1  Les effluents urbains : Nature et matières présentes

• Qu’est-ce que les effluents urbains?
• Pourquoi les effluents urbains sont-ils préoccupants?
• Eaux usées urbaines : De l’entrée à la sortie
• Quelle est l’importance des effluents urbains comme sources de pollution?
• Facteurs régissant les effets des effluents urbains

Qu’est-ce que les effluents urbains?

En termes simples, les effluents urbains sont les déchets liquides issus des égouts et des usines de traitement des eaux usées urbaines (UTEUU). Ces déchets sont de deux types : les eaux domestiques, qui proviennent des habitations, des entreprises, des établissements et des industries, et les eaux pluviales, qui proviennent de la pluie ou de la fonte des neiges, s’écoulent des toits et ruissellent sur les pelouses, les routes et autres surfaces urbaines. Les eaux domestiques sont généralement traitées avant d’être rejetées dans un plan d’eau. Les eaux pluviales, quant à elles, sont généralement rejetées sans traitement, bien que la capacité de traitement des eaux pluviales se soit améliorée dans bon nombre de collectivités durant la dernière décennie.

Depuis le milieu des années 1950, la plupart des collectivités du Canada se sont dotées de réseaux séparatifs pour les eaux domestiques et les eaux pluviales, mais dans les quartiers plus anciens, les eaux domestiques et les eaux pluviales sont souvent transportées par un même égout unitaire. Si celui-ci est relié à une usine de traitement des eaux usées, comme c’est généralement le cas, les eaux pluviales sont traitées avec les eaux domestiques. Toutefois, les orages violents peuvent surcharger les installations de traitement et le trop-plein des eaux usées brutes est rejeté par le système directement dans le plan d’eau récepteur sans passer par l’usine de traitement.

Pourquoi les effluents urbains sont-ils préoccupants?

Les effluents urbains sont préoccupants non seulement à cause des nombreux polluants qu’ils contiennent généralement, mais également à cause de leur volume. En fait, les rejets d’eaux usées urbaines sont, en volume, l’un des plus importants rejets du pays : selon des estimations faites en 1999, ils représentent à eux seuls 14,4 millions de mètres cubes par jour d’eaux usées traitées par 1 118 municipalités (Environnement Canada, 1999b).

Les effluents urbains peuvent contenir :

• du sable, des débris et des solides en suspension, qui peuvent atténuer la couleur de l’eau, la rendre impropre aux utilisations récréatives, domestiques et industrielles, et même étouffer et contaminer la vie végétale et animale au fond du plan d’eau récepteur;



• des pathogènes (p. ex., bactéries et virus), qui peuvent rendre l’eau impropre à la consommation, à la baignade et à d’autres usages récréatifs, et contaminer les crustacés et les mollusques;



• des déchets organiques en décomposition, qui épuisent l’oxygène dissous dans l’eau et menacent la survie du poisson et d’autres organismes aquatiques;



• des éléments nutritifs, qui stimulent la croissance des algues et d’autres végétaux aquatiques de façon excessive, ce qui produit des odeurs désagréables et crée des problèmes esthétiques, réduit la biodiversité et, dans certains cas, entraîne une contamination toxique des crustacés et des mollusques;



• environ 200 produits chimiques répertoriés différents, dont un grand nombre peuvent être la cause d’une toxicité aiguë ou chronique dans les organismes aquatiques et poser un risque pour la santé des humains. Beaucoup de ces produits chimiques peuvent avoir des effets à long terme sur l’environnement, car ils ne se décomposent pas facilement et ont tendance à s’accumuler dans les organismes aquatiques ou terrestres par l’intermédiaire de la chaîne alimentaire.

Les quantités de ces contaminants peuvent être élevées dans les eaux d’égout, les eaux pluviales et les trop-pleins d’égout unitaire non traités, mais même les eaux d’égout traitées peuvent encore contenir des substances nocives, bien qu’en quantités plus faibles que dans les eaux d’égout brutes.

Les coûts sociaux et économiques liés aux effluents urbains (fermeture de zones de pêche et de plages, perte de recettes touristiques, ou prise de mesures de traitement supplémentaires avant que l’eau puisse être utilisée à des fins domestiques ou industrielles) peuvent être considérables.

Eaux usées urbaines : De l’entrée à la sortie

La figure 1 représente les divers trajets que peuvent prendre les eaux usées urbaines, de leurs points d’origine, sous la forme d’eaux domestiques ou d’eaux pluviales, jusqu’à leur rejet final dans les eaux de surface ou le sol. Les substances introduites dans les eaux d’égout et le traitement subi avant leur rejet ont une influence importante sur le type et l’ampleur des perturbations imposées par ces effluents sur l’environnement.

Figure 1. Sources et devenir des eaux usées urbaines

Eaux domestiques
Les égouts séparatifs reçoivent tout ce qui est chassé par les installations sanitaires ou évacué par les tuyaux d’évacuation des habitations, commerces, établissements et usines. Les eaux usées brutes contiennent diverses substances en plus des déchets humains : particules de saleté, fragments d’aliments, huiles et graisses, savons, détergents, agents de blanchiment, autres agents de nettoyage, solvants, peintures, produits pharmaceutiques et cosmétiques. Même les déchets humains peuvent contenir des quantités surprenantes de métaux à l’état de traces, tels que le cuivre, le zinc, le fer, le cobalt, le manganèse et le molybdène, parce que ceux-ci sont des éléments essentiels de la nutrition chez les humains. Bien que la plus grande partie des métaux et des produits chimiques présents dans les eaux usées urbaines proviennent des industries, des entreprises et des établissements, la contribution des sources domestiques est également importante. Quelles que soient leurs origines, la composante la plus importante des eaux d’égout brutes est l’eau, qui compte pour 99,9 % du total environ.

Dans de nombreuses collectivités, les eaux usées des industries, des entreprises et des établissements influent beaucoup sur le volume et la composition des eaux d’égout. Les déchets de procédés de ces sources peuvent comprendre de l’argent provenant d’installations de tirage photographique, des solvants d’installations de nettoyage à sec, des encres et des colorants d’imprimerie, pour ne donner que quelques exemples. Bien des municipalités ont des règlements d’utilisation des égouts qui interdisent d’y rejeter certaines substances dangereuses ou établissent des limites pour les niveaux qui peuvent être rejetés. Nombre de grosses industries ont des systèmes de gestion des eaux usées qui collectent, traitent et réutilisent (quand la chose est possible) leurs propres eaux de traitement ou de refroidissement et ne rejettent que leurs eaux usées d’origine humaine dans les égouts publics.

Les effluents urbains sont typiquement un mélange de constituants biologiques, chimiques et physiques (voir appendice 1). La composition particulière de ces effluents varie d’une municipalité à l’autre selon le niveau de traitement qu’ils reçoivent ainsi que le nombre et le type d’habitations, d’entreprises, d’industries et d’installations publiques qui rejettent leurs eaux usées dans le réseau. La présence d’égouts unitaires qui transportent les eaux pluviales est également un facteur important de la qualité des eaux d’égout.

Les eaux d’égout brutes peuvent être traitées dans une fosse septique ou une UTEUU, ou rejetées directement dans un plan d’eau. D’après les données de 1999, environ 26 % des Canadiens, surtout dans des zones rurales, utilisent des fosses septiques dotées d’éléments épurateurs pour le traitement des eaux usées. Les 74 % restants, qui vivent dans quelque 1 200 municipalités, sont desservis par des égouts urbains. En 1999, les eaux d’égout de 97 % de la population canadienne desservie par des égouts subissaient un traitement sous une forme ou une autre (Environnement Canada, 1999b). Ceci se compare favorablement à ce que l’on observe dans d’autres pays développés, tels que le Royaume-Uni (96 %), le Danemark (94 %) et les Pays-Bas (92 %).

Les UTEUU du Canada, particulièrement celles des grandes agglomérations urbaines, ont toutes des constructions particulières et utilisent diverses combinaisons de procédés de traitement. La construction et la capacité des systèmes de traitement dépendent de facteurs tels que les besoins ou les objectifs particuliers des municipalités, la source et la quantité des eaux usées et les contraintes financières. En gros, les usines de traitement peuvent comporter jusqu’à trois niveaux de traitement selon leur construction : un traitement primaire, un traitement secondaire ou un traitement complémentaire ou tertiaire (voir la description détaillée à l’encadré 1).

Encadré 1. Comment se fait le traitement des eaux usées?

Bien que le type et la séquence du processus de traitements des eaux usées puissent varier d’une usine à l’autre, les opérations de l’usine de la Municipalité régionale d’Ottawa-Carleton qui sont illustrées ci-dessus sont assez représentatives. Cette usine effectue un traitement secondaire biologique des eaux usées avec déphosphoration.

Traitement secondaire
L’effluent primaire est ensuite transféré à l’étape de traitement biologique ou secondaire. Les eaux usées sont alors mélangées avec une population contrôlée de bactéries et une grande quantité d’oxygène. Les micro-organismes digèrent les matières organiques fines en suspension et en solution, ce qui les élimine des eaux usées. L’effluent est ensuite dirigé dans des décanteurs secondaires où les solides ou les boues biologiques se déposent par gravité. Tout comme dans les décanteurs primaires, ces boues sont pompées vers des digesteurs anaérobies et l’effluent secondaire filtré peut alors être déversé directement dans le milieu récepteur ou envoyé à une installation de désinfection avant d’être évacué.

Désinfection
Avant que l’effluent final ne soit rejeté dans les eaux réceptrices, il peut subir une désinfection visant à y réduire les micro-organismes pathogènes résiduels. Les procédés de réduction les plus courants utilisent le chlore gazeux ou un désinfectant à base de chlore tel que l’hypochlorure de sodium. Pour éviter tout rejet excessif de chlore dans l’environnement, on peut soumettre l’effluent à une déchloration avant son rejet. Les autres procédés de désinfection possibles sont entre autres l’utilisation de la lumière ultraviolette et de l’ozone.

Selon les données recueillies par l’enquête effectuée pour constituer la Base de données sur l’utilisation de l’eau par les municipalités (MUD)³, le degré de traitement des eaux usées varie considérablement d’un endroit à l’autre au Canada. En Colombie-Britannique, environ 1,9 million de personnes, c. -à- d. 63 % de la population desservie par des égouts, bénéficiaient d’un traitement secondaire ou tertiaire en 1999, ce qui représente une augmentation importante depuis 1996 (figure 2). En Ontario et dans les provinces des Prairies, plus de 94 % des populations desservies par des égouts bénéficiaient d’un traitement secondaire ou tertiaire en 1999. Au Québec, les proportions étaient approximativement égales en 1999, environ 43 % de la population desservie par des égouts bénéficiant d’un traitement primaire seulement et 49 % bénéficiant d’un traitement secondaire ou tertiaire. Dans les provinces de l’Atlantique, près de la moitié de la population desservie par des égouts rejetait les eaux d’égout non traitées directement dans les eaux intérieures et côtières, comptant malheureusement sur la capacité de dilution des eaux réceptrices pour réduire les impacts sur l’environnement. Les données sont insuffisantes pour évaluer adéquatement le degré de traitement des eaux usées dans les Territoires du Nord-Ouest, au Yukon et au Nunavut.

Le niveau de traitement des eaux usées au Canada varie considérablement entre les municipalités qui rejettent les eaux usées dans les eaux côtières et celles qui les rejettent dans les eaux intérieures (douces) (figure 3). En 1999, environ 84 % des populations des régions intérieures étaient desservies par des égouts bénéficiant d’un traitement secondaire ou tertiaire, contre 15 % recevant un traitement primaire. Quant aux municipalités côtières desservies par des égouts, ces dernières ne recevaient qu’un traitement primaire ou secondaire, ou encore, aucun type de traitement. Des municipalités rejetant les eaux usées dans les eaux côtières du Pacifique, environ 80 % recevaient un traitement primaire et 15 % un traitement secondaire. Parmi les municipalités rejetant les eaux usées dans l’Atlantique et l’estuaire du Saint-Laurent, environ 18 % de la population était desservie par un traitement primaire, environ 34 % recevait un traitement secondaire, tandis que plus de 48 % ne recevait aucun traitement (adapté d’Environnement Canada, 1999b).

Figure 2. Populations urbaines desservies par des usines de traitement des eaux usées en Colombie-Britannique, dans les provinces des Prairies, en Ontario, au Québec et dans les provinces de l’Atlantique, de 1983 à 1999 (basé sur les municipalités desservies par des réseaux d’égouts urbains)

Notes :

1. La légère diminution du traitement tertiaire en Ontario et au Québec entre 1996 et 1999 est probablement le résultat de la modification des procédures de vérification des données de l’enquête MUD à partir de 1996.
2. L’enquête MUD définit le traitement primaire comme toute forme de traitement mécanique, le traitement secondaire comme un traitement biologique ou l’utilisation d’étangs de stabilisation et le traitement tertiaire comme une forme de traitement d’un niveau plus élevé que le traitement secondaire.
3. Il est important de noter que l’utilisation de diverses définitions du niveau de traitement des eaux usées peut donner des résultats différents de ceux représentés dans la figure 2. Par exemple, la définition employée dans l’encadré 1 diffère de celles employées par l’enquête MUD. En effet, selon le MUD, le dégrillage peut être considéré comme un traitement primaire.

Figure 3. Niveau de traitement des eaux usées urbaines déversées dans les eaux réceptrices côtières et intérieures canadiennes en 1999 (basé sur les municipalités desservies par des réseaux d’égouts urbains)

Note :

Les rejets dans les eaux côtières par rapport à ceux versés dans les eaux intérieures (douces) sont en grande partie déclarés par les municipalités. La région côtière de l’Atlantique comprend les municipalités qui rejettent leurs eaux d’égout dans l’estuaire du Saint-Laurent.

(Source : Adapté d’Environnement Canada, 1999b)

Effluents d’usine de traitement des eaux usées urbaines
Après le traitement, les concentrations de nombreux polluants présents dans les eaux d’égout brutes sont réduites, mais il reste de petites quantités de ces polluants dans l’effluent. Souvent, les concentrations des polluants résiduels peuvent être suffisamment élevées pour endommager gravement l’environnement.

Certains constituants, pour la plupart liés aux déchets humains, sont présents dans tous les effluents d’égout. Ce sont entre autres :

• des matières organiques biodégradables consommatrices d’oxygène (mesurées par la demande biochimique en oxygène, ou DBO);
• des solides en suspension (mesurés par le total des solides en suspension, ou TSS);
• des éléments nutritifs, tels que le phosphore (mesurés par le phosphore total et/ou le total des ortho-phosphates) et les composés à base d’azote (nitrates, nitrites, ammoniac et ammonium, mesurés séparément, ou collectivement en tant qu’azote total);
• des micro-organismes (généralement mesurés par la quantité d’un groupe représentatif de bactéries, telles que les coliformes fécaux ou les streptocoques fécaux, que l’on trouve dans les déchets humains);
• des sulfures.

Les matières exerçant une DBO et les TSS⁴ sont les principaux constituants des effluents urbains. Un litre d’effluent qui a subi un traitement primaire contient typiquement entre 100 et 200 milligrammes de chacun; toutefois, ces quantités sont fortement réduites par les traitements de niveau supérieur. Néanmoins, même avec un traitement tertiaire, les quantités rejetées dans l’environnement par les grandes usines de traitement peuvent être substantielles. Par exemple, à Montréal, une usine de traitement des eaux usées qui utilise un traitement primaire augmenté de procédés physiques et chimiques produit des concentrations de TSS et de matières exerçant une DBO d’environ 20 et 40 milligrammes par litre respectivement, et rejetait en moyenne près de 23 tonnes de solides en suspension et 43 tonnes de matières exerçant une DBO par jour dans le Saint-Laurent en 1993 (CUM, 1994). En 1999, les rejets de matières exerçant une DBO et de TSS par l’ensemble des UTEUU canadiennes étaient estimés à 101 950 tonnes et à 121 619 tonnes respectivement (OMOE, 1993; Environnement Canada, 1999b).

Les concentrations d’azote et de phosphore⁵ sont plus faibles d’un ordre de grandeur, les concentrations d’azote typiques se trouvant dans la plage de 20 à 40 milligrammes par litre, et celles de phosphore, dans la plage de 7 à 25 milligrammes par litre après un traitement primaire. Dans les régions intérieuress où les problèmes d’eutrophisation causés par les rejets de phosphore ont été répandus, un traitement tertiaire est souvent nécessaire pour ramener les concentrations de phosphore à des niveaux moins nuisibles (typiquement, 3 milligrammes par litre ou moins, selon les caractéristiques de l’écosystème exposé aux rejets).

Bien que les micro-organismes⁶ se retrouvent en grand nombre dans les eaux d’égout brutes (p. ex., de 1 million à 1 milliard de coliformes fécaux par 100 millilitres), le traitement des eaux usées est efficace pour en réduire la quantité dans l’effluent. Les fosses septiques éliminent typiquement entre 25 et 75 % de tous les micro-organismes, le traitement primaire de 5 à 40 % et les traitements suivants plus de 90 % (Droste, 1997). En plus de l’efficacité d’élimination du traitement standard des eaux usées, les installations utilisant des procédés de désinfection efficaces peuvent réaliser une réduction voisine de 100 % du nombre de micro-organismes présents dans l’effluent final. Toutefois, même avec un taux d’élimination de 99 %, il peut rester de 10 000 à 100 000 organismes dans l’effluent traité. C’est une source de problèmes quand l’eau réceptrice est utilisée pour une activité exigeant une très faible concentration en micro-organismes par 100 millilitres (pour que l’activité soit pratiquée dans des conditions sécuritaires), par exemple la baignade ou la récolte de mollusques ou de crustacés. Les micro-organismes sont une plus grande préoccupation encore dans les eaux pluviales et les TEU, l’effluent étant alors généralement rejeté sans traitement.

Par comparaison, les métaux⁷ ne sont présents qu’en très faibles quantités. L’aluminium, le strontium et le fer sont les plus abondants, car les sels de ces métaux sont souvent utilisés dans le procédé de traitement des eaux d’égout. Leurs concentrations sont typiquement de l’ordre de quelques milligrammes par litre. Toutefois, les concentrations d’autres métaux, tels que le cadmium, le cuivre, le plomb, le zinc, le manganèse, le molybdène et le nickel, sont généralement de quelques microgrammes (millionièmes de gramme) par litre. Le mercure, métal très préoccupant pour l’environnement, est généralement présent sous la forme de traces mesurées en nanogrammes (milliardièmes de gramme) par litre. Une étude, publiée en 1988, de 37 usines de traitement de l’Ontario desservant 5,1 millions de personnes, donne une idée des proportions relatives de ces substances rejetées dans l’environnement. Selon l’étude, les rejets de métaux annuels combinés de ces 37 usines pouvaient atteindre en moyenne 450 tonnes pour le strontium et 284 tonnes pour l’aluminium, et 48 kg seulement pour le mercure. La charge de zinc des 37 usines était de 89 tonnes par année en moyenne, alors que les charges de cadmium, de cuivre, de chrome, de plomb, de nickel et de cinq autres métaux étaient dans chaque cas inférieures à 150 kg par année (OMOE, 1988).

Les concentrations des substances organiques⁸ sont généralement plus faibles que celles des métaux, la plupart étant de l’ordre du microgramme par litre. Les concentrations en BPC, dioxines et furannes sont encore plus faibles, de l’ordre de quelques nanogrammes par litre. Ensemble, les 37 usines de traitement de l’Ontario examinées dans l’étude de 1988 ont rejeté en moyenne 30 kg de BPC par année, 1,2 kg de dioxines et de furannes par année, et 1,6 et 2,5 tonnes respectivement de tétrachloroéthylène et de trichloroéthylène (des solvants) par année (OMOE, 1988).

En dépit de leurs très faibles concentrations dans les effluents d’eaux usées, il n’est pas nécessaire que les substances organiques et les métaux soient rejetés en grandes quantités pour dégrader l’environnement, car nombre de ces substances peuvent être toxiques à de faibles concentrations et rester dans l’environnement durant de très longues périodes. Par conséquent, de grandes quantités de ces substances peuvent s’accumuler dans les sédiments avec le temps ou être transportées par l’eau et les courants aériens vers d’autres environnements éloignés du point de rejet. Certaines d’entre elles ont également tendance à s’accumuler dans les tissus vivants et à remonter la chaîne alimentaire. Il en résulte que leurs concentrations dans les prédateurs de niveau trophique supérieur, tels que les oiseaux ichtyophages, peuvent être très élevées, même si les concentrations dans l’eau ambiante sont très faibles.

Eaux pluviales et trop-pleins d’égouts unitaires
Étant donné que les terres urbaines sont largement couvertes par des zones déboisées et des surfaces imperméables comme l’asphalte et le béton, elles absorbent beaucoup moins d’eau que les paysages naturels. Par conséquent, de 30 à 50 % environ des eaux pluviales ou des eaux de fonte des neiges dans les zones urbaines deviennent des eaux de ruissellement, et cette proportion peut dépasser 90 % dans les centres-villes. Le ruissellement urbain entraîne les débris et les contaminants des routes, des terrains de stationnement, des trottoirs, des toits, des pelouses et d’autres surfaces dans le réseau d’égouts ainsi que dans d’autres voies d’écoulement, telles que les fossés et les ruisseaux.

Les eaux pluviales contiennent des solides en suspension, des substances nutritives, des bactéries et d’autres micro-organismes, ainsi que la plupart des autres constituants des eaux domestiques; toutefois, comme une grande partie de ces eaux provient de la surface des routes, elles transportent aussi des quantités substantielles d’huiles et de graisses, de chlorures présents dans les sels de déneigement, de métaux toxiques et de substances organiques, telles que les HAP (un groupe de sous-produits de la combustion dont certains sont cancérogènes). De plus, le ruissellement des pelouses et des jardins contiendra probablement des résidus d’engrais, d’insecticides et d’herbicides. Les eaux pluviales renferment souvent aussi des débris, du sable et des particules de sol et des polluants atmosphériques qui se sont déposés sur le sol ou qui ont été lessivés de l’atmosphère par la pluie.

Si les eaux pluviales sont évacuées par un égout unitaire, elles sont généralement traitées dans une UTEUU, à moins que leur volume ne soit trop élevé, auquel cas le trop-plein est habituellement rejeté dans les eaux réceptrices à divers points en amont de l’usine de traitement. Cependant, dans la plupart des municipalités, les eaux pluviales sont évacuées par des égouts séparatifs et rejetées directement dans un plan d’eau récepteur, sans traitement. Cette situation change toutefois graduellement depuis 10 ou 20 ans, car les collectivités se sont rendu compte que les eaux pluviales sont une importante source de pollution.

Les charges de contaminants des eaux pluviales et des TEU sont difficiles à mesurer en raison de la nature ponctuelle et très variable des épisodes de précipitations. De plus, les concentrations en contaminants dans les TEU sont beaucoup plus grandes au début de ces épisodes (effet de chasse) et décroissent considérablement dans les phases ultérieures. Contrairement aux rejets des usines de traitement des eaux d’égout, les rejets d’eaux pluviales et de TEU se produisent en de nombreux endroits d’une région urbaine donnée. Par exemple, le district régional du Grand Vancouver compte 50 exutoires de TEU. En général, les charges introduites dans l’environnement dépendent de l’étendue et du type d’aménagement urbain dans le bassin hydrographique, du niveau de traitement des eaux pluviales (si traitement il y a) et, dans le cas des TEU, de la source des eaux d’égout à l’origine du trop-plein (c.-à-d. le nombre et le type d’industries dont les rejets sont introduits dans le réseau d’égouts). Par conséquent, le mélange des contaminants rejetés peut varier considérablement d’un bassin hydrographique à l’autre, et même d’un endroit à l’autre dans un bassin donné. Il y a souvent aussi de grandes différences entre les saisons et entre les épisodes de ruissellement.

La quantité et la qualité approximatives des eaux pluviales introduites dans les écosystèmes aquatiques du Canada ne sont pas très bien documentées. Toutefois, un examen récent de 140 études effectuées aux États-Unis, en Europe et au Canada (Makepeace et al., 1995) donne une indication utile des contaminants courants. On y identifie 28 polluants potentiellement nuisibles pour la vie aquatique et la santé humaine (principalement par l’intermédiaire des réserves en eau potable). Ces polluants sont les matières solides, les solides en suspension, les chlorures, les substances destructrices d’oxygène, 3 types de micro-organismes, 12 métaux lourds et 9 substances organiques.

Les constituants des TEU ont été étudiés encore moins que ceux des eaux pluviales, en partie parce que la construction des égouts unitaires les rend plus difficiles à surveiller que les égouts pluviaux. Toutefois, au cours de l’effet de chasse, les niveaux des constituants des TEU sont voisins ou même dépassent ceux des eaux d’égout domestiques brutes (particulièrement quand les boues sont soulevées du fond des égouts par des écoulements rapides). Les principaux polluants préoccupants dans les TEU sont les solides en suspension, les substances destructrices d’oxygène, les substances nutritives (azote et phosphore), les bactéries fécales et les substances chimiques toxiques de sources municipales et industrielles locales (Environnement Canada, 1997).

Il y a généralement des dizaines de TEU au cours d’une année dans les municipalités dotées d’égouts unitaires. Dans la région du Grand Vancouver, où il y a plus de TEU que dans toute autre ville canadienne, certains des principaux exutoires ont chaque année de 100 à 150 débordements, la plupart en hiver (Hall et al., 1998a). Le volume des eaux de ruissellement durant un rejet moyen d’eaux pluviales dans le bassin des Grands Lacs a été estimé à environ 760 litres par habitant par jour (Marsalek et Schroeter, 1988). Si la moyenne est calculée pour les jours avec précipitations seulement, les rejets vont de 2 000 à 3 000 litres par habitant par jour, ce qui est beaucoup plus que le débit moyen de 300 litres par habitant par jour pour les eaux usées urbaines.

On ne dispose pas d’estimations des charges annuelles de polluants dans les eaux pluviales et les TEU pour l’ensemble du pays. Les charges de la partie canadienne du bassin des Grands Lacs, où vivent plus de 9,2 millions de personnes, ont toutefois été calculées. Pour le ruissellement des eaux pluviales, les charges étaient les plus élevées dans le cas des solides en suspension (91 000 tonnes par année), suivis par les huiles et les graisses (de 100 à 1 000 tonnes par année), les métaux (420 tonnes par année), les HAP (0,73 tonne par année), les BPC (0,08 tonne par année), les benzènes chlorés (0,06 tonne par année) et les pesticides organochlorés (0,03 tonne par année) (Marsalek et Schroeter, 1988; Marsalek, données non publiées). Des concentrations typiques en coliformes fécaux et en E. coli de 1 200 à 5 100 cellules par 100 millilitres et de 800 à 6 100 cellules par 100 millilitres respectivement ont été observées dans les eaux pluviales de l’Ontario (Marsalek et al., 1992). Dans les TEU, les charges annuelles estimatives de polluants courants étaient de 17 400 tonnes pour les solides en suspension, de 3 700 tonnes pour les substances exerçant une DBO, de 760 tonnes pour l’azote total et de 130 tonnes pour le phosphore total (Waller et Novak, 1981). Dans les TEU de l’Ontario, on a mesuré des concentrations en coliformes fécaux aussi élevées que 1 million de cellules par 100 millilitres, probablement lors de la première chasse de contaminants (Waller et Novak,1981).

Quelle est l’importance des effluents urbains comme sources de pollution?

Les effluents urbains sont l’une des principales sources de matières exerçant une DBO, de solides en suspension, de substances nutritives, de substances organiques et de métaux rejetés dans les eaux canadiennes. Le tableau 1 montre, par exemple, que les charges de phosphore provenant des eaux pluviales et des TEU sont sensiblement comparables à celles des industries qui n’utilisent pas les réseaux d’égouts urbains, alors que les charges provenant des usines de traitement urbaines sont de deux à trois fois plus élevées. Dans le cas de l’azote, les charges des usines de traitement urbaines peuvent être sept fois plus élevées que celles des industries qui rejettent leurs eaux usées directement dans l’environnement. Malheureusement, on ne dispose pas d’assez d’informations pour faire une comparaison avec les charges d’éléments nutritifs provenant du ruissellement ou du lessivage des terres agricoles du Canada.

Tableau 1. Comparaison des charges d’éléments nutritifs dans les eaux de surface et les eaux souterraines, pour diverses sources au Canada en 1996

Notes :

1. On ne dispose pas de données industrielles pour le Manitoba, le Nouveau-Brunswick, la Nouvelle-Écosse et l’Île-du-PrinceÉdouard; cette valeur est par conséquent sous-estimée. Les données relatives aux fosses septiques représentent la quantité d’éléments nutritifs rejetés, une fois la rétention par les fosses septiques et les champs d’épandage prise en compte.
2. Ces chiffres ne représentent pas les quantités d'éléments nutritifs relachés dans les eaux superficielles et souterraines par les sources agricoles. Plutôt, ce sont les quantités résiduelles dans les champs suivant la récolte. À l'échelle nationale, on ne sais pas qu'elle fraction de ces résidus se rendent réellement aux eaux superficielles et souterraines.

Les effluents urbains dépassent également les rejets industriels directs comme sources principales des BPC et du mercure véhiculés par l’eau qui sont introduits dans les lacs Supérieur et Ontario, selon des estimations pour 1991 et 1992 (tableau 2). L’importance des effluents urbains comme sources de pollution de l’eau, particulièrement dans les zones fortement peuplées, est mise en évidence par le fait que la pollution par les eaux usées urbaines est un problème majeur dans 10 des 17 localités des Grands Lacs canadiens identifiées comme secteurs préoccupants dès 1985 par la Commission mixte internationale.

Tableau 2. Charges estimées de BPC et de mercure des lacs Supérieur et Ontario, 1991-1992

Note :

Certaines des données peuvent correspondre à des années antérieures.

(Sources : Lac Ontario : Thompson, 1992; Lac Supérieur : Dolan et al., 1993)

Les contributions relatives des UTEUU, des égouts pluviaux et des TEU aux rejets totaux d’eaux usées urbaines varient considérablement d’un endroit à l’autre et dépendent beaucoup de la démographie et du type d’aménagement de chaque région. Il y a également une grande variabilité entre les saisons et, évidemment, entre les périodes avec et sans précipitations. Une étude récente qui a comparé les charges de contaminants et les volumes de rejet estimatifs des usines de traitement des eaux usées, des égouts pluviaux et des TEU pour 17 secteurs préoccupants canadiens de la région des Grands Lacs (Schroeter,1997) permet toutefois de se faire une idée de l’importance relative des différents types de rejets. Les résultats montrent que le ruissellement pluvial a contribué pour 17 à 65 % au volume annuel des eaux usées dans ces secteurs, les TEU pour 1 à 6 % et les usines de traitement pour 35 à 80 %. L’ampleur de ces plages de valeur s’explique par des facteurs tels que la densité de population, et l’étendue et le type de l’aménagement dans chacun des 17 secteurs. Lors d’épisodes de précipitations, ces contributions relatives changeaient énormément, les eaux pluviales, les TEU et les usines de traitement rejetant respectivement environ 80 %, 7 % et 13 % du volume total des eaux usées. Plus de la moitié des solides en suspension provenaient des égouts pluviaux. Cependant, pendant les précipitations, ces solides provenaient presque exclusivement des eaux pluviales et des TEU. En revanche, les usines de traitement ont produit la plus grande charge de contaminants toxiques et les TEU la charge la plus faible.

Facteurs régissant les effets des effluents urbains

Les stress imposés par les effluents urbains aux milieux aquatiques dépendent de plusieurs grands facteurs : le volume du rejet, la qualité de l’effluent (c.-à-d. les types et les quantités des contaminants qu’il contient), les caractéristiques du milieu récepteur, la capacité d’assimilation de l’eau réceptrice, le climat et la saison.

Volume du rejet
Les précipitations mises à part, le volume du rejet d’un réseau d’égouts urbain dépend surtout de la taille de la population et de la superficie desservie par le réseau, des caractéristiques de l’utilisation du sol dans la région et de la quantité d’eau utilisée par la population. La croissance de la population urbaine a été un facteur important de l’augmentation du volume des rejets urbains en raison de l’augmentation de la quantité d’eau utilisée et de l’urbanisation. Entre 1971 et 1996, la population urbaine du Canada a augmenté de 37 % pour atteindre 22,5 millions d’habitants, soit 76 % de la population totale. Cette croissance s’étant surtout traduite par l’aménagement de banlieues faiblement peuplées, la superficie urbanisée a augmenté beaucoup plus rapidement que la population urbaine. Au cours de cette période, la superficie des régions urbaines au Canada a augmenté de 77 %, c.-à-d. de 12 250 kilomètres carrés, ce qui est le double de l’Île-du-PrinceÉdouard (Statistique Canada, 1997) (figure 4). Cette expansion se produit dans une région relativement peu étendue, la bande étroite, d’une largeur de quelques centaines de kilomètres à peine, qui longe la frontière avec les États-Unis et où vit 90 % de la population canadienne. Plusieurs plans d’eau dans cette région sont déjà perturbés par les activités humaines et des utilisations concurrentes des terres. L’expansion de l’utilisation des terres urbaines dans cette région ne peut qu’accroître ces pressions. L’augmentation résultante de la superficie aménagée a entraîné des hausses correspondantes du ruissellement urbain et des polluants (tels que les huiles et les sels de déneigement) généralement véhiculés par ce dernier.

Figure 4. Superficie des terres urbaines et densité de la population au Canada, 1971–1996

(Source : Statistique Canada, 1997)

Ces stress ont été partiellement atténués par une diminution générale de la quantité d’eau utilisée par habitant dans les municipalités, ce qui a entraîné une réduction du volume des eaux d’égout domestiques par habitant. Toutefois, la consommation d’eau au Canada continue d’augmenter avec l’accroissement des populations urbaines. Après un maximum atteint en 1989, la quantité d’eau utilisée par habitant dans les agglomérations urbaines du Canada a diminué de plus de 10 % durant le début des années 1990. Néanmoins, la consommation d’eau par les Canadiens reste exceptionnellement extravagante comparativement aux moyennes internationales, et a récemment augmentée légèrement pour atteindre une moyenne urbaine par habitant en 1999 de 638 litres par jour, consommation qui n’est dépassée que par celle des États-Unis. Un peu plus de la moitié de cette eau est utilisée à des fins domestiques telles que la cuisine, le nettoyage, les ablutions, l’arrosage des pelouses, le remplissage des piscines et les chasses des cuvettes de toilette. Le reste est utilisé à des fins commerciales et industrielles et pour d’autres usages tels que la lutte contre les incendies (figure 5). Les pertes d’eau dues aux fuites de conduites maîtresses peuvent également contribuer beaucoup aux eaux urbaines utilisées, allant de 10 à 30 % dans certaines municipalités. Cette forte consommation d’eau, combinée aux modes actuels d’utilisation des sols, produit des volumes d’effluents urbains inutilement élevés.

Figure 5. Utilisation de l’eau dans les municipalités par secteur au Canada, 1999

(Source : Adapté d’Environnement Canada, 1999b)

Qualité de l’effluent
Les types de contaminants présents dans les eaux domestiques dépendent initialement des matières introduites dans le réseau d’égouts. Les rejets industriels et commerciaux en particulier ont un impact important sur les caractéristiques des eaux d’égout, la différence entre les collectivités étant souvent déterminée par le nombre et le type des entreprises et industries reliées au réseau d’égouts urbain. Les eaux domestiques varient moins d’un endroit à l’autre, mais la mesure dans laquelle les ménages rejettent dans le réseau les huiles à moteur, les peintures à l’huile, les solvants et autres substances toxiques peut également influer sur la qualité des eaux d’égout de la collectivité.

Le degré de traitement des eaux usées détermine les concentrations finales des principaux constituants de l’effluent rejeté dans l’environnement. Toutefois, des usines offrant le même niveau de traitement peuvent avoir des effluents de qualité très différente, et la qualité de l’effluent d’une usine donnée peut aussi varier avec le temps. Ces différences peuvent être attribuées à une grande diversité de facteurs, comme la conception de l’usine, la compétence de ses opérateurs, les fluctuations du débit et la saison de l’année. La consommation d’eau locale est également un facteur important, car une grande consommation d’eau dilue les eaux d’égouts brutes qu’il est alors plus difficile de traiter efficacement. Les usines de traitement donnent de meilleurs résultats quand elles traitent des eaux d’égout relativement peu diluées, dans lesquelles les contaminants sont donc plus concentrés.

Environ 3 % de la population canadienne desservie par des réseaux d’égouts vit dans des collectivités où les eaux domestiques ne subissent absolument aucun traitement. Même dans les collectivités dotées d’installations de traitement, il peut également se produire, parfois fréquemment, des rejets importants d’eaux d’égout non traitées à cause du trop-plein des égouts unitaires et séparatifs ou du contournement de ces installations.

Dans le cas des eaux pluviales, l’utilisation des terres est le principal facteur qui détermine la qualité des effluents. Par exemple, les zones fortement aménagées à fort volume de circulation contribuent généralement plus que les zones résidentielles aux quantités de solides en suspension, de métaux et de HAP présents dans les eaux pluviales et les TEU. Étant donné que la plus grande partie des eaux pluviales du Canada sont rejetées sans traitement, elles peuvent avoir d’importantes conséquences sur les caractéristiques de la pollution de l’eau locale.

Caractéristiques du milieu récepteur
Les caractéristiques physiques et chimiques des eaux réceptrices sont parmi les facteurs importants qui régissent les impacts des eaux usées urbaines sur le milieu aquatique. Ces caractéristiques sont la dureté, la température, l’acidité ou l’alcalinité de l’eau, les concentrations de fond de nutriments et de métaux et la nature physique du plan d’eau récepteur (cours d’eau, lac ou estuaire; eau douce ou eau salée, etc.). Par exemple, les effets toxiques de l’ammoniac sont liés au pH et à la température des eaux réceptrices. L’ammoniac non ionisé, qui est fortement toxique pour le poisson, est présent dans l’eau en équilibre avec sa forme non toxique, l’ammonium (ammoniac ionisé). Quand l’eau se réchauffe et qu’elle devient plus alcaline, une plus grande quantité d’ammonium est reconvertie en ammoniac non ionisé dont la concentration augmente. Par conséquent, des quantités assez importantes d’ammoniac peuvent se former à la suite d’une simple variation de la température de l’eau et du pH.

En fait, la toxicité de plusieurs substances augmente avec la température, phénomène que l’on observe couramment au voisinage des exutoires d’eaux usées urbaines. Pour la plupart des substances chimiques, la toxicité aiguë augmente en moyenne de 3,1 fois à chaque élévation de 10 °C de la température (Mayer et Ellersieck, 1988). Par contre, la dureté et le pH de l’eau ont des effets variables selon le type de la substance en cause. Par exemple, la toxicité de la plupart des produits chimiques inorganiques, tels que les chlorures, dépend de la dureté de l’eau, alors que la toxicité des substances organiques y est peu sensible (Pickering et Henderson, 1964; Inglis et Davis, 1972). L’acidité ou l’alcalinité relative de l’eau peut également modifier la toxicité des métaux et celle des acides et des bases organiques et inorganiques faibles (Mayer et al., 1994). Quand l’eau devient plus alcaline, la toxicité des bases, comme l’ammoniac, augmente, alors que la toxicité des acides, comme l’acide sulfurique, décroît.

De plus, dans le cas des produits chimiques organiques, la biodisponibilité (c.-à-d. la partie de la quantité totale du produit chimique qui est disponible pour être absorbée par un organisme) peut être réduite par la présence de particules de matière organique. La raison en est que les substances organiques ont tendance à former des complexes avec les particules et que ces complexes sont trop gros pour traverser la membrane des branchies (Gobas et Zhang, 1994). Étant donné que la quantité de particules peut varier d’un écosystème aquatique à l’autre, la biodisponibilité, et donc la toxicité, d’une concentration donnée d’un contaminant peuvent varier considérablement entre les écosystèmes. De même, la biodisponibilité et la toxicité d’une substance peuvent être différentes dans un écosystème marin et dans un écosystème d’eau douce, bien que ces différences n’aient pas été grandement étudiées.

Capacité d’assimilation des eaux réceptrices
Le volume et le débit du plan d’eau récepteur déterminent sa capacité de diluer ou d’assimiler les effluents, et donc l’intensité des effets toxiques au voisinage du point de rejet. Même si un effluent concentré se révèle extrêmement létal dans les tests de laboratoire, les systèmes récepteurs qui ont une grande capacité d’assimilation peuvent le diluer jusqu’à un niveau où il n’est plus mortel. Cependant, dans les petits cours d’eau, les zones intertidales ou les eaux réceptrices à débits saisonniers périodiquement faibles, le volume d’eau peut être insuffisant pour diluer l’effluent jusqu’à un niveau non toxique (OMOE, 1990). Par ailleurs, même une grande capacité d’assimilation peut ne pas suffire pour contrer l’effet à long terme des substances chimiques persistantes qui ont tendance à s’accumuler dans les sédiments ou les tissus des organismes aquatiques sur de longues périodes.

La capacité de dilution d’un plan d’eau récepteur varie également avec le temps et dépend du volume du rejet et du débit de l’eau réceptrice au point de rejet. Le débit de l’eau réceptrice est lui-même déterminé par les quantités des précipitations, des eaux de ruissellement et des rejets souterrains, ainsi que par la superficie, la pente, le sol et la végétation du bassin hydrographique. Les marées peuvent également influer sur la capacité de dilution des eaux réceptrices estuariennes et marines.

Climat et saison
Les conditions climatiques et les variations saisonnières peuvent agir sur un certain nombre de facteurs qui régissent la toxicité des eaux usées urbaines et leurs effets sur le milieu récepteur. Ces facteurs sont les concentrations en oxygène dissous dans les eaux réceptrices, la température des eaux usées et du milieu récepteur, le niveau et la capacité d’assimilation de l’eau, les types de contaminants qui s’accumulent sur les surfaces urbaines (comme le sel de déneigement) et l’efficacité des usines de traitement des eaux d’égout. Dans la vallée du Fraser, par exemple, une étude des contaminants dans les eaux pluviales a montré que les concentrations étaient plus élevées en été. La raison en est que les pluies d’été dans la région sont généralement moins fréquentes mais plus intenses que les pluies d’hiver. Non seulement les pluies d’été sont plus efficaces pour évacuer les contaminants des rues, mais en outre les intervalles plus longs entre les orages donnent plus de temps aux contaminants pour s’accumuler (Hall et al., 1998b). En Ontario, par contre, c’est en hiver que les eaux de ruissellement, particulièrement celles des autoroutes, sont le plus toxiques, en raison de l’utilisation du sel de déneigement, de l’accumulation des contaminants dans la neige et de la plus grande mobilité des métaux dans les eaux de ruissellement chargées de chlore (Marsalek et al., 1999).