Étude du transport et de la survie des pathogènes en subsurface pour une meilleure gestion de l’approvisionnement en eau souterraine et des risques de contamination

Monica Emelko, professeure agrégée, Université de Waterloo, 2007 - 2010
Enjeu

Les éclosions de maladies associées à l’eau souterraine peuvent avoir de graves conséquences sur la qualité de l’eau et sur la santé humaine. Ces éclosions sont principalement dues à des virus et bactéries (comme les souches pathogènes d’E. coli, Campylobacter, l’hépatite A et les Norovirus). On n’en connaît pas suffisamment sur le transport et la survie de ces pathogènes (bactéries et virus) et il est nécessaire d’étudier ces aspects afin d’élaborer de meilleures stratégies visant à réduire les risques. Cependant, les difficultés techniques associées à l’étude du transport et de la survie des pathogènes représentent un défi. D’une part, les expériences contrôlées en laboratoire tentent de représenter des superficies de plusieurs kilomètres carrés dans un laboratoire à l’espace confiné et on leur reproche souvent d’être trop artificielles et non représentatives de l’environnement naturel. D’autre part, les essais à pleine échelle en milieu naturel sont souvent très couteux et décrits comme étant spécifiques à certains sites et manquant de pertinence quant aux autres sites ou situations. Afin de répondre aux besoins des organes de réglementation, des responsables de l’approvisionnement en eau et du public, ces deux méthodologies doivent être intégrées pour aborder adéquatement la question du transport et de la survie des pathogènes. 

L’équipe du projet, dirigée par Monica Emelko, Ph. D., a conçu des expériences sur le terrain et en laboratoire pour combler ce fossé de connaissances afin de mieux gérer les approvisionnements en eau souterraine et mieux interpréter les risques de contamination.

Projet

Le projet avait pour objet l’étude du transport et de la survie des pathogènes d’après des expériences en laboratoire et sur le terrain. 

L’équipe de recherche a procédé à des expériences sur le terrain dans divers milieux de subsurface reconnus pour présenter des risques potentiels importants de contamination des eaux souterraines : 1) eaux souterraines passant à travers un milieu poreux fait de sable avec des eaux en surface (en Ontario) ; 2) infiltration d’eau dans une zone non saturée (en Ontario); 3) eaux souterraines passant à travers un aquifère peu profond avec des eaux en surface (en Alberta); 4) eaux usées traitées injectées dans la subsurface et passant à travers un milieu poreux à gros grains (en Alberta). Ces sites ont été retenus, car ils fonctionnent tous de façon différente et le transport et la survie des pathogènes ne sont pas bien compris dans ces milieux. 

L’équipe a procédé à des études adéquatement contrôlées en laboratoire sur les caractéristiques pathogéniques et non pathogéniques, le transport et la survie des organismes pathogènes. Ces expériences ont été réalisées dans des milieux de roche fracturée et de sable saturé. 

Dans le cadre de leur travail, les chercheurs ont constaté que tous les agents bactériens pathogènes ne peuvent être traités de la même façon et qu’il fallait comprendre les caractéristiques spécifiques des pathogènes pour comprendre les risques connexes de contamination du sol et des eaux souterraines. Cependant, il est possible d’utiliser des substituts pour estimer le transport, si ces substituts ont la même taille et ont les mêmes propriétés en surface que les pathogènes d’intérêt. En ce qui concerne les différents milieux de subsurface, certains milieux ont un risque accru de contamination par les pathogènes. Bien que la distance que doit parcourir un pathogène pour atteindre l’eau souterraine soit un facteur important, ces résultats indiquent qu’il ne s’agit pas de l’unique facteur à prendre en considération au moment d’évaluer l’efficacité de la filtration.

Produits
  1. Rodrigues, S. J. Qu et S.E. Dickson. « Colloid retention mechanisms in single, saturated variable aperture fractures », Water Research, vol. 47 (2013), no 1; p. 31-42. 
  1. Tufenkji, N. et M.B. Emelko. « Groundwater Pollution: Impacts on Human Health: Fate and Transport of Microbial Contaminants », Encyclopedia of Environmental Health, J. Nriagu, Ed., Elsevier Publishing Inc. (2011). 
  1. Emelko, M.B., N. Tufenkji, M. Stone, D.L. Rudolph et J. Marsalek. « RBF Treatment of Waters Impacted by Urban Stormwater and/or Polluted Rivers », Effects of Urbanization on Groundwater: An Engineering Case-based Approach for Sustainable Development, N.B Chang, ed. Reston, Virginia, ASCE Publications (2010), Chapitre 7, p.165-198. 
  1. Passmore, J.M., D.L. Rudolph, M.M. Mesquita, E.E. Cey et M.B. Emelko. « The Utility of Microspheres as Surrogates for the Transport of E. coli RS2g in Agricultural Soil », Water Research, vol. 44 (2010) no 4, p. 1235-1245. 
  1. Mesquita, M.M.F., J. Stimson, G.T. Chae, N. Tufenkji, C.J. Ptacek., D.W. lowes et M.B. Emelko. « Optimal Preparation and Purification of PRD1-like Bacteriophages for Use in Environmental Fate and Transport Studies », Water Research,vol. 44 (2010) no 4, p. 1114-1125. 
  • L’équipe a rencontré le personnel du Parc provincial Fish Creek, de la ville de Calgary et du Bow River Basin Council pour présenter les constats des études sur le terrain.
  • Ce projet a donné lieu à 17 documents évalués par des pairs dont la publication a été acceptée ou qui sont en cours d’examen ou à l’étape finale de la préparation.
  • Les résultats de ce travail ont été présentés lors du tout premier congrès international sur le transport et la survie des microbes dans des milieux poreux (First International Conference on Microbial Transport and Survival in Porous Media), en mai 2009. Ce congrès réunissait non seulement un grand groupe d’universitaires, mais aussi des intervenants et praticiens canadiens et internationaux représentant la municipalité régionale de Waterloo, le Walkerton Clean Water Centre, le ministère de l’Environnement de l’Ontario, l’American Water Works Association, l’Institut National de la Recherche Scientifique, l’Agence de la santé publique du Canada, le United States Geological Survey, la United States Environmental Protection Agency, le Netherlands National Institute for Public Health, le Brace Center for Water Resources Management et de nombreux autres. 
Résultats
  • Formation et orientation en matière de pratiques législatives.  Le ministère de l’Environnement de l’Ontario et le ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires rurales de l’Ontario ont examiné les résultats et les utilisent pour éclairer les futurs développements d’une réglementation sur la gestion des éléments nutritifs et la protection des sources d’approvisionnement en eau. 
  • Les résultats de la recherche servent également à développer les évaluations de l’eau souterraine sous influence directe des eaux de surface (ESIDES) faites par le ministère de l’Environnement de l’Ontario, de même que la municipalité régionale de Waterloo et Stantec Consulting. 
  • Cette recherche a des répercussions à des échelles régionales plus précises, pour mettre en évidence la capacité de l’aquifère alluvial à traiter ces pathogènes. Les résultats et la façon dont ils influencent la réglementation sont importants pour tous ceux qui utilisent l’eau souterraine comme source d’eau potable, ayant de ce fait des effets positifs sur la qualité de l’eau et sur la santé humaine.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Monica B. Emelko (chercheuse principale), professeure agrégée, Université de Waterloo
Nathalie Tufenkji (co-chercheuse principale), professeure agrégée, Université McGill
David Blowes, professeur, Université de Waterloo
Angus Chu, professeur adjoint, Université de Calgary
Sarah Dickson, professeure agrégée, Université McMaster
Vic Gannon, chercheur scientifique, Agence de la santé publique du Canada (ASPC)
Ron Harvey, hydrologue, U.S. Geological Survey (USGS)
Norman Neumann, professeur, Université de l’Alberta
Pierre Payment, professeur, Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)
Carol Ptacek, professeure agrégée, Université de Waterloo
Alan Roberson, ing., directeur des relations fédérales, American Water Works Association (AWWA)
Joan Rose, professeur, Université de l’État du Michigan
David Rudolph, professeur, Université de Waterloo
Cathy Ryan, professeur, Université de Calgary
Jack Schijven, professeur agrégé adjoint, Université d’Utrecht; consultant principal, RIVM (Institut national de la santé publique et de l’environnement), Pays-Bas

Partenaires

Municipalité régionale de Waterloo
The Walkerton Clean Water Centre
Ministère de l’Environnement de l’Ontario
The American Water Works Association
Institut National de la Recherche Scientifique
Agence de la santé publique du Canada
United States Geological Survey
United States Environmental Protection Agency
The Netherlands National Institute for Public Health
The Brace Center for Water Resources Management
Ferme Biesenthal
Ville de Calgary
Personnel du Parc provincial de Fish Creek
Alberta Municipal Affairs and Housing
Alberta Onsite Wastewater Management Association
Université de l’État du Michigan
Université McGill
Université de Waterloo
Stantec Consulting