Les activités de surveillance entreprises dans la Phase Deux du Programme GEMS/EAU seront en rapport avec trois objectifs d'évaluation:
1. Détermination de la qualité naturelle de l'eau douce en absence d'impact d'activités humaines.
2. Détermination des tendances à long terme des niveaux critiques de pollution pour les ressources en eau douce.
3. Détermination du flux des éléments chimiques toxiques, de nutriments, de matières solides en suspension et d'autres polluants charriés par les grands fleuves à l'interface continent-océan c'est à dire au niveau des estuaires.
Pour respecter les exigences concernant les données de surveillance, il est nécessaire qu'un réseau très sélectif de stations de surveillance soit stratégiquement implanté dans le monde. Trois types de stations de surveillance sont envisagés lors de la réactualisation du réseau mondial de surveillance: les stations de référence, les stations de tendance et les stations de mesure des flux des cours d'eau.
Beaucoup de stations déjà existantes seront considérées dans le nouveau réseau comme des stations de référence ou d'impact, bien qu'il soit prévu des changements dans leur désignation et leur localisation. De nouvelles stations devront également être installées.
Les substances particulaires feront parties des éléments à échantillonner et à analyser car ils jouent un rôle crucial au niveau du cheminement et du flux des polluants. Le biote sera également prélevé dans des stations spéciales car le milieu vivant a la capacité d'adsorber la pollution et donc de fournir des informations que l'on ne peut pas obtenir par les analyses chimiques.
L'évaluation complète de la qualité de l'eau dans le monde n'est possible que si les principaux aquifères sont, eux aussi, contrôlés. Elle est particulièrement importante dans les pays où les ressources en eau de surface sont rares et où l'eau souterraine constitue la seule ressource en eau disponible. Les problèmes de qualité de l'eau souterraine ont atteint des niveaux critiques dans certains sous-continents car il existe, à travers le monde, peu de contrôle de routine de la qualité. La notion de prélèvement régional et de sélection de puits commence tout juste à se développer. Un effort particulier devra être fourni pendant la phase 2 du
Programme GEMS/EAU pour développer le contrôle régional des eaux souterraines. En attendant, le programme de la Phase 1 restera en vigueur.
2.2 Définition des stations GEMS/EAU
Les STATIONS DE REFERENCE sont implantées de manière caractéristique dans les lacs situés en altitude où, bien sûr, les sections amont non perturbées des cours d'eau, ne risquent pas de subir de pollution diffuse ou ponctuelle. Ces stations viseront à établir les conditions naturelles et à servir de référence pour les comparaisons avec les stations sur lesquelles l'homme exerce un impact direct important (stations de tendance et de mesure des flux des cours d'eau). Elles serviront à déterminer, à travers l'analyse des tendances, à la fois l'influence du transport à longue distance des polluants et celle des changements climatiques. Ce type de stations ne subit pas de transformations dans la Phase 2.
Les STATIONS DE TENDANCE sont implantées de manière caractéristique dans les grands bassins hydrographiques, les lacs ou les aquifères. Elles viseront à suivre les modifications à long terme de la qualité de l'eau sous l'effet de la pollution industrielle, agricole et urbaine ainsi que des différents modes d'utilisations des terres. Elles offriront aussi une base pour déterminer les facteurs qui influent sur la qualité de l'eau, telle qu'elle a été mesurée, ou sur les tendances relevées dans son évolution.
Les STATIONS DE MESURE DES FLUX DES COURS D'EAU sont situées à l'embouchure des principaux fleuves. Elles viseront à combiner les données hydrométriques aux données de qualité de l'eau pour définir les flux annuels des polluants et nutriments critiques descendant des bassins hydrographiques vers les zones proches du rivage des océans et des mers régionales.
Certaines stations de tendance peuvent également remplir ces fonctions.
2.3 Emplacement des stations 2.3.1 Critères de sélection
Le choix de l'emplacement des stations de la Phase 2 prend en considération les critères spécifiques suivants:
Type de station Critères de sélection Type d'eau Station de référence - petit bassin hydrographique - lacs en altitude
non perturbé, (temps de résidence d'une source de pollution de l'atmosphère (villes,
industries etc.)
Station de tendance - bassins hydrographiques de - lacs et retenues
taille moyenne, (temps de résidence
- temps de réponse moyen aux de l'eau: 1 à 3 ans) dans l'utilisation des terres, - eaux souterraines - présence de pollution induite
de plusieurs ou d'une seule
activité dominante (industrielle,
municipale, agricole, minière etc.)
Station de mesure des - bassins hydrographiques principaux: - rivières flux des cours d'eau à grand bassin versant,
à population et activité humaine denses à grande importance du débit par rapport aux eaux marines réceptrices
- présence d'estuaires,
- position de la station le plus en aval possible mais non influencée
par les marées,
- station représentative des caractéristiques générales de
la rivière
- possibilité de mesures de débit à l'emplacement même de la station de surveillance de la qualité
de l'eau
2.3.2 Réactualisation du réseau
Le nouveau réseau GEMS/EAU devra comporter 10 stations de référence au minimum pour commencer; 40 à 50 stations sont prévues à travers le monde entier. Ces stations devraient permettre d'obtenir des informations convenables sur les caractéristiques climatiques, hydrologiques et phytogéographiques de certaines régions du monde.
Les stations de tendance sont censées représenter l'impact de l'activité humaine sur la qualité de l'eau. Ces stations vont voir leur nombre augmenter afin de préserver les ressources en eau douce du monde. Le réseau de surveillance commencera par la mise en place de 100 stations de tendance et sera éventuellement étendu au nombre de 300 à 400 stations. Le réseau doit pouvoir étudier toutes les influences anthropiques sur la qualité de l'eau. La plupart des stations seront localisées dans des zones à forte pollution.
Cependant, pour déterminer l'impact d'activités humaines spécifiques, des stations seront implantées sur des bassins
hydrographiques soumis à une seule pollution humaine. Pour effectuer la transition de la Phase 1 à la Phase 2 du programme, le terme de "stations d'impact" sera utilisé pour les stations de tendance. Quelques stations de tendance peuvent également être utilisées comme stations de mesure des flux des cours d'eau.
Les stations de mesure des flux des cours d'eau serviront à déterminer le flux de substances organiques et minérales, et les flux d'autres constituants de l'eau (carbone, azote, phosphore) participant aux cycles géochimiques. Environ 40 à 50 stations au total, situées sur les principaux bassins hydrographiques du monde, recueilleront des informations d'ordre mondial et s'assureront que les terres émergées, les océans et les bords de mers sont convenablement représentés. Pour le calcul du flux, il est également essentiel d'obtenir la valeur du débit de la rivière à l'endroit exact de l'emplacement de la station.
2.3.3 Principales sources de pollution
Le choix des stations à implanter sera fonction du type de pollution à surveiller, de son importance et de son ampleur. Il devrait également être adapté aux différentes utilisations de l'eau. Dans la Phase 2 du Programme GEMS/EAU, sept types de pollution représentés au niveau mondial et/ou continental ou sous-continental ont été sélectionnés:
- déchets organiques provenant de déversements d'eaux usées et d'effluents d'industries agroalimentaires;
- eutrophisation des eaux de surface résultant d'apports ponctuels ou diffus de nutriments et de matières organiques;
- régions irriguées menacées par la salinisation qui pollue les eaux d'irrigation;
-utilisation de produits agroalimentaires, d'engrais, de pesticides entraînant la contamination des eaux de surface et souterraines;
- effluents industriels contenant des variétés de produits toxiques minéraux et organiques;
- effluents et eaux de filtration des industries minières affectant fortement les eaux de surface et souterraines;
-acidification des lacs, des rivières et même des eaux souterraines provenant du transport à longue distance des polluants par l'atmosphère.
2.3.4 Utilisations de l'eau
L'implantation des stations sera guidée par la mise en valeur de l'eau, son emplacement et son importance quantitative et qualitative. Un autre élément de poids sera le degré de risque présenté par toute pollution accidentelle. Une rivière en aval d'une grosse concentration urbaine, une nappe proche de décharges industrielles présenteront de plus grands risques et exigeront plus de surveillance que les sources en amont de tout déversement de polluants ou loin de tout point de contamination possible. Il ne faut pas oublier que l'emploi et le stockage de produits chimiques pour l'agriculture et le transport de produits chimiques par camions-citernes peuvent constituer des risques sérieux dans des zones relativement inhabitées.
Utilisation Critères
Toutes eaux
Adduction d'eau potable et Population desservie
à usage ménager
Irrigation agricole Valeur annuelle des récoltes et
effectif des exploitations
Abreuvement du bétail Nombre de têtes, valeur commerciale;
effectif des exploitations
Usages industriels Importance nationale et locale de l'usine.
- faible qualité (ex: refroidissement) Valeur annuelle de la production et - bonne qualité (ex: aliments, boissons) effectif du personnel employé
Eaux de surface
Pisciculture Qualité et valeur de la pêche,
Pêche sportive Nombre d'employés et fréquence
des sociétés de pêche, valeur des droits
Loisirs Nombre de participants, fréquence
natation d'utilisation, nombre de membre des
canotage clubs, distance des zones urbaines,
Navigation Quantité et valeur des marchandises
(risque d'envasement ou transportées, effectifs des travailleurs
de végétation aquatique)
Drainage Dommages possibles, coût des remèdes,
(risque d'envasement ou population affectée
d'obstructions causes de
débordements)
2.4 Exploitation des données
L'exploitation des données peut se répartir entre les principes opérationnels ou de contrôle et ceux de planification et de recherche, et elle se situe ainsi à divers échelons d'organisation et en divers points géographiques.
2.4.1 Opérations et contrôles
Les principes des opérations et des contrôles comprendront:
1. L'identification des zones nécessitant des améliorations et l'évaluation du degré d'urgence.
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.
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.