Mise en place d’un projet d’expérimentation de diverses mesures de restauration du lac Saint-Augustin - Analyse comparative des volets I et II

Contexte du projet

Le projet pilote de restauration du lac Saint-Augustin est l’un des quatre projets retenus par le Ministère à la suite de l’appel de propositions lancé en mai 2008 dans le cadre de l’action 1.4 du Plan d’intervention sur les algues bleu-vert 2007-2017.

Situé à environ 15 kilomètres au sud-ouest du centre-ville de Québec et à quelques centaines de mètres de l’autoroute Félix-Leclerc, le lac Saint-Augustin est dans un état de dégradation avancée résultant des pressions anthropiques qu’il a subies depuis environ un siècle. Après le développement de l’agriculture qui s’est opéré durant la première moitié du 20^e siècle, le pourtour du lac a été transformé par le développement urbain qui a favorisé l’exportation de nutriments vers le lac. Par ailleurs, l’épandage de sels de déglaçage pour l’entretien du réseau routier a contribué à l’augmentation de sa salinité. Alimenté principalement par la résurgence d’eaux souterraines, le lac Saint-Augustin est devenu un lac eutrophe qui connaît régulièrement des proliférations d’algues bleu-vert.

Selon les études réalisées depuis le début des années 2000, le phosphore qui s’est accumulé dans les sédiments contribuerait à enrichir les eaux du lac, comptant ainsi pour une part importante de la charge totale de nutriments. Par ailleurs, les eaux souterraines qui resurgissent dans le lac contiendraient également du phosphore. C’est pourquoi le projet pilote, mené par la Ville de Québec en partenariat avec l’Université Laval, a porté sur l’expérimentation de deux approches visant à réduire la charge interne de phosphore provenant des sédiments ou des eaux souterraines :

1. l’immobilisation du phosphore au fond du lac à l’aide de calcite et/ou d’alun;
2. l’enlèvement, par dragage hydraulique ou mécanique, de la couche superficielle de sédiments organiques chargés en phosphore.

L’étude a été réalisée en partie en laboratoire, en partie in situ (en enclos), et visait à vérifier à petite échelle l’efficacité et la faisabilité de ces techniques dans une perspective de restauration globale du lac.

L’expérimentation de la floculation et du recouvrement actif au moyen de calcite

Le sulfate d’aluminium (alun) est un coagulant couramment utilisé pour clarifier l’eau. Pour la restauration de lacs, les sels d’aluminium sont également utilisés en raison de leur capacité à former des liens chimiques relativement stables avec le phosphore. Le floc qui est formé avec l’alun précipite au fond du lac, et le phosphore ainsi entraîné au fond de l’eau peut être immobilisé dans les sédiments grâce aux liens créés avec l’aluminium.

La calcite est un minéral naturel formé de carbonate de calcium présentant des propriétés qui favorisent la précipitation et l’adsorption des métaux et du phosphore. Le dépôt d’une couche de calcite sur les sédiments est utilisé pour former une barrière physicochimique permettant de piéger le phosphore à l’interface eau/sédiments.

Le projet visait à vérifier l’efficacité de l’alun et de la calcite à réduire la concentration de phosphore dans la colonne d’eau dans des conditions se rapprochant le plus possible de la situation du lac. Quatre enclos ont été aménagés dans le lac pour recevoir les traitements suivants : 1) alun; 2) calcite; 3) alun + calcite; 4) témoin (aucun traitement). Dans les deux enclos traités à la calcite, une couche de 10 centimètres de sable a été déposée sur la calcite afin de stabiliser le recouvrement actif. La qualité de l’eau a fait l’objet d’un suivi régulier durant une saison estivale dans les quatre enclos, de même qu’à une station de référence située dans le lac, en milieu ouvert, aux fins de comparaison. Les auteurs de l’étude indiquent que c’est le traitement combinant la coagulation et le recouvrement actif (alun + calcite) qui a permis la meilleure réduction de la concentration du phosphore dissous dans la colonne d’eau. Le suivi a également permis d’observer que les concentrations d’aluminium résiduelles dans l’eau ont rapidement diminué après le traitement, pour atteindre des teneurs équivalentes à celles mesurées dans le lac. Cela indique que la totalité de l’aluminium qui a été introduit a floculé et qu’il n’était plus biodisponible dans la colonne d’eau.

L’expérimentation du dragage de la couche superficielle de sédiments chargés en phosphore

Le deuxième volet du projet visait à vérifier si l’enlèvement des sédiments de surface du lac permet de réduire la charge interne de phosphore et à déterminer la technique de dragage la plus adéquate. Dans un premier temps, des essais en laboratoire ont montré qu’à court terme, les sédiments récents du lac Saint-Augustin libèrent davantage de phosphore dans l’eau que les sédiments anciens (formés avant 1960).  

L’expérimentation in situ a consisté à retirer, dans des enclos aménagés dans le lac, la couche superficielle de sédiments correspondant à la sédimentation survenue depuis la dernière moitié du 20^e siècle. Deux techniques de dragage ont été testées, soit le dragage hydraulique et le dragage mécanique, et leur effet sur la qualité de l’eau a été suivi durant près de deux mois. Une diminution importante de la concentration en phosphore dissous a été observée dans l’enclos du dragage hydraulique deux semaines après le traitement. Dans l’enclos du dragage mécanique, la tendance à la baisse s’est inversée une semaine après le traitement, alors que la concentration en phosphore a connu une forte augmentation qui s’est poursuivie toute la durée du suivi.  

Observation générale

Les expérimentations à petite échelle dans des enclos de faible dimension comportent des biais qui limitent l’interprétation des résultats. D’une part, les enclos créent des conditions différentes de celles qui existent en milieu ouvert, dans le lac. Ainsi, les concentrations initiales en phosphore étaient beaucoup plus élevées dans les enclos que dans le lac. D’autre part, l’absence de répétition des traitements et la courte durée du suivi limitent le nombre de données disponibles et, par le fait même, l’établissement d’une relation entre le traitement et les effets observés avec un niveau de certitude élevé, de même que la prévision des effets à plus long terme.

Conclusion et recommandations

Les auteurs de l’étude envisagent des scénarios de restauration à l’échelle globale du lac qui font intervenir les technologies qui semblent offrir les meilleurs résultats et qui tiennent compte des aspects écotoxicologiques et financiers. Ainsi, selon les auteurs, le recouvrement actif par la calcite seule, bien qu’il ait semblé légèrement moins efficace que le traitement alun + calcite, pourrait être pertinent dans les zones les plus profondes du lac, alors que le dragage hydraulique des sédiments de surface serait recommandé dans les zones les moins profondes.

Toutefois, avant d’envisager une telle application à l’échelle du lac, il serait souhaitable de réaliser des essais intermédiaires, dans des secteurs isolés du lac, comportant un suivi sur une plus longue période. D’une part, il serait pertinent de vérifier si la résurgence d’eau souterraine apporte du phosphore dans le lac et si, à la suite du dragage des sédiments de surface, les sédiments anciens risquent de libérer du phosphore. D’autre part, l’efficacité à plus long terme de l’immobilisation du phosphore par la calcite et la stabilité du recouvrement devraient être vérifiées in situ. Ces essais pourraient permettre de déterminer s’il est nécessaire ou non d’ajouter de l’alun à la calcite pour que le traitement soit suffisamment efficace.

Ces essais pourraient également permettre d’étudier davantage l’effet des traitements sur les composantes biologiques de l’écosystème. Pour le moment, les résultats d’une étude effectuée en parallèle, en microcosme, semblent indiquer que le recouvrement actif (alun + calcite) crée un milieu plus favorable à la croissance du zooplancton et à la recolonisation des organismes benthiques que le milieu non traité. Un suivi biologique in situ pourrait être réalisé lors des essais intermédiaires afin de corroborer les observations effectuées en microcosme.

Les conditions de réalisation des prochaines étapes, incluant les besoins en matière de suivi, devront être définies pour obtenir les autorisations requises. Par ailleurs, avant d’envisager la restauration à l’échelle du lac, il faudra s’assurer que tous les efforts requis ont été déployés pour réduire au minimum les apports externes de nutriments. 

Consultez le rapport du projet pour la Ville de Québec, réalisé par l'Université Laval.