Surveillance de la qualité des précipitations
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Prélèvements des échantillons
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Bordereaux d’échantillonnage des précipitations ( PDF, 268 ko) |
Les prélèvements des échantillons d’eaux de précipitations sont effectués hebdomadairement, toute l’année, en cinq étapes précises :
- Remplacement de l’auget (seau) de collecte;
- Prélèvement d’un échantillon des précipitations recueillies dans la semaine, après avoir homogénéisé le contenu du sac de collecte en le brassant avec précaution;
- Mesure, à l’aide d’un cylindre gradué, du volume des précipitations restant dans le sac de collecte après le prélèvement de l’échantillon;
- Enregistrement des informations contextuelles de la collecte sur le bordereau d’échantillonnage (exemples : signalement de labours, coupes, récoltes, épandages de fumier ou d’engrais aux alentours de la station);
- Expédition par la poste de l’échantillon au Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec (CEAEQ).
L’observateur procède aux prélèvements, les mains gantées, en se référant au besoin à la procédure décrite dans le manuel de l’observateur qu’il a en sa possession. À quelques stations du réseau, deux échantillons sont prélevés lorsque les précipitations le permettent, à raison d’une fois par mois, selon le programme d’assurance de la qualité.
Chaque station de collecte des précipitations partage son site avec une station météorologique automatique ou manuelle (avec observateur) du Programme de surveillance du climat, laquelle est équipée d’instruments servant notamment à la mesure des quantités de précipitations tombées au sol. Aux stations automatiques, les précipitations solides et liquides sont mesurées (en millimètres d’équivalent d’eau) avec un pluviomètre à pesée, tandis qu’aux stations avec observateur, la neige est mesurée (en centimètres) en utilisant une table à neige et la pluie (en millimètres) avec un pluviomètre standard.
La présence d’instruments météorologiques de mesure de précipitations sur le même site permet d’évaluer l’efficacité de la collecte (précipitations dans le collecteur par rapport aux précipitations totales mesurées par les instruments météorologiques). Si l’efficacité de la collecte est inférieure à un certain seuil, c’est-à-dire que trop peu de précipitations ont été recueillies dans l’auget de collecte par rapport à celles qui ont été mesurées par les instruments météorologiques, les données recueillies sont rejetées.
Collecteurs de précipitations
Fonctionnement des collecteurs
Les dépôts des substances atmosphériques se produisent selon deux mécanismes différents : la turbulence atmosphérique et la gravité produisent des dépôts secs, alors que les précipitations d’eau, sous toutes leurs formes, produisent des dépôts humides.
Le but du collecteur de précipitations est de capter la fraction humide des dépôts. En l’absence de précipitations, le couvercle mobile du collecteur recouvre l’auget de collecte des dépôts humides. Un coussinet de mousse assure l’étanchéité de la fermeture du couvercle. Ce coussinet est recouvert d’une enveloppe de polyéthylène et de nylon, qui est remplacée à chaque prélèvement de façon à réduire les risques de contamination de l’échantillon.
Pour permettre l’ouverture du couvercle lors de précipitations, le collecteur est doté d’un détecteur de précipitations formé d’un circuit électrique exposé à l’air libre. Sa température est maintenue à 4 °C pour faire fondre la neige. Lorsqu’une goutte de pluie ou un flocon de neige tombe sur le circuit, un court-circuit déclenche l’ouverture du couvercle, exposant ainsi l’ouverture de l’auget à l’air. Un sac de polyéthylène et de nylon respectant des critères de qualité élevés est placé à l’intérieur de l’auget pour récolter les précipitations. L’ouverture du couvercle doit être très rapide, car le dépôt des substances atmosphériques se produit principalement lors du début d’une précipitation. Simultanément, la température du circuit augmente à 40 °C afin qu’il s’assèche. Lorsqu’il est asséché depuis plus de 30 secondes, le couvercle se referme.
Bien que la mesure des dépôts secs ne soit pas effectuée, l’auget de dépôts secs (ou auget de contrôle) est conservé afin de minimiser les poussières qui pourraient se déposer sous le couvercle mobile du collecteur. De plus, la présence de précipitations dans cet auget permet à l’observateur de constater et de signaler un éventuel mauvais fonctionnement du collecteur.
Types de collecteurs utilisés
Deux types de collecteurs de précipitations sont présentement utilisés pour le PSQP.
Le premier collecteur est le GENEQ, conçu en 1981 selon le plan et les détails techniques fournis par les techniciens du Ministère. Les figures suivantes présentent le plan ainsi qu’une photo de ce collecteur.
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Figure 1.a Schéma du collecteur GENEQ |
Figure 1.b Photo d’un collecteur GENEQ |
Le second type de collecteur est le DMA. Il a été construit en 1988 par les techniciens du Ministère. Le fonctionnement de ce collecteur est identique à celui du GENEQ, bien que des modifications aient été apportées aux matériaux utilisés pour sa conception ainsi qu’à ses composantes électroniques et à sa colonne télescopique afin de le rendre plus résistant aux intempéries et aux conditions climatiques particulières au Québec (par exemple, six mètres de neige en moyenne à la forêt Montmorency).
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Figure 2.a Schéma du collecteur DMA |
Figure 2.b Photo d’un collecteur DMA |
Dans le but d’assurer le maintien de hauts standards de qualité des données, le Ministère demeure à l’affût de l’évolution de l’instrumentation utilisée pour la surveillance de la qualité des précipitations. C’est pourquoi des travaux de modernisation sont en cours pour doter le PSQP d’une nouvelle génération de collecteurs.
Analyse des échantillons
Les échantillons sont analysés au laboratoire du CEAEQ, qui détient une accréditation du Conseil canadien des normes pour faire des analyses de laboratoire, selon la norme internationale ISO/CEI 17025. De plus, le laboratoire participe depuis la fin de 2007 aux études d'intercomparaison des laboratoires effectuées à l’intérieur du volet sur la chimie des précipitations du Programme de la Veille atmosphérique globale de l'Organisation météorologique mondiale. La participation à ces études lui permet de valider la qualité des analyses de chimie des précipitations qui y sont pratiquées.
Voici les éléments analysés ainsi que les méthodes analytiques employés pour chacun :
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Paramètre |
Symbole | Méthode analytique | Unité | LDM | |
| Anions |
Chlorures |
Cl- |
Chromatographie ionique avec détecteur conductivimétrique | µéq/l | 1 µéq/l |
| Nitrates | NO3- | ||||
| Sulfates | SO42- | ||||
| Cations métalliques |
Sodium |
Na+ |
Spectrométrie d’émission au plasma d’argon induit par radiofréquence | mg/l | 0,01 mg/l |
| Magnésium | Mg2+ | ||||
| Potassium | K+ | ||||
| Calcium | Ca2+ | ||||
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Azote ammoniacal |
NH4+ | mg/l | 0,02 mg/l | ||
| Alcalinité totale | HCO3- | Résines échangeuses d'ions avec détection conductivimétrique, (uniquement si pH ≥ 5) | µéq/l | 2 µéq/l | |
| Acidité | H+ | ||||
| pH | Titrateur automatique | 0,001 | |||
| Conductivité | µS/cm | 0,2 µS/cm | |||
Notes :
LDM : signifie limite de détection
de la méthode
Conductivité et pH : présentent
la valeur de réplicabilité (et non
la LDM)
Validation des données
Avant de les utiliser pour différentes études, les données doivent faire l’objet d’une validation minutieuse. Cette validation vise à corriger ou à éliminer les données faussées par l’un ou l’autre des facteurs suivants :
- Erreur de saisie;
- Période de prélèvement non standard;
- Donnée manquante;
- Contamination locale (mauvaise manipulation, insecte, sel de déglaçage, etc.);
- Contamination régionale (sels marins en particulier);
- Erreur d’analyse ayant pu échapper au contrôle de qualité du laboratoire.
Pour en effectuer la validation, les données hebdomadaires de l’année à valider sont regroupées et soumises à un processus de validation informatique composé des cinq étapes présentées ci-dessous. Après chacune de ces étapes, les échantillons non conformes sont rejetés ou corrigés. C’est pourquoi ces étapes de traitement informatique sont appelées « filtres ».
Filtre des analyses manquantes
Les échantillons ayant un ou plusieurs paramètres d’analyse manquants sont éliminés par cette étape de la validation.
Filtre physico-chimique
Ce filtre sert à éliminer les observations montrant des erreurs d’analyse de trois types : erreur de mesure, erreur de saisie ou présence d’ions inhabituels que le laboratoire ne mesure pas. Pour déceler ces erreurs, trois vérifications physico-chimiques sont réalisées :
- Écart ionique : permet de déceler un déséquilibre entre les cations et les anions;
- Écart de conductivité : permet de déceler un excès ou un manque d’ions;
- Écart hydrogène : permet de déceler principalement des erreurs de saisie concernant la mesure de la concentration de l’ion hydrogène.
Les échantillons qui échouent à au moins une de ces trois vérifications informatiques sont rejetés.
Filtre des sels marins
Les ions S042-, Cl-, Na+, Mg2+, Ca2+ et K+ sont présents en quantité non négligeable dans l’eau de mer. En conséquence, aux stations de collecte situées près des côtes maritimes, une partie des dépôts de ces six ions provient des embruns. L’objectif de ce filtre est de corriger leur concentration dans les analyses de ces stations en éliminant la fraction du dépôt imputable aux embruns.
Filtre de la représentativité temporelle et de la contamination
Cette étape de la validation sert à rejeter les échantillons qui présentent une contamination visuelle évidente ainsi que ceux dont le prélèvement présente des irrégularités jugées importantes (par exemple, si le couvercle du collecteur reste ouvert durant toute la période de collecte. Elle vise aussi à rejeter les échantillons qui couvrent une période de collecte de moins de six ou de plus de huit jours.
Filtre statistique
À cette étape, s’effectuent la validation statistique et la validation interstation. L’objectif global est de déterminer si la valeur de chaque paramètre a une représentativité régionale en filtrant les effets locaux et en mettant l’accent sur les phénomènes régionaux et le transport atmosphérique sur de longues distances. Les détails de ces deux validations sont assez complexes.
Assurance qualité
Au cours des années 1980, le PSQP s’est doté d’un plan d’assurance qualité des données. Ce plan couvre toutes les étapes associées à la production de données, allant du prélèvement des échantillons sur le terrain jusqu’à l’archivage des résultats dans les banques informatiques du Ministère. Ce plan est un des éléments qui ont le plus contribué à la reconnaissance du programme, tant à l’échelle nationale qu’à l’échelle internationale.
Formation des observateurs
Le prélèvement de l’échantillon est sans aucun doute la partie la plus importante et la plus délicate du travail de l’observateur du PSQP. Afin de minimiser le risque de contamination des échantillons lors de l’échantillonnage des précipitations, les observateurs doivent suivre le protocole de collecte décrit dans le manuel de l’observateur du PSQP qui leur est remis. De plus, tous les nouveaux observateurs suivent une formation, participent à une mise en situation d’un technicien du PSQP, puis reçoivent des visites régulières des techniciens durant lesquelles des mises au point peuvent être effectuées au besoin.
Stations équipées de deux collecteurs
Les stations Sutton et Forêt-Montmorency sont équipées de deux collecteurs de précipitations du même modèle. Chaque mardi, l’observateur de ces deux stations effectue le prélèvement des échantillons des deux collecteurs. Les données recueillies permettent d’évaluer la variabilité totale des mesures résultant de la micro-localisation du collecteur sur le site et de toutes les opérations, depuis le prélèvement de l’échantillon jusqu’à son analyse.
Échantillonnage en double
Un autre moyen mis en œuvre pour évaluer cette variabilité est la prise d’échantillons en double aux stations Mont-Brun et La Morandière lorsque le volume des précipitations hebdomadaires le permet, à raison d’un minimum d’une fois par mois.
Contrôle de la qualité des sacs de collecte
Tous les lots de sacs de collecte sont soumis à un contrôle de qualité au laboratoire du CEAEQ pour s’assurer de l’absence de substances susceptibles de contaminer l’échantillon. Le résultat des analyses permet de déterminer le degré de contamination pouvant être engendré par le séjour des solutions dans les sacs et, si cela se produisait, de détecter un lot de sacs anormalement contaminé. Lors de ce contrôle, des informations sur la stérilité des bouteilles d’échantillonnage sont aussi obtenues.
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