Problématique

La littérature abonde sur les modèles issus du couplage entre SIG / modèle hydrologique/ modèle de la qualité de l'eau (Bioteau et al., 2002; Gomez. 2002; Arnold et al., 2005; Boithias, et al., 2011). L'intégration des SIG dans des modèles de la qualité de l'eau présente de nombreux avantages tant du côté scientifique que de la gestion. Dans un premier temps, les SIG facilitent le paramétrage effectif des modèles au niveau de la restitution spatiale des résultats pour différentes simulations. Par ailleurs, ils sont particulièrement adaptés pour gérer la question du passage d'une échelle à une autre, suite aux manipulations des différents niveaux d'appréhension de ce type d'outils. Ces atouts

font des SIG un support incontournable pour résoudre les problèmes environnementaux liés à la qualité de l'eau.

Pour la contamination des milieux aquatiques par des polluants chimiques ou biologiques, deux grands types de modèles fonctionnant à l'échelle du BV sont utilisés. Il s’agit des modèles événementiels et des modèles continus qui prennent en compte la discrétisation temporelle. Des exemples d’application de ce type de modèles sur les bassins versants réels témoignent de leur capacité à simuler correctement la qualité des eaux (Werner et al., 2006; Sciuto et Diekkrueger, 2010).

On peut citer l'exemple du modèle BASINS (Better Assessment Science Integrating point et Nonpoint Sources, EPAa, 1996) qui a été développé par l'Agence américaine de protection de l'environnement. Le but de ce modèle est de simuler le devenir et le transport de l’azote, du phosphore et des coliformes fécaux (Lahlou et al., 1998). Il s'agit d'un système informatique impliquant le couplage entre ArcView, les modèles hydrologiques HSPF/SWAT (Hydrologic Simulation Program-Fortran, EPA, 1996b; Soil and Water Assessment Tool; Arnold et al., 2012; Arnold et Fohrer, 2005) et le modèle de la qualité des eaux QUAL2E (Brown et Barnwell, 1987). L'utilisation de cet ensemble de modèles reconnus et validés font du modèle BASINS l'un des modèles les plus adaptés et prisés en Amérique du Nord pour l'aide à la décision dans le cas de la gestion des BVs (Imhoff et al., 2007).

Dans le même contexte, le modèle HSPF a été développé. Ce modèle s'appuyant sur un SIG a pour objectif de simuler le taux de ruissellement et les concentrations de contaminants, en réponse aux modifications de la couverture du sol et des précipitations. Deux ensembles distincts de processus sont ainsi représentés: (1) les processus qui déterminent le devenir et le transport des polluants à la surface ou dans le sous-sol d'un BV, et (2) les processus se produisant dans le réseau hydrographique. Cette particularité lui permet d'être applicable à de grands BVs et de prendre aussi en compte des sources de pollutions ponctuelles (Augusto et Leite, 2010). Cependant, plusieurs de ces modules sont dépourvus de réalisme physique (coefficient de mélange dans les réservoirs conceptuels) (Frere et al., 1997). Par ailleurs, vu son incapacité à intégrer les pratiques de gestion agricole, ce modèle a tendance à sous-estimer les sédiments et les nutriments. En outre, il s'agit d'un modèle complexe. Il nécessite une quantité importante de données

pour caractériser les systèmes agricoles simulés et les conditions climatiques.

AVSWAT (ArcView, Soil and Water Assessment Tool) quant à lui simule la dynamique des flux des polluants dans les eaux à l’échelle d'un BV (Arnold et al., 2005; Diluzio et al., 2005). Ce modèle correspond au modèle SWAT couplé à ArcView. Son objectif est de prévoir l'impact des pratiques agricoles sur les BVs caractérisés par des hétérogénéités spatiales (Neitsch et al., 2002; Lomakine, 2005). En 2000, un sous-modèle microbien a été développé et ajouté à SWAT pour simuler le devenir, le transport et la mortalité des bactéries fécales (Sadeghi et Arnold, 2002; Neitsch et al., 2005; Diluzio et

al., 2012). L'ajout de ce module lui a permis d'être utilisé comme un outil permettant de

traiter la contamination fécale de l'eau causée par des sources ponctuelles et non ponctuelles.

Au Québec, bien que la contamination microbienne des eaux de surface soit une préoccupation majeure pour les autorités de santé publique, peu d'études utilisent des méthodes adéquates permettant de comprendre cette situation. Or, dans ce contexte, il devient essentiel d'utiliser un modèle opérationnel et spécifique aux bactéries fécales, afin de pouvoir estimer de façon temporelle les apports fécaux se déversant dans les cours d'eau. Un outil réaliste et opérationnel est alors utile aux gestionnaires des bassins versants du Québec afin de comprendre et analyser l'impact des caractéristiques de la pluie surla contamination fécale des eaux de surface en période estivale.

5.2. Objectifs

L'objectif principal de ce chapitre est de caractériser, par une approche géomatique, la dynamique temporelle des transferts d'E. coli à l’échelle d'un BV à vocation agricole. Il s’agit de prédire de manière temporelle la charge bactérienne véhiculée lors de la pluie dans les eaux récréatives, en tenant compte de la durée, de l’intensité et de la hauteur d’un épisode pluvieux. Cette contribution implique une démarche méthodologique de modélisation hydrologique centrée sur la mise en place d’une base de données physiographiques d’un BV couplée à une analyse des interactions entre les caractéristiques de la pluie et les hétérogénéités spatio-temporelles des usages du sol. Les objectifs spécifiques consistent à :

- caractériser, à l’aide du modèle AVSWAT, la dynamique d’E. coli à l’échelle du BV, à la suite d’un « flush » pluviométrique, phénomène central à la prévision de la qualité microbienne des eaux récréatives;

- identifier et mettre en évidence les facteurs temporels de contrôle du transfert d’E.

coli, et comprendre l’impact des interactions entre la variabilité spatio-temporelle

des pluies et les hétérogénéités spatiales sur la contamination microbienne des eaux.