Paramètres de qualité de l'eau

Mise en contexte

La qualité de l’écosystème du bassin versant du lac Memphrémagog est suivie par différents programmes de recherche et a été le sujet de nombreuses publications. Or, il existe une panoplie de façons dont on peut aborder le sujet de la qualité d’un écosystème. Tout dépend de l’angle de lumière que l’on veut projeter. Tous ces éclairages convergent toutefois vers un constat très inquiétant : le lac Memphrémagog subit une eutrophisation accélérée, les sédiments et le phosphore qui l’envahissent proviennent en grande majorité de sources diffuses un peu partout dans le bassin versant, des deux côtés de la frontière canado-américaine. La qualité des écosystèmes aquatiques est importante en ce que des écosystèmes aquatiques en santé peuvent nous fournir une foule de services. Pour un lac qui est un réservoir d’eau potable comme l’est le Memphrémagog, le service ultime que peut rendre l’écosystème est l’offre d’une eau potable de qualité. C’est aussi le lieu privilégié de la baignade, d’activités nautiques et de la pêche.

Qu’est-ce qu’un écosystème aquatique en santé?

Un écosystème aquatique en santé, c’en est d’abord un en équilibre, c’est-à-dire où les composantes de son écosystème sont présentes dans une proportion telle que les interactions entre elles favorisent l’équilibre, et non le déséquilibre. On peut mesurer la santé d’un écosystème aquatique en jaugeant la quantité de chacune de ses composantes. Pour ce faire, on utilisera différents paramètres. Les paramètres sont des variables facilement mesurables et qui offrent une mesure rationnelle, c’est-à-dire une mesure de la qualité qui ne soit pas influencée par l’observateur. Il y a certains paramètres qui nous donnent seulement un indice de la présence ou de l’absence d’une certaine composante, sans en mesurer l’importance; on dit que ce sont des paramètres qualitatifs. Pour jauger avec exactitude une composante, on utilisera plutôt des paramètres quantitatifs.


Quelles sont les composantes d’un écosystème aquatique?

Les écosystèmes aquatiques se composent bien sûr de molécules d’eau, mais aussi d’organismes vivants, de composantes physico-chimiques, ainsi que de composantes structurelles. Les composantes biologiques d’un écosystème aquatique sont les communautés de végétaux, de poissons, de macroinvertébrés et de microorganismes qui y vivent. Les composantes physico-chimiques, ce sont les éléments dissous (phosphore, oxygène, ions H+, etc.) et les matières en suspension dans l’eau. La structure de l’écosystème aquatique, c’est sa bande riveraine, les plantes aquatiques qui y poussent et les sédiments du fond, qui sont eux-mêmes composés de matière organique et de particules minérales.


Quels sont les paramètres physico-chimiques qualitatifs les plus couramment utilisés?

Pour déceler un déséquilibre au niveau des substances dissoutes ou des matières en suspension dans l’eau, on se sert souvent de paramètres qualitatifs physico-chimiques tels le la conductivité, la transparence ou le spectre UV de l’eau. Ces outils nous permettent de déterminer rapidement que la physico-chimie de l’eau n’est pas normale, sans avoir à investir des sommes d’argent importantes dans des études fastidieuses.

Conductivité de l’eau

La conductivité de l’eau, c’est la capacité de l’eau à laisser passer un courant électrique. Comme chacun le sait, l’eau pure est un très mauvais conducteur; ce sont les éléments dissous et les particules en suspension dans l’eau qui lui donneront sa conductivité. Si on mesure une conductivité élevée, c’est donc qu’il y a beaucoup de matières dissoutes ou de particules en suspension.

Transparence de l’eau

La transparence de l’eau, c’est la capacité de l’eau à laisser passer la lumière. La structure de la molécule d’eau contribue à atténuer la lumière qui passe, mais ce sont surtout les matières en suspension et les éléments dissous qui atténuent la capacité de l’eau à laisser passer la lumière. Une mesure de la transparence de l’eau est donc une mesure indirecte de la présence de matières en suspension et d’éléments dissous. Or, on sait que lorsqu’un écosystème aquatique est en déséquilibre, les matières en suspension augmentent, ce qui fera diminuer la transparence de l’eau. La transparence de l’eau est très facilement mesurable, à l’aide de la technique du disque de Secchi. La transparence de l’eau ne peut pas être utilisée pour évaluer ponctuellement la qualité d’un écosystème aquatique; c’est plutôt la variation dans le temps de la transparence de l’eau d’un même écosystème qui est importante.

Spectre UV

Le spectre UV, c’est le signal obtenu lorsqu’on fait passer un rayon ultra-violet à travers un échantillon d’eau. Par la forme et l’amplitude de ce signal, on pourra déterminer si l’eau contient ou pas des éléments dissous et des matières en suspension. Le spectre UV permet même de quantifier quelque peu la concentration de ces éléments dissous ou ces matières en suspension (eg. phosphore, oxygène ou résidus de pesticides).

Quels sont les paramètres physico-chimiques quantitatifs les plus couramment utilisés?

Pour évaluer la quantité des éléments dissous et des matières en suspension, on se sert souvent des paramètres physico-chimiques : concentration de phosphore, concentration en oxygène et concentration en chlorophylle a, concentration de matières en suspension et concentration en ions H+ (pH). On en mesurera la concentration dans un échantillon d’eau représentatif de l’écosystème à l’étude. Lorsqu’on en redoute la présence, on pourra aussi évaluer les concentrations en résidus de pesticides ou autres perturbateurs endocriniens. Lorsqu’on voudra calculer la quantité totale d’une certaine substance qui est véhiculée par un cours d’eau, on devra calculer la charge du cours d’eau, c’est-à-dire multiplier la concentration de la substance par le débit du cours d’eau.

Concentration en phosphore

Le phosphore est un élément dissous dans l’eau qui est présent dans tous les écosystèmes aquatiques et qui est nécessaire à sa santé, mais qui amène le déséquilibre de l’écosystème lorsque présent en quantité trop importante, puisqu’il favorise la croissance des plantes aquatiques et des algues, dont les cyanobactéries. Une concentration anormalement élevée en phosphore est un symptôme de l’eutrophisation accélérée du plan d’eau. Dans les écosystèmes d’eau douce nordiques comme le lac Memphrémagog, le phosphore est l’élément limitant qui contrôle la croissance des végétaux aquatiques. Le phosphore n’est utilisable par les végétaux que sous ses formes organiques, en particulier le phosphate. Comme les phosphates sont habituellement absorbés rapidement, sa concentration est difficile à mesurer, on préfère donc mesurer le total de toutes les formes de phosphore pour avoir une bonne idée de la quantité de phosphore disponible pour la croissance des végétaux aquatiques.

Concentration en oxygène

L’oxygène est un élément dissous dans l’eau qui est nécessaire à la respiration de tous les organismes vivants, par exemple les poissons, les insectes et les microorganismes. Lorsque les microorganismes ont beaucoup de travail et doivent digérer beaucoup de matière organique (eg. des plantes aquatiques ou des excréments), ils respirent beaucoup et peuvent amener une diminution de la concentration en oxygène dans l’eau, à un point tel qu’il n’en reste plus assez pour que les poissons puissent survivre.

Concentration en Chlorophylle a

La chlorophylle a est une molécule (pigment) qui est contenue dans toutes les cellules végétales. Sa mesure est donc une mesure indirecte de la quantité de végétaux présents dans l’écosystème, en particulier les algues microscopiques en suspension dans l’eau. Une présence élevée d’algues microscopiques peut être un symptôme de déséquilibre de l’écosystème, par exemple une surfertilisation en phosphore, qui mène à l’eutrophisation accélérée du plan d’eau.

Concentration en matières en suspension

Les matières en suspension (MES) sont une des composantes majeures de l’écosystème aquatique. Ce sont des particules qui ont la possibilité de se maintenir entre deux eaux. Il peut s’agir tantôt de fines particules minérales, tantôt de particules végétales, par exemple des algues microscopiques en suspension. Les particules minérales en suspension dans l’eau proviennent de l’érosion des sols, donc la mesure de la concentration des MES dans l’eau est une mesure indirecte de l’incidence de l’érosion dans le bassin versant. Suivant leur masse volumique, les particules minérales en suspension dans l’eau finissent tôt ou tard au fond de l’eau, où ils s’ajoutent aux sédiments. Une concentration élevée de particules minérales en suspension dans l’eau est néfaste pour la vie aquatique, mais elle est aussi le prélude à d’autres problèmes qui apparaîtront lorsqu’elles se déposeront au fond de l’eau.

Comment peut-on mesurer la quantité des composantes biologiques d’un écosystème aquatique?

Pour mesurer l’abondance des composantes biologiques, on se servira de paramètres biologiques. Au nombre de ceux-ci, on peut compter la structure de la communauté de poissons et la structure de la communauté de macroinvertébrés, ainsi que la concentration en coliformes fécaux. Les paramètres biologiques sont d’excellents indicateurs de la qualité de l’écosystème sur le long terme, puisque les composantes biologiques y vivent en permanence.

Structure de la communauté de poissons

La communauté de poissons est l’assemblage de toutes les espèces de poissons qui vivent et utilisent le plan d’eau, la rivière ou le ruisseau. Pour des conditions environnementales données (eg.: lac vs ruisseau, eau chaude vs eau froide), on peut prédire la structure de la communauté de poisson qui devrait normalement être présente. La structure de la communauté, c’est la présence ou l’absence de telle ou telle espèce et les proportions tenues par chacune d’elles. Or, c’est la santé de l’écosystème en tant qu’habitat qui détermine si telle ou telle espèce pourra survivre à long terme. Ainsi, l’absence d’une espèce de poisson réputée intolérante à une faible concentration en oxygène et dont on aurait dû s’attendre à ce qu’elle soit présente, est un signe de déséquilibre de l’écosystème de poisson. De même, la présence d’une proportion excessive de poissons herbivores par rapport aux poissons piscivores est aussi un symptôme de déséquilibre de l’écosystème.

Structure de la communauté de macroinvertébrés

Les macroinvertébrés aquatiques, ce sont les insectes et les crustacés qui vivent dans l’écosystème aquatique. On les retrouve aussi bien accrochés aux débris végétaux, tapis sous les pierres, que libres dans la colonne d’eau ou au fond de l’eau. La communauté de macroinvertébrés est l’assemblage de toutes les espèces de macroinvertébrés qui sont présentes dans l’écosystème aquatique. De la même façon que pour les communautés de poissons, on peut prédire si telle ou telle espèce de macroinvertébré devrait être présente. Lorsqu’on constate qu’une certaine proportion des macroinvertébrés présents sont réputés intolérants à une faible concentration en oxygène, on sait qu’on a affaire à un écosystème en déséquilibre.

Concentration en coliformes fécaux

Les coliformes fécaux sont des microorganismes qui proviennent des excréments d’animaux à sang chaud. Comme leur détection est plus facile que la présence d’excréments comme tels, on considère leur présence comme indicatrice de la présence d’excréments d’oiseaux, de porcs, de bovins ou d’humains. La plupart des coliformes fécaux ne sont pas pathogènes pour l’humain (à quelques exceptions notables près), mais d’autres bactéries contenues dans les excréments et plus difficiles à détecter peuvent l’être. On se sert donc de la concentration en coliformes fécaux comme d’une indication du niveau de risque de contamination humaine. Notons également qu’en plus de comporter des organismes pathogènes pour la santé humaine, les excréments contiennent également beaucoup de phosphore, qui est le carburant no1 de l’eutrophisation des plans d’eau.

Comment peut-on mesurer la quantité des composantes structurelles?

Pour mesurer la quantité des composantes structurelles, on se sert de paramètres visuels tels l’épaisseur des sédiments et le pourcentage de recouvrement par les plantes aquatiques. L’altération des composantes structurelles amène des limites d’usage, telles que la dégradation des zones de baignade et de la possibilité de pratiquer des activités nautiques.

Épaisseur des sédiments

Les sédiments, ce sont les particules de matière solide qui se déposent dans le fond d’un plan d’eau, d’un ruisseau ou d’une rivière. Ils sont l’aboutissement du processus d’érosion. La mesure de l’épaisseur des sédiments nous donne donc une bonne idée de l’incidence de l’érosion dans le bassin versant. Lorsque présents en quantité excessive sur le littoral, les sédiments favorisent la prolifération des végétaux aquatiques, en plus d’entraîner des limites d’usage, telles que la dégradation des zones de baignade ou la possibilité de pratiquer des activités nautiques.

Pourcentage de recouvrement par les plantes aquatiques

Le pourcentage de recouvrement par les plantes aquatiques est un paramètre qui décrit l’espace utilisé par telle ou telle espèce de plante, rapporté sur le fond du plan d’eau. On le sait, la croissance des plantes aquatiques est contrôlée par la présence de leurs ressources, en particulier le phosphore. Une présence excessive de plantes aquatiques est donc un symptôme du déséquilibre de l’écosystème aquatique, particulièrement une présence excessive de phosphore, qui mène à l’eutrophisation accélérée du plan d’eau.

Intégrité de la bande riveraine

L’intégrité de la bande riveraine se mesure en termes de pourcentage d’occupation du sol par les différents éléments qui la composent. Les éléments artificiels tels qu’un muret de pierre ou une pelouse sont une très mauvaise structure pour l’écosystème aquatique. De plus, on évaluera la largeur et la composition (herbacées, arbuste, arbres) de la végétation dans la bande riveraine.


Pour en connaître davantage :

MDDEP 2009: Les Critères de qualité de l'eau de surface
MDDEP 2009: Indicateurs de l'état de l'eau
Conseil Canadien des Ministres de l'Environnement (CCME) 2008: Indice de qualité des sédiments (IQSe)