Surveillance spatiale et temporelle de la charge bactérienne dans l’aquifère Abbotsford-Sumas découlant de l’épandage de fumier pour l’agriculture

Edwin Cey, professeur agrégé, Université de Calgary, 2007 - 2010
Enjeu

Le mouvement des bactéries nocives dans le sol jusqu’aux eaux souterraines a le potentiel de nuire à la qualité de l’eau et à la santé humaine. Aux endroits où l’eau souterraine peu profonde est utilisée pour la consommation, il est important d’évaluer la vulnérabilité de la source d’approvisionnement en eau à la contamination par des pathogènes (bactéries et virus), étant donné leur toxicité aiguë. Des pratiques d’utilisation des terres, comme l’épandage de fumier sur les terres agricoles, peuvent mener à la contamination des eaux souterraines. 

Il est difficile d’évaluer la vulnérabilité des eaux souterraines à la contamination par les pathogènes, car ces derniers ne sont pas transportés de la même façon que les contaminants solubles, comme les nitrates et les pesticides. De plus en plus d’observations provenant de la surveillance des puits semblent indiquer que les milieux géologiques traditionnellement vulnérables, comme le sable ou le gravier libre, seraient en fait moins à risque de contamination par des pathogènes. Cela mérite toutefois d’être étudié plus à fond. Le fait que les détections de pathogènes dans les eaux souterraines surviennent de façon irrégulière et qu’elles aient été liées à des événements de fortes précipitations complique la question. Il est donc nécessaire de tenir compte des composantes spatiale et temporelle au moment d’évaluer le risque de contamination des eaux souterraines par les pathogènes.

L’équipe du projet, dirigée par Edwin Cey, Ph. D., s’est efforcée de comprendre le transport des pathogènes dans l’aquifère Abbotsford-Sumas, une vaste ressource en eau souterraine peu profonde qui sert de source d’approvisionnement en eau potable pour plus de 100 000 personnes au Canada et aux États-Unis et qui a des antécédents de contamination par les nitrates en lien avec l’intense usage agricole du territoire. 

Projet

Cette étude avait pour but d’examiner si l’aquifère Abbotsford-Sumas était sujet à la contamination bactérienne de sources agricoles. L’équipe a recueilli des échantillons d’eau souterraine dans plus de 35 puits de surveillance dans l’ensemble de la région. Tous les échantillons ont été analysés pour mesurer la concentration d’E. coli (E. coli est une bactérie indicatrice de contamination fécale) et d’autres importants composés chimiques. Les chercheurs ont utilisé des parcelles de sol spécifiques pour y appliquer des quantités connues de fumier et des traceurs synthétiques conçus pour imiter le mouvement de divers contaminants. Ils ont placé des dispositifs de surveillance peu profondément dans le sol derrière les parcelles pour recueillir des échantillons d’eau et surveiller l’écoulement de l’eau à travers le sol. Ils ont prélevé des échantillons de sol de ces parcelles à la fin de la période d’essai pour évaluer la profondeur à laquelle les bactéries et les traceurs synthétiques ont été transportés. 

Des 385 échantillons d’eau souterraine prélevés sur une période de 11 mois, seuls 4 échantillons (de 3 sites différents) avaient des concentrations détectables de la bactérie E. coli. Les détections d’E. coli étaient liées dans l’espace à des sources d’eau de surface, ce qui montre bien que les eaux souterraines sous l’influence des eaux de surface peuvent être contaminées par des agents microbiens. Le nitrate, un composé chimique dissous associé à l’usage de fumier agricole et d’engrais, était présent dans tous les puits d’eau souterraine à des concentrations qui étaient souvent supérieures aux normes concernant l’eau potable. Les résultats semblent clairement indiquer que le nitrate et les bactéries se déplacent de façon différente dans le sol; les bactéries étant probablement éliminées en priorité avant que l’eau qui s’infiltre atteigne les eaux souterraines.

 D’après ces constatations, l’équipe a conclu que les eaux souterraines peu profondes de l’aquifère Abbotsford n’étaient pas très susceptibles à la contamination bactérienne, malgré les impacts agricoles généralisés. Il semble que les sols à gros grains de la région, qui favorisent la contamination de l’eau souterraine par des composés chimiques dissous comme le nitrate, sont efficaces pour restreindre le mouvement des bactéries et vont en fait diminuer le risque que ces bactéries atteignent les eaux souterraines. 

Produits
  • L’équipe de ce projet a conçu une nouvelle façon d’installer des dispositifs de surveillance de l’eau, sans nuire aux plantes à la surface du sol. Cela a ses avantages lorsque la recherche est réalisée en collaboration, dans des sites chez des agriculteurs. 
  • Les chercheurs ont participé à plusieurs rencontres et congrès :
    • La réunion de planification scientifique de l’Aquifère Abbotsford où les participants ont discuté de la recherche à effectuer sur des questions concernant l’eau souterraine en milieu agricole;  
    • Le Forum sur les eaux souterraines d’Abbotsford où les intervenants publics se sont rencontrés pour discuter de la qualité locale de l’eau souterraine et des enjeux de gestion du territoire concernant l’aquifère Abbotsford-Sumas;
    • Le Congrès sur le transport et la survie des microbes dans des milieux poreux, à Niagara-on-the-Lake (Ontario). Ce congrès a fourni une excellente tribune internationale pour discuter des questions de transport bactérien avec des scientifiques du monde entier;
    • Plusieurs rencontres avec Agriculture et Agroalimentaire Canada pour discuter des résultats du projet et planifier de futures collaborations;
    • Le groupe de travail de l’Aquifère Abbotsford – une rencontre visant à faciliter les discussions concernant la recherche en cours et à venir. 
  • De plus, le projet a donné lieu à la publication de plusieurs articles et rapports, notamment :
    • une thèse de maîtrise qui sera aussi publiée dans une revue à comité de lecture; un article de congrès sur le comportement de transport des colloïdes dans les sols agricoles; un exposé sur une étude de terrain concernant sur la contamination potentielle par E. coli d’un aquifère peu profond vulnérable; un rapport de réunion sur la surveillance spatiale et temporelle de la charge bactérienne dans l’aquifère Abbotsford-Sumas.  
Résultats
  • Changements potentiels dans les façons de faire – Les représentants des instances fédérales, provinciales et municipales peuvent utiliser les renseignements issus de ce projet pour appuyer l’adoption actuelle des directives en matière de gestion des eaux souterraines. Cette recherche offre de nouvelles perspectives en matière de gestion de l’eau; il est par exemple nécessaire de reconnaître les différences dans la façon dont sont transportés les composés chimiques dissous et les organismes microbiens. 
  • Changements dans les façons de faire – Les résultats ont des répercussions sur les pratiques agricoles, comme l’épandage de fumier qui devrait être évité par les agriculteurs à l’automne afin de minimiser le lessivage rapide potentiel dans la zone de sol.  
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Edwin Cey, professeur agrégé, Université de Calgary
Cathy Ryan, professeure, Université de Calgary

Partenaires

Agriculture et Agroalimentaire Canada
Environnement Canada
Organisations et producteurs agricoles locaux