CHAPITRE 3 OBJECTIFS DE RECHERCHE ET PLAN EXPÉRIMENTAL
3.1 Objectifs et hypothèses
La Chaire de recherche industrielle CRSNG en eau potable de Michèle Prévost et Benoit Barbeau ainsi que la Chaire de recherche du Canada sur la protection des sources d’eau potable de Sarah Dorner ont combiné leurs efforts pour étudier la baie Missisquoi depuis une dizaine d’années. Les travaux d’Arash Zamyadi et Natasha McQuaid se sont concentrés sur l’utilisation des sondes in vivo pour la détection des cyanobactéries (McQuaid et al., 2011; Zamyadi et al., 2016a; Zamyadi et al., 2012b; Zamyadi et al., 2012 c) et le développement de traitements en usine (Zamyadi et al., 2013a, 2014; Zamyadi et al., 2013b; Zamyadi et al., 2013 c; Zamyadi et al., 2016b; Zamyadi et al., 2010; Zamyadi et al., 2012a). Les travaux de Mouhamed Ndong, quant à eux, ont permis de mieux comprendre l’hydrodynamisme de la baie Missisquoi et l’influence du vent sur les efflorescences de cyanobactéries (Ndong, 2014; Ndong et al., 2014). En dépit des efforts effectués ces dernières années à la baie Missisquoi, des lacunes persistent dans la compréhension de la succession des espèces de cyanobactéries et l’influence d’autres groupes du phytoplancton. Ces aspects biologiques n’ont pas été abordés. Par ailleurs, même si l’utilisation de sondes in vivo est de plus en plus répandue dans la communauté scientifique, le nombre de publications sur la validation des sondes en milieu réel et limité. Le travail de Pirooz Pazouki (Pazouki et al., 2016) a permis d’obtenir les données du lac Érié, utilisées dans le présent travail pour valider les sondes à fluorescence sur le terrain en les comparant avec les données de la baie Missisquoi.
L’objectif principal de cette thèse est de comprendre les facteurs de contrôle de la succession des cyanobactéries et l’intérêt de l’utilisation des sondes fluorométriques dans le suivi des ressources en eau destinées à l’approvisionnement en eau potable.
Les objectifs spécifiques de cette thèse sont de :
1. Comprendre la dynamique du phytoplancton dans la baie Missisquoi et la succession des espèces de cyanobactéries
2. Déterminer les principaux facteurs environnementaux et physico-chimiques qui influencent les proliférations de cyanobactéries à la baie Missisquoi
3. Valider le suivi des cyanobactéries par des sondes fluorométriques dans les sources d’eau potable (lac Érié et baie Missisquoi) en tenant compte des interférences provenant d’autres taxons du phytoplancton
3.1.1 Objectif spécifique 1
L’objectif spécifique 1 est de comprendre la dynamique du phytoplancton, à la baie Missisquoi.
3.1.1.1 Action à prendre
A. Caractériser la variabilité saisonnière et la variabilité interannuelle au niveau des taxons (classes, ordres et genres)
B. Identifier les genres et les espèces de cyanobactéries dominantes.
3.1.1.2 Hypothèses
A.1 Présence d’une succession saisonnière des classes, des ordres et des genres du phytoplancton
A.2 Présence d’une variabilité interannuelle des genres de cyanobactéries
B.1 Le genre et l’espèce Microcystis aeruginosa sont dominants à la baie Missisquoi
B.2 Le genre Microcystis sp. arrive après les cyanobactéries fixatrices d’azote, telles que Aphanizomenon sp. et Anabaena sp.
3.1.1.3 Originalité
L’efficacité du traitement à l’usine dépend des espèces de cyanobactéries présentes. Le choix des coagulants dépend de l’espèce dominante (Zamyadi et al., 2013b). Si on connaît la succession des espèces, on pourra mieux choisir les coagulants et les doses à l’usine d’eau potable. Ces informations ne sont pas disponibles aux sites étudiés.
3.1.1.4 Réfutabilité
A.1 L’hypothèse sera réfutée s’il n’y a pas de succession saisonnière des classes, des ordres et des genres du phytoplancton
A.2 L’hypothèse sera réfutée s’il n’y a pas de variabilité interannuelle des classes, des ordres et des genres du phytoplancton
B.1 L’hypothèse sera réfutée si Microcystis aeruginosa n’est pas dominante
B.2 L’hypothèse sera réfutée si Microcystis sp. n’arrive pas après Aphanizomenon sp. et Anabaena sp.
3.1.2 Objectif spécifique 2
L’objectif spécifique 2 est de déterminer les principaux facteurs environnementaux et physico- chimiques qui influencent les proliférations de cyanobactéries à la baie Missisquoi
3.1.2.1 Action à prendre
A. Analyser la variabilité des espèces de cyanobactéries et d’autres groupes de phytoplancton en fonction de la température et des concentrations en nutriments
3.1.2.2 Hypothèses
A.1 Le phosphore total est le nutriment limitant à la baie Missisquoi
A.2 Les concentrations des cyanobactéries sont contrôlées par les températures optimales
3.1.2.3 Originalité
Ndong et al. (2014) ont observé que les cyanobactéries sont présentes en grand nombre seulement lorsque le ratio d’azote minéral : phosphore total était faible. Cependant, la question des
nutriments limitants est controversée et il y a des chercheurs qui proposent même d’ajouter de l’azote pour augmenter le ratio de NT : PT afin de réduire les concentrations de cyanobactéries (Harris et al., 2014)
3.1.2.4 Réfutabilité
A.1 L’hypothèse sera réfutée si le phosphore n’est pas un facteur limitant
A.2 L’hypothèse sera réfutée si les pics de concentrations des espèces de cyanobactéries ne correspondent pas à leurs températures optimales.
3.1.3 Objectif spécifique 3
L’objectif spécifique 3 est de développer un outil fiable pour le suivi des cyanobactéries
3.1.3.1 Action à prendre
A. Valider le suivi des cyanobactéries par sondes fluorométriques dans les sources d’eau potable en corrigeant le signal pour les interférences engendrées par d’autres groupes de phytoplancton
3.1.3.2 Hypothèses
A.1 Les corrélations entre le biovolume ou l’abondance des cyanobactéries et les valeurs de phycocyanine mesurées par les sondes fluorométriques sont améliorées grâce au facteur de correction de Zamyadi et al. (2012 b)
A.2 La phycocyanine mesurée par les sondes est mieux corrélée au biovolume qu’à l’abondance
3.1.3.3 Originalité
La correction proposée par Zamyadi et al. (2012 b) pour corriger le biais engendré par les algues vertes n’a jamais été testée sur de vrais échantillons de terrain avec un mélange de phytoplancton incluant les algues vertes et d’autres espèces pouvant augmenter le signal de phycocyanine. Dans l’étude de McQuaid et al. (2011), le biovolume était mieux corrélé que l’abondance à la phycocyanine. Néanmoins la plupart des protocoles au Québec présentent une méthodologie
basée sur l’abondance. L’évaluation de cette hypothèse sera faite avec une plus grande série de données incluant des données du lac Érié.
3.1.3.4 Réfutabilité
A.3 L’hypothèse sera réfutée si la correction du signal de phycocyanine n’est pas améliorée avec un facteur de correction pour la chlorophylle a
A.4 L’hypothèse sera réfutée si la phycocyanine n’est pas mieux corrélée au biovolumequ’à l’abondance
3.1.3.5 Commentaires additionnels
Pour toute la section 3.1.1, la température est exprimée en °C; la concentration des nutriments est exprimée en mg/L; la concentration = l’abondance des cyanobactéries; la concentration et l’abondance des cyanobactéries sont exprimées en cell./mL; le biovolume est exprimé en mm3