Qualité de l’eau

La complexité de la qualité de l’eau en tant que sujet se reflète dans les nombreux types de mesures des indicateurs de la qualité de l’eau. Certaines mesures de la qualité de l’eau sont effectuées avec plus de précision sur place, car l’eau existe en équilibre avec son environnement. Les mesures couramment effectuées sur place et en contact direct avec la source d’eau en question comprennent la température, le pH, l’oxygène dissous, la conductivité, le potentiel de réduction de l’oxygène (ORP), la turbidité et la profondeur du disque de Secchi.

Prélèvement d’échantillonsModifier

Une station d’échantillonnage automatisée installée le long de la branche Est de la rivière Milwaukee, à New Fane, dans le Wisconsin. Le couvercle du passeur automatique de 24 bouteilles (au centre) est partiellement soulevé, montrant les bouteilles d’échantillon à l’intérieur. L’échantillonneur automatique a été programmé pour collecter des échantillons à intervalles de temps, ou proportionnellement au débit sur une période donnée. L’enregistreur de données (armoire blanche) a enregistré la température, la conductance spécifique et les niveaux d’oxygène dissous.

Des mesures plus complexes sont souvent effectuées dans un laboratoire, ce qui nécessite qu’un échantillon d’eau soit collecté, conservé, transporté et analysé à un autre endroit. Le processus d’échantillonnage de l’eau introduit deux problèmes importants :

• Le premier problème est la mesure dans laquelle l’échantillon peut être représentatif de la source d’eau d’intérêt. Les sources d’eau varient dans le temps et dans l’espace. La mesure d’intérêt peut varier de façon saisonnière ou du jour à la nuit ou en réponse à une activité de l’homme ou des populations naturelles de plantes et d’animaux aquatiques. La mesure d’intérêt peut varier en fonction de la distance entre la limite de l’eau, l’atmosphère sus-jacente et le sol sous-jacent ou confiné. L’échantillonneur doit déterminer si un seul moment et un seul lieu répondent aux besoins de l’enquête, ou si l’utilisation de l’eau à laquelle on s’intéresse peut être évaluée de manière satisfaisante par les valeurs moyennes de l’échantillonnage dans le temps et dans l’espace, ou si les maxima et minima critiques nécessitent des mesures individuelles sur une série de moments, de lieux ou d’événements. La procédure de collecte des échantillons doit assurer une pondération correcte des temps et des lieux d’échantillonnage individuels lorsque le calcul de la moyenne est approprié.:39-40 Lorsque des valeurs maximales ou minimales critiques existent, des méthodes statistiques doivent être appliquées à la variation observée afin de déterminer un nombre adéquat d’échantillons pour évaluer la probabilité de dépasser ces valeurs critiques.
• Le deuxième problème survient lorsque l’échantillon est retiré de la source d’eau et commence à établir un équilibre chimique avec son nouvel environnement – le récipient d’échantillonnage. Les récipients d’échantillon doivent être faits de matériaux ayant une réactivité minimale avec les substances à mesurer ; et le pré-nettoyage des récipients d’échantillon est important. L’échantillon d’eau peut dissoudre une partie du récipient d’échantillonnage et tout résidu sur ce récipient, et les produits chimiques dissous dans l’échantillon d’eau peuvent être sorbés sur le récipient d’échantillonnage et y rester lorsque l’eau est versée pour être analysée :4 Des interactions physiques et chimiques similaires peuvent avoir lieu avec les pompes, les canalisations ou les dispositifs intermédiaires utilisés pour transférer l’échantillon d’eau dans le récipient d’échantillonnage. L’eau recueillie à des profondeurs inférieures à la surface sera normalement maintenue à la pression réduite de l’atmosphère ; le gaz dissous dans l’eau s’accumulera donc au sommet du récipient. Le gaz atmosphérique au-dessus de l’eau peut également se dissoudre dans l’échantillon d’eau. D’autres équilibres de réactions chimiques peuvent changer si l’échantillon d’eau change de température. Des particules solides finement divisées, auparavant en suspension par la turbulence de l’eau, peuvent se déposer au fond du récipient d’échantillonnage, ou une phase solide peut se former par croissance biologique ou précipitation chimique. Les micro-organismes présents dans l’échantillon d’eau peuvent modifier biochimiquement les concentrations d’oxygène, de dioxyde de carbone et de composés organiques. Le changement des concentrations de dioxyde de carbone peut modifier le pH et changer la solubilité des produits chimiques d’intérêt. Ces problèmes sont particulièrement préoccupants lors de la mesure de produits chimiques supposés être significatifs à de très faibles concentrations.

Filtrer un échantillon d’eau prélevé manuellement (échantillon instantané) pour l’analyse

La conservation de l’échantillon peut résoudre partiellement le deuxième problème. Une procédure courante consiste à conserver les échantillons au froid pour ralentir le rythme des réactions chimiques et des changements de phase, et à analyser l’échantillon dès que possible ; mais cela ne fait que minimiser les changements plutôt que de les empêcher.:43-45 Une procédure utile pour déterminer l’influence des récipients d’échantillons pendant le délai entre le prélèvement et l’analyse consiste à préparer deux échantillons artificiels avant l’événement d’échantillonnage. L’un des récipients d’échantillonnage est rempli d’eau dont on sait, grâce à des analyses antérieures, qu’elle ne contient aucune quantité détectable de la substance chimique recherchée. Cet échantillon, appelé « blanc », est ouvert pour être exposé à l’atmosphère lorsque l’échantillon en question est prélevé, puis refermé et transporté au laboratoire avec l’échantillon pour être analysé afin de déterminer si les procédures de prélèvement ou de conservation de l’échantillon ont introduit une quantité mesurable du produit chimique en question. Le second échantillon artificiel est collecté avec l’échantillon d’intérêt, mais est ensuite « dopé » avec une quantité supplémentaire mesurée du produit chimique d’intérêt au moment de la collecte. Le blanc (contrôle négatif) et l’échantillon dopé (contrôle positif) sont transportés avec l’échantillon d’intérêt et analysés par les mêmes méthodes aux mêmes moments pour déterminer tout changement indiquant des gains ou des pertes pendant le temps écoulé entre le prélèvement et l’analyse.

Tests en réponse aux catastrophes naturelles et autres urgencesEdit

Tests de l’eau dans le Golfe du Mexique après la marée noire de Deepwater Horizon

Après des événements tels que des tremblements de terre et des tsunamis, les organismes d’aide réagissent immédiatement en lançant des opérations de secours pour tenter de restaurer les infrastructures de base et fournir les articles fondamentaux indispensables à la survie et au rétablissement ultérieur. La menace de maladie augmente énormément en raison du grand nombre de personnes vivant à proximité les unes des autres, souvent dans des conditions sordides, et sans assainissement adéquat.

Après une catastrophe naturelle, en ce qui concerne l’analyse de la qualité de l’eau, les avis sont partagés sur la meilleure marche à suivre et une variété de méthodes peuvent être employées. Les principaux paramètres de base de la qualité de l’eau qui doivent être pris en compte en cas d’urgence sont les indicateurs bactériologiques de la contamination fécale, le chlore résiduel libre, le pH, la turbidité et éventuellement la conductivité/les solides dissous totaux. Il existe de nombreuses méthodes de décontamination.

Après des catastrophes naturelles majeures, un temps considérable peut s’écouler avant que la qualité de l’eau ne retrouve les niveaux d’avant la catastrophe. Par exemple, après le tsunami de 2004 dans l’océan Indien, l’Institut international de gestion de l’eau (IWMI), basé à Colombo, a surveillé les effets de l’eau salée et a conclu que les puits avaient retrouvé la qualité de l’eau potable d’avant le tsunami un an et demi après l’événement. L’IWMI a élaboré des protocoles pour le nettoyage des puits contaminés par l’eau salée ; ceux-ci ont ensuite été officiellement approuvés par l’Organisation mondiale de la santé dans le cadre de sa série de directives d’urgence.

Analyse chimiqueEdit

Un chromatographe en phase gazeuse-spectromètre de masse
mesure les pesticides et autres polluants organiques

Les méthodes d’analyse chimique les plus simples sont celles qui mesurent les éléments chimiques sans tenir compte de leur forme. L’analyse élémentaire de l’oxygène, par exemple, indiquerait une concentration de 890 g/L (grammes par litre) de l’échantillon d’eau car l’oxygène (O) représente 89 % de la masse de la molécule d’eau (H2O). La méthode choisie pour mesurer l’oxygène dissous doit faire la différence entre l’oxygène diatomique et l’oxygène combiné à d’autres éléments. La simplicité comparative de l’analyse élémentaire a produit une grande quantité de données d’échantillons et de critères de qualité de l’eau pour des éléments parfois identifiés comme des métaux lourds. L’analyse de l’eau pour les métaux lourds doit tenir compte des particules de sol en suspension dans l’échantillon d’eau. Ces particules de sol en suspension peuvent contenir des quantités mesurables de métal. Bien que les particules ne soient pas dissoutes dans l’eau, elles peuvent être consommées par les personnes qui boivent l’eau. L’ajout d’acide à un échantillon d’eau pour empêcher la perte de métaux dissous sur le récipient d’échantillon peut dissoudre davantage de métaux des particules de sol en suspension. La filtration des particules de sol de l’échantillon d’eau avant l’ajout d’acide peut cependant entraîner la perte de métaux dissous sur le filtre. Les complexités de la différenciation de molécules organiques similaires sont encore plus difficiles.

La spectroscopie de fluorescence atomique est utilisée pour mesurer le mercure et d’autres métaux lourds

Réaliser ces mesures complexes peut être coûteux. Comme les mesures directes de la qualité de l’eau peuvent être coûteuses, les programmes de surveillance continue sont généralement menés et les résultats publiés par les organismes gouvernementaux. Cependant, il existe des programmes bénévoles locaux et des ressources disponibles pour une certaine évaluation générale. Les outils disponibles pour le grand public comprennent des kits de test sur site, couramment utilisés pour les aquariums domestiques, et des procédures d’évaluation biologique.

Surveillance en temps réelEdit

Bien que la qualité de l’eau soit généralement échantillonnée et analysée dans des laboratoires, depuis la fin du 20e siècle, le public s’intéresse de plus en plus à la qualité de l’eau potable fournie par les systèmes municipaux. De nombreux services publics de l’eau ont mis au point des systèmes pour recueillir des données en temps réel sur la qualité de l’eau de source. Au début du 21e siècle, une variété de capteurs et de systèmes de surveillance à distance ont été déployés pour mesurer le pH de l’eau, la turbidité, l’oxygène dissous et d’autres paramètres. Certains systèmes de télédétection ont également été développés pour surveiller la qualité de l’eau ambiante dans les masses d’eau fluviales, estuariennes et côtières.

Indicateurs de l’eau potableModifier

Un conductimètre électrique est utilisé pour mesurer les solides dissous totaux

Voici une liste d’indicateurs souvent mesurés par catégorie situationnelle :

• Alcalinité
• Couleur de l’eau
• pH
• Goût et odeur (géosmine, 2-Méthylisobornéol (MIB), etc.)
• Métaux et sels dissous (sodium, chlorure, potassium, calcium, manganèse, magnésium)
• Micro-organismes tels que les bactéries coliformes fécales (Escherichia coli), Cryptosporidium et Giardia lamblia ; voir Analyse bactériologique de l’eau
• Métaux et métalloïdes dissous (plomb, mercure, arsenic, etc.)
• Matières organiques dissoutes : matière organique dissoute colorée (CDOM), carbone organique dissous (DOC)
• Radon
• Métaux lourds
• Pharmaceutiques
• Analogues d’hormones

Indicateurs environnementauxModification

Indicateurs physiquesEdit

Indicateurs chimiquesModifier

Indicateurs biologiquesModifier

Les mesures de surveillance biologique ont été développées dans de nombreux endroits, et une famille de mesures largement utilisée pour les eaux douces est la présence et l’abondance des membres des ordres d’insectes éphéméroptères, plécoptères et trichoptères (EPT) (des macroinvertébrés benthiques dont les noms communs sont, respectivement, éphémère, perle et phrygane). Les indices EPT varient naturellement d’une région à l’autre, mais en général, dans une même région, plus le nombre de taxons de ces ordres est élevé, meilleure est la qualité de l’eau. Des organisations aux États-Unis, telles que l’EPA, offrent des conseils pour développer un programme de surveillance et identifier les membres de ces ordres et d’autres ordres d’insectes aquatiques. De nombreux responsables américains du rejet d’eaux usées (usines, centrales électriques, raffineries, mines, stations d’épuration municipales) sont tenus d’effectuer périodiquement des tests de toxicité de l’effluent entier (WET).

Les personnes intéressées par la surveillance de la qualité de l’eau qui ne peuvent pas se permettre ou gérer des analyses à l’échelle du laboratoire peuvent également utiliser des indicateurs biologiques pour obtenir une lecture générale de la qualité de l’eau. Un exemple est le programme bénévole de surveillance de l’eau IOWATER de l’Iowa, qui comprend une clé d’indicateurs EPT.

Les mollusques bivalves sont largement utilisés comme bioindicateurs pour surveiller la santé des milieux aquatiques, tant en eau douce que dans les milieux marins. L’état ou la structure de leur population, leur physiologie, leur comportement ou leur niveau de contamination par des éléments ou des composés peuvent indiquer l’état de contamination de l’écosystème. Ils sont particulièrement utiles car ils sont sessiles et donc représentatifs de l’environnement où ils sont échantillonnés ou placés. Un projet typique est le programme américain Mussel Watch, mais aujourd’hui ils sont utilisés dans le monde entier.

La méthode Southern African Scoring System (SASS) est un système de surveillance biologique de la qualité de l’eau basé sur la présence de macroinvertébrés benthiques (EPT). L’outil de biosurveillance aquatique SASS a été perfectionné au cours des 30 dernières années et en est aujourd’hui à sa cinquième version (SASS5) qui a été spécifiquement modifiée conformément aux normes internationales, à savoir le protocole ISO/IEC 17025. La méthode SASS5 est utilisée par le Département sud-africain des affaires de l’eau comme méthode standard pour l’évaluation de la santé des rivières, qui alimente le programme national de santé des rivières et la base de données nationale des rivières.