaminants bactériens. 

La surveillance effectuée au cours d’un cycle annuel a révélé que les plus fortes concentrations microbiennes sont souvent associées à des événements importants de recharge des eaux souterraines, ce qui se produit pendant les périodes de fonte des neiges. Les concentrations élevées à la source et les taux rapides de recharge associés à ces événements ont causé des périodes de forte charge microbienne dans le réseau d’eau souterraine, ce qui augmente le risque de contamination. La surveillance microbienne a révélé que ces événements extrêmes de courte durée avaient une influence différée. Pourtant, malgré ces conditions de forte vulnérabilité, la présence de contaminants dans le réseau d’approvisionnement en eau de la municipalité était relativement rare, ce qui laisse croire que les processus naturels dans la subsurface peuvent réduire avec efficacité le risque de contamination.

 

Produits
  • Les résultats de ce projet ont été diffusés aux autorités municipales et provinciales pour qu’elles s’en servent lors de l’élaboration de la réglementation sur la protection des sources d’eau, plus précisément pour évaluer la vulnérabilité à la contamination microbienne des approvisionnements municipaux en eau souterraine et pour déterminer les mesures potentielles d’atténuation des risques.
  • L’équipe a eu plusieurs occasions de présenter les résultats du projet à un public scientifique dans le cadre de rencontres et de conférences téléphoniques du consortium du projet.
  • Les chercheurs de l’équipe ont aussi présenté des exposés sur les résultats du projet dans le cadre de réunions techniques, dont la réunion de l’American Geophysical Union qui a eu lieu au printemps 2009 à Toronto, la réunion de l’Association canadienne sur la qualité de l’eau qui a eu lieu en 2009 à Burlington et la Conférence sur les pathogènes dans les eaux souterraines. 

 

Publications

Christie, M., D.L. Rudolph, P. Payment et A. Locas. « Monitoring the Occurrence of Microbial Contaminants within the Wellhead Protection Area of a Municipal Well Field in an Agricultural Setting ». Présentation à la 1re Conférence internationale Microbial Transport and Survival in the Subsurface, 10-13 mai 2009, Niagara-on-the-Lake (Ontario), Canada. 

Christie, M., D.L. Rudolph, P. Payment et A. Locas. « Assessing the risk of microbial contaminant occurrence within the wellhead protection area of a municipal well field in an agricultural setting ». Présentation à la 44eConférence régionale du centre du canada sur la recherche sur la qualité de l’eau, Association canadienne sur la qualité de l’eau, 23-24 février, Burlington (Ontario), Canada. 

Rudolph, D.L. « Influence of Extreme Hydrologic Events on the Occurrence of Microbial Species in Regional Groundwater Systems ». Eos Trans. AGU, vol. 90(22), Assemblée conjointe, Supplément, résumé IA23B-01. Assemblée conjointe AGU, 24-27 mai 2009, Toronto (Ontario), Canada. 

Sousa, M. R., D.L. Rudolph et N.R. Thomson. « Assessment of the Potential Impact of Beneficial Management Practices: Case study in the Thornton Well Field, Woodstock, ON ». Présentation à la 44e Conférence régionale du centre du canada sur la recherche sur la qualité de l’eau, Association canadienne sur la qualité de l’eau, 23-24 février, Burlington (Ontario), Canada. 

Rudolph, D. L., N.R. Thomson, et B. Conant Jr. Quantifying Effectiveness of Nutrient Land Application Options within Regional Aquifer Systems and Municipal Wellhead Protection Areas, rapport final, Programme de recherche en gestion des éléments nutritifs, mars 2009, ministère de l’Environnement de l’Ontario. 

Sousa, M. R., D.L. Rudolph, N.R. Thomson et B. Conant Jr. « Predicting Effects of Agricultural Beneficial Management Practices on Water Supply Wells Using Numerical Modeling ». Présentation à GeoHalifax 2009 – 62e Conférence géotechnique canadienne et 10e conférence conjointe SCG/AIH-SNC sur les eaux souterraines, 20-04 septembre 2009, Halifax (Nouvelle-Écosse), Canada. 

Christie, M. Monitoring the Occurrence of Microbes within a Well Head Protection Area in an Agricultural Setting, thèse de maîtrise en sciences, Université de Waterloo (en préparation).

Résultats

Le champ de captage de Thornton occupe une partie importante du Plan détaillé de protection des sources d’eau produit par le comté d’Oxford et l’Upper Thames River Conservation Authority. Ce site constitue une étude de cas fort utile pour des endroits similaires en Ontario et ailleurs au Canada.  L’étude, qui tient compte des menaces potentielles que représentent les pathogènes pour les approvisionnements en eau potable, a été une des assises fondamentales dans le développement du concept de protection des sources d’eau.

  • En tenant adéquatement compte de la capacité naturelle de la subsurface à réduire les concentrations microbiennes, les autorités municipales et provinciales pourront élaborer des plans de protection des sources d’eau plus efficaces. Dans bon nombre de cas, cela donnera lieu à de meilleures stratégies de gestion du territoire, ce qui aura des effets positifs pour les agriculteurs et l’industrie agricole dans son ensemble.
  • Les résultats de ce projet ont aussi d’autres conséquences pratiques. L’incorporation de la variabilité climatique et hydrologique va aider les chercheurs à développer une approche pour évaluer la vulnérabilité à la contamination microbienne des zones où il y a une importante recharge des eaux souterraines. Le fait de reconnaître la nature transitoire et épisodique de la contamination microbienne aidera à cibler les futures évaluations sur le terrain et à suggérer les séries de données qui pourraient être nécessaires.
  • Il y aura des changements dans les façons de faire, car les résultats vont influencer l’élaboration de pratiques de gestion bénéfiques et de stratégies de gestion du territoire conçues pour réduire le risque de contamination microbienne. 
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

David Rudolph, professeur, Université de Waterloo
Rick Devlin, professeur, Université du Kansas
Kip Solomon, professeur, Université de l’Utah

Partenaires

Institut national de la recherche scientifique
Comté d’Oxford