2. La protection des usagers de l'eau passant par la détermination de l'efficacité des contrôles et du maintien ou de l'amélioration de la qualité de l'eau.
3. La mesure des changements de qualité pendant des périodes données en vue de détecter et de mesurer les tendances et de proposer des mesures de prévention.
4. L'évaluation de l'effet des changements dans l'alimentation du réseau hydraulique.
5. La détermination de la qualité de l'eau au passage des frontières entre les pays.
6. L'évaluation de la charge totale de polluants charriée par les fleuves au niveau de leur estuaire.
Les quatre premiers principes devraient être essentiellement mais non exclusivement locaux ou régionaux et ne couvrir qu'un seul bassin fluvial, lacustre ou aquifère, alors que les points cinq et six peuvent mettre en cause des intérêts et obligations internationaux.
2.4.2 Planification et recherche
La planification et la recherche se serviront des données pour:
1. Fournir des renseignements sur la qualité des ressources en eau susceptibles d'être exploitées pour répondre à des besoins futurs.
2. Prévoir l'effet de modifications délibérées dans l'alimentation sur la qualité de l'eau.
3. Aider à estimer l'effet d'aménagements hydrauliques projetés sur le régime aquifère (endiguement d'un fleuve, changement de la profondeur d'un lac, recharge artificielle d'une nappe, etc.).
4. Elaborer la formulation de modèles mathématiques.
5. Informer sur l'incidence et les tendances des substances spécifiques dangereuses.
3.0 DETERMINATION DU CHOIX DES SITES 3.1 Processus
Compte tenu des frais importants exigés par des prélèvements et des analyses régulières, il est nécessaire de consacrer du temps et des efforts à une planification soignée du système de surveillance. Le choix des emplacements doit être effectué selon une séquence logique comme celle décrite ci-dessous et il est fortement conseillé de codifier noir sur blanc, à chaque stade, l'ensemble des renseignements accumulés, les considérations et raisons ayant dicté les décisions, et ensuite d'archiver ces rapports. Non seulement "les écrits restent", ce qui permettra de s'y reporter commodément à l'avenir, mais ils favorisent la précision.
Les enquêtes préliminaires sont une démarche nécessaire non seulement pour le choix de la station mais également pour contrôler l'accessibilité du point de prélèvement, les moyens disponibles pour le prélèvement (pont, bateau etc.), le laps de temps écoulé entre le prélèvement et l'analyse en laboratoire et le coût du déplacement jusqu'à la station.
3.2 Collecte des informations
1. La première démarche est de relever et de répertorier tous les facteurs susceptibles d'influencer, directement ou non, la qualité de la masse d'eau. On y inclura tous les apports et les pertes ponctuels ou diffus, pouvant exercer un effet marquant. On tiendra compte également de tous les antécédents sous les rubriques géographie, topographie, climatologie, météorologie, hydrologie, hydrogéologie, utilisation des sols, urbanisation, industrialisation et agriculture.
Cette enquête devra comprendre, dans la mesure du possible, tous les changements prévus ou probables, à court et à long terme, de ces facteurs.
2. L'étape suivante consiste à rassembler tous les renseignements disponibles sur les utilisations de l'eau et sa quantification mais encore sur les impératifs de qualité et leur importance, pour en établir l'inventaire. Là encore il faut tenir compte de tous les changements prévus et probables ainsi que des besoins qualitatifs et quantitatifs pouvant en résulter.
3. Les traitements d'eau présents et futurs seront décrits afin d'identifier les possibilités de réutilisation et de recyclage.
4. Il peut déjà exister quelques données sur la qualité de la masse d'eau ou sur une partie de celle-ci. Elles devront être rassemblées, mais leur ancienneté affectera, bien évidemment, le crédit qu'on pourra leur accorder.
5. C'est à ce stade que pourront être préparées des cartes mettant en relief les principaux aspects des influences et usages présents et futurs.
3.3 Estimation des besoins en données
Sur la base des renseignements recueillis il devrait alors être possible:
1. D'estimer les importances relatives des différents types de problèmes liés à la pollution de l'eau et à l'utilisation des sols.
2. D'estimer l'importance relative des facteurs qui influencent la qualité des eaux à divers usages
3. De voir quels renseignements sont nécessaires pour répondre aux besoins de contrôle, de planification et des nécessités de base et pour assurer la surveillance de substances dangereuses spécifiques.
4. De choisir les stations ou emplacements de stations susceptibles de fournir les renseignements nécessaires.
3.4 Enquêtes préliminaires
Autant que possible, on procédera à des enquêtes préliminaires dans les zones de prélèvement envisagées. Elles aideront à cerner les endroits où la qualité de l'eau est la moins satisfaisante voire critique. Les analyses devront porter sur les principaux déterminants et sur tout autre élément que les renseignements recueillis donneraient à soupçonner en concentrations significatives.
Ces enquêtes ne devront pas être limitées aux stations prévues mais réparties de manière à couvrir d'autres points de prélèvements accessibles dans la masse d'eau considérée. Il vaut mieux étalonner ces enquêtes sur une période représentative, mais même une enquête unique associée à des informations de base devrait donner des orientations utiles.
Pour les rivières, l'enquête préliminaire doit inclure plusieurs stations sur une section donnée de la rivière et devra contrôler le mélange latéral sur chaque site. De telles enquêtes doivent être effectuées pendant des conditions environnementales extrêmes autrement dit lors de la saison des pluies pour les régions tropicales, ou pendant l'hiver pour les régions nordiques ou montagneuses. Pour les lacs, ces enquêtes doivent être réalisées sur un profil vertical lors de la production maximale d'algues et juste avant le basculement des eaux qui a lieu en hiver. En ce qui concerne les eaux souterraines, ces enquêtes doivent être réalisées pour dresser un schéma préliminaire de la qualité de l'eau à partir des différents forages, puits et/ou sources afin de choisir l'emplacement des stations les plus représentatives.
3.5 Mise au point
Dès le début des enquêtes et analyses, les résultats seront retournés aux responsables du contrôle et de la planification de la qualité des eaux. Au bout d'un délai fixé, un examen des résultats fournis aura lieu pour voir s'ils répondent aux besoins en informations. On envisagera tout changement des lieux de prélèvement susceptible d'améliorer la valeur des données, et il se peut qu'une simple prolongation d'enquête soit suffisante.
Même lorsqu'un réseau de surveillance est déjà en exploitation, une réévaluation complète selon le plan ci-dessous peut être intéressante et se traduire par une utilisation plus efficace des ressources.
La séquence du choix des emplacements est schématisée à la figure 1.
3.6 Dossier de station
Les fiches d'information pour stations de prélèvement en cours d'eau, lacs et eaux souterraines, jointes en annexes de ce chapitre, indiquent tous les renseignements à fournir pour chaque station. Elles renseignent sur l'emplacement de la station, sur les caractéristiques physiques et hydrologiques. Elles contiennent également des informations sur les facteurs influençant la qualité de l'eau, sur l'utilisation de l'eau ainsi que sur les prélèvements et analyses effectués. Ces fiches pourraient constituer la base d'un dossier complet sur chaque station servant entre autres de référence pour l'interprétation des données obtenues, surtout en cas d'inévitables changements de personnel.
4.0 SITES REQUIS POUR LES STATIONS EN RIVIERE
Une fois l'implantation générale d'une station de prélèvement déterminée sur la base des considérations précédentes, divers facteurs influencent encore sa position exacte, à savoir.
Figure 1. Schéma du processus pour le choix des stations de prélèvement
4.1 La représentativité
L'échantillon doit être représentatif, en ce sens que les déterminants qu'il contient doivent y être en même concentration que dans la masse d'eau au lieu et au moment du prélèvement. Donc, pour qu'un échantillon soit représentatif, le milieu doit être bien brassé à l'endroit du prélèvement.
En rivière, on peut constater un certain décalage dans la dispersion latérale des écoulements ou des affluents selon la vitesse, la turbulence et la quantité de courant en aval. D'autres retards peuvent intervenir en brassage vertical, surtout si l'affluent est à une température différente.
Dans tous les prélèvements en rivière, on s'assurera de l'homogénéité au niveau de la section transversale du point d'échantillonnage. Ceci est possible par le biais de prélèvements successifs sur toute la largeur et à différentes profondeurs. Les conditions de prélèvement proposées pour un échantillonnage asservi au débit de la rivière sont présentés dans le tableau 1.
Certaines variables comme la conductivité, l'oxygène dissous, le pH ou la température peuvent être mesurées in situ sur le terrain.
Des variations verticales dans la concentration des matières en suspension peuvent apparaître même si les substances dissoutes sont bien homogénéisées dans la colonne d'eau. Ceci est dû aux variations de la vitesse de l'eau. Des tests d'homogénéité du milieu devront être répétés pour couvrir les forts comme les faibles débits.
Tableau 1. Tests d'homogénéité sur une section de rivière
Débit annuel Classification Nombre de points Prélèvement
moyen en m3/s nom de prélèvement profondeur(1)
moins de 5 ruisseau 2 1
5 à 150 rivière 4 2
150 à 1000 rivière/fleuve 6 3
plus de 1000 grand fleuve minimum 6 comme pour les 4
rivières ci-dessus, des points supplémentaires doivent être ajoutés quand la taille du fleuve augmente par un facteur de 2.
(1) Les prélèvements seront effectués autant que possible à au moins 30 cm sous la surface ou à 30 cm du fond, et il faudra veiller à ne pas remuer la vase.
Les procédures d'échantillonnage en rivière non homogène peuvent devenir fastidieuses et il sera peut être préférable de déplacer la station en aval vers une zone homogène si les conditions requises sont encore satisfaites. Dans certains fleuves, et surtout les grands, ce déplacement peut être impossible du fait d'affluents arrivant en amont du point de mélange des eaux usées, le courant n'étant pratiquement nulle part homogène.
4.2 Mesure du débit
Lorsqu'on opère en rivière, spécialement pour les stations de mesure des flux des cours d'eau, il faut mesurer le débit à la station pour calculer la charge massique des divers déterminants. Ces données sont nécessaires pour la bonne gestion de la ressource en eau, et pour estimer les variations de la qualité de l'eau à la station. Pour mettre en place ces stations de mesure de la qualité des eaux on s'efforcera de les installer à proximité ou à l'endroit même des stations de jaugeage. Idéalement les stations de jaugeage devraient coïncider avec celles de prélèvement mais si elles sont en amont ou en aval en un point où aucun changement important n'est intervenu on peut s'en contenter. Il est quelquefois possible d'approximer le débit à partir de mesures effectuées par deux ou plusieurs stations de jaugeage. S'il n'en existe pas, il sera alors nécessaire d'installer une station de mesure du débit au niveau de la station de prélèvement. Il ne faut pas oublier que si l'opérateur doit se livrer à des mesures de débit assez longues ce sera au détriment de son temps de travail d'échantillonnage. Pour plus d'informations concernant les mesures hydrologiques, se reporter au chapitre VIII.
4.3 Facilité d'accès
Le responsable des prélèvements est assigné à transporter un matériel assez lourd ainsi que des échantillons d'eau ce qui réduit sa distance de marche. En conséquence, plus le lieu de prélèvement est difficile d'accès, plus il mettra de temps à le parcourir ce qui réduira son temps de travail d'échantillonnage. De plus, le site devra rester accessible dans toutes les conditions de temps et de débit. L'accessibilité de la station est donc une donnée importante, particulièrement dans les régions exposées à de sévères conditions climatiques (gel, grosses pluies etc.).
4.4 Distance au laboratoire
Les échantillons contiendront trois types de déterminants: conservatifs tels les chlorures et qui se dégradent pas avec le temps, non conservatifs mais fixables tel l'azote à l'état ammoniacal et non conservatifs et non fixables telle la DBO. Le temps de transport au laboratoire déterminera le nombre de mesures analytiques que l'on pourra effectuer sur une station. Tout transport de plus de 24 heures de la station au laboratoire rendra cette station pratiquement inexploitable.
4.5 Sécurité
Les prélèvements en lacs ou rivières peuvent être dangereux, surtout par mauvais temps ou en période de crue, et l'on en tiendra compte dans le choix des stations. Si l'on ne peut éviter un site dangereux, il faudra prendre toutes les précautions de rigueur et utiliser des équipements de sécurité.
4.6 Eléments perturbateurs
La teneur en oxygène dissous aura tendance à s'élever si la station est en aval proche d'un déversoir, et à diminuer si elle est en amont. Les prélèvements successifs en de tels points donneront des résultats comparables mais généralement non représentatifs de l'ensemble du cours d'eau. De même, un emplacement en aval d'un bras ou d'une rivière présentant une végétation non
représentative fournira des échantillons faussés par la photosynthèse et la respiration.
Il convient d'éviter les prélèvements aux confins de la terre ou de l'eau c'est à dire au niveau des rives ou des côtes où l'eau ne sera pas représentative du courant principal.
4.7 Installations et équipements de prélèvement.
Il existe toutes sortes d'équipements ou d'installations disponibles selon les circonstances locales. Tous ont des avantages et des inconvénients évoqués ci-dessous.
Ponts
Les échantillonnages depuis des ponts sont généralement ceux que préfèrent les opérateurs en raison de leur facilité d'accès et de repérage latéral et vertical du point à prélever ainsi que de la possibilité de prélever en toute sécurité quelles que soient les conditions de temps et de débit. Les inconvénients sont les risques de la circulation routière et fluviale, surtout que les prélèvements s'effectuent, dans la plupart des cas, du coté aval des ponts. Les conditions hydrauliques sont de nature à faciliter le brassage et à augmenter la teneur en oxygène dissous, en cas de déficit, mais cet effet est rarement important. Le prélèvement depuis un pont est normalement la méthode la plus rapide et la plus économique pour l'échantillonnage en rivière.
Bateaux
Les bateaux procurent plus de mobilité et permettent d'échantillonner en tout point en suivant le cours ou en traversant une rivière ou un lac. Il faut toutefois bien repérer les points à l'aide d'un ou plusieurs amers. Il faut veiller à ce que le bateau ne fasse pas remonter la vase qui viendrait souiller le prélèvement. D'autres risques peuvent provenir de la navigation, des crues ou de la tempête, et les gilets de sauvetage sont de rigueur. Les temps de déplacement d'un bateau entre les stations sont longs et sa mobilité est compromise par le plus petit nombre de sorties qu'il peut effectuer. Une solution plus rapide, à condition de disposer de points de mise à l'eau, consiste à remorquer un petit bateau derrière une voiture, ou encore à laisser un bateau ancré au point de prélèvement.
Prélèvements à pied (en cuissardes)
Lorsqu'une rivière est peu profonde, on peut faire les prélèvements à pied. L'opérateur doit prélever en amont de ses pas, qui remuent inévitablement le fond. Cette méthode fournit des échantillons représentatifs mais risque d'être moins confortable pour l'opérateur s'il doit s'aider d'un bâton ou bien s'amarrer à la rive par un filin de sécurité.
Berge
Il ne faut recourir à ce mode de prélèvement que s'il n'y a pas d'autre alternative possible. L'échantillon sera prélevé de préférence en eau turbulente, ou à l'extérieur d'un coude, là où le cours d'eau est profond et le courant rapide. L'exécutant devra toujours s'amarrer à la rive par un solide filin de sécurité.
Téléphérique
Les câbles utilisés pour la mesure de vitesse du courant peuvent fort bien servir, moyennant certaines adaptations, aux prélèvements. Leur emploi se limite aux petites rivières.
Hélicoptère
Les prélèvements par hélicoptère ont l'avantage de la souplesse et de la rapidité car un échantillon peut être recueilli en tout point d'un fleuve ou d'un lac quelle qu'en soit la difficulté d'accès. Ils permettent d'accéder et d'échantillonner un grand nombre de stations en peu de temps, et l'opération est facile et rapide. Des essais ont montré que l'agitation de l'eau, liée au souffle des pales,
n'affectait pas de façon significative la concentration en oxygène dissous. Le prix est élevé mais doit être considéré en fonction du coût total des prélèvements et analyses ainsi que du nombre d'échantillons.
4.8 Dispositif de prélèvement
Chaque fois que c'est possible, il est recommandé de prélever à l'aide d'un treuil et d'utiliser un flacon horizontal fermé à l'aide d'un messager. La constitution du flacon et sa propreté doivent correspondre aux normes requises pour l'analyse des substances à l'état de trace. Par exemple, un flacon en plastique est à éviter pour l'analyse des matières organiques à l'état de trace. De plus amples informations à ce sujet sont contenues dans le chapitre II.
5.0 SITES REQUIS POUR LES STATIONS DE PRELEVEMENT EN LACS 5.1 Caractéristiques générales
Un lac est défini comme étant une masse d'eau en partie fermée entourée de terre; un lac peut être d'origine naturelle ou artificielle (retenue ou lac de barrage).
Le comportement d'un lac est fonction de toutes sortes d'influences s'exerçant dans trois dimensions à la différence des rivières où le mouvement est pratiquement unidimensionnel. Du fait de cette complexité de comportement, les facteurs à l'origine des variations spatiales et temporelles de la répartition de la qualité des eaux d'un lac sont exposés en détail.
Un lac peut être caractérisé par des paramètres morphométriques, hydrologiques, chimiques, biologiques et
sédimentologiques en fonction de son âge, de son histoire, du climat et du bilan hydraulique. Chaque lac réagit à sa façon à cette combinaison de facteurs qui causent les grandes variations de la qualité de l'eau dans l'espace et le temps.
5.2 Bilan hydrologique
La composition de l'eau d'un lac est influencée par son bilan hydrologique, c'est à dire par l'équilibre entre les entrées et les sorties d'eau. Ce bilan n'est toutefois pas le seul facteur décisif car il y a aussi les échanges entre le compartiment sédimentaire et l'eau, et l'accumulation de matière organique par activité biologique.
Les principaux apports proviennent généralement d'affluents et de ruisseaux qui peuvent charrier toutes sortes de matières tant naturelles qu'artificielles. Des égouts et des eaux usées industrielles peuvent aussi se déverser directement dans un lac. Il reçoit en plus les infiltrations du drainage des terres modifiées par les activités agricoles; viennent s'y ajouter des eaux sous-lacustres provenant de sources souterraines et les corps étrangers véhiculés par la pluie. La mesure de ces derniers apports diffus est évidemment difficile.
La plupart des déversements (sorties d'eau du lac) sont la contrepartie directe des apports qui suivent le même cheminement.
Le déversoir principal sera la rivière par laquelle s'écoule l'eau du lac, et il faut y ajouter les captages à usage publique et industriel.
L'eau captée peut, après utilisation, soit retourner dans le lac soit être rejetée dans la rivière exutoire. Il peut également s'effectuer des mouvements d'eau sous-lacustres vers les formations aquifères voisines. Enfin, il faut ajouter le phénomène de perte d'eau par évapotranspiration.
Le temps de rétention théorique ou temps de résidence d'un lac sera le total des apports d'eau divisé par le volume du lac. Il peut varier en quelques mois pour les lacs peu profonds et en plusieurs décennies et plus pour les lacs grands et profonds. Le temps de rétention est le temps minimum pris pour rétablir l'équilibre après un grand changement dans les apports. Dans la pratique, il en
Le temps de rétention théorique ou temps de résidence d'un lac sera le total des apports d'eau divisé par le volume du lac. Il peut varier en quelques mois pour les lacs peu profonds et en plusieurs décennies et plus pour les lacs grands et profonds. Le temps de rétention est le temps minimum pris pour rétablir l'équilibre après un grand changement dans les apports. Dans la pratique, il en