Discrimination d’origine des pollutions fécales et ...
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Ifremer – Brest – le 29-10-10 AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre
Discrimination d’origine des pollutions fécales et bactéries associées, et protection des ressources en eau à usages sanitaires
---Attentes et perspectives de l’agence de l’eau Seine Normandie
Jean DucheminAESN DIST-Eau et Santé- (duchemin.jean @aesn.fr)
Mathieu EscafreAESN DEMAA-Service Littoral et Mer ([email protected])
21 rue de l’Homme de Bois -14600 Honfleur, Fr.
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Problématique
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Le 7 octobre 2010 :
Alerte REMI suite àune analyse à
28.000 Ec /100g
Moyen terme :
Que fait-on de cette information ?
Gestion de crise et court terme :
Fermeture de la zone
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Moyen terme :Que fait-on de cette information ?
- herbus pâturés submersibles en grande marée, - apports amont (émissaires et fleuves côtiers)- pollutions domestiques et diffuses- données courantologiques et climatiques
Milieux complexes :
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Moyen terme :Que fait-on de cette information ?
Sources de pollutions multiples
Réseaux et Stations d’épuration ,
Assainissement Non Collectif
ÉlevagesFaune sauvage
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Moyen terme :Que fait-on de cette information ?
Enjeux pour l’agence de l’eau :
Milieux complexes
Hiérarchiser
Actions de réduction
Sources multiples
Identifier les sources
Faire agir les maîtres d’ouvrages Vérifier
l’efficacité
Données climatiques et marées
Réduire les pollutions à la
source, aménager des zones-tampon..
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Contexte d’intervention de l’agence
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Gestion par bassinApproche intégréeSpécificité des milieux
Objectifs de moyensplan de gestionprogrammes de mesuresprogrammes de surveillance
Objectifs de résultatsBon état (chimique et écologique)Non-dégradationRéduction/Suppression des rejets des polluants les plus dangereuxZones protégées
Socio-Économie de l’eau & tarification incitativeTransparenceParticipation du public
Dont la baignade, laconchyliculture et La pêche à pied
(bivalves filtreurs)
Contexte d’intervention de l’agence
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M
Contexte d’intervention de l’agence
Etat des lieux actualisé - 2013
Etat des lieux -2004
Registre des zones protégées
Caractérisation du bassin
Programme de surveillance - 2006
Programme de mesures - 2009
Mise en oeuvre
Identification des données manquantes.
Définition des conditions de référence et du bon état
Définition des « Questions importantes »
Plan de gestion (= SDAGE révisé)
2009
Suivi de l’application des mesures
Dont baignadeconchyliculture
et pêche à pied
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Le SDAGE Seine Normandie
Structuration avec 8 DEFIS et 2 LEVIERS afin de faire face aux enjeux identifiés dans le cadre de l’élaboration du SDAGE
- 8 DEFIS à relever :- Diminuer les pollutions ponctuelles des milieux par les polluants classiques- Diminuer les pollutions diffuses des milieux aquatiques- Réduire les pollutions des milieux aquatiques par les substances dangereuses- Réduire les pollutions microbiologiques des milieux - Protéger les captages d’eau pour l’ A. E. P. actuelle et future- Protéger et restaurer les milieux aquatiques et humides- Gestion de la rareté de la ressource en eau- Limiter et prévenir le risque d’inondations
- 2 LEVIERS pour relever les défis :- Acquérir et partager les connaissances- Développer la gouvernance et l’analyse économique
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DEFI 4 « Réduire les pollutions microbiologiques des milieux »
Les dispositions spécifiquement littorales et globales des ORIENTATIONS : 10 - Définir la vulnérabilité des milieux en zone littorale
Réaliser des profils de vulnérabilité des zones de baignade (D32)Réaliser des profils de vulnérabilité des eaux conchylicoles (D33)
11 - Limiter les risques microbiologiques d’origine domestique et industrielle
Identifier et programmer les travaux limitant la pollution microbiologique du littoral (D34)12 - Limiter les risques microbiologiques d’origine agricole
contribuent à préserver les usages littoraux sensibles:- Baignade- Conchyliculture- Pêche à pied
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Aides renforcées dans le 9ième programme
Les études de profils de vulnérabilitéTaux de subvention majoré : 70%Les travaux et actions correctives àréaliserIdentifiés suite aux études et permettant de supprimer un impact avéré sur un usage : majoration de subvention de 10%Autres actions spécifiquesTravaux de dépollution des rejets de temps de pluieMesures agri-environnementales
Inciter les maîtres d’ouvrages à agir
Agriculture et élevage
Industries et ports
Assainissement des eaux usées
domestiques
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Éléments disponibles… quelques illustrations de pollutions fécales…plus ou moins « exotiques »
Utilisation de « valeurs caractéristiques »
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Zone d’herbus pâturés
Exemple de moutons anglais et français:Marais salants de l’estuaire de la Ribble river
Éléments disponibles… quelques illustrations de sources de pollution « exotiques » à quantifier
Crédit photo:
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Zone des Havres Côte Ouest-Cotentin
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Submersion des herbus du havre de la Vanlée-Crottes de moutons au soleil couchant …
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Kilogs de déjections / ha
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Concentration E.coli/100 ml eau de submersion
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Moutons Vanlée - Zone atelierCrottes entières en gros fragments après un mois sans
submersion herbus
Crottes récentes (< 2 jours) : environ 5% ~ 5 x 108 E.Coli / gCrottes semi récentes (3-7jours): environ 10% ~ 5 x 107 E.Coli / gCrottes anciennes (>7jours) : environ 85% ~ 106 E.Coli / g
1 T. crottes récentes 5.1014 E.Coli2 T. crottes semi récentes 1.1014 E.Coli17 T. crottes anciennes 1,7.1014 E.Coli
Réservoir microbiologie havre VanléeTotal crottes entières ou gros fragments (> 2 cm) ~ 1015 E.Coli
Hypothèse :Si 10 % des crottes quittent le havre à chacune des 5-6 submersions d’une période de grande marée (coef. > 100), on aura un flux unitaire de 1014
(sur 4-5h) et total de 5.1014 (sur 2-3 jours) pour 10 T. de crottes sorties du Havre.
100 hectares d’herbusIntensivement pâturés
à 200 kgs de crottes / ha
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Flux vidange du havre de la Vanlée1ère submersion (par ~ 1 m d’eau) - E.Coli en suspension fine
dans l’eau au-dessus de la zone pâturée
30 hectares surchargés à 20 000 E.Coli / 100 ml dans colonne d’eau170 hectares + ou – pâturés à 5 000 E.Coli / 100 ml (précédentes études DDASS – IFREMER et AEE-AESN avaient montré :
Homogénéité colonnes d’eau (hors écumes / gros flottants)
Très faible sédimentation MES)
20.107 E.Coli / m3 x 30 x 104 m2 = 6 x 1013 E.Coli5 x .107 E.Coli / m3 x 170 x 104 m2 = 8,5 x 1013
E.ColiTotal ~ 1,5 x 1014 E.Coli
Hypothèse à affiner (+ usage modèle Ifremer havres)
Charge microbienne éjectée aux premières « vidanges » du havre en suspension fine équivalente à celle s’évacuant avec 10-15% des crottes entières ou en gros fragments en stock dans le havre.
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-herbus submersibles avec un millier de brebis sur quelques centaines d’hectares
-Fleuves côtiers drainant les rejets de quelques milliers d’habitants, et des zones bocagères avec également quelques milliers de bovins à l’herbe
Part des moutons, des bovins et des hommes, dans les pollutions microbio (E.coli et E.I.) de la zone littorale en grande marée ?
Influence de la pluviométrie sur cette part attribuable ? (notamment pollutions diffuses amont ) ?
Touques Clubnautique
deTrouville
Temps sec3 mois
1 an10 ans
1.00E+11
1.00E+12
1.00E+13
1.00E+14
1.00E+15
1.00E+16
1.00E+17
Flux Total 24h (E.Coli-Nombre)
Temps sec3 mois1 an10 ans
Pluies et grandes marées concomitantes : des flux microbio superposés vers les parcs à huitres et les plages
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Éléments disponibles… quelques illustrations de sources de pollutions « exotiques »
Exemple : les oiseaux aquatiques ou migrateursLe cas de Blackpool
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Contamination fécale par les oiseaux :
produite en période de migrationpar 30 000 étourneaux en reposoir chaque nuit sous la jetée du port de Blackpool harbour sur 1,5 ha de surface :
210 kg de matières fécales/nuit !
106 - 108 E.coli / g ( humain # 107 E.coli /g )
> 2 x 1010 E.coli déposés chaque nuit et repris par la marée
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Méthode de quantification… valeurs caractéristiques, notions de transfert et de
décroissance dans le milieu
Estimation des flux microbiologiques et concentrations résultantes aux points d’usage
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Trois familles de « valeurs caractéristiques »
• Les concentrations en germes des déjections humaines et animales, et « équivalents-habitants » microbiologiquesqu’on peut en déduire
• Les concentrations en germes habituellement retrouvées dans divers types d’eaux usées et naturelles et les flux unitaires dans les bassins versants, en fonction des usages et de l’occupation des sols en amont
• Les coefficients d’autoépuration/abattement bactérienapplicables lors des transferts aquatiques jusqu’au site vulnérable (cf « T90 »).
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Faecal indicator sources
Creature
Faecalproduction(g per day)
E. coliper g
faeces
E. coliload (per
day)Human 150 1.3x107 1.9x109
Cow 23600 2.3x105 5.4x109
Hog 2700 3.3x106 8.9x109
Sheep 1130 1.6x107 1.8x1010
Ducks 336 3.3x107 1.1x1010
Turkeys 448 3.0x105 1.3x108
Chickens 182 1.3x106 2.4x108
Gulls 15 1.3x108 2.0x109
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A – Concentrations en germes des déjections et « équivalents-habitants » microbiologiques :
MICROBIOLOGIE DES DEJECTIONS DE MOUTONS
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
MF R MF R réplique MF R MF SR réplique MF SR MF A réplique MF A
31/07/2007 29/08/2007 31/07/2007 31/07/2007 31/07/2007 31/07/2007 31/07/2007
MF: matière fécale R:récente SR: semi-récente A: ancienne réplique -> 8 jours au froid
log
n/g
E.COLI ENTEROCOQUES
1 « équivalent habitant » (E.H.) microbio = 2.109 E.coli / jour (Ifremer, Geldreich, Pourcher)= 6.1010- 1011 Coli fécaux (Saunier, Leclerc)1 vache = 5 à 20 E.H. = 5 gros oiseaux
Mais influence nourriture, âge des déjections…
Concentration en entérocoques intestinaux x 20 (4.105/g au lieu de 2.104/g) dans des déjections de vachesnourries d’ensilages de maïs par rapport à celle pâturant à l’herbe
Concentrations en germes-tests divisées par 50 en une semaine dans crottes de moutons au soleil sur un herbu
Crottes moutons < 2j > 2j >5j
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B – Concentrations et flux dans divers types d’eau
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Eaux naturelles de surface, tableau de flux horaires caractéristiques/km2 , selon occupation des sols et intensité activités (urbaines, élevage etc….) sur le bassin versant amont : (d’après Kay &
al, 2008, AEE, 2004, IFREMER, 2008)
de 107 à 109 Coli fécaux/h.km2 quand on passe de BV ruraux (< 2,5 % surface urbanisée)à des BV urbains (> 7,5 % surface urbanisée)
Ratios entre flux microbio de forte pluie
(20 mm/2 h) et de temps sec : ~100Saultbesnon :150, Rivière Daoulas : 60Bassins-versants UK : 90(BV vallonnés avec importante densité élevage/épandage
fumiers ou lisiers, pâtures)
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C – Décroissance bactérienne lors des transferts en rivière, en mer…)
Petites rivières et plans d’eau peu profonds, eau claire. T° = 15 °C
2 à 5 heures 10 à 12 heures
Eaux turbides ou couvertes d’alguesFleuves profonds
20 à 40 heures 20 à 40 heures
T90 E.coli et entérocoques intestinaux(décroissance 90 % germes cultivables)
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C – Décroissance bactérienne lors des transferts en mer, à T°= 20°C (et 5°C)
D’après M. Pommepuy, IFREMER
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Illustration d’opérations pouvant conduire àproposer des actions de réduction des
pollutions à la source :Investigations préalables, part de responsabilité
attribuable à chaque source de pollution
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Contenu des études préalables : • Caractérisation hydrogéologique (AAC
à définir)• Évaluation de la vulnérabilité
intrinsèque (méthode de référence àétablir, cartographie de la vulnérabilité)
PP• Évaluation des risques d’altération de la
qualité (analyse croisée entre cartographie de la vulnérabilité et cartographie des sources de pollution)
Prescriptions• Contexte AEP (analyse des possibilités
d’équipements complémentaires : traitement, alerte, substitution, interconnexion)
• Contexte socioéconomique (description des enjeux socioéconomiques et des contraintes à prendre en compte)
Protection des captages AEP en milieu karstique
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Exemples :Qualité eaux pluviales récupéréesModélisation – transferts :sol/eau, (transferts en zones non saturées) eau souterraine/eau de surface (résurgences) filtration virus ou micropolluants en réutilisation eaux usées traitées.Efficacité prévention en surface (ex. : enherbement, bassins et zones humides tampons, etc.).
Etudes et recherches : du nuage au robinet…des outils d’évaluation et d’anticipation
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Schéma Carole MATHIEU - AESN
Actions : orientations du 9ème programme pour les AAC
Aide à définition précise périmètres de protectionet AAC (aires d’alimentation de captages),Aide à aménagements contre pollutions accidentelles (routières, stockages toxiques…), et diffuses,Aide à l’acquisition foncière,Aide à la maîtrise foncière.
Intérêt à discriminer (traçage microbio ou chimique) les
parts relatives des « pressions » de surface dans
les apports organiques et microbiologiques à la nappe
Priorisation des bilans, des incitations et des aides
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Étapes :• 1/ Première estimation de ces divers flux dans le
« décor » du site
• 2/ Hiérarchisation de leur part attribuable (ou absence de contribution) dans la dégradation globale de qualité
• 3/ Focalisation des mesures de terrainsupplémentaires, sur débit et concentration de ces sources , pour celles qui apparaissent prépondérantes au vu de ce premier tri.
• 4/ Proposition de programme d’actionshiérarchisées pour réduire la pollution
• 5/ vérification de l’efficacité des mesures proposées et mises en œuvre
Études de « profils » pour les eaux de baignade, conchylicoles et de pêche à pied
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• Havre de Lessay :– 4 collectivités : St Germain/Ay, Lessay,
Créances , Pirou• 39 postes
• Havre de Geffosses :– 1 collectivité (Gouville sur Mer)
• 6 postes
• Havre de Regneville :– 7 collectivités (Agon, Tourville/Sienne, St
Malo de la Lande, Gratot, Heugueville/Sienne, Bricqueville la Blouette, Montmartin/Mer)
• 28 postes
91 postes de relèvement sur la zone d’étude
SMPC
SMBCG
• Havre de Blainville sur Mer :– 1 collectivité : Blainville et 1 partie de Gouville et d’Agon Coutainville
• 18 postes
Application à l’assainissement collectif Fiabilisation postes de relèvement eaux usées
(surverses)
Source : SAUR
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Route touristique
105 189
Trop plein vers rivièrele Dun
Z.I
82 148
Trop plein vers rivièrele Dun
La Vallée
100 125
Trop plein vers rivièrele Hocquet
Le Camping
136 163
Trop plein versinfiltration
Gaverie 1
116 160
Trop plein verspluvial
Principal
87 126
Débordementsur réseau
Le Pont
91 164
Trop plein versruisseau
Le Parking
82 119
Trop plein vers pluvial
Gaverie 2
87 120
Trop plein verspluvial
Salnel 1
91 118
Trop plein verspluvial
Le Bas du Bourg
105 189
Trop plein verspluvial
Notes de criticitéTechnique/Environn.
Source : SAUR
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Pour postes les plus critiques (criticitéglobale) :- Sécurisation : Amélioration structurelle
– Bâche tampon– Réenclencheur automatique ou groupe
électrogène– Nouvelles pompes
- Fiabilisation : Amélioration de la gestion– Sonde ultrason– Débitmètre au refoulement– Pluviographe
- Gestion active sur des réseaux séparatifs récents : piste de travail pour Mareclean
Améliorations-types
Source : SAUR
Ifremer – Brest – le 29-10-10
• Mise aux normes de l’ ANC et des sièges de fermes (stabulations, salles de traite , aires d’ exercice, stockages lisiers/fumiers, etc.,
mais aussi:
• Haies – talus, bandes enherbées, clôtures, abreuvoirs déportés etc.
Protéger ainsi 1 km de rivière ou fossé principal coûterait environ 10 000 € / km
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Des coûts d’aménagements contre les pollutions diffuses
Autant bien choisir les berges les plus actives et influentes
pour le point d’usage
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Surface SAU:environ 200 kms2
Priorité très forte à moyenne : 30 kms de berges – (sur 5 cours d’eau côtiers et affluents)
Soit 15 kms /100 km2 de zones d’élevage
à 10 000 € /km150 000 € / 100 kms2 de BV
Travaux sur berges cours d’eauPriorités selon piétinement et modélisation flux critiques
territoire SMBCG Bande 10 kms
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« J’aime à revoir ma Normandie…. »
Les vaches normandes disposent à présent :
… de pompesà nez
… et même d’abreuvoirs à pompe solaire !
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Conclusion• Des panoplies de valeurs caractéristiques développées dans divers
pays, permettant :
• une rapide quantification initiale, sans intervention de terrain, des sources de pollutions à intégrer ou non dans l’étude de profil
• Mais : influence des conditions du terrain , du type d’alimentation des animaux à la pente des BV ou à l’état des réseaux pluviaux urbains
nécessaires validations in situ, par des « opérations coup de poing » en temps sec et fortes pluies, de mesure de concentrations et flux sur les principaux émissaires et sous-bassins-versants les plus « actifs » comme au fil de l’eau des rivières, pour préciser localement les premières estimations.
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Conclusion (suite)• Pouvoir croiser ces estimations « par défaut » avec des mesures de terrain, à la
fois de flux microbiologiques réels et de part attribuable aux diverses origines de ces contaminations, permettrait :
• En amont des actions, d’arbitrer de manière crédible et moins contestable entre les responsabilités de chacun, et de hiérarchiser les types et localisations de sources ou milieux de transfert nécessitant des mesures préventives prioritaires, qu’il s’agisse de protéger des captages d’eau, des sites de baignade ou des zones conchylicoles
• Quand des actions se développent simultanément sur un territoire, (par ex. sur effluents d’élevages et ANC en zone rurale), d’évaluer l’efficacitérespective de chacune des mesures mises en place pour la réduction des pollutions organiques et de la contamination microbiologique globale.
• Mesdames et Messieurs les scientifiques, il nous faut donc des tests de discrimination/traçage d’origine des pollutions organiques & contaminations bactériennes simples, peu coûteux et faciles à mettre en œuvre.
A vos éprouvettes !