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 Duchemin AESN DIST-Eau et Santé- (duchemin.jean @aesn.fr) Mathieu Escafre AESN DEMAA-Service Littoral et Mer ([email protected]) 21 rue de l’Homme de Bois -14600 Honfleur, Fr.

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Page 1: Discrimination d’origine des pollutions fécales et

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

Page 37: Discrimination d’origine des pollutions fécales et

Ifremer – Brest – le 29-10-10 AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre

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

Page 41: Discrimination d’origine des pollutions fécales et

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

AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre

Des coûts d’aménagements contre les pollutions diffuses

Autant bien choisir les berges les plus actives et influentes

pour le point d’usage

Page 42: Discrimination d’origine des pollutions fécales et

Ifremer – Brest – le 29-10-10 AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre

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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Ifremer – Brest – le 29-10-10 AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre

« 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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Ifremer – Brest – le 29-10-10 AESN – Jean Duchemin et Mathieu Escafre

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 !