Influence des conditions hydrologiques dynamiques sur la sécurité des sources d’eau souterraine

David L. Rudolph, professeur, Département des Sciences environnementales et de la Terre, Université de Waterloo, 2012 - 2014
Enjeu

Pour être en mesure de mieux protéger les nappes souterraines de la contamination, il nous faut de meilleures évaluations de la vulnérabilité des aquifères et des puits. Ces aspects sont déterminés par les caractéristiques physiques de la subsurface et les régimes annuels de précipitations. Au Canada, les variations saisonnières causent une variabilité considérable dans la recharge de la nappe d’eau souterraine et ces conditions sont exacerbées par les évènements hydrologiques extrêmes. La tragédie de Walkerton, le cas le plus tristement célèbre au Canada de l’effet de précipitations extrêmes sur la qualité des eaux souterraines, s’est produite après des pluies torrentielles de cinq jours qui ont charrié du fumier porteur d’une souche mortelle de la bactérie E. coli dans le réseau de distribution d’eau potable de la ville, faisant 2 300 malades et 7 morts.

Les milieux ruraux sont les plus difficiles à gérer en raison du fort potentiel d’atteinte aux réseaux d’eau potable municipaux par des sources diffuses de contaminants chimiques et microbiens en provenance des terres agricoles. En réponse à ce problème, les décideurs provinciaux et les réseaux d’eau municipaux étudient et rehaussent leurs stratégies de protection des sources d’eau souterraine ainsi que les méthodes de mesure de la qualité des eaux souterraines partout au Canada.

Le projet, dirigé par David L. Rudolph, vise à parfaire les connaissances relativement à trois aspects clés de la protection des eaux souterraines essentiels pour la durabilité et la sécurité de l’approvisionnement en eau : 1) l’évaluation de la vulnérabilité des aquifères et des puits; 2) l’évaluation des pratiques de gestion bénéfiques conçues pour préserver la qualité de l’eau, surtout dans les zones agricoles; 3) l’évaluation de scénarios économiques à la disposition des autorités municipales responsables de la gestion des ressources hydriques.

Projet

Le projet comporte quatre grands volets : collecte de données sur le terrain et expériences sur le terrain; développement de méthodes de surveillance; analyse numérique et modélisation des données; évaluation de scénarios économiques.

Les activités de recherche incluent une surveillance à grande échelle et des expériences sur le terrain dans cinq sites d’études bien établis au Canada où l’utilisation du territoire à des fins agricoles a causé une dégradation de la qualité de l’eau, tant dans les aquifères que dans les puits. 

  1. Champ de captage de Thornton, Comté d’Oxford (Ontario)
  2. Complexe aquifère d’Abbotsford-Sumas, Abbotsford (Colombie-Britannique)
  3. Champ de captage de Mannheim, municipalité régionale de Waterloo (Ontario)
  4. Zone de drainage de Battersea, Lethbridge (Alberta)
  5. Aquifère alluvial de la rivière Sheep, Okotoks (Alberta)

Dans ces sites, les chercheurs évaluent l’efficacité des pratiques de gestion bénéfiques conçues pour minimiser la dégradation de la qualité de l’eau sur les terres agricoles consacrées à l’élevage du bétail et aux cultures régionales. Ils quantifient également le risque pour les eaux souterraines qui sont directement influencées par les eaux de surface. Les contaminants étudiés sont les éléments nutritifs et les pathogènes microbiens (bactéries et virus) que l’on retrouve habituellement en milieu agricole.

Les chercheurs auront recours à des instruments de pointe et à la collecte de données qui, jumelés à l’efficacité d’interprétation et de prévision de nouveaux outils de modélisation, permettront de fournir aux responsables de la protection des eaux à l’échelle canadienne des données probantes à l’appui de lignes directrices et de politiques pour la protection des eaux souterraines et l’évaluation des risques, en tenant compte des facteurs hydrologiques dynamiques locaux propres à chaque site.

Produits
  • Développement de stratégies améliorées de gestion et de surveillance; détermination de méthodes permettant de minimiser les impacts des pratiques agricoles sur la qualité et la sécurité des approvisionnements en eau des municipalités. 
  • Les chercheurs ont participé à diverses réunions qui étaient pertinentes pour le programme de recherche, notamment :
    • Réunion annuelle de l’Association canadienne des ressources hydriques, du 6 au 8 juin 2012 à Banff (Alberta)
    • Séance communautaire sur la conservation de l’eau organisée par le gouvernement de l’Alberta, le 20 mars 2013 à Calgary (Alberta)
    • Linking Environment and Agriculture Research Network (LEARN), 2e atelier annuel de recherche, Université de l’Alberta, les 24 et 25 mai 2012 à Edmonton (Alberta)
    • Réunion annuelle Sustainable Bedrock Water Supplies for Ontario Communities, Université de Guelph, 28 février et 1er mars 2013
    • Abbotsford – Sumas Aquifer Groundwater Nitrate Science Forum II. What have we learned since our 2007 forum?  Le 2 mai 2012 à l’Hôtel de ville d’Abbotsford 
  • Cette recherche a aussi donné lieu à la publication de plusieurs articles :
    • OLSON, B.M., A.R., KALISCHUK, et L.D. TYMENSEN (éd). Livestock Manure Impacts on Groundwater Quality in Alberta Project 2008 to 2015: 2008 to 2011 Progress Report. Alberta Agriculture and Rural Development, Lethbridge, Alberta, Canada, 2013, 370 p.
    • L’eau et l’agriculture au Canada : vers une gestion durable des ressources en eau. Comité d’experts sur la gestion durable de l’eau des terres agricoles au Canada.
    • PARKIN, G., A.P. VON BERTOLDI et A.J. MCCOY. « Effect of Tillage on Soil Water Content and Temperature Under Freeze\Thaw Conditions », Vadose Zone Journal, vol. 12, no 1 (2013).
    • SOUSA, M, J.P. JONES, E.O. FRIND et D.L. RUDOLPH. « A simple method to assess the role of the unsaturated zone in the travel time from ground surface to receptor », J. of Cont. Hydrology, sous presse (2012).
  • De plus, les membres de l’équipe ont parlé dans leurs salles de classe des recherches effectuées dans le cadre de ce projet. Les données recueillies sur le terrain dans tout le sud de l’Ontario et les bilans modélisés de l’eau dans le sol ont été utilisés dans plusieurs cours de premier cycle donnés à l’Université de Guelph. Ces données ont permis de rehausser la compréhension des étudiants en les exposant aux défis que représente l’interprétation de ces données aux fins de l’élaboration de politiques environnementales.

Résultats
  • Les résultats devraient permettre le renforcement des capacités nationales de gestion et d’atténuation des risques de contamination chimique et microbienne des eaux souterraines, surtout là où les risques de contamination sont liés à une augmentation des événements hydrologiques extrêmes et de la variabilité saisonnière de l’alimentation de la nappe souterraine.  
  • Les chercheurs détermineront l’influence des conditions hydrologiques dynamiques sur l’évaluation quantitative de la vulnérabilité des aquifères et des puits, les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface et l’efficacité des pratiques de gestion bénéfiques recommandées dans les zones agricoles.
    • Les résultats du projet fourniront aux responsables de la protection des eaux à l’échelle canadienne des données probantes à l’appui de lignes directrices et de politiques pour la protection des eaux souterraines et l’évaluation des risques.
  • Il devrait y avoir des changements dans les pratiques en lien avec l’élaboration de stratégies améliorées de gestion et de surveillance et la détermination de méthodes pour minimiser l’impact des pratiques agricoles sur la qualité et la sécurité des sources municipales d’approvisionnement en eau.
  • Le projet devrait avoir une influence directe sur les méthodes de définition des zones de protection des têtes de puits, une composante essentielle de toutes les mesures de protection des sources d’eau. L’équipe souhaite en outre que les résultats servent à informer les prochaines stratégies en matière de protection des sources d’eau, en tenant compte de l’importance de l’hydrologie dynamique locale sur la qualité des aquifères et des puits municipaux. 
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Edwin Cey, Université de Calgary
Monica Emelko, Université de Waterloo
M. Jim Hendry, Université de la Saskatchewan
Ted Horbulyk, Université de Calgary
Gary Parkin, Ph. D., Université de Guelph
David Rudolph, professeur, Département des sciences environnementales et de la Terre, Université de Waterloo
Cathy Ryan, professeure agrégée, Université de Calgary
Neil Thomson, professeur, Université de Waterloo
Allan Woodbury, professeur, Université du Manitoba

Partenaires

AECOM
Agriculture et Agroalimentaire Canada, Direction générale des services agroenvironnementaux
Agriculture et Agroalimentaire Canada, Qualité de l’air et changements climatiques, Centres de recherche de Fredericton et de Québec
Ministère de l’Agriculture et du Développement rural de l’Alberta
Commission de conservation des ressources naturelles de l’Alberta
Conservation Authorities Moraine Coalition
EPCOR
Manitoba Hydro
Ministère de l’Environnement de l’Ontario
Comté d’Oxford (Ontario)
Municipalité régionale de Waterloo
Ville d’Okotoks