Page 19 : Recommandations au sujet de la qualité des eaux utilisées à des fins récréatives au Canada – Troisième édition

Annexe C : Échantillonnage composite pour la contamination fécale

C.1 Description

Pour vérifier la qualité de l'eau et s'assurer de sa conformité avec les valeurs de recommandations pour les indicateurs de contamination fécale, les Recommandations préconisent de prélever cinq échantillons au moins, à une fréquence minimale d'une fois par semaine.

L'échantillonnage composite (c'est-à-dire le recueil d'échantillons multiples prélevés tout au long d'une étendue de plage, la combinaison de ces échantillons en un seul échantillon composite de grande taille, et l'analyse d'un sous-échantillon du mélange obtenu) constitue un moyen possible d'élargir la zone de plage faisant l'objet du programme de surveillance, tout en offrant la possibilité de réduire les coûts des analyses associées.

Les autorités compétentes, les exploitants de plages et/ou les fournisseurs de services pourraient souhaiter envisager l'échantillonnage composite comme un outil susceptible de leur permettre d'améliorer l'utilité de leurs programmes de surveillance des indicateurs fécaux.

C.2 Introduction

Il est possible, avec certains programmes de surveillance, d'utiliser des échantillons uniques pour caractériser de longues étendues d'eaux de baignade sur plusieurs jours d'activité des baigneurs. Or, on sait que la qualité de l'eau peut présenter des variations considérables, même sur de courtes distances et durant de brèves périodes. Il est recommandé de procéder à des prélèvements plus fréquents et plus nombreux, étant donné que la fiabilité des données s'accroît parallèlement à l'augmentation du nombre d'échantillons (Whitman et Nevers, 2004). Toutefois, l'intensification de la surveillance peut occasionner des coûts prohibitifs. Le recours à l'échantillonnage composite est l'une des solutions proposées pour remédier à ce problème (U.S. EPA, 2005a).

L'échantillonnage composite consiste à recueillir des échantillons multiples. On mélange ensuite un volume d'eau égal prélevé sur chaque échantillon afin d'obtenir un composite qui est analysé comme s'il s'agissait d'un échantillon unique. Cette technique permet d'élargir la couverture d'échantillonnage sans avoir à analyser un grand nombre d'échantillons. Elle permet en outre d'améliorer la fiabilité de l'échantillonnage sans peser sur les coûts de surveillance (Patil, 2002). L'échantillonnage composite a de nombreuses applications dans le domaine de la biosurveillance et de l'échantillonnage environnemental, et il a été utilisé pour évaluer la contamination de divers milieux, dont les sols, l'air, l'eau et les tissus biologiques. Récemment, des recherches ont été menées pour déterminer dans quelle mesure on pouvait y avoir recours pour évaluer la qualité des eaux récréatives (Kinzelman et coll., 2006). D'après les premiers résultats, un échantillonnage composite bien réalisé permettrait de tirer des conclusions sur la qualité de l'eau offrant un degré d'exactitude comparable à celui obtenu au moyen des techniques conventionnelles d'échantillonnage.

L'échantillonnage composite pose toutefois des difficultés qu'il convient d'examiner avant d'envisager son introduction dans un programme de surveillance des eaux récréatives. Il en est brièvement question ci-après.

Une source potentielle de biais

L'échantillonnage composite ajoute une couche d'incertitude supplémentaire aux résultats sur la qualité de l'eau, car on utilise un sous-échantillon pour estimer la densité indicatrice moyenne de l'ensemble des échantillons, et que cette estimation sert à son tour à caractériser la qualité de l'eau pour la plage tout entière. Il a été suggéré de compenser cet effet de biais en multipliant les échantillons constituant le composite.

Il y a par ailleurs le risque qu'un échantillon présentant une forte concentration passe inaperçu une fois mélangé avec d'autres échantillons de moindre teneur, compte tenu des effets de la dilution (Kinzelman et coll., 2006). Les échantillons provenant de zones sensibles (où la qualité de l'eau est probablement toujours médiocre) ne doivent pas être mélangés à d'autres. On peut délimiter ces zones en effectuant une enquête relative à la sécurité et à l'hygiène du milieu, ou en procédant préalablement à un échantillonnage intensif. Dans les programmes où des enquêtes préalables ont conclu à l'absence probable de zones sensibles, un échantillon unique présentant de fortes concentrations peut être considéré comme résultant de la variabilité naturelle et aléatoire (Kinzelman et coll., 2006).

Comparaison des résultats avec les recommandations

L'échantillonnage composite permet de calculer approximativement la moyenne arithmétique des indicateurs de contamination présents dans les différents échantillons. Toutefois, lors de l'analyse des données bactériologiques sur la qualité de l'eau, il est recommandé de prendre la moyenne géométrique comme une meilleure estimation de la tendance générale des populations microbiennes. Les recommandations pour les indicateurs de contamination fécale sont fondées sur des moyennes géométriques. Pour déterminer la conformité des résultats obtenus avec les Recommandations, les exploitants, les fournisseurs de services ou les autorités compétentes doivent convertir le résultat composite en une moyenne géométrique approximative.

Wymer et coll. (U.S. EPA, 2005a) ont signalé que la différence entre la valeur composite et la moyenne géométrique pouvait être compensée si on connaissait la variance (v) des densités indicatrices log10. La variance peut être estimée à partir des données historiques log10. Une fois la variance estimée, on obtient une valeur approximativement équivalente à la moyenne géométrique des échantillons individuels en multipliant la numération pour 100 mL de l'échantillon composite par le facteur 10-1.15v (U.S. EPA, 2005a).

C.3 Résultats de recherche

Kinzelman et coll. (2006) ont produit des données sur la qualité des eaux de baignade des plages en comparant la précision des techniques d'échantillonnage composite à celle des méthodes conventionnelles de surveillance sur deux plages du lac Michigan, à Racine, dans le Wisconsin. En 2003, des échantillons d'eau ont été prélevés sur deux plages publiques pendant 68 jours et analysés pour mettre en évidence la présence d'E. coli au moyen de l'analyse d'un échantillon unique, avec calcul des moyennes arithmétique et géométrique, et au moyen d'un échantillonnage composite.

D'après les résultats, l'échantillonnage composite semble offrir une bonne solution de rechange aux méthodes conventionnelles de surveillance. De manière générale, la valeur de l'échantillon composite était du même ordre que celle obtenue avec un seul échantillon, et les données montraient un ratio approximatif de 1:1 entre l'échantillon composite et la moyenne arithmétique des échantillons individuels. En comparant les résultats pour déterminer quelle aurait été la meilleure décision de gestion (à savoir diffuser une alerte quant à la qualité de l'eau ou laisser la plage ouverte) en se fondant soit sur l'échantillonnage composite, soit sur des analyses individuelles (simples ou moyennées), le résultat s'est avéré constant pour les deux méthodes sur une plage, ne différant qu'à deux reprises sur l'autre plage. Dans les deux cas, l'utilisation d'un échantillonnage composite aboutissait à des alertes plus fréquentes. Il semble donc que l'échantillonnage composite n'introduit pas de biais ou de variabilité supplémentaire (Kinzelman et coll., 2006). Des études de vérification réalisées à plus petite échelle dans les années subséquentes ont produit des résultats analogues et, depuis 2004, la Ville de Racine a adopté l'échantillonnage composite pour son programme de surveillance de la conformité, avec de bons résultats.

C.4 Conclusions

Dans les circonstances appropriées, la constitution d'échantillons composites peut offrir une solution de rechange viable aux plans actuels de surveillance qui s'appuient sur un échantillon unique pour caractériser la qualité de l'eau sur de longues étendues de plage de baignade. L'échantillonnage composite peut en outre favoriser une plus grande fréquence de prélèvements, ce qui contribue à élargir la couverture du programme de surveillance et à améliorer la fiabilité de l'échantillonnage, tout en maintenant, voire en réduisant, les coûts associés. Les programmes de surveillance exigeant l'analyse d'un grand nombre d'échantillons pourraient gagner beaucoup en adoptant cette démarche.

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