Cette thèse porte sur l'étude des goûts, odeurs et la perception relative à l'eau potable. Le cas à l'étude est l'eau distribuée dans un réseau d'aqueduc de la Ville de Québec. La thèse est divisée en quatre volets. Le premier volet fait la revue de la problématique des composés responsables des goûts et odeurs en réseau de distribution. Plus spécifiquement, les aspects concernant l'origine de ces composés et leurs analyses physico-chimiques et sensorielles sont abordés. Le second chapitre traite de la perception des consommateurs par rapport à l'eau distribuée. Cette étude a été réalisée au moyen de l'information spatialisée d'une enquête postale et des suivis de la qualité physico-chimique et microbiologique de l'eau réalisés entre 2003 et 2005 par la Ville de Québec. Les résultats de ces suivis ont été agrégés dans un indice de qualité d'eau. Les résultats indiquent qu'environ le tiers de la population ne consomme pas l'eau du robinet du réseau à l'étude. L'analyse par régression logistique des résultats de l'enquête montre que l'emplacement de la résidence dans le réseau, l'indice de qualité de l'eau distribuée et les risques perçus par le consommateur sont les principaux facteurs qui 'expliquent le profil de consommation de l'eau du robinet et le choix de consommer ou non l'eau distribuée. Le troisième volet porte sur la détermination des zones sensibles aux goûts et odeurs dans le réseau de distribution. Ces zones ont été établies au moyen d'une analyse multicritère combinant l'information spatialisée des plaintes des consommateurs relatives à l'eau du robinet entre 2002 et 2004, et de la perception de la population concernant l'eau distribuée. Les résultats de cette analyse ont permis de déterminer six secteurs sensibles aux goûts et odeurs dans l'eau potable répartis en 15 zones distinctes. Le dernier volet s'intéresse à l'évolution spatio-temporelle des goûts et odeurs dans le réseau d'aqueduc. Les résultats montrent que les goûts et odeurs en réseau sont liés à certains précurseurs comme les algues, le chlore et le fer. De plus, la variation saisonnière de l'intensité de la flaveur de l'eau est principalement attribuable à la présence des algues diatomées, des algues vertes et des algues bleu-vert (cyanobactéries), leurs sous-produits (géosmine et 2-méthylisoboméol) et au chlore total résiduel. L'intensité de la flaveur de l'eau varie aussi selon l'emplacement dans le réseau. L ' analyse des données en régression linéaire multiple montre que les goûts et odeurs dans l' eau distribuée sont fortement tributaires des variations saisonnières et spatiales. Ils sont aussi directement liés à la présence de cyanobactéries dans l' eau distribuée et inversement liés à la teneur en chlore dans le réseau. Ce qui démontre l'effet masquant du chlore sur les autres flaveurs dans l' eau potable.

L’agriculture est la principale source des sédiments, phosphore et azote présents dans les rivières. La présente étude s’intéresse aux bénéfices perçus par les agriculteurs et autres résidents ruraux découlant de la mise en œuvre, par les agriculteurs, des pratiques de gestion bénéfiques à l’environnement. On s’intéresse principalement aux bassins des rivières Chaudière et Etchemin. L’évaluation des biens non marchands (ici la qualité de l’eau) est un exercice complexe qui nécessite la caractérisation des préférences des individus. Un sondage portant sur la méthode des préférences déclarées, plus précisément celle des choix expérimentaux, a été réalisé. Nous avons cherché à connaitre le consentement à payer pour l’amélioration de la qualité de l’eau. Les résultats démontrent que les agriculteurs n’aiment pas se faire imposer des charges supplémentaires, mais ils n’aiment pas non plus que les contribuables soient taxés. Les résidents voient d’un bon œil que les contribuables soient sollicités davantage. Mots clés : PGB, Qualité de l’eau, Agriculture, Choix expérimentaux, Logit à paramètres aléatoires, Logit à classes latentes. / Agriculture is the main source of sediment, phosphorus and nitrogen in rivers and wetland. When there are in high concentrations, these elements significantly deteriorate the quality of water. This study focuses on the benefits perceived by farmers and non-farm rural residents from the implementation, by farmers, of best management practices (BMP). It focuses primarily on the Chaudière and Etchemin watersheds. Non-market valuation processes are complex and require the characterization of preferences of individuals. A survey designed to elicit stated preferences through stated choice experiments was conducted. The results uncovered considerable heterogeneity in preferences with some respondents showing risk aversion, some being risk neutral or risk-loving. We estimated farmers’ and non-farm rural residents’ willingness to pay for improvements in water quality. Our results show that farmers do not like to be taxed or to shift the burden to taxpayers while rural residents derive utility from greater contributions from taxpayers. Keywords: BMP, Water quality, Agriculture, Choice experiment, Random parameter logit model, Latent class model.

La présente thèse porte sur une étude des petits systèmes municipaux du Québec (en l’occurrence, ceux desservant 10 000 personnes ou moins) et comporte trois volets. Le premier volet se focalise sur un portrait historique de la qualité de l’eau distribuée et sur les stratégies de gestion. Parallèlement, il met l'historique de la qualité et les stratégies de gestion en relation avec certains paramètres importants de la qualité de l’eau. Les résultats de ce volet montrent que pour les systèmes s’approvisionnant en eau de surface et pratiquant uniquement une chloration, la différence entre le nombre annuel moyen de rinçages des systèmes ayant connu des problèmes de qualité et ceux n’ayant pas connu de tels problèmes s’est avérée statistiquement significative. En plus, certains indicateurs de la pression agricole sur le territoire des municipalités concernées apparurent significativement corrélés avec les épisodes de coliformes. Le deuxième volet porte sur une étude de la variation spatio-temporelle de la qualité de l’eau dans dix petits systèmes. Ces systèmes furent répartis en deux groupes : quatre systèmes qui n’ont jamais ou ont rarement distribué de l’eau dérogeant aux normes microbiologiques provinciales relatives à l’eau potable et six systèmes qui ont très souvent dérogé auxdites normes. Les résultats montrent que les différences entre les deux groupes de systèmes sont essentiellement imputables aux teneurs en chlore résiduel libre et au nombre de colonies de bactéries hétérotrophes aérobies et anaérobies facultatives (BHAA) dans les réseaux de distribution correspondants et, dans une moindre mesure, aux doses de chlore appliquées. Le troisième volet inclut trois parties : la première est un portait des caractéristiques d’opération, de l’infrastructure et de la maintenance ; la deuxième est consacrée au développement d’indicateurs de performance pour les petits systèmes ; alors que la troisième traite des facteurs humains et organisationnels. Le portrait a révélé des tendances intéressantes qui ont presque toutes été confirmées par les indicateurs de performance des systèmes de distribution. Les facteurs humains et organisationnels dégagèrent des aspects tels que les antécédents scolaires, la formation complémentaire, l’expérience, la bonne conscience des nouveaux défis, le niveau de préparation pour y faire face, et l’appui des autorités locales. Dans son ensemble, cette recherche aura permis de procéder à une étude exhaustive des stratégies de gestion de la qualité de l’eau potable généralement mises de l’avant par les gestionnaires de petits systèmes et de développer des outils explicatifs pouvant guider utilement leur action, de même que celle des gestionnaires relevant des divers paliers gouvernementaux. / This thesis presents a study of small Quebec municipal utilities (i.e., serving 10,000 people or fewer) and includes three chapters. The first chapter focuses on a portrait of historical quality of distributed water and on management strategies. Concurrently, it puts historical quality and management strategies in relation to certain important water quality parameters. Results show that for surface water utilities using chlorination alone, the mean difference of annual system flushings between utilities that have experienced difficulties with historical quality and those not having experienced such difficulties proved statistically significant. In addition, some agricultural land-use indicators within the municipal territory appeared significantly correlated with coliform occurrences. The second chapter studies the spatial and temporal variation of drinking water quality in ten small utilities. These utilities were divided into two groups: four utilities that had never or rarely served water violating the provincial drinking water microbiological standards and six utilities that very often infringed upon said standards. Results show that the differences between the two groups of utilities are associated essentially with maintained chlorine residuals and heterotrophic plate count bacteria populations in corresponding distribution systems and, to a lesser extent, to the applied chlorine doses. The study includes three distinctive parts: the first one is a portrait of studied utilities’ operational, infrastructure, and maintenance characteristics; the second part is devoted to development of indicators of performance for the same utilities, whereas the last part deals with human and organisational factors. The portrait revealed interesting trends, most of which had been confirmed by utility performance indicators. As for human and organizational factors, they allowed highlighting such issues like educational background, supplementary training, experience, awareness of and preparedness to take up new challenges, and support from local authorities. Overall, this research enabled a thorough investigation of management strategies the most popular with small drinking water utilities and the development of explanatory tools that may usefully guide action from local managers and government bodies.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 avril 2023) / Une eau de qualité adéquate est essentielle au maintien de la vie aquatique et à un approvisionnement en eau potable salubre. La plupart des travaux passés portant sur la qualité de l'eau des rivières reposent sur des échantillonnages occasionnels, ce qui peut entraîner une incertitude considérable lors de l'estimation des charges en polluants à l'échelle annuelle. L'objectif de cette étude est d'identifier et quantifier l'impact des conditions hydrométéorologiques (e.g. pluie et fonte de la neige) sur les paramètres physico-chimiques de l'eau de rivière d'un bassin versant mixte agricole-forestier à partir d'observations à haute fréquence. Le site d'étude est le bassin versant de la rivière Beaurivage de 709 km² dans le sud du Québec (46,66°N; 71,29°O), en amont d'une importante prise d'eau municipale, et dont l'occupation du sol est dominée par la forêt (52%) et des champs agricoles (41%). Une campagne de terrain a eu lieu de décembre 2020 à mars 2022, avec des mesures en continu du débit, de la turbidité et de la conductivité électrique dans l'eau, et le suivi des conditions météorologiques. Au cours de 12 événements hydrométéorologiques associés à la dégradation de la qualité de l'eau (10 événements de pluie et 2 crues printanières), des mesures intensives de plusieurs paramètres de la qualité de l'eau ont été effectuées. Nos résultats montrent qu'il est possible d'estimer la concentration en azote total, en matière en suspension et en phosphore total à partir d'une relation empirique avec le débit. Pour chacune de ces relations, un point de rupture à 18,4 m³ s⁻¹ suggère qu'il y a deux phases ou plus dans la dynamique de transport des contaminants. Il est aussi possible d'estimer la concentration en carbone organique total à partir de la conductivité, et le nombre le plus probable de Escherichia coli dans l'eau à partir de la turbidité. Les résultats indiquent aussi que la charge événementielle de l'azote total, du carbone organique total, de la matière en suspension et du phosphore total peut être estimée par une relation empirique avec le 3ᵉ quartile de la distribution des débits enregistrés pendant un événement. Enfin, le bilan de la charge totale annuelle pour l'année 2021 est de 1 [0,5, 1,4] tonne N km⁻² pour l'azote total, de 14 [9, 18] tonnes C km⁻² pour le carbone organique total, de 34 [20, 70] tonnes km⁻² pour la matière en suspension et de 90 [55, 171] kg P km⁻² pour le phosphore total. / An adequate water quality is essential to maintain aquatic life and to supply safe drinking water. Most studies on river water quality are based on occasional sampling, which can bring considerable uncertainty when estimating pollutants concentrations or annual loads. The objective of our research is to identify and quantify the impact of hydrometeorological conditions (e.g. rain and snowmelt) on physico-chemical parameters of a river in a mixt agricultural-forest watershed based on high frequency observations. The study site is the Beaurivage river watershed (709 km² ) in the south of the province of Québec (46,66°N; 71,29°W). This watershed is mostly occupied by forest (52%) and agricultural fields (41%), and it is located upstream of a drinking water facility. A field campaign took place between December 2020 and March 2022 to obtain continuous measurement of the river flow, turbidity and electric conductivity, and the monitoring of meteorological conditions. During 12 hydrometeorological events associated with water quality degradation (10 rain and 2 snowmelt events), measurements of multiple water quality parameters have been carried out. Our results show that it is possible to estimate total nitrogen, suspended sediments and total phosphorus concentration with an empirical relation with the flow. For each of these relations, a fracture point at 18,4 m³ s⁻¹ suggested that there are two or more phases in the dynamic transport of contaminants. Also, it is possible to estimate the total organic carbon concentration with a relation using the conductivity, and the most probable number of E. coli in the river water using the turbidity. The results also indicate that the event load of total nitrogen, total organic carbon, suspended sediments and total phosphorus can be estimated with a empirical relation using the 3ᵗʰ quartile of the event flow distribution. Finally, the total annual load for the year 2021 is 1 tonne N/km² for the total nitrogen, 14 tonnes C/km² for the total organic carbon, 34 tonnes/km² for the suspended sediments and 90 kg P/km² for the total phosphorus.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / L'objectif de cette étude est d'identifier les pratiques agroenvironnementales optimales - parmi les cultures de couverture, l'ajout de prairies ou de céréales dans la rotation et l'élargissement de bandes riveraines - afin de maximiser les bénéfices des acteurs du bassin versant du ruisseau Castor tout en améliorant la qualité de l'eau. Pour atteindre cet objectif, trois questions de recherche sont posées : quels sont les impacts des pratiques agroenvironnementales sur (1) la qualité de l'eau, (2) les producteurs agricoles et (3) à l'échelle du bassin versant. Le Delphi a été utilisé pour quantifier les impacts des pratiques agroenvironnementales sur la qualité de l'eau. Ce sont l'ajout de prairies dans la rotation et l'élargissement des bandes riveraines qui ont les plus grands impacts sur la qualité de l'eau. Quant aux impacts pour les producteurs agricoles, la budgétisation partielle a été retenue. Les cultures de couverture incluant une légumineuse permettent de dégager des marges bénéficiaires supérieures à l'occupation du territoire actuelle. Enfin, la programmation mathématique a été utilisée pour quantifier les pratiques optimales et leurs impacts à l'échelle du bassin versant. Les pratiques agroenvironnementales mises en place pour une amélioration de la qualité de l'eau à court terme entraînent des baisses importantes des bénéfices globaux des producteurs agricoles et une baisse des bénéfices totaux du bassin versant. À moyen et long terme, les pratiques agroenvironnementales privilégiées sont les cultures de couverture, permettant d'améliorer la profitabilité des entreprises agricoles et ayant des bénéfices globaux similaires à l'occupation actuelle du bassin versant du ruisseau Castor. / The goal of this study is to identify the optimal best management practices - among cover corps, crop diversification by adding meadows or cereals in rotations and widening of riparian buffer strips - to maximise the benefits of economic agents in the ruisseau Castor Watershed while improving water quality. To achieve this goal, three questions are addressed: what are the impacts of these best management practices (1) on water quality, (2) on farmers and (3) at the watershed scale. The Delphi method was used to quantify the impacts of the best management practices on water quality. Crop diversification by adding meadows and widening of riparian buffer strips were found to have the biggest impact on water quality. The impacts on farmers were evaluated through partial budgeting. Legume cover crops increases the profit margins of the farmers compared to the current land use. Lastly, mathematics programming was used to quantify the optimal best management practices and their impacts on a watershed level. Short term water quality improvement causes an important decrease on the profitability of farmers et a decrease on general benefits in the watershed. Mid to long term water quality improvement increases the global benefits of the economic agents in the watershed, where cover crops are prioritised because they allow an increase in profitability for the farmers.

La gestion de la ressource en eau au Québec a beaucoup évolué depuis le début des années 2000. L'implantation progressive de la gestion intégrée de l'eau par bassin versant (GIEBV) a permis de passer d'un mode de gestion sectoriel à un mode de gestion intégré basé sur le travail de concertation des acteurs de l'eau mené par les organismes de bassin versant (OBV). Le bassin versant de la rivière Boyer est un petit bassin versant agricole de 217 km² situé dans la MRC de Bellechasse au Québec. Cette rivière est un cas d'école pour les chercheurs qui s'intéressent aux impacts de l'agriculture sur les eaux de surface. En effet, la détérioration dramatique de la qualité de l'eau de la rivière Boyer suite au développement de l'agriculture intensive et les répercussions sur la faune aquatique ont déjà suscité beaucoup d'études scientifiques. Plusieurs mesures de type réglementaire ou liés à une mobilisation des acteurs ont été mises en place à différentes échelles d'intervention afin de restaurer la qualité de l'eau de la rivière Boyer, étant une des rivières les plus polluantes du fleuve Saint-Laurent. Cependant, la qualité de l'eau dans le bassin versant de la rivière Boyer demeure mauvaise à l'heure actuelle. Cela nous amène à nous demander si la GIEBV au Québec prévoit l'application des principes du développement durable et un suivi adéquat des effets de la décentralisation des pouvoirs sur l'évolution de la situation des bassins versants. Nous nous attardons plus spécifiquement à identifier les freins à l'application d'une GIEBV efficace dans le bassin versant de la rivière Boyer. Nous avons mené 44 entrevues avec divers acteurs du monde de la gestion de l'eau aux échelles provinciale et locale et nous avons réalisé une analyse qualitative de leurs réponses. Nos résultats de recherche tendent à montrer que les effets de la décentralisation des pouvoirs et que la plupart des principes du développement durable que nous avons choisis d'examiner demeurent insuffisamment suivis ou appliqués par le biais de la GIEBV au Québec à l'heure actuelle. Les principaux enjeux socio-environnementaux de la gestion de la qualité de l'eau que nous avons découverts lors de notre recherche font état d'un équilibre difficile à atteindre entre économie et protection de l'environnement en milieu rural. Les appuis institutionnels à la GIEBV et, par le fait même, aux OBV, manquent à plusieurs égards afin de procurer une protection adéquate de la qualité de l'eau, ce qui affecte la perception de la valeur de la rivière Boyer. Par conséquent, l'application de plusieurs principes du développement durable présente des lacunes importantes dans le bassin versant étudié. / Water management changed significantly in the province of Quebec since the early 2000s. The progressive implementation of integrated watershed management (IWM) in Quebec allowed for the transition from a sectoral management to an integrated management of the resource, which is based on the coordination of stakeholders carried out by watershed organizations. The Boyer River watershed is a 217 km² agricultural watershed located in the RCM of Bellechasse, Quebec. The Boyer River is an interesting case for researchers interested in the effects of agriculture on the quality of surface waters. There are many governmental reports on the dramatic deterioration of water quality and the disappearance of certain species from the river following the development of intensive agriculture in the Boyer watershed. Several measures have been put in place at different scales of intervention to restore the Boyer River water quality, like the enforcement of legislative tools to ensure a sustainable development of the agriculture and the decentralisation of water quality management, for instance. However, in spite of the application of the previously mentioned measures, the Boyer River water quality remains bad at this time. That led us to wonder whether the IWM in Quebec provides for the application of the sustainable development principles and adequate monitoring of the situation of the watershed organizations. More specifically, we aimed to identify what stops the application of an effective IWM in the Boyer River watershed. We conducted 44 interviews with various water stakeholders at the provincial and local scales and we analysed the content of the interviews using qualitative analysis. Our results tend to show that the effects of power decentralization related to water quality management are currently not sufficiently monitored and that most of the sustainable development principles we studied are not adequately applied at the moment through the IWM in Quebec. The social and environmental challenges that we have discovered show that reaching a balance between the economy and the protection of the environment is a difficult task in rural areas. There is a lack of institutional support to the IWM as well as the watershed organizations to ensure a proper protection of water quality, which results in a low perception of the value of the river by the residents of the watershed. As a consequence, the implementation of several sustainable development principles is deficient in the Boyer river watershed.

Le lac Saint-Augustin a muté en un lac hypereutrophe riche en phosphore puisqu’il était, pendant les dernières décennies, victime de rejets de déchets agricoles et urbains. De même, la qualité de l’eau a été victime du recours massif aux sels de déglaçage (NaCl) qui avaient pour but d’entretenir l’autoroute - 40 (Félix Leclerc) pendant les périodes de gel et ce depuis sa construction en 1974. Le lac en question est alimenté, essentiellement, par l’écoulement des eaux souterraines dans des sédiments fluvioglaciaires. Ce flux hydrique suit la direction NW-SE sur la rive nord du lac en-dessous d’un tronçon approximatif de 2 Km de l’autoroute Félix Leclerc. Ainsi, cet écoulement apporte les sels dissous aussi bien dans les eaux souterraines que dans celles du lac. La caractérisation de cet écoulement a montré que le débit annuel des eaux souterraines en direction du lac représentait 8 % du volume annuel emmagasiné dans l’aquifère du bassin versant du lac Saint-Augustin. Il est à mentionner qu’une grande partie de ce volume est déversé, évidemment, dans des endroits autres que le lac. Le suivi de la qualité des eaux souterraines, au cours de l’année 2013, au niveau de plusieurs points d’échantillonnage a révélé qu’elles étaient contaminées par les sels de déglaçage puisque la conductivité spécifique à 25 °C et les concentrations en sels dépassaient les seuils recommandés par le MDDEFP. Deux faciès chimiques caractérisaient ces eaux. L’un était bicarbonaté-calcique et l’autre était chloruré-sodique. En outre, un bilan de masse a été élaboré. Il avait comme cible d’estimer le transport des sels vers le lac. Ce bilan a permis de conclure que la masse annuelle du chlorure dans les eaux souterraines était deux fois supérieure à celle du sodium. Cet appauvrissement est généré par des réactions d’échanges de base qui s’effectuent entre le calcium et le sodium existant dans les sols environnants. Les masses de ces sels subissent des processus de dilution dans les eaux souterraines et dans le lac. Toutefois, des impacts à long terme peuvent représenter des dangers et devraient être examinés. / The lake Saint-Augustin has mutated into an hyper-eutrophic lake rich in phosphorus as it was during the last decades rejection victim of agricultural and urban waste. Similarly, the water quality has been the victim of massive use of road salt (NaCl) which aimed to maintain the highway - 40 (Felix Leclerc) during periods of frost and since its construction in 1974. The lake in question is powered mainly by the groundwater flow in glaciofluvial sediments. This water flow follows the NW-SE direction on the north shore of the lake below approximately 2 Km stretch of Highway Felix Leclerc. Thus, this flow brings dissolved salts as well in groundwater than in the lake. The characterization of this flow showed that the annual flow of groundwater towards the lake accounted for 8% of the annual volume stored in the aquifer of the lake Saint- Augustin watershed. It should be mentioned that a large part of this volume is discharged obviously in locations other than the lake. The monitoring of groundwater quality, in 2013, at several sampling points revealed that they were contaminated with road salt as the specific conductivity at 25° C and salt concentrations exceeded the thresholds recommended by the MDDEFP. Two chemical facies characterized these waters. One was bicarbonate-calcium and the other was a chloride-sodium. In addition, a mass balance has been developed. He had a target to estimate the transport of salts to the lake. The review concluded that the annual mass of chloride in groundwater was twice that of sodium. This depletion is generated by reactions of basic exchanges were effected between calcium and sodium in the existing surrounding soils. The masses of these salts undergo dilution process in groundwater and lake. However, long-term impacts may represent hazards and should be reviewed.

Cette thèse est consacrée à l'amélioration de la surveillance de la qualité de l'eau potable en réseau de distribution (RD) et à son. Le principal RD de la ville de Québec (Canada) est étudié. La thèse comporte quatre chapitres. Le premier porte sur la qualité microbiologique de l'eau. Il introduit de nouvelles approches statistiques pour modéliser les comptes de bactéries hétérotrophes anaérobies et aérobies facultatives (BHAA) utilisées comme indicateur de la variabilité de la qualité de l'eau. Les résultats obtenus permettent de définir des stratégies saisonnières afin de réduire les comptes de BHAA en réseau. Le second chapitre traite également de la qualité microbiologique de l'eau. En utilisant les paramètres significatifs des modèles du premier chapitre, il modélisé le compte des BHAA en utilisant des techniques de logique floue. Les résultats permettent d'utiliser les modèles construits comme des ± classificateurs ¿ facilitant l'identification des endroits du RD vulnérables à la contamination microbienne, aidant ainsi dans le processus de décision. Le troisième chapitre est centré sur la création d'un protocole formel pour sélectionner et prioriser les secteurs d'échantillonnage de l'eau en intégrant des paramètres de qualité d'eau, d'intégrité structurale du réseau et d'exposition de la population. Le protocole utilise le concept de risque et applique des techniques de logique floue pour créer un indice permettant d'ordonner les secteurs d'échantillonnage du RD. Le dernier chapitre traite de la réconciliation du 'risque réel' de l'eau distribuée et du ± risque perçu ¿ par les consommateurs. Il applique le concept de ± déploiement de fonctions de qualité ¿ pour prioriser les besoins des consommateurs et les caractéristiques de l'eau et du RD pour satisfaire les besoins priorisés.