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Sur quelle période échantillonner les cours d'eau ?
Lorsque la concentration d'une substance mesurée dans l'environnement aquatique dépasse son critère de qualité environnementale, la qualité de l'eau est jugée insuffisante. Mais sur quelle période effectuer les prélèvements pour déterminer cette concentration moyenne ?
Suite à la révision de l'ordonnance suisse sur la protection des eaux de 2016, des critères de qualité écotoxicologiques devraient être inscrits dans la loi pour de nombreux polluants à partir de 2018. Les critères ou normes de qualité environnementale sont des concentrations spécifiques individuelles en dessous desquelles aucun effet nocif sur la vie aquatique n'est attendu. Deux de ces valeurs sont déterminées pour une substance donnée à partir des données de toxicité : un critère de qualité dit « aigu » qui doit protéger les organismes des expositions de courte durée et un critère de qualité dit « chronique » qui vise à les prémunir des effets d'une exposition de longue durée.
Les modèles informatiques facilitent la prise de décision
Pour apprécier la qualité de l'eau, le critère de qualité individuel est comparé à la concentration de la substance correspondante mesurée dans un échantillon d'eau. Plusieurs stratégies d'échantillonnage sont alors envisageables. Les prélèvements ponctuels livrent une bonne image de la situation à un moment donné mais peuvent manquer les pics de pollution. Les échantillons composites prélevés sur une longue période rendent compte de toutes les pollutions mais nivellent les maximums de concentration si ceux-ci ne se maintiennent pas dans la durée. Cette différence peut influencer l'évaluation de la toxicité. Sur quelle période convient-il alors de constituer l'échantillon composite à analyser ? Pour tenter de répondre à cette question, le Centre Ecotox et l'université de York (UK) ont décidé de recourir à un modèle toxicocinétique et toxicodynamique. Ce dernier décrit aussi bien la répartition et la métabolisation des composés chimiques dans l'organisme que leurs effets à différents niveaux d'organisation biologique. « Nous avons cherché à savoir si la méthode d'évaluation du risque écotoxicologique pour les organismes à partir des concentrations moyennes mesurées dans les échantillons composites permettait d'appréhender le risque réel. Ce dernier varie en fonction des fluctuations de la concentration », indique Marion Junghans du Centre Ecotox. L'étude a été mandatée par l'Office fédéral de l'environnement.
Étant donné que les concentrations de produits phytosanitaires, en particulier, varient fortement dans les cours d'eau en raison de l'irrégularité des applications et de la relation entre les rejets et les pluies, sept de ces composés ont été choisis pour la modélisation. Pour alimenter le modèle, les scientifiques ont utilisé les données de la campagne de monitoring 2015 du projet NAWA SPEZ. À l'aide du modèle, ils ont alors étudié la toxicité de la carbendazime (un fongicide), du chlorpyrifos, du diazinon, du diméthoate et de l'imidaclopride (des insecticides) pour le gammare et le vairon à grosse tête ou tête-de-boule et celle de l'imidaclopride pour la reproduction des daphnies. Ils ont par ailleurs examiné la toxicité du métazachlore et du diuron (deux herbicides) pour la croissance des lentilles d'eau et des algues. Les tests de toxicité aiguë durant en moyenne trois jours, les effets aigus ont été étudiés à partir d'échantillons composites constitués sur trois jours et les effets chroniques à partir d'échantillons collectés sur 14 jours.
L'intérêt de l'échantillonnage asservi au temps
Les résultats de la modélisation confirment l'intérêt des échantillons composites constitués sur 14 jours pour la surveillance des risques d'effets chroniques dans le milieu aquatique. Bien que, pendant toute la période considérée, il soit arrivé que la toxicité prédite ait été sur ou sous-estimée, une bonne concordance a été observée entre la prédiction pour les périodes de toxicité maximale et la toxicité modélisée pour les échantillons composites. « Dans l'ensemble, le risque réel a été sous-estimé à peu près aussi souvent qu'il a été surestimé, explique Marion Junghans. D'un autre côté, les écarts étaient très faibles si l'on considère l'énorme variabilité du risque observé qui pouvait aller jusqu'à un facteur 12. » Les risques aigus peuvent être évalués à partir d'échantillons composites constitués sur 3 jours. Même si cet échantillonnage peut entraîner une sous-estimation de la toxicité des substances dont l'action est principalement létale, il présente l'avantage, par rapport aux prélèvements ponctuels, de réduire la probabilité de manquer les pics de concentration. « Cette solution nous semble constituer un bon compromis entre faisabilité et sur ou sous-estimation du risque », commente Marion Junghans.
Plus d'informations
Junghans, M., Werner, I., Ashauer, R., Kuhl, R., Zimmer, E. (2017) Praxistaugliche Beurteilungen von kurzzeitigen Expositionsspitzen.