Une nouvelle méthode d’identification des sources de pollution dans les bassins versants à partir de suivis à haute résolution spatiale. Objectif : identifier les sources de pollution pour localiser au mieux les actions de remédiation et conservation.

Rémi Dupas (INRA SAS) et ses collègues Camille Minaudo et Ben Abbott publient en mai 2019 dans la Revue Environmental Research Letters un article qui propose une nouvelle méthode qui démontre la stabilité spatiale de la qualité de l’eau quelque soit son origine géographique. L'étude a porté sur 4500 stations de mesure en France métropolitaine. En s'appuyant sur ce modèle, et en privilégiant la haute résolution spatiale plutôt que temporelle, les auteurs espèrent pouvoir atteindre un des objectifs majeurs des suivis de la qualité de l’eau : identifier les sources de pollution pour localiser au mieux les actions de remédiation et conservation des écosystèmes.

La pollution des eaux de surface est un problème qui affecte la santé des écosystèmes, de l’homme et bouleverse les usages. Lutter contre ces pollutions implique de développer des méthodes pour localiser les sources de polluants dans les paysages. Pourtant, il est extrêmement difficile de quantifier précisément les flux d’éléments à partir de mesures discrètes, du fait de la très forte variabilité temporelle des concentrations et des débits. Puisque les mesures mensuelles ou hebdomadaires ne permettent pas d’estimer précisément les flux de polluants, comment peut-on alors espérer hiérarchiser et prioriser correctement des bassins versants entre eux, et ainsi améliorer l’efficience des actions de remédiation/conservation mises en œuvre ?

Dans cette étude, Rémi et ses deux collègues ont analysé les données d’environ 4500 stations de mesure de la qualité de l’eau en France (Fig. 1), pour tester l’hypothèse suivante : si un suivi de la qualité de l’eau à basse fréquence ne permet pas d’estimer les flux de manière fiable, permet-il au moins de hiérarchiser correctement les bassin versants entre eux ? Pour cela, ils ont calculé la corrélation sur les rangs entre la qualité de l’eau observée en une date donnée et la qualité de l’eau estimée à partir de 30 à 72 dates de mesure. Ce coefficient de corrélation, appelé coefficient de stabilité, permet de quantifier à quel point une seule date d’échantillonnage permettait de classifier les bassins versants en fonction de leur propension à émettre des polluants. Les résultats montrent que ce coefficient de stabilité est toujours proche de un, pour dix paramètres de qualité de l’eau et trois métriques d’évaluations couramment employées par les gestionnaires de bassins versants : la médiane, le percentile 90 et la concentration moyenne pondérée par le débit. Cette observation, qu'ils ont pu tester sur les nutriments mais pas encore sur les micropolluants, est valable pour toutes les écorégions de France métropolitaine.

Figure 1. Localisation des 4 523 stations de mesure de la qualité de l'eau en France dans les quatre écorégions. Les triangles indiquent où les mesures du débit des rivières (Q) étaient disponibles.

Figure 2: La stabilité spatiale signifie que les motifs spatiaux de zones à fortes/faibles émissions de polluants se maintiennent dans le temps, malgré la forte variabilité temporelle des concentrations en rivière. Cette forte stabilité spatiale s’explique à la fois par la haute synchronie des variations temporelles, ainsi que par le fait que les variations spatiales sur supérieures aux variations temporelles.

Deux raisons principales permettent d’expliquer cette forte stabilité spatiale de la qualité de l’eau (Fig. 2). D’une part, les concentrations varient souvent selon des cycles saisonniers synchrones, si bien que les courbes représentant leurs séries temporelles se croisent peu. D’autre part, si les concentrations varient beaucoup dans le temps en un point donné, elles varient encore plus dans l’espace entre points de mesure. Ces deux effets expliquent qu’une seule date d’échantillonnage soit souvent suffisante pour identifier les zones fortement émettrices pour une espèce chimique donnée.

En privilégiant la haute résolution spatiale plutôt que temporelle, il est alors possible d’atteindre un des objectifs majeurs des suivis de la qualité de l’eau : identifier les sources de pollution pour localiser au mieux les actions de remédiation et conservation.

Référence
Rémi Dupas, Camille Minaudo, Benjamin Abbott. Stability of spatial patterns in water chemistry across temperate ecoregions. Environmental Research Letters (2019). - doi.org/10.1088/1748-9326/ab24f4

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