Chaire de recherche du Canada sur la dynamique des contaminants microbiens dans les sources d'approvisionnement en eau

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1 Chaire de recherche du Canada sur la dynamique des contaminants microbiens dans les sources d'approvisionnement en eau Impacts et adaptations aux changements climatiques des infrastructures municipales en eau de la rivière des Prairies Sarah Dorner L. Autixier, I. Jalliffier-Verne, K. Pongamala, A. Mailhot, S.Bolduc, G.Talbot, A-S.Madoux-Humery, M. Galarneau, M. Prévost Journée d information, 21 janvier 2009

2 Plan de la présentation Contexte Objectifs du projet Plan expérimental Suivi des débordements Résultats de modélisation Pratiques de gestion optimales Conclusion

3 Contexte Le gouvernement du Québec a publié sa stratégie pour la protection des sources d approvisionnement des eaux potables en 2012 Analyse de vulnérabilité des prises d eau potable Les débordements des réseaux unitaires sont des menaces importantes pour les sources d eau urbaines Peu de restrictions concernant le nombre de débordements à certaines périodes de l année Par exemple, en hiver et durant la fonte des neiges Eaux diluées? Les eaux de débordement ne sont, en général, pas traitées

4 Contexte Changements climatiques Hausse des précipitations moyennes Fréquence des surverses dans les réseaux combinés accrue Risque accru de contamination des sources d eau potable Les changements climatiques auront un effet sur les débordements Modification de la fréquence et durée des débordements Changement de la dilution dans le milieu récepteur L adaptation aux changements climatiques nécessitera une meilleure compréhension de la relation entre les précipitations et les débordements Quel est le lien entre précipitations et la qualité des eaux? Comment quantifier les extrêmes?

5 Protection des sources d eau potable Les sources d eau potable devront être classifiées par rapport à leurs concentrations d E. coli Le traitement d eau potable est basé sur les concentrations d E. coli à l eau brute E. coli (CFU/100mL) La détermination des origines des pics de contamination fécale est un aspect important de la protection des sources d approvisionnement en eau potable

6 Objectifs Identifier des mesures d adaptation à l échelle d un basin de drainage urbain afin de minimiser les impacts des changements climatiques sur les prises d eau potable de la rivière des Prairies Hypothèses: la mise en place de cellules de biorétention sur le territoire étudié pourrait permettre de diminuer les caractéristiques (durée, volume, débit maximal et moyen) des surverses.

7 Objectifs Modéliser l hydrodynamique en 2 dimensions la rivière des Prairies en climat actuel en période d étiage et de crue. Modéliser en 2 dimensions la rivière des Prairies en climat futur en période d étiage et de crue (R. Leconte) Prédire le devenir des contaminants microbiologiques en intégrant au modèle les phénomènes chimiques, microbiologiques et physiques d atténuation des contaminants. Quantifier les impacts sur les installations de production d eau potable (B. Barbeau)

8 Mise en place du modèle SWMM 341 ha 121 sous bassins Réseau pseudoséparatif Eaux de ruissellement des rues : sort du secteur étudié Eaux sanitaires, eaux pluviales provenant des toits plats, des drains de fondations et des entrés en dépression : acheminées vers le réseau combiné Réseau unitaire Eaux pluviales et sanitaires acheminées vers le point de surverse Réseau pseudoséparatif Eaux de ruissellement des rues : sort du secteur étudié Eaux sanitaires, eaux pluviales provenant des toits plats, des drains de fondations et des entrées en dépression : acheminées vers le réseau combiné Vers le point de surverse

9 Modélisation : hydraulique (A1)

10 Modélisation : Hydraulique (E1)

11 Modélisation : Hydraulique

12 Modélisation : E. coli Inactivation des E.coli dans les conduites E.coli dans les eaux de ruissellement (accumulation puis lessivage) E.coli dans les eaux de surverse E.coli dans les eaux sanitaires (variations journalières et saisonnières)

13 Variabilité journalière Heaton et al. (1992) Gut 33: Heure de la journée

14 Modélisation : E. coli

15 Modélisation : E. coli

16 Modélisation : MES

17 Modélisation : MES

18 Évolution des sources de contaminants (Pongmala, 2012)

19 Mesure d adaptation : Mise en place de cellules de biorétention Contrôle qualitatif et quantitatif Réduire le volume des eaux de ruissellement pour réduire la fréquence et le volume des surverses Zone de stationnement Cellules de biorétention

20 Mise en place de cellules de biorétention (échelle locale) Eaux arrivant restituées au réseau(%) 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% Pourcentage des eaux arrivant aux jardins restituées au système en fonction de la hauteur de pluie 0% 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 Hauteur de pluie (mm) Plus l événement est intense, moins les jardins sont efficaces

21 Résultats de la mise en place de cellules de biorétention Réduction du débit de pointe de surverse (%) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Réduction du débit de pointe de surverse en fonction du scénario 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Scénario A1 A2 A3 A4 E1 E2 E3

22 Mise en place des jardins de pluie : effets sur la qualité des eaux Pour les événements simulés, pas de réduction dans le nombre de débordements Augmentation de la concentration des contaminants Plus grande accumulation de contaminants non lessivés durant les petits événements Peu de réduction du débit de pointe des événements intenses, grand lessivage des contaminants accumulés Plus faible dilution des eaux sanitaires

23 Conclusion Débordements représentent une dilution modeste des eaux usées (E. coli) Concentrations des contaminants hautement variables et sont liées aux précipitations SWMM a bien modélisé les pointes de concentrations des E. coli et MES. Cependant, SWMM ne considère pas les sources internes de contaminants Le phénomène de first flush est important pour les MES, mais est moins important pour les E. coli

24 Conclusion Les objectifs pour la gestion des eaux pluviales ne sont pas les mêmes que pour la protection des sources d approvisionnement en eau potable On peut capter 90% des événements annuels avec des cellules de bioretention, mais augmenter les pointes de contaminants dans les débordements Solution? : mise en place des pratiques de gestion optimales pour réduire les volumes de débordements à traiter en amont des prises d eau

25 Perspectives Caractérisation des dépôts solides Modélisation des débordements en climat futur Modélisation de la rivière des Prairies Comparaison des mesures d adaptation dans les bassins de drainage versus à l usine de traitement de l eau potable QMRA

26 Remerciements Ouranos, Caroline Larrivée, CEHQ CRSNG Ville de Laval, Ville de Montréal Benoit Barbeau, Annie Carrière, Robert Leconte, Mourad Heniche Fondation canadienne pour l innovation Chaires de recherche du Canada Musandji Fuamba, Sébastien Sauvé sarah.dorner@polymtl.ca