Échantillonnage

Il existe plusieurs façons de collecter des échantillons. Il est possible de les récolter par pas de temps constants ou basés sur une relation proportionnelle à l‘écoulement. De cette façon, lorsque le débit augmente, plus d‘échantillons sont récoltés ; c‘est le volume qui dicte la prise d‘échantillon plutôt que le temps. Ces échantillons ponctuels sont conservés séparément ou combinés de façon à obtenir un échantillon composite homogène et représentatif de l‘événement. Ce dernier est appelé dans la littérature « event mean concentration (EMC) » (Comings et al., 2000). Nous l‘appellerons échantillon composite. L‘équipement le plus couramment utilisé est un échantillonneur automatique, avec un nombre maximal de 24 bouteilles (par exemple le Streamline model automatic sampler d‘American Sigma). Les points suivants rendent toutefois l‘utilisation de ce type d‘équipement problématique :

o Il est difficile de répartir les différents prélèvements sur la totalité de l‘événement, car le volume est limité;

o Le diamètre des particules récoltées est limité au diamètre du tuyau servant au pompage des échantillons;

o L‘agrandissement du diamètre diminue la vitesse d‘entrée, ce qui compromet la mesure de la concentration des sédiments en suspension;

o On restreint la zone d‘échantillonnage au diamètre du tuayu de prélèvement le long de la section d‘écoulement.

Une façon de remédier à ces problèmes serait d‘effectuer des prélèvements à l‘aide de trappes à sédiments installées au fond du bassin (si l‘on s‘intéresse aux particules facilement décantables). Gromaire (1998) a mis en évidence des éléments qui permettent d‘améliorer la prise d‘échantillon de façon automatique :

o Diamètre du tuyau de prélèvement ≥6,35 mm (≈12 mm);

o Volume du tuyau ≤ volume de l‘échantillon;

o Vitesse de prélèvement ≥ 10× vitesse de sédimentation des particules.

D‘autres, dont Pisano (1996) recommandent d‘effectuer un contrôle de qualité si un échantillonneur automatique devait être utilisé afin de garantir que même les plus grosses particules soient collectées. Par exemple, des échantillons pourraient être pris manuellement de façon simultanée, puis des essais comparatifs en colonne seraient réalisés. Les échantillonneurs automatiques peuvent être localisés à l‘entrée, à la sortie ou à différents secteurs et/ou à des hauteurs stratégiques dans le bassin, selon ce que l‘on veut faire ressortir des travaux.

Dans le cadre du projet, il a été convenu que l‘échantillonnage serait réalisé manuellement, à l‘aide de bouteilles de 1 litre à gros goulot en polyéthylène à haute densité, et ce, à l‘entrée et à la sortie. La personne qui prélève se situe vis-à-vis la conduite sans en modifier l‘écoulement. La bouteille doit être placée à mi-hauteur de l‘écoulement et au milieu en largeur (voir Figure 13). Elle est préalablement rincée avec l‘eau qui s‘écoule. Il est difficile de garantir que le positionnement de la bouteille est identique d‘un préleveur à l‘autre, mais la question a été discutée en début de campagne afin d‘assurer la constance à ce niveau.

Figure 13 : Méthode de prélèvement

Pour chaque événement, et ce, à l‘entrée et à la sortie, des échantillons composites et ponctuels ont été récoltés. Les échantillons composites correspondaient aux mêmes instants que les échantillons ponctuels, mais étaient cumulés dans une chaudière d‘une capacité de 25 litres. L‘instant de prélèvement dépend du débit observé par les préleveurs dans la conduite d‘entrée, puisque les débitmètres ne donnaient pas de lectures fiables. Le laps de temps minimal entre deux prélèvements (Δt) a été fixé à 3 minutes afin de pouvoir échantillonner l‘événement en entier sur les 25 litres de la chaudière. Plus le débit observé à l‘entrée est faible, plus le Δt est grand, pour un temps maximal de 20 minutes. Si l‘on marque les prises d‘échantillons ponctuels sur l‘hydrogramme de l‘événement étudié, on peut juger de la représentativité du composite. Les débits à l‘entrée sont ceux générés par le modèle SWMM5 (Carpenter, 2010) à partir des données du pluviomètre situé sur le toit de la roulotte. Par exemple, on peut voir sur la Figure 14 que l‘échantillonnage de cet événement n‘a pas été très réussi, comparativement à celui de la Figure 15. En effet, il semble que deux événements soient survenus en série, mais que seulement le premier ait été échantillonné. Les lignes verticales correspondent à la fin observée par les échantillonneurs des précipitations. Voir l‘Annexe B pour visualiser les hydrogrammes de tous les événements de l‘été 2009. Les événements ainsi échantillonnés sont décrits plus en détails à la section 4.1.

Figure 14 : Hydrogramme (SWMM5) d’un échantillonnage de trop courte durée

Figure 15 : Hydrogramme (SWMM5) d’un échantillonnage de durée adéquate

Cette méthode d‘échantillonnage visait à récolter l‘eau et les particules qui entraient et sortaient du bassin d‘orage de façon représentative sur la totalité de l‘événement pluvieux. Il est malheureusement improbable que tous les types de particules aient été récoltés. Cet élément devra être considéré lors de l‘analyse des résultats.

20:38 21:07 21:36 22:04 22:33 23:02 23:31 00:00 00:28 00:57

Débit (m3/s)

Temps (hh:mm)

Une fois remplies, les bouteilles d‘échantillon ponctuel étaient conservées dans la voiture. Une glacière n‘a pas été jugée nécessaire puisqu‘une période de prélèvement ne durait jamais plus de 5 heures et la température ambiante était très semblable à celle de l‘échantillon d‘eau de ruissellement. De plus, l‘absence de soleil diminuait les risques d‘altération. De retour à l‘université, tous les échantillons étaient entreposés dans la chambre froide du Laboratoire d‘environnement (4 ºC) pour une durée inférieure à 24 h précédant les analyses (Gromaire et Chebbo, 2003). Selon le moment de la journée, les échantillons pouvaient être gardés à température pièce si les analyses débutaient dans les heures suivantes.

Puisque l‘objectif du projet rivEAU est d‘augmenter la décantation des polluants à l‘intérieur du bassin en prolongeant son temps de rétention, la fin de la deuxième campagne d‘échantillonnage a impliqué la fermeture temporaire de la sortie du bassin. Des échantillons ponctuels et composites étaient prélevés seulement à l‘entrée du bassin pendant l‘événement. Au cours des trois jours suivants, des échantillons ponctuels étaient prélevés à profondeur constante sous la surface aux points correspondant à l‘emplacement de trappes à sédiments (voir Figure 16 et Figure 17). Des bouteilles de 1 litre étaient ainsi remplies, à des intervalles de temps variables allant de 1 à 12 h, aux points où la hauteur d‘eau le permettait.

Figure 16 : Installation de trappe à sédiments et de la mesure du niveau d’eau

Figure 17 : Localisation des trappes à sédiments

Lors de la vidange du bassin, des échantillons ponctuels et composites étaient prélevés à la sortie. À cette étape, les moments de prélèvement étaient plutôt constants dans le temps, mais tout de même proportionnels au débit observé par les échantillonneurs.