Comparaison des coefficients d’exportation pour le P utilisés dans les calculs

Comme expliqué précédemment, les modèles de capacité de support sont fondés sur la quantification des apports en phosphore naturels et anthropiques selon des équations de bilan de masse, à l’exception du modèle empirique du Dr Carignan. Ainsi, la détermination des coefficients d’exportation pour le phosphore relatifs au type d’utilisations du territoire est indispensable aux calculs de bilan de masse et est à la base des modèles de capacité de support, selon cette approche. Beaucoup de chercheurs se sont ainsi consacrés à améliorer la validité de ces coefficients afin d’augmenter le degré de précision des modèles, comme l’avait suggéré Dillon.

« The uncertainty in the phosphorus export figures and in the loading from precipitation alone could result in a 100% error in the calculation of the natural phosphorus budget (...)» (Dillon et Rigler, 1975).

De plus, il est important de mentionner qu’étant donné que les utilisations du territoire et la technologie afin de faire de la recherche évoluent avec le temps, les coefficients d’exportation pour le phosphore doivent constamment être mis à jour. Par ailleurs, ces coefficients changent selon le milieu, en fonction notamment de la géologie, de la nature et la constitution du sol ainsi que du climat de la région. En autre, la rétention du phosphore par le sol semble être un paramètre déterminant, qui fera grandement varier les apports en phosphore à un plan d’eau en provenance de l’utilisation des installations septiques par la population.

« Étant donné que chaque région possède des caractéristiques locales qui lui sont propres, il faut s’assurer que les coefficients et les calculs que l'on utilise sont représentatifs de la réalité locale. Par exemple, la géologie et les sols diffèrent beaucoup entre régions. Certains sols vont beaucoup mieux capter et emprisonner le phosphore que d’autres; les quantités de phosphore se rendant au lac seront alors amoindries. (...) Il faut savoir s’ajuster à la réalité du territoire et des gens de la région.» (Fredette, 2007).

À ce sujet, il est important de bien comprendre que le modèle de Dillon et Rigler ne tient pas compte d’un facteur de rétention du phosphore par le sol. Ainsi, selon ce modèle, 100 % du P parvenant aux installations septiques par l’utilisation des habitations est considéré comme se rendant au lac. Par contre, la structure des calculs permet tout de même l’intégration d’un éventuel facteur de rétention du P par le sol, ces chercheurs étant tout de même conscients du manque de précision que pouvait sous- tendre cette hypothèse. « (...) while factors such as the soil retention factor are still only approximations. » (Dillon et Rigler, 1975).

C’est pour cette raison que, notamment, le modèle du MRNQ tient compte des réserves émises par Dillon et considère qu’une partie du phosphore contenue dans les installations septiques est retenue par le sol. Ainsi, un facteur de rétention du phosphore par le sol de 25 % fut incorporé aux calculs.

Les hypothèses avancées par le MRNQ sur le rôle des sols pour la rétention du P seront finalement appuyées, plus de 20 ans plus tard, par des études scientifiques. En effet, des études dans le cadre du LAKECAP en 2005 démontrèrent, que par différents processus géochimiques d’adsorptions et de minéralisation du phosphore sur des sols composés de certains métaux (Fe, Al), une bonne quantité du P pouvait être retenue par le sol, et ce, spécialement sous couvert végétal. Ainsi, la rétention du phosphore par le sol dépendait de sa nature, sa constitution, son ph et son épaisseur.

C’est pourquoi, suite à cette découverte, les modèles du DMM et du LAKECAP ont incorporé un facteur de rétention du phosphore par le sol à leurs calculs de 74 % selon le type de géologie du milieu, pour les sols « Ground Moraine over bedrock , Glaciolacustrine Delta et Outwash Plain » pour le modèle de DMM et aussi selon certaines propriétés (naturel, sols acides riches en minéraux et plus épais que 1 m) selon le LAKECAP (Paterson et al., 2006).

Bref, vous est présenté ici un tableau résumant l’évolution des valeurs des coefficients d’exportation pour le phosphore en milieu lacustre en Amérique du Nord, en fonction du type d’utilisation du territoire, selon les principales études effectuées à ce jour (Tableau VI). Tel que mentionné à plusieurs reprises, seulement une étude de ce genre a été effectuée en territoire québécois, soit celle de Richard Carignan, pour les Laurentides et d’Yves Prairie pour l’Estrie. Notez bien que malgré la nature empirique du modèle développé par le Dr Carignan et l’absence d’utilisation de coefficients d’exportation en P pour les calculs, ces derniers ont tout de même été mesurés, afin de pouvoir établir quelles étaient les variables clés de son modèle. Par contre, il est essentiel de noter que les valeurs du Dr Carignan ont été établies pour des bassins versants exempts d’agriculture, de pâturages, de golfs et de zones urbaines. Ces coefficients sont issus du mémoire de maîtrise d’une des étudiantes du Dr Carignan, Cathy Crago, qui a déterminé des coefficients d’exportation en phosphore total relatifs à la forêt, aux milieux humides créés par les castors et aux résidences en fonction du système de traitement des eaux usées (installations septiques et réseau d’égout).

Tableau VI : Comparaison des coefficients d’exportation pour le phosphore total en fonction de

plusieurs utilisations du territoire et selon différentes études

Utilisations du territoire – Sources en P Dillon et Rigler 1975 11 Jacques et Lerouzes 1979 12 Reckhow et Simpson 1980 Castro 1993 13 Crago, 2005 Prairie, 2008 DMM, 2005 LAKECAP, 2006 ATM 75 38 30 37.4 - - 20.7 16.7 FOR FI 4.7 FS 11.7 FP14 10.2 FPS 23.3 FI 5 FS 12 20 FI 5.5 FS 11.7 4.38 4.8 Formule en fonction des milieux humides

MH 25 42 180 214 IMP 25 - PI 11 ou 15

*

*

12 _{Tiré de Dillon et Kirchner, 1975; Uttomark et al., 1974; Potvin, 1976; Lachance et Sessevile, 1976} 13_{Tiré de Michalski, 1992 et Dillon et Kirchner, 1975}

14 _{Pour utiliser les coefficients d’exportation de la catégorie « forêt + pâturage (FP) » la portion du} territoire analysée doit contenir plus de 15 % de ce type d’utilisation du sol.

15 _{Urbanisation intensive}

16_{Zones urbaines se drainant directement dans le lac}

Utilisations du territoire (phosphore en provenance de) : (mg/m2_{/an) ou (kg/km}2_/an)

ATM : Atmosphère (par les précipitations)

FOR : Zones forestières (F) et milieux humides (MH) IMP: Zones improductives, pâturages (P)

AG: Zones agricoles URB: Zones urbaines

SEPT : Installations septiques (kg/capita/an)

Roches ignées (I)

Roches sédimentaires (S)

Ainsi, suite à l’analyse du tableau VI, il est possible de constater que la plupart des coefficients obtenus par les chercheurs québécois (Richard Carignan et Yves Prairie) se rapprochent de ceux tirés des recherches effectuées en Ontario, à l’exception des coefficients pour l’exportation en P par les milieux humides et les milieux ouverts (pâturages) qui sont un peu plus élevés. Par contre, une différence majeure saute aux yeux, en ce qui a trait au coefficient d’exportation pour le phosphore via les installations septiques utilisées par la population. En effet, la valeur obtenue par le Dr Carignan est de l’ordre de 100 fois plus faible que toutes les autres.

« (...) ce que j’ai trouvé dans les Laurentides, c’est que si l’on fait la moyenne de tout ça, les installations qui sont dans l’eau, sur la roche… c’est moins d’un centième de l’exportation qui avait été supposée dans les modèles initiaux de Dillon. » (Carignan, 2007)

Ainsi, une grande découverte du Dr Carignan consiste à dire que les sols québécois retiennent beaucoup plus de phosphore que ce que l’on croyait. Par contre, cette découverte ne fait pas l’unanimité auprès de la communauté scientifique et constitue

l’une des raisons majeures qui expliquent que le modèle de Carignan soit toujours en révision. Par contre, cette différence pourrait bien avoir une explication...

En effet, le modèle empirique de Carignan ne mentionne aucun facteur de rétention du P par les sols de façon claire. Ainsi, il est probable que la valeur du coefficient d’exportation en P en provenance des installations septiques obtenu par ce chercheur inclue la rétention du P par les sols, contrairement aux autres modèles. En effet, il est probable que le coefficient obtenu par le Dr Carignan représente la quantité de P en aval des installations septiques, donc la quantité qui atteint le plan d’eau, une fois avoir passé dans les sols. En comparaison, ces mêmes valeurs pour les modèles ontariens ont été obtenues à partir de statistiques sur la quantité de P rejetée par personne aux stations d’épuration avant traitement, donc avant de passer au travers de l’installation septique, du champ d’épuration et du sol et c’est pourquoi un facteur de rétention par le sol est ajouté par la suite aux calculs. Bref, il semblerait logique que le modèle de Carignan nous donne une valeur mesurée au lac, du phosphore en provenance de l’utilisation des installations septiques par la population. Carl Dufour de la MRC des Laurentides, qui étudie les différents modèles de capacité de support, est en faveur de cette hypothèse.17

« Si l’on prend le 0.6 et on le traite dans le modèle avec les facteurs de rétention des sols on arrive à peu près au 0.05, 0.06. Il faudrait s’entendre avec le Dr Carignan, est-ce qu’il nous parle bien des valeurs traitées ou non traitées? C’est-à-dire est-ce que c’est la valeur relargée au lac, si c’est le cas, ça fonctionne son chiffre. Parce que 0.8 ou 0.6, c’est en amont des installations septiques, et puis si M. Carignan nous parle de l’aval, après traitement et après rétention des sols, ça va. » (Dufour, 2008).

2.7

Résumé des grandes étapes pour le calcul de la capacité de support