La surveillance de la qualité de l’eau potable Manuel J. Rodriguez Professeur, ESAD Chercheur, CRAD

CONTEXTE Sources d’eau de plus en plus menacées Réglementation de plus en plus sévère Population davantage préoccupée par les risques à la santé et la qualité esthétique de l’eau de robinet Distribution d’une eau potable minimisant les risques à la santé publique et de qualité irréprochable: un enjeu majeur pour les gestionnaires

SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution

Objectifs d’un programme de surveillance de la qualité de l’eau Conformité réglementaire Protection de la source Contrôle des procédés de traitement Gestion de la qualité en réseau Anticipation de problèmes Stratégies de planification Surveillance épidémiologique

SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET Quoi? À quelle fréquence? Quand? À quel endroit ? Comment? réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution

Composantes d’un programme de surveillance de la qualité de l’eau Les descripteurs à considérer La localisation des prélèvements La fréquence des prélèvements Le type d’échantillon à prélever Les méthodes analytiques La durée du programme

SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET Points de surveillance Quoi? À quelle fréquence? Quand? À quel endroit ? Comment? réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution Points de surveillance

SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET Points de surveillance Quoi? À quelle fréquence? Quand? À quel endroit ? Comment? réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution Points de surveillance

SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET Points de surveillance Quoi? À quelle fréquence? Quand? À quel endroit ? Comment? réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution Points de surveillance

À quel endroit ? À quel endroit ? CRITÈRES POUR DÉCIDER Vulnérabilité à la contamination (configuration du RD, conduites, localisation, hydraulique, etc.) Historique de la qualité de l’eau (microbiologique, physico-chimie) Population vulnérable (hôpitaux, personnes agées, écoles, etc.) À quel endroit ? Plaintes des citoyens (Portrait historique, temps et espace) Satisfaction de la population (Enquêtes de perception, temps et espace) Coût de la surveillance (Personnel, équipement, laboratoire, etc.) Exigences réglementaires (prélèvements, fréquences, etc.)

Des difficultés importantes Les variations de la qualité de l’eau dans le temps et dans l’espace peuvent être considérables

Des difficultés importantes Les variations de la qualité de l’eau dans le temps et dans l’espace peuvent être considérables L’information sur la qualité de l’eau n’est pas toujours disponible et traitée “dans les plus brefs délais”

SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET

SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET Délai: -échantillonnage, -transport, -analyse, -interprétation

Quelques exemples de R & D PROGRAMME DE SURVEILLANCE DES SOUS-PRODUITS DE LA DÉSINFECTION (SPD) ANTICIPATION DE LA VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ DE LA SOURCE ET EN RÉSEAU AMÉLIORATION DE LA POST-DÉSINFECTION EN RÉSEAU DE DISTRIBUTION

PROGRAMME DE SURVEILLANCE DES SOUS-PRODUITS DE LA DÉSINFECTION (SPD) EXEMPLE 1 PROGRAMME DE SURVEILLANCE DES SOUS-PRODUITS DE LA DÉSINFECTION (SPD)

EXEMPLE 1

Points d’application de chlore dans un système EXEMPLE 1 Points d’application de chlore dans un système Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 Réservoir Traitement physico-chimique Source

Différents types de désinfectants et de sous-produits (SPD) EXEMPLE 1 Différents types de désinfectants et de sous-produits (SPD) - Chlore: Trihalométhanes (THM), HAA, HAN - Chloramines: NDMA, autres nitrosamines - Dioxyde de chlore: chlorite, chlorate - Ozone: bromates

EXEMPLE 1 Effets potentiels des SPC sur la santé humaine Normes dans la réglementation sur l’eau potable THM (80 mg/L): Québec, EPA THM (100 mg/L): Santé Canada AHA (60 mg/L): EPA

EXEMPLE 1 Programme de recherche sur les sous-produits de la désinfection (SPD) Maîtriser et modéliser la présence et les variations spatio-temporelles des SPD et de leurs précurseurs de la source au robinet Développer des bases de connaissances et des outils décisionnels destinés aux: 1) gestionnaires et aux opérateurs des systèmes d’eau potable (municipalités), 2) responsables de la réglementation (provincial, fédéral) 3) gestionnaires et responsables de la santé publique (études épidémiologiques).

Facteurs responsables de la présence de SPC EXEMPLE 1 Facteurs responsables de la présence de SPC Qualité de la source Conditions environnementales Traitement de l’eau (usine) Stratégie de désinfection Distribution en réseau Manipulation avant utilisation de l’eau

EXEMPLE 1 La source Le traitement La distribution Le robinet Caractérisation saisonnière de la matière organique et suivi des indicateurs de précurseurs de SPC Le traitement Efficacité de l’enlèvement des précurseurs et devenir des SPC La distribution Évolution spatio-temporelle des SPC: (saisons, mois, semaines, jours, heures) Le robinet Impact de la manipulation de l’eau sur le devenir des SPC

EXEMPLE 1

EXEMPLE 1 Variations spatio-temporelle des THM (Ville de Québec, 2005) Printemps 2005 Été 2005 Automne 2005 Source: Chistelle Legay (2006)

Rivière Saint-Charles EXEMPLE 1 Rechloration Post-chloration Alun Ozonation Préchloration Réservoir Réservoir Filtres Rivière Saint-Charles Actiflo THM (mg/L) 9,0 12,9 15,8 17,3 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1

Rivière Saint-Charles EXEMPLE 1 Rechloration Post-chloration Alun Ozonation Préchloration Réservoir Réservoir Filtres Rivière Saint-Charles Actiflo THM (mg/L) 9,0 12,9 15,8 17,3 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1 AHA (mg/L) 19,3 27,1 22,1 25,4 28,4 39,9 35,4 20,4 58,2

Variations saisonnières EXEMPLE 1 THM (mg/L) Variations saisonnières AHA (mg/L)

Impact du temps de séjour EXEMPLE 1 THM (mg/L) Impact du temps de séjour AHA (mg/L)

Eau froide vs Eau chaude EXEMPLE 1 (mg/L) Eau froide vs Eau chaude (mg/L)

EXEMPLE 1

EXEMPLE 1

EXEMPLE 1 1st 2nd 3rd 4rd IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES RQEP: norme sur les THM « Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »

EXEMPLE 1 1st 2nd 3rd 4rd IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES RQEP: norme sur les THM « Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »

EXEMPLE 1 1st 2nd 3rd 4rd IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES RQEP: norme sur les THM « Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »

- À la résidence - Piscines ET L’EXPOSITION RÉELLE DE LA POPULATION? Impact du « réseau » de la maison Bain et douche (chauffe-eau) manipulation de l’eau: traitement, filtres, bouilloires, stockage, etc. - Piscines Désinfectées Apport supplémentaire de M.O., azote, etc.

ANTICIPATION DE LA VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ DE LA SOURCE ET EN RÉSEAU EXEMPLE 2 ANTICIPATION DE LA VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ DE LA SOURCE ET EN RÉSEAU

EXEMPLE 2 Surveillance de la qualité de l’eau pour anticiper des problèmes de qualité de l’eau Systèmes de surveillance précoce de la qualité de l’eau (« Early Warning Systems ») Techniques d’analyse rapide de la qualité de l’eau Systèmes prévisionnels de la qualité de l’eau (modèles temporels)

EXEMPLE 2 Surveillance de la qualité de l’eau pour anticiper des problèmes de qualité de l’eau Systèmes de surveillance précoce de la qualité de l’eau (« Early Warning Systems ») Techniques d’analyse rapide de la qualité de l’eau Systèmes prévisionnels de la qualité de l’eau (modèles temporels)

Systèmes prévisionnels pour la surveillance de la qualité de l’eau EXEMPLE 2 Systèmes prévisionnels pour la surveillance de la qualité de l’eau Voir venir pour réagir à temps… Exemples: Eau brute: qualité microbiologique (turbidité, couleur, coliformes, azote ammoniacal) Eau distribuée: qualité physico-chimique (chlore résiduel, trihalométhanes, bactéries) Techniques de modélisation multivariées puissantes: Analyse de séries temporelles (linéaires, non linéaires) Réseaux de neurones

EXEMPLE 2 Système prévisionnel pour le E. coli dans l’eau brute (Rivière Saint-Charles) Séries Box-Jenkins Réseaux de neurones Été Automne

Entrée du réseau de distribution Milieu du réseau de distribution EXEMPLE 2 Système prévisionnel pour le chlore résiduel dans le réseau de la Ville de Québec Chlore résiduel libre Réseaux de neurones Entrée du réseau de distribution Chlore résiduel libre Milieu du réseau de distribution

EXEMPLE 2 Système prévisionnel pour les trihalométhanes et les acides haloacétiques dans le réseau de la Ville de Québec Chloroform Séries temporelles, Réseaux de neurones DCAA HAA

AMÉLIORATION DE LA POST-DÉSINFECTION EN RÉSEAU DE DISTRIBUTION EXEMPLE 3 AMÉLIORATION DE LA POST-DÉSINFECTION EN RÉSEAU DE DISTRIBUTION

Réseau de distribution EXEMPLE 3 réservoir réservoir Source Traitement Réseau de distribution

Rivière Saint-Charles EXEMPLE 3 Rechloration Post-chloration Alun Ozonation Préchloration Réservoir Réservoir Filtres Rivière Saint-Charles Actiflo Point d’échantillonnage

Réservoir en réseau EXEMPLE 3 Cl2 Rechloration Point en extrémité CONSTAT DU CONTRÔLE DE QUALITÉ: Bactéries hétérotrophes (BHAA): élevées Cl2 : non-détecté Trihalométhanes (THM) et autres: élevés Rechloration Cl2 Point en extrémité Réservoir en réseau Point d’échantillonnage

Rivière Saint-Charles EXEMPLE 3 Rechloration Post-chloration Alun Ozonation Préchloration Réservoir Réservoir Filtres Rivière Saint-Charles Actiflo THM (mg/L) 9,0 12,9 15,8 17,3 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1 AHA (mg/L) 19,3 27,1 22,1 25,4 28,4 39,9 35,4 20,4 58,2

Réservoir en réseau EXEMPLE 3 Cl2 Rechloration Point en extrémité CONSTAT DU CONTRÔLE DE QUALITÉ: Bactéries hétérotrophes (BHAA): élevées Cl2 : non-détecté Trihalométhanes (THM) et autres: élevés Rechloration Cl2 Point en extrémité Réservoir en réseau Point d’échantillonnage

QUELQUES SOLUTIONS Améliorer les stratégies de dosage du chlore EXEMPLE 3 QUELQUES SOLUTIONS Améliorer les stratégies de dosage du chlore Modifier les endroits de la rechloration Utiliser un désinfectant alternatif Modifier les caractéristiques hydrauliques de la distribution (réservoir, réseau)

OUTILS MÉTHODOLOGIQUES EXEMPLE 3 OUTILS MÉTHODOLOGIQUES Caractériser les réseaux de distribution Modéliser le comportement hydraulique (réservoir, réseau) Modéliser la qualité de l’eau (chlore résiduel, THM, etc.) Investiguer des scénarios opérationnels divers Optimiser selon des objectifs et contraintes (modèles)

PROBLÈME D’OPTIMISATION EXEMPLE 3 PROBLÈME D’OPTIMISATION Maximiser les teneurs en chlore résiduel libre Minimiser la présence de miccrorganismes (BHAA) Post-désinfection En réseau Minimiser les concentrations de THM et autres Minimiser les goûts et odeurs associés à la postdésinfection

AUTRES DÉFIS À RELEVER EXEMPLE 3 Resserrement des normes sur certaines substances Nouvelles substances normées Adaptation des infrastructures à l’évolution réglementaire (affinage) Réseaux de distribution en évolution Des systèmes d’approvisionnement à risque Impacts des changements climatiques (quantité et qualité)…

Infos: www.crad.ulaval.ca/grepul MERCI Infos: www.crad.ulaval.ca/grepul