Certains épisodes de contamination, autant chimique que bactériologique, ont été très médiatisés et ont éveillé la population face à l’enjeu de la qualité de l’eau potable qui lui est livrée par ses municipalités. Depuis quelques années, le suivi en continu de la qualité de l’eau a commencé à prendre sa place dans les stratégies de surveillance de la qualité de l’eau dans les réseaux de distribution. Ce portrait de l’utilisation du suivi en continu de la qualité de l’eau potable est basé sur une enquête par questionnaire, distribuée à l’ensemble des municipalités opérant un réseau de distribution d’eau potable (810 municipalités). L’analyse descriptive des données montre que le type de source d’eau et la taille de la population influencent le plus l’utilisation du suivi en continu. L’analyse multivariée fait ressortir l’utilisation de la filtration et de la désinfection comme catalyseurs d’utilisation du suivi en continu. Les répondants ont signifié comme facteurs favorisant l’utilisation du suivi en continu la rapidité d’exécution des équipements et la possibilité de créer un portrait de base de la qualité de l’eau. Comme facteurs limitant l’utilisation du suivi en continu, ils ont cité les coûts élevés des équipements, le trop faible risque de contamination et dans certains cas, l’absence d’une obligation réglementaire d’utiliser la technologie. Tous ces facteurs d’utilisation du suivi en continu sont aussi influencés par la règlementation aux articles 5, 22 et 22.1 du Règlement sur la qualité de l’eau potable du Québec (RQEP). Le portrait a permis d’identifier certaines lacunes du suivi de la qualité de l’eau potable et d’évaluer la conformité aux normes de suivi en continu du RQEP. / Chemical and bacteriological contamination of drinking water has been highly publicized through the media and has raised public awareness of drinking water quality in municipal utilities. Online and real-time monitoring of drinking water quality has grown in popularity in the last few years, carving its place in drinking water quality surveillance. This portrait of the use of online monitoring of drinking water quality is based on a survey conducted in all of Quebec municipalities that operate a drinking water utility (810 municipalities). Descriptive analysis of the data has shown that source type and population size as the main factors influencing the use of online monitoring. Multivariate analysis added the use of filtration and disinfection in the water treatment process as main factors of the use of online monitoring. Respondents mentioned early warning capabilities and water baseline creation possibilities as reasons encouraging the use of online monitoring. High cost, low contamination risk and, in some cases, absence of regulation as reasons discouraging the use of these technologies. All of these factors and reasons are influenced by legislation, specifically articles 5, 22 and 22.1 of Province of Quebec’s Drinking Water Quality Regulation (DWQR). The portrait has identified some problems in drinking water quality monitoring and has made possible an evaluation of online monitoring regulations contained in the DWQR.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 janvier 2024) / Cryptosporidium sp. et Giardia sp., deux protozoaires parasites de l'homme et/ou de l'animal, sont des ennemis tenaces des usines de production d'eau potable partout à travers le monde. En effet, leur forme de dissémination les rend plus aisément dispersibles dans les étendues d'eau et plus robustes faces aux stress environnementaux en attendant leur ingestion par leur prochain hôte. Par ailleurs, cette forme les rend tous deux résistants au chlore, le composé le plus couramment utilisé dans la désinfection chimique de l'eau. D'autres moyens sont disponibles pour les éliminer, mais la performance de ceux-ci dépend de la concentration de parasites dans l'eau brute. Il est donc important de connaître la concentration de ces deux organismes dans les sources d'eau alimentant les usines de production d'eau potable et de cibler les conditions et/ou les moments de l'année durant laquelle chaque source est vulnérable à la contamination par ces agents pathogènes. Les objectifs du présent projet consistaient à 1) développer un outil biomoléculaire de détection spécifique à ces deux micro-organismes, 2) à optimiser le protocole de récupération de ceux-ci à partir d'eau brute, 3) à évaluer leur présence dans trois eaux de source du Québec d'un point de vue temporel ainsi que géographique et finalement, 4) à rechercher des corrélations entre le nombre de parasites et d'autres paramètres environnementaux. En cours de projet, il a été constaté que les méthodes de détection biomoléculaire actuellement disponibles manquent soit de sensibilité, soit de spécificité ou soit de reproductibilité pour être appliquées à la surveillance de Cryptosporidium sp. et de Giardia sp. dans l'eau environnementale. Les techniques de PCR et de LAMP ont été tentées avec plusieurs cibles génétiques différentes ainsi qu'avec différentes amorces sans permettre de trouver un protocole permettant de répondre à ces trois critères. Il a donc été décidé de se tourner vers le seul protocole standardisé actuellement disponible, soit la méthode 1623.1 de l'USEPA. Toutefois, compte tenu de ses pourcentages de récupération globalement faibles, des essais ont été entrepris pour tenter de modifier cette technique dans l'optique d'améliorer sa performance et/ou de diminuer les coûts requis pour son utilisation. Parmi les quatre approches mises à l'épreuve, le protocole original de la méthode 1623.1 a permis d'obtenir la meilleure récupération en ce qui concerne Giardia. Cependant, pour Cryptosporidium, les quatre protocoles testés ne produisaient pas de récupération statistiquement différente les uns des autres. Ultimement, il a été décidé d'utiliser le protocole original de la 1623.1 pour la suite du projet. Ensuite, une campagne d'échantillonnage d'un an a été menée entre mars 2022 et février 2023 au niveau de l'eau brute de trois usines de production d'eau potable du Québec (Québec, Charny et Lévis). Des prélèvements ont été faits de manière mensuelle avec des dates supplémentaires lors des périodes de transition saisonnière. Chaque échantillon était analysé avec la 1623.1 pour déterminer la concentration de parasites dans chacun des échantillons. Au final, un patron annuel a pu être dessiné pour Giardia avec de fortes concentrations durant les périodes froides et de transition saisonnière ainsi que des concentrations statistiquement plus faibles en période chaude. Pour sa part, la concentration de Cryptosporidium était davantage variable selon la saison et la source d'eau. Avec les données de la campagne d'échantillonnage de 2022-2023, des corrélations statistiques ont pu être établies entre la variation de la concentration d'(oo)cystes et celle de plusieurs paramètres environnementaux. Il a été rapidement constaté qu'aucun des paramètres environnementaux testés ne peut servir de proxy universel aux trois sites ni aux trois saisons pour la même source, pas même les micro-organismes indicateurs de pollution fécale conventionnels. Cependant, des corrélations fortes ont pu être trouvées pour chaque parasite à chaque site pour au moins une saison de l'année. Des modèles de régressions linéaires multiples ont également pu être établis pour chaque site et pour chaque parasite. Grâce aux travaux effectués durant ce projet, on peut conclure que chaque source d'eau possède ses caractéristiques et influences propres qui la rendent unique. Ainsi, les tendances observées à une source ne peuvent pas nécessairement être extrapolées aux autres sources, malgré leur proximité géographique. Par ailleurs, chaque année est unique en soi. Il est donc important d'effectuer une surveillance régulière au niveau de chaque source pour rester à l'affût de variations impromptues dans leur concentration. / Cryptosporidium sp. and Giardia sp., two protozoan parasites of humans and/or animals, are tenacious enemies of water treatment plants around the world. They adopt a dissemination conformation making them easily spread through watercourses and tougher against environmental stresses they undergo while waiting to be ingested by their next host. This conformation also makes them more resistant face to chlore-based treatments used as chemical disinfection in water treatment plants. Other means are available to get rid of them in raw water, but the use of these alternative treatments is concentration-dependent. It is therefore necessary to monitor the concentration of these parasites in water sources supplying treatment plants and to determine the conditions and/or the moments of the year where each water source is vulnerable to contamination by these pathogenic agents. The objectives of this project were to 1) develop a biomolecular tool for the detection of Cryptosporidium and Giardia, 2) optimize the protocol for recovery of these parasites from raw water, 3) evaluate the presence of these microorganisms in three water sources of Québec from a geographical and from a temporal angle, 4) seek statistical correlations between the parasite's concentration and other environmental parameters. Throughout the project, it was found that biomolecular methods available lack either sensitivity, specificity, or reproducibility to be applied for the monitoring of Cryptosporidium sp. and Giardia sp. in environmental water samples. PCR and LAMP experiments were performed targeting different genes and using different primers without being able to fulfill these three criteria. It was then decided to use the only standardized protocol available up to today, the USEPA Method 1623.1. However, knowing the low recovery percentages of this technique, tests were performed to try to improve this protocol and/or decrease the costs associated with it for a similar performance. Among the four approaches tests, the original protocol of the 1623.1 gave the highest recoveries of Giardia. On the other hand, the four protocols did not give statistically different recoveries when compared with each other for Cryptosporidium. Therefore, the original protocol of the 1623.1 was selected for the subsequent steps of this project.Afterwards, a sampling campaign of one year was performed between March 2022 and February 2023. Sample sites were three major water treatment plants of Québec (Québec, Charny and Lévis). Samples of raw water from each site were taken on a monthly basis with supplementary dates during transition periods (spring and fall). Each sample was analyzed with the 1623.1 protocol to determine the parasite concentration in each. Throughout this campaign, an annual pattern was found for Giardia with high concentrations during cold and transition months while concentrations were statistically lower during the warm season. Cryptosporidium's concentration had a much more variable behavior depending on the season and on the water source. With the data collected during the sampling campaign of 2022-2023, statistical correlations could be established between the variation in concentration of parasites and the variation of several environmental parameters. No proxy common to all sites and to all seasons could be found for either protozoan, not even the common fecal pollution indicator microorganisms. However, strong statistical correlations were found for each parasite in at least one season of the year. Multiple linear regression models could be made for each site and each parasite. With the work performed during this project, we can reach the conclusion that each water source has its own characteristics and influences which makes it unique. Therefore, patterns observed for a given source cannot necessarily be extrapolated to other sources, despite their geographical proximity. Moreover, each year has its own particularities, So, it is important to monitor regularly each water source and to stay alert face to unexpected variations in the concentration of these two protozoa.

Dans certaines usines de traitement d’eau potable, l’ozone est utilisé comme agent oxydant et désinfectant puisqu’il permet de diminuer efficacement la présence de matière organique naturelle (MON), les goûts et odeurs et les microorganismes présents dans les sources d’eau. Toutefois, l’usage de ce produit oxydant, en présence de MON, entraîne la formation de sous-produits de la désinfection ozonés (SPDO) tels que les aldéhydes nonhalogénés (NON-HAL), les haloacétaldéhydes (HAL) et les bromates, substances potentiellement dangereuses pour la santé humaine. Très peu de recherches à grande échelle ont permis de documenter la présence de ces SPD dans l’eau potable. Le nombre important d’échantillons générés dans cette étude de cas permet de documenter les niveaux de ces sous-produits de la désinfection dans les usines et les réseaux de distribution à l’étude. Les résultats démontrent des teneurs en NON-HAL variant entre la limite de détection de la méthode (LDM) et 55,7 μg/L, avec le formaldéhyde et l’acétaldéhyde en plus grande proportion. La présence de HAL se limite principalement à l’hydrate de chloral (CH). Les concentrations de CH varient entre < LDM et 32,5 μg/L. La concentration de bromate dans l’eau a varié entre < LDM et 14 μg/L. Il a aussi été démontré que le chlore liquide peut favoriser la formation de SPDO. De plus, l’injection de chlore liquide dans l’eau est à l’origine de deux transformations de l’acétaldéhyde. Des schémas réactionnels ont été proposés pour présenter ces transformations; celles-ci sont plus rapides en eau chaude qu’en eau froide. À cet effet, la variation saisonnière des SPDO a été traitée dans ce mémoire. Les saisons chaudes semblent favoriser la présence de ces SPD. La dose d’ozone et la nature de la matière organique naturelle sont aussi des facteurs expliquant la variation des SPDO dans les réseaux à l’étude. Dans un deuxième temps, les concentrations de chlorite et de chlorate ont été suivies dans les réseaux de distribution à l’étude. L’utilisation de solutions d’hypochlorite de sodium concentrées démontre une hausse des concentrations de chlorite, de chlorate et de bromate dans l’eau. En réseau de distribution, la rechloration au chlore liquide tend à hausser les concentrations de ces contaminants. Toutefois, les niveaux observés sont toujours sous les normes établies.

Le traitement de l’eau au point d’utilisation est recommandé par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) pour réduire l’incidence des maladies diarrhéiques, en prévenant la contamination microbiologique de l’eau de boisson. Les produits de coagulation/désinfection combinés (PCDC) et la désinfection combinée à un entreposage de l’eau sécuritaire font partie des traitements au point d’utilisation recommandés par l’OMS. Bien que les performances d’enlèvement des microorganismes pathogènes de ces produits soient bien documentées, les sous-produits de désinfection (SPD) résultant de la réaction du chlore qu’ils contiennent avec la matière organique dissoute (MOD) présente dans l’eau, ont été peu étudiés jusqu’à maintenant. Ce projet avait comme objectif de caractériser la formation des SPD par 4 produits destinés au traitement au point d’utilisation sur trois types d’eau (eau de marais, eau du fleuve St-Laurent et eau synthétique de laboratoire). Deux des quatre produits testés sont des PCDC (PUR® et Aquafloq®), alors que les deux autres ne contiennent pas de coagulant (solution d’hypochlorite de sodium (NaOCl) et pastilles Aquatabs®). Les concentrations en trihalométhanes (THM) et en acides haloacétiques (AHA) de l’eau traitée ont été suivies aux pas de temps 30 minutes, 1h, 4h et 24h. Sur les 15 tests réalisés, 6 d’entre eux ont obtenu des concentrations en SPD qui dépassent les recommandations de l’OMS. Les concentrations maximales en THM4 (415 ppb) et AHA5 (335 ppb) ont été obtenues pour le test NaOCl à double dose (8,4 mg Cl2/L) dans l’eau du marais. L’efficacité de méthodes d’estimation des concentrations en SPD, c.-à-d. le différentiel d’absorbance UV (DAUV) et la consommation en chlore (CCL), ont également été étudiées. Les performances de ces méthodes variaient selon les types de SPD (R2 allant de 0,69 pour les THM4 avec la CCL, à 0,98 pour les AHA5 avec le DAUV). / Point of use treatment is recommended by the World health organisation (WHO) to reduce diarrhoeal diseases, by preventing microbial contamination of drinking water. Coagulant-disinfectant products (CDP) and disinfection combined to safe storage practices are among the point of use treatments recommended by the WHO. Since microbial reduction performances of these products are well documented, little is known about the disinfection by-products (DBP) formed by the reaction of the free chlorine they contain, with the dissolved organic matter present in the water. This project aimed to characterize the formation of DBP by 4 point of use treatments in 3 different water source (swamp, St-Laurent River and laboratory synthetic water). 2 of the 4 tested products were CDP (PUR® and Aquafloq®), and the 2 others didn’t have coagulant (sodium hypochlorite (NaOCl) solution and Aquatabs® tablets). Trihalomethane (THM) en haloacetic acids (HAA) concentrations in treated water were measured at 4 different time steps: 30 min, 1h, 4h, and 24h. On the 15 tests realized, 6 of them had DBP concentrations that exceeded the WHO guidelines. Maximum THM4 (415 ppb) and HAA5 (335 ppb) concentrations were obtained with double dose NaOCl (8,4 mg Cl2/L) in the swamp. Alternative methods allowing estimation of DBP formation concentrations (e.g. differential UV absorbance (DUVA) and chlorine consumption (CLC)) were also investigated. Their performances varied according to the DBP’s nature (from R2 =0.69, for THM4 with CLC, to R2 =0.98, for HAA5 with DUVA).

Ce mémoire présente une méthodologie pour identifier des stratégies hydrauliques en réseau de distribution dans le but d’assurer des concentrations suffisantes de chlore résiduel en extrémités de réseau. La recherche a été réalisée en deux phases. La première consistait à identifier les zones de distribution de l’eau potable dans le réseau d’aqueduc à l’étude à l’aide d’une étude au traceur. La seconde phase du projet visait à prédire les concentrations de chlore résiduel en réseau de distribution ainsi que d’émettre des recommandations pour améliorer les concentrations de chlore résiduel en extrémités de réseau. Le secteur sélectionné pour l’étude est un quartier résidentiel de la ville de Québec alimenté en eau potable par deux sources : un réservoir situé en réseau et une usine de traitement de l’eau potable (UTE). Le système de distribution du secteur est caractérisé par la présence de nombreuses extrémités de réseau puisqu’il ne possède aucune interconnexion avec les réseaux limites au sud et à l’est. Les consommations étant faibles à ces endroits, les temps de séjour y sont élevés. De plus, le réseau est le dernier secteur à être desservi dans la partie à l’est de l’aire de distribution de l’UTE. Ces conditions mènent à une dégradation de la qualité de l’eau potable dans le système de distribution. La méthode proposée combine une caractérisation hydraulique, une étude au traceur ainsi qu’une étude de la qualité de l’eau pour identifier le patron de distribution de l’eau en réseau. Également, le modèle a été calé au niveau de l’hydraulique et de la qualité de l’eau potable à partir de données inédites sur la distribution de l’eau, les temps de séjour et la variabilité de la qualité de l’eau dans le réseau. Les données nécessaires au calage du modèle ont été obtenues à partir d’une campagne intensive d’échantillonnage. L’étude au traceur a été réalisée par injection d’une saumure de chlorure de calcium (CaCl2). Les résultats obtenus ont permis d’associer au réservoir les points d’échantillonnage dont la concentration en calcium a augmenté au cours de l’essai. Les hypothèses élaborées suite à l’étude au traceur ont été validées à partie des résultats d’une campagne de caractérisation de la qualité de l’eau effectuée simultanément. Cette validation a été rendue possible par les différences entre les valeurs de chlore résiduel aux deux entrées, dues au fait que l’eau provenant du réservoir y a été re-chlorée avant d’être acheminée dans le réseau de distribution. De plus, cette campagne a permis d’identifier la source d’alimentation en eau potable des points dont la concentration en calcium était demeurée constante au cours de l’essai au traceur. Par la suite, le calage du modèle a permis d’en augmenter les capacités prédictives jusqu’à un niveau jugé satisfaisant. Sur la base du modèle de qualité de l’eau, des stratégies hydrauliques ont été évaluées afin d’optimiser les concentrations en chlore résiduel en extrémité de réseau. Cinq groupes d’essais ont été explorés : (1) fermetures de vannes sur des conduites importantes, (2) ajout de pompe re-circulatoire avec injection d’une solution d’hypochlorite, (3) régulation de pression aux entrées du secteur, (4) ouverture d’une interconnexion avec le réseau limitant à l’est, et (5) combinaison des essais 2 et 4. Suite aux différentes simulations, deux stratégies hydrauliques se sont démarquées et des recommandations ont été émises. Celles-ci impliquent l’ajout d’une pompe re-circulatoire et l’injection d’une solution hypochlorite ainsi que l’ouverture d’une interconnexion avec le réseau limitant à l’est. / This Master’s project presents a methodology that can effectively identify distribution zones within a drinking water distribution network in order to ensure sufficient concentrations of residual chlorine at the dead-ends of a distribution system. The project was carried out in two phases. The first phase of the project consisted in identifying water distribution zones within the network with a tracer study. The second phase was designed to predict concentrations of residual chlorine within the distribution network, as well as make recommendations in hydraulic strategies to improve these concentrations in problematic areas of the network. The sector selected for the study is a residential district of Quebec City supplied with drinking water directly from the main supply pipes from the water treatment plant and by re-chlorinated water from a reservoir. The water distribution network is characterized by several dead-ends due to the absence of interconnexions with the bordering networks to the north and east and is also the last sector to be supplied on the eastern side of the plant’s service area. Unfortunately, water consumption is very low in these areas resulting in long standing time in the water pipes. These conditions lead to the degradation of water quality. The proposed methodology engages three strategies: a hydraulic characterization of the distribution network, a tracer study and a water quality characterization study. The hydraulic and water quality models were calibrated with original data characterizing the spatial and temporal water quality variations within the network. An intensive sampling campaign was conducted to obtain the necessary data for the calibration of the models. The tracer study was conducted by injecting CaCl2 brine at the reservoir outlet in order to increase calcium concentrations in water from the reservoir. It was then possible to associate sampling points at which calcium concentrations showed an increase during the test as being supplied by the reservoir. A water quality characterization study was conducted simultaneously with the tracer study, making it possible to validate the distribution zones identified. This validation was made possible by the difference between chlorine values at the two entry points: water from the reservoir has distinctively higher levels due to re-chlorination. In addition, it was possible to identify distribution zones at points where the calcium concentration had remained constant during the tracer test. Thereafter, the hydraulic and water quality models were calibrated satisfactorily providing a tool for evaluating hydraulic strategies to boost chlorine concentrations in problematic areas. Five types of hydraulic strategies were explored: (1) valve closures on major pipelines, (2) the addition of a re-circulating pump with chlorine injection, (3) the regulation of pressure at the main entry points of the sector, (4) the opening of an interconnexion with the east neighbouring network, and (5) a combination of strategies 2 and 4. Following the various simulations, two hydraulic strategies were more efficient than the others: the addition of a re-circulation pump with the injection of a hypochlorite solution and the opening of the interconnexion with the east neighbouring network.

Un suivi de deux filtres granulaires pleine échelle a été fait à une des usines de production d’eau potable de la Ville de Québec qui a une capacité de production de plus de 220 000 m3/jour. Un des filtres contient du sable et de l’anthracite, et l’autre du sable et du charbon activé en grains (CAG). Les deux filtres, qui sont précédés d’une inter-ozonation, ont été opérés dans les mêmes conditions pendant l’étude. Les qualités de l’eau brute, décantée, ozonée et filtrée ont été suivies pendant 32 semaines, de mai à décembre 2011, à raison de 2 échantillonnages dans un cycle de filtration à chaque deux semaines. Cette période correspond à peu près à la deuxième année d’opération après le changement des milieux filtrants dans cette usine. Le filtre avec CAG s’est avéré plus performant pour presque tous les paramètres de qualité d’eau considérés, en particulier en termes d’enlèvement de la matière organique biodégradable et non-biodégradable. Par contre, et contrairement à ce qui a été observé antérieurement, la réduction de la turbidité a été plus forte dans le filtre avec anthracite. Une analyse économique préliminaire et partielle montre que le meilleur enlèvement de la matière organique réalisé par le filtre avec CAG pourrait amener une économie significative due à une réduction de la demande en chlore mais que celle-ci serait masquée par le coût d’achat très élevé du CAG par rapport à l’anthracite. / A water quality monitoring was conducted on two full scale granular filters of the biggest water treatment plant of Québec City. One of the filters contains anthracite and sand layers, while the other contains granular activated carbon (GAC) and sand layers. Both filters, which are preceded by an inter-ozonation step, were operated in the same conditions during the study which happened during the second year of operation of these filters. The qualities of raw water, settled water, ozonated water and filtered water were monitored for 32 weeks, from May to December 2011, two times in a filtration cycle every two weeks. Globally, the GAC filter exhibited better organic matter removal performances but a lower turbidity removal performance than the anthracite filter. This allows a potential reduction in chlorine consumption for the GAC filter but this economy is shadowed by the very high cost of this filter media.

L’exposition à certains sous-produits de la chloration peut avoir un effet sur le développe-ment foetal. Une étude cas-témoins populationnelle a été menée chez 1 430 femmes résidant dans la région de Québec afin d’évaluer l'association entre une exposition à des sous-produits émergents, particulièrement aux haloacétaldéhydes et aux haloacétonitriles, durant le troi-sième trimestre de grossesse, et le retard de croissance intra-utérine. L’interaction statistique entre ces sous-produits et ceux faisant l’objet d’un suivi règlementaire (trihalométhanes (THM) et acides haloacétiques (AHA) a également été évaluée. Les facteurs de risque du re-tard de croissance et l'exposition multiroute individuelle ont été pris en compte dans nos ana-lyses qui visaient à comparer le quatrième quartile d’exposition aux trois premiers quartiles combinés. Aucune association n'a été observée entre l’exposition aux haloacétaldéhydes, ou aux haloacétonitriles, et l’issue étudiée. En revanche, une interaction négative a été observée entre l’hydrate de chloral et les composés règlementés (THM et AHA). / Exposure to some chlorination by-products has been linked to adverse effects on fetal devel-opment. A population-based case-control study was conducted in a population of 1,430 women residing in the Quebec City region in order to assess the association between haloa-cetaldehydes and haloacetonitriles exposure during third trimester of pregnancy and intra-uterine growth retardation. Statistical interaction between these emerging by-products and those already subjected to regulatory control (trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs)) was also estimated. Known risk factors and individual multiroute exposure were included in our analyses, which aimed to compare the fourth quartile of exposure to the first three quartiles combined. No clear evidence of association was observed between exposure to haloacetaldehydes, haloacetonitriles, and intra-uterine growth retardation. However, a nega-tive interaction was observed between chloral hydrate and the compounds currently subjected to regulatory control (THMs and HAAs).

Cette thèse est consacrée à la détermination des facteurs responsables de la variabilité spatio-temporelle de la qualité de l’eau potable dans les petits réseaux de distribution et au développement d’outils de gestion destinés aux opérateurs. Afin de réaliser cette thèse, des études de cas ont été conduites dans 25 petites municipalités (population inférieure à 5 000 habitants) de deux provinces Canadiennes (Québec et Terre-Neuve et Labrador). Le premier chapitre présente un portrait spatio-temporel de la qualité de l’eau brute et de l’eau potable dans les réseaux à l’étude. Des facteurs expliquant la variabilité de la qualité de l’eau y sont identifiés. Dans le deuxième chapitre, un indice de la qualité de l’eau potable est développé. Quatre scénarios de surveillance sont proposés selon les besoins spécifiques des petits réseaux afin de représenter la qualité globale de l’eau potable d’une façon adéquate. Le troisième chapitre s’intéresse à la détermination des paramètres de l’eau brute et des facteurs climatiques facilement mesurables qui ont un impact majeur sur la variabilité temporelle de la qualité de l’eau potable dans les petits réseaux à l’étude. Un modèle de régression logistique permet de développer un outil pour estimer la probabilité de la détérioration de la qualité de l’eau, en se basant sur les facteurs identifiés. Le dernier chapitre intègre les facteurs humains opératoires dans la gestion de l’eau potable. Tout d’abord, une catégorisation permet la détermination des facteurs humains opératoires ayant le plus d’impact sur la qualité de l’eau potable des petits réseaux. Une analyse multi-niveaux est également effectuée afin de d’évaluer la contribution relative des facteurs humains opératoires par rapport à la qualité de l’eau brute et au traitement. Finalement, l’impact de la variabilité temporelle des facteurs humains opératoires sur la qualité de l’eau est étudié. Mots-clés : Qualité de l’eau, eau potable, petits réseaux, variabilité spatio-temporelle, indice de la qualité de l’eau, facteurs climatiques, facteurs humains opératoires, outils de gestion. / This thesis focuses on the determination of factors that impact the spatio-temporal variability of drinking water quality in small systems and on the development of management tools intended to operators. Data was provided by sampling campaigns conducted in 25 small systems in two Canadian provinces (Quebec and Newfoundland and Labrador). The first chapter draws a spatio-temporal portrait of raw and drinking water quality in the systems under study. Some factors affecting the quality of drinking water are identified. In the second chapter, a drinking water quality index is developed. Four customized monitoring scenarios are proposed according to the specific needs of small systems, which allow the appropriate representation of global drinking water quality. The third chapter identifies raw water quality parameters and climate factors that have an important impact on the temporal variability of drinking water quality. Based on these factors, a logistic regression model allows the development of a tool that estimates the probability of the deterioration of drinking water quality. The last chapter considers human operational factors as impact factors in drinking water quality management. A categorization leads to the determination of the most important human operational factors contributing to drinking water quality. A multi-level model is applied to evaluate the relative contribution of human operational factors in comparison to the impact of raw water quality and treatment. Finally, the impact of the temporal variability of human operational factors on drinking water quality is investigated. Keywords: Water quality, drinking water, small systems, spatio-temporal variability, water quality index, climate factors, human operational factors, management tools.

Cette thèse porte sur la variabilité spatio-temporelle de sous-produits chlorés de la désinfection (SPD), plus spécifiquement les trihalométhanes (THM) et les acides haloacétiques (AHA), ainsi que du temps de séjour (TDS) dans un réseau de distribution en eau potable (RDEP) à l’échelle du quartier résidentiel. La réalisation de cette thèse a nécessité l’étude d’un secteur résidentiel du RDEP de la ville de Québec ayant une aire d’environ 2 km2 et habitée par près de 6000 citoyens. Le premier chapitre est une revue de littérature abordant le chlore résiduel libre ainsi que les concentrations en SPD dans les RDEP, le suivi de la qualité de l’eau, la modélisation des TDS et l’impact du vieillissement et de la réhabilitation des conduites des RDEP sur le TDS et la qualité de l’eau. Le deuxième chapitre porte spécifiquement sur l’analyse de la variabilité spatio-temporelle du chlore résiduel libre, des THM, des AHA et du TDS. Une dimension dominante est identifiée entre les aspects spatial et temporel de la variabilité pour le chlore et les SPD à l’aide de modèles linéaires mixtes généralisés. Ensuite, le potentiel du TDS comme indicateur de la qualité de l’eau au niveau du chlore résiduel libre, des THM et des AHA est analysé par un test des rangs signés de Wilcoxon. Dans le troisième chapitre, une analyse de sensibilité des TDS est effectuée en considérant différents scénarios hydrauliques. Les scénarios considérés sont un vieillissement additionnel ainsi que la réhabilitation des conduites afin d’évaluer leur effet sur le TDS par rapport à un scénario de référence représentant le meilleur état de connaissance du secteur étudié. Une mise en perspective de ces effets sur le TDS par rapport à la concentration en chlore résiduel libre est aussi effectuée. Finalement, l’impact de l’incertitude des paramètres hydrauliques (diamètre, coefficient de rugosité, demandes en eau) sur les TDS est étudié par des simulations Monte-Carlo. / The objective of this thesis is to evaluate the spatial and temporal variability of chlorinated disinfection by-products (DBPs), more specifically trihalomethanes (THM) and haloacetic acids (HAA), and the residence time of water (RT) in a water distribution network (DN) on the scale of a residential neighborhood. A specific residential area in the DN of Quebec City was chosen in order to conduct this study. This area covers approximately 2 km2 and is inhabited by nearly 6000 citizens. The first chapter of this thesis is a literature review addressing free residual chlorine as well as THMs and HAAs concentrations in DNs, monitoring of water quality, modeling of RT and the impact of aging and rehabilitation of pipes on RT and water quality. The second chapter focuses specifically on the analysis of the spatial and temporal variability of free residual chlorine, THMs, HAAs and RT. This variability is studied and a dominant dimension between the spatial and temporal aspect is identified for residual chlorine, THMs and HAAs using generalized linear mixed models. Then, the potential of RT as a water quality indicator for residual chlorine, THMs and HAAs is analyzed by a Wilcoxon signed ranks test. In the third chapter, a sensitivity analysis of RT is performed with different hydraulic scenarios. The scenarios considered are additional aging and rehabilitation of pipes to assess the effect on RT relative to a reference scenario representing the best state of knowledge of the studied area. The effects on RT are also studied in the context of their potential impact on free residual chlorine concentrations. Finally, the impact of the uncertainty of hydraulic parameters (diameter, roughness factor, water demand) on RT is investigated with Monte-Carlo simulations.