15.7.1 Objectifs
variables de qualité, des zones homogènes dans le fleuve St-Laurent. On s’intéresse particulièrement à 3 usages de 1’eau: l’alimentation en eau potable, la récréation et le maintien d’une vie aquatique équilibrée. On retient parmi les données disponibles 3 variables en fonction de ces 3 usages: 1’azote inorganique (N), le phosphore inorganique (P), la turbidité (T).
L’analyse des données vise à permettre: 1’établissement d’un réseau de surveillance basé sur un nombre réduit de stations représentatives dans chaque zone homogène et 1’identification des zones où la qualité est particulièrement détériorée (une présentation plus détaillée de cet exemple est donnée par Lachance et al. [1979]).
15.7.2 Analyse des données
On dispose de données à 112 stations qui ont été échantillonnées 19 fois entre mai et septembre 1976; 86 stations sont situées sur le St-Laurent, les 26 autres sont réparties entre le lac des Deux-Montagnes, la rivière des Prairies et la rivière des Mille-Iles (Figure 15.16). On considère dans 1’analyse les moyennes à chaque station calculées sur la période d’
échantillonnage.
L’analyse est effectuée en appliquant la méthode d’analyse factorielle des correspondances et la classification ascendante hiérarchique (fiche G). Le tableau brut des données (matrice 112 x 3) a été codé en considérant 5 classes quasi-équiprobables pour chacune des 3 variables; on doit alors analyser une matrice de 112 lignes (stations) et 15 colonnes (5 classes pour 3 variables) .
Le tableau 15.5 donne les bornes et les effectifs des classes. Le tableau 15.6 indique les coordonnées des points représentatifs de chaque classe de chaque variable (T1 est par exemple le point représentatif de la classe 1 des valeurs de turbidité) sur les 7 premiers axes factoriels qui expliquent 76% de l’inertie totale. Une représentation de ces points dans le plan des 2 premiers axes factoriels (30% d’inertie expliquée) est indiquée (figure 15.17). Cette figure montre le comportement similaire de l'azote et du phosphore; l'axe 1 qui oppose les faibles valeurs d'azote et de phosphore aux fortes valeurs de ces paramètres, traduit les variations extrêmes rencontrées dans la région d'étude. L'axe 2 explique le comportement des valeurs intermédiaires d'azote et de phosphore et des faibles valeurs de turbidité.
Le regroupement des stations ne peut-être effectué en considérant seulement les 2 premiers axes qui expliquent assez peu d'inertie; on considère dans le cas présent les 5 premiers axes pour lesquels la contribution relative cumulée est satisfaisante pour chaque point variable (figure 15.18).
Une classification ascendante hiérarchique est effectuée en considérant les distances entre stations calculées à partir des coordonnées sur les 5 premiers axes. On peut ainsi mettre en évidence 7 groupes de stations (de A à G); le nombre de groupes retenu résulte d'un compromis entre le niveau de résolution désiré et la qualité des données utilisées. La figure 15.19 montre l'appartenance de chacune des stations à l'un des 7 groupes. On a ensuite examiné l'effectif des stations dans chaque groupe et la répartition de cet effectif en fonction des classes de paramètres. On peut ainsi mettre en évidence les classes de chacune des variables qui caractérisent chaque groupe.
La figure 15.20 indique la localisation géographique des groupes homogènes des
stations et résume la caractérisation de ces groupes en fonction des classes des variables.
Ainsi, le groupe A qui correspond à plusieurs zones géographiques différentes (lac St-François, baie de Valleyfield, rive sud du lac St-Louis) est caractérisé par de faibles valeurs des paramètres (Tl, Pl, Nl); on peut, en retournant au tableau 15.15 (ou aux données originales), indiquer la gamme de variation des variables dans chaque zone.
15.7.3 Conclusion de l'étude de cas
L'analyse combinée de l'AFC et de la CAH a permis la description de la variabilité spatiale de la qualité de l'eau et l’identification de 23 zones homogènes pour les objectifs considérés; cette identification est basée sur le comportement de la turbidité, de l'azote et du phosphore inorganique qui sont caractéristiques de 3 usages importants dans le fleuve St-Laurent (alimentation en eau, récréation, maintien d'une vie aquatique équilibrée). Cette étude permet en particulier de mettre en évidence les zones ou la qualité de l'eau est particulièrement détériorée et exerce une influence sur la rationalisation du réseau de surveillance de la qualité de l'eau en permettant de relier la densité du réseau à la variabilité spatiale et au niveau de qualité observé.
Les conclusions de cette étude ne sont cependant valables que pour les objectifs considérés et les paramètres retenus.
15.8 Conclusion
L'hydrologie perçue dans un sens général nécessite la connaissance de grandeurs physiques mais aussi chimiques et biologiques dans le cas des problèmes reliés à la qualité de l'eau. Cette perception globale nécessaire en raison de l’interrelation de différentes variables (la connaissance du débit est par exemple nécessaire pour estimer un débit massique) rend complexe l'acquisition rationnelle des données. Il en a résulté également un développement important de techniques, tant pour l’élaboration des plans d’échantillonnage que pour le traitement ultérieur des données. Il ne pouvait être question ici de décrire 1’ensemble de ces méthodes et leur application à chaque type de réseau; c’est pourquoi on a délibérément choisi:
- de mettre en évidence les principaux concepts de rationalisation des réseaux de mesure en mettant 1’accent sur la nécessité de connaître le mieux possible la variabilité spatio-temporelle des grandeurs pertinentes.
- de présenter des méthodes générales permettant de relier les caractéristiques du plan d’échantillonnage aux objectifs d’un réseau et d’exploiter de manière adéquate l’information recueillie.
On a cependant voulu faire clairement apparaître 1’importance de la réflexion préliminaire avant 1’acquisition des données; cette étape peut en effet engendrer d'importantes économies et éviter 1’acquisition de données inutiles.
Il importe également de souligner que l’acquisition des données doit être perçue dans un sens dynamique; il est en effet nécessaire d’examiner périodiquement si les objectifs ont été atteints, quitte éventuellement à revoir et repréciser les objectifs initiaux. Le caractère dynamique de la rationalisation fait l’objet de travaux et 1’on peut prévoir dans un futur proche le développement et 1’application plus systématique de méthodes permettant de mieux
du plan d’échantillonnage.
L’interrelation entre les divers réseaux est également un aspect qui est de plus en plus considéré, car de nombreux problèmes en hydrologie nécessitent la connaissance de variables mesurées par des réseaux différents. Une plus grande réflexion dans cette direction contribuera à valoriser l'information acquise et surtout à apporter une réponse plus adéquate aux problèmes posés.
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