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Modélisation de la qualité bactériologique d'un site potentiel de baignade à l'anse au Foulon, Sillery

  1. Introduction
  2. Caractérisation du site de l'anse au Foulon Ouest

2.1 Choix du site
2.2 Historique
2.3 Aspects esthétiques
2.4 Composantes récréotouristiques
2.5 Description du site

2.5.1 Occupation
2.5.2 Nature et état des sols de l’estran
2.5.3 Topographie
2.5.4 Végétation
2.5.5 Avifaune
2.5.6 Sources potentielles de contamination

  1. Méthodologie

3.1 Prélèvements et analyses
3.2 Modélisation

  1. Qualité bactériologique de l'eau

1 - Introduction

Plusieurs sites potentiels de baignade ont été recensés le long du fleuve Saint-Laurent et leur qualité bactériologique a été évaluée (LaRue et al., 1996; Gauvin et al., 1998; GIRAM, 1998; Robillard et Bonin, 1999; 2000; Hébert, 2000). Plusieurs de ces sites présentent un potentiel intéressant pour la baignade (Hébert, 2000), mais les délais entre le moment de la caractérisation et la disponibilité des résultats analytiques exposent les usagers de ces sites à une eau potentiellement contaminée. Les modèles prédictifs sont aujourd’hui considérés comme des outils essentiels permettant de réduire l’exposition de la population à des eaux présentant une contamination microbiologique (USEPA, 1999). Plusieurs de ces modèles utilisent les données météorologiques et climatiques, de même que l’intensité et la persistance de la contamination bactériologique, pour déterminer les conditions critiques devant entraîner la fermeture d’une plage.

Dans le cadre de la phase III du Plan d’action Saint-Laurent, la Direction du suivi de l’état de l’environnement (anciennement la Direction des écosystèmes aquatiques) du ministère de l’Environnement du Québec (MENV) a réalisé au cours de l’été 1999 un échantillonnage à fréquence élevée d’un site potentiel de baignade, soit celui de l’anse au Foulon à Sillery. Le but de cette étude était de documenter la qualité bactériologique de ce site, d’en évaluer le potentiel et de développer un modèle prédictif pouvant conduire à une gestion en temps réel du risque relatif à la baignade.

2 - Caractérisation du site de l'anse au Foulon Ouest

2.1 Choix du site

Le choix du site de l’anse au Foulon à l’ouest de la marina du Yacht Club de Québec, à Sillery, fait suite à une étude du Comité ZIP de Québec et Chaudière-Appalaches (Pelletier, 1998) sur le processus d’ensablement en vue de la création d’une plage publique à l’anse au Foulon. Le terrain situé immédiatement à l’ouest de la marina, ancienne propriété du CN et de Shell Canada, a fait l’objet d’une décontamination et n’a présentement aucun occupant. Cette étude fait également état de diverses modalités suivant lesquelles il serait techniquement possible d’y créer une nouvelle plage de baignade et de détente.

2.2 Historique

La plage de l’anse au Foulon a été créée entre 1927 et 1929. Dès son ouverture, la plage attire de nombreux baigneurs. En 1952, la Ville de Sillery en prend l’entière responsabilité et l’aménage totalement. L’achalandage de la plage ne cesse de croître jusqu’au milieu des années soixante, période qui marque le début de son déclin. À cette époque, le Yacht Club de Québec obtient une subvention pour s’installer à l’anse au Foulon. Par la suite, un ensemble de facteurs vont entraîner la fermeture progressive de cette plage : notons par exemple le passage de la voie ferrée qui contribua à l’enrochement de l’estran, le remblaiement total de l’arrière-plage et d’une partie de la plage humide pour construire des réservoirs pétroliers et héberger l’atelier de construction de bateaux Boulet-Lemelin ainsi que le Club de tennis et de squash Montcalm. Mais c’est surtout la prise de conscience de la piètre qualité des eaux du fleuve qui vient mettre un terme à l’utilisation de la plage. L’année 1969 a marqué la fin de l’accès public à ce qui fut de loin la plus belle plage de la région de Québec.

2.3 Aspects esthétiques

En dépit des transformations opérées depuis le début du siècle, le paysage a conservé dans son ensemble d’incontestables qualités. Vus dans une perspective positive, les remblais libérés de leurs réservoirs pétroliers offrent de vastes espaces riverains à fort potentiel d’accueil et de contact avec l’eau. Cependant, quelques éléments d’aspect visuel très discutables sont toujours présents, dont les bers du Yacht Club de Québec et le bâtiment du Club de tennis et de squash Montcalm. Seule la falaise, jusqu’ici négligée par les promoteurs, offre un élément visuel d’intérêt.

2.4 Composantes récréotouristiques

Élément central, la marina du Yacht Club de Québec est incontestablement l’élément récréotouristique majeur du territoire tant par sa visibilité que par sa dimension. Ainsi, la marina et la rampe de mise à l’eau, auxquelles pourrait s’ajouter une plage de baignade, sont de nature à constituer la base d’un éventuel parc riverain régional d’une qualité et d’une diversité exceptionnelles (Pelletier, 1998).

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2.5 Description du site

2.5.1 Occupation

L’estran à l’ouest de la marina a été graduellement remblayé, formant ainsi un monticule de 180 m de large et d’environ 80 m de profondeur. Ce remblai supporte maintenant l’atelier du constructeur maritime Boulet-Lemelin, de même qu’un étang de décantation des déblais retirés de la marina.

2.5.2 Nature et état des sols de l’estran

Les sols des berges de l’anse au Foulon Ouest sont en majorité constitués de sable. Le remblai du CN est, quant à lui, constitué de gravier compacté protégé par un enrochement du côté de l’estran. L’estran schisteux résiduel est principalement recouvert de sable grossier, de sable fin et de sable argileux à son extrémité ouest. On retrouve quelques effleurements de cette formation schisteuse à l’anse au Foulon Ouest (Pelletier, 1998). Les sédiments de surface de la plage à l’ouest de la marina sont constitués de sable (90 %), de silt argileux (5 %) et de gravier (1 %). Les sédiments bordant la marina sont classés modérément contaminés : il n’y aurait que quelques dépassements des critères de qualité, principalement en ce qui concerne les métaux lourds (Pelletier, 1998).

2.5.3 Topographie

Les sables de la moitié supérieure de l’estran sont stables et forment une flèche parallèle à la rive qui est découverte par les marées moyennes et basses. La forme et l’étendue de cette flèche, qui est repoussée vers le large par un émissaire de la CUQ, sont constamment remaniées par les courants. C’est ainsi que l’on retrouve à la sortie de l’émissaire une large zone vaseuse constituée de silt argileux et de sable fin (près de la station d’échantillonnage no 6; voir annexe 1). Par-delà la ligne des basses marées, des sables tassés et ridés recouvrent l’estran. La pente de l’estran est uniforme (environ 2,8 %) jusqu’à la limite des basses mers. À marée basse, l’estran est dégagé sur une distance d’environ 160 m. Par-delà la limite des basses mers, le profil semble légèrement concave (Pelletier, 1998).

2.5.4 Végétation

Le couvert végétal de la moitié est de l’estran est quasi inexistant en raison de la nature sableuse de celui-ci. La zone à la sortie des émissaires ainsi que la partie supérieure de l’estran sont fortement perturbées. La section ouest de l’estran est constituée d’un marais à scirpe d’Amérique et de Smith où croissent de la zizanie, de la menthe, de l’hélénie automnale, de la salicaire et de la potentille ansérine (Pelletier, 1998).

2.5.5 Avifaune

Des goélands à bec cerclé et des goélands à manteau noir (groupe pouvant atteindre 35 individus) ont fréquenté le site au cours de l’été 1999. De plus, on y a régulièrement observé trois couples de chevaliers grivelés, deux couples de pluviers kildir et quelques sternes. L’extrémité ouest de l’aire d’échantillonnage ainsi que le marais ont, quant à eux, été fréquentés par des canards colverts (jusqu’à 25 individus) et par un grand héron.

2.5.6 Sources potentielles de contamination

Les sources potentielles de contamination bactériologique susceptibles d’affecter le site (présence d’ouvrages de surverse et d’émissaires pluviaux) ont été retracées grâce aux informations transmises par M. Richard Bonin, surintendant à la gestion du réseau de la CUQ (communication personnelle) et grâce à une étude du Comité ZIP de Québec et Chaudière-Appalaches (Pelletier, 1998). On trouve quatre émissaires pluviaux en amont de la marina, le premier étant situé vis-à-vis de la station d’échantillonnage la plus en amont du site. Deux régulateurs du réseau d’égouts de la CUQ, de même que leurs structures de surverse, se trouvent dans l’anse au Foulon Ouest : le régulateur Beaulieu et son émissaire se situent à 300 mètres à l’ouest de la marina, soit à environ 30 mètres de notre dernière station d’échantillonnage, tandis que le régulateur Lemoine et son émissaire sont enfouis sous le brise-lames à l’ouest de la marina, à environ 30 mètres en aval de notre première station d’échantillonnage (annexe 1).

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3 - Méthodologie

3.1 Prélèvements et analyses

Un suivi a été réalisé entre le 5 juillet et le 27 août 1999 au site de l’anse au Foulon Ouest. Du lundi au jeudi, les visites ont été faites deux fois par jour, soit à 8 h et 14 h, et le vendredi, une seule fois par jour, à 8 h. À chaque visite, six échantillons ont été prélevés selon le protocole d’Environnement-Plage, à l’aide de bouteilles stériles de polypropylène d’une capacité de 250 ml. L’échantillonnage du site a été effectué sur une longueur de 180 m, les points d’échantillonnage étant distants d’environ 30 m; trois échantillons étaient ainsi obtenus à 0,3 m de profondeur et trois autres à 1,2 m de profondeur selon la méthode du « W », c’est-à-dire en alternance selon la profondeur (MEF, 1998). La prise du premier échantillon se faisait toujours dans la section en aval du site, à une profondeur de 0,3 m. Deux échantillons supplémentaires de 500 ml ont été prélevés au centre du site, à des profondeur de 0,3 m et 1,2 m afin d’y mesurer la turbidité. Les échantillons étaient immédiatement transportés au laboratoire du Ministère pour analyse. Les coliformes fécaux ont été dénombrés par filtration sur membrane et la turbidité mesurée par néphélémétrie, selon les méthodes recommandées par l’American Public Health Association (APHA, 1995). La limite de quantification pour les coliformes fécaux était de 6 000 unités formatrices de colonies (UFC)/100 ml. L’adéquation entre les concentrations de coliformes fécaux et d’Escherichia coli (E. coli) a été vérifiée sur près de 10 % des échantillons. La confirmation a été obtenue à l’aide de trois tests biochimiques supplémentaires, soit celui du cytochrome-oxydase, de l’ortho-nitrophényl-b-D-galacto-pyranoside (ONPG) et du 4-méthyl-umbelliféryl-b-D-glucoronide (MUG).

La température de l’air et de l’eau, la vitesse et la direction du vent, la couverture nuageuse ainsi que la phase de marée, la force du courant et la hauteur des vagues étaient notées. Les données concernant les précipitations (quantité et durée) proviennent de la station pluviométrique automatisée d’Environnement Canada située sur le campus de l’Université Laval, à Québec. Des données relatives à l’achalandage et à l’utilisation du site étaient aussi recueillies : nombre de promeneurs, de baigneurs, d’embarcations, d’animaux domestiques et d’oiseaux présents.

3.2 Modélisation

Les variables qui ont été considérées pour la modélisation sont de différents types (continues, catégoriques, ordinales dichotomiques). Les variables catégoriques ont été recodées à l’aide de variables dichotomiques (présence/absence); ainsi, une variable catégorique à k modalités a été recodée à l’aide de (k-1) variables dichotomiques (Neter et Wasserman, 1974). Comme on utilise (k-1) variables dichotomiques pour k modalités, la modalité présentant le moins d’effets directs (univariés) sur la variable réponse sera celle qui ne sera pas associée à une variable dichotomique. L’effet de la modalité non recodée à l’aide d’une variable dichotomique se retrouvera dans le paramètre b 0 (ordonnée à l’origine). L’inventaire de toutes les variables, classées par type (dichotomiques ou quantitatives) et par sous-groupe, est rapporté au tableau 1.

La modélisation et toutes les autres analyses statistiques ont été réalisées en utilisant le logiciel de statistique SAS, version 6.12 (SAS, 1990). Le test d’autocorrélation de Durbin-Watson (Neter et Wasserman, 1974) a été préalablement effectué sur la variable réponse (coliformes fécaux), de même que sur les résidus des régressions, mais aucune autocorrélation n’a été décelée (a = 0,05). La normalité de toutes les variables considérées pour le modèle a été testée. Les variables dont le coefficient d’asymétrie était supérieur à 1, c’est-à-dire la plupart des variables quantitatives, ont été normalisées en utilisant la transformation logarithmique log10(x+1). Par la suite, des analyses de variance et de corrélation de Spearman ont été faites pour la variable réponse et toutes les variables mesurées. La modélisation a été effectuée à l’aide de la régression multiple selon la méthode pas à pas (Sherrer, 1984). Les valeurs d’entrée et de demeure retenues pour le modèle étaient de 5 %. L’impact important de la phase de la marée sur les concentrations de coliformes fécaux nous a amenés à développer un modèle général et un modèle pour chaque phase de la marée.

Tableau 1 - Liste exhaustive des variables considérées pour la modélisation

Variables dichotomiques

VNE

vent nord-est

CM

courant moyen

VNO

vent nord-ouest

CF

courant fort

VO

vent ouest

CN

couvert nuageux

VSO

vent sud-ouest

CV

ciel variable

VS

vent sud

MB

marée basse

VSE

vent sud-est

MEB

étale de marée basse

VE

vent est

MM

marée montante

   

PÊCHE

présence d’activités de pêche

Variables quantitatives

CF

coliformes fécaux (UFC/100 ml)

TEMPE

température de l’eau (oC)

FV

force des vents (Beaufort)

TEMPA

température de l’air (oC)

HV

hauteur des vagues (cm)

TURB

turbidité (UNT)

AM

amplitude de la marée (m)

   

PLAIS

nombre d’embarcations de plaisance

GOGO

nombre de goélands

CARGO

nombre de cargos

AO

nombre d’autres espèces d’oiseaux

BAIGN

nombre de baigneurs

TO

nombre total d’oiseaux

ANIM

nombre d’animaux

   

IP1

intensité des précipitations de la veille (mm/h)

IP2

intensité des précipitations du jour - 2 (mm/h)

PR1

précipitations des 24 dernières heures (mm)

SP2

somme des précipitations des 2 derniers jours (mm)

IP3

intensité des précipitations du jour - 3 (mm/h)

IP4

intensité des précipitations du jour - 4 (mm/h)

SP3

somme des précipitations des 3 derniers jours (mm)

SP4

somme des précipitations des 4 derniers jours (mm)

IP5

intensité des précipitations du jour - 5 (mm/h)

IP6

intensité des précipitations du jour - 6 (mm/h)

SP5

somme des précipitations des 5 derniers jours (mm)

SP6

somme des précipitations des 6 derniers jours (mm)

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4 - Qualité bactériologique de l'eau

Figure 1 - Moyennes géométriques des concentrations en coliformes fécaux mesurées lors de chaque visite réalisée à l'anse au Foulon Ouest
Cliquez pour agrandir - Figure 1 - Moyennes géométriques des concentrations en coliformes fécaux mesurées lors de chaque visite réalisée à l'anse au Foulon Ouest

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Les coliformes fécaux constituent un bon indicateur de la contamination d’origine fécale affectant le site de l’anse au Foulon, puisque 86 % des coliformes fécaux dénombrés sont en fait du E. coli. Les concentrations en coliformes fécaux mesurées à l’anse au Foulon Ouest varient grandement d’une journée à l’autre et même à l’intérieur d’une même journée (figure 1). La moyenne géométrique saisonnière, calculée sur l’ensemble des données (N = 432), est de 208 UFC/100 ml, ce qui correspond à une cote D (plage polluée et fermée) selon le système de classification du programme Environnement-Plage. Le critère pour la baignade (200 UFC/100 ml) n’a été respecté que 12 jours sur 40 au cours de l’été 1999; la fréquence à laquelle la plage aurait dû être fermée atteignait ainsi 70 %. La qualité bactériologique est cependant meilleure au montant (162 UFC/100 ml, N = 120) qu’au baissant (326 UFC/100 ml, N = 312).

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