Extension de NAWA TREND et premiers résultats de la campagne 2018

Observation nationale de la qualité des eaux de surface

De nombreuses études de la Confédération, des cantons et des instituts de recherche révèlent que, dans maints cours d'eau suisses, les concentrations de micropolluants (MP: pesticides, médicaments, etc.) atteignent des niveaux susceptibles de représenter un risque pour les organismes aquatiques ([1-4], p.ex.). Jusqu'à récemment, il n'existait pas encore de monitoring à long terme, uniforme et national des MP dans les eaux de surface. La Confédération et les cantons ont donc décidé d'étendre l'Observation nationale de longue durée de la qualité des eaux de surface (NAWA TREND) à la mesure des micropolluants organiques à partir de 2018. Ce nouveau programme, mené en continu sur une sélection de stations du réseau NAWA, sera nommé «NAWA MP» dans la suite de cet article. NAWA TREND surveille déjà les nutriments depuis 2011 et les paramètres biologiques (invertébrés aquatiques, poissons, etc.) depuis 2012. La Confédération et les cantons ont mis en place le programme NAWA dans le but d'observer l'état et l'évolution de la qualité des eaux de surface en Suisse dans la durée et de manière uniformisée et de vérifier l'efficacité des mesures prises pour l'améliorer [5]. Pour le programme NAWA MP, les objectifs sont décrits ci-après.

Dans le programme NAWA, l'appréciation de l'état des cours d'eau au regard des concentrations de MP se base sur trois critères:

• les exigences chiffrées de l'ordonnance sur la protection des eaux (OEaux),
• le risque écotoxicologique que les MP représentent pour les organismes aquatiques et
• l'augmentation des concentrations et charges en général.

L'OEaux fixe depuis peu des valeurs limites individuelles basées sur des critères écotoxicologiques pour un certain nombre de micropolluants organiques dans les eaux de surface; elles seront appelées valeurs limites écotoxicologiques dans ce qui suit (cf. encart). La valeur limite générale de 0,1 µg/l pour chaque substance continue de s'appliquer aux pesticides organiques (produits phytosanitaires (PPh) et biocides) pour lesquels de telles valeurs spécifiques n'ont pas été fixées dans l'ordonnance [6]. NAWA MP se charge de surveiller le bon respect de ces exigences légales. D'un autre côté, les micropolluants pour lesquels l'OEaux ne fixe pas de valeurs limites écotoxicologiques peuvent, eux aussi, être dangereux pour les organismes aquatiques. Le risque écotoxicologique qu'ils représentent est évalué à l'aide des critères de qualité environnementale (CQE) que le Centre Ecotox suisse a déterminés selon la méthode internationalement reconnue de l'Union européenne [7]. Une distinction est faite entre les critères relatifs à une exposition de longue durée donc chronique (CQC) et ceux qui se rapportent à une exposition de courte durée donc aiguë (CQA). Les valeurs limites écotoxicologiques adoptées dans l'OEaux sont de tels CQE. Par ailleurs, il importe à la Suisse d'éviter que les concentrations et les charges de MP ne soient trop élevées – même si leur niveau ne présente pas de risque pour les organismes aquatiques – par souci de protection de ses ressources en eau potable et en raison de sa responsabilité vis-à-vis de ses voisins situés plus en aval dans les systèmes hydrographiques.

Ces dernières années, la Suisse a initié des actions importantes pour réduire la pollution des eaux par les MP. Ainsi, près de 135 des stations d'épuration (STEP) du pays seront équipées d'une étape supplémentaire de traitement d'ici à 2040 pour éliminer les MP. Les textes de loi nécessaires à cette démarche sont entrés vigueur en 2016 [6]. Les STEP ainsi améliorées doivent éliminer au moins 80% des MP initialement contenus dans les eaux usées communales, ce rendement étant mesuré sur la base de douze substances-clés [8]. Les émissions en provenance des eaux résiduaires communales s'en trouveront fortement réduites. Par ailleurs, en 2017, le Conseil fédéral a entériné le plan d'action visant à la réduction des risques et à l'utilisation durable des produits phytosanitaires (PA PPh, [9]). Ce plan d'action définit plus d'une cinquantaine de mesures permettant de réduire les risques dus aux PPh, en particulier dans les cours d'eau. Les analyses de NAWA MP permettront de suivre les effets de ces deux groupes de mesures sur la qualité des eaux.

Pour pouvoir atteindre les objectifs précédemment cités tout en maintenant les coûts dans une limite acceptable, le pool de substances recherchées et la stratégie d'échantillonnage ne sont pas les mêmes sur tous les sites. Le programme de mesure est donc un compromis entre le souhait d'une évaluation totale de la pollution et un souci d'économie. NAWA MP se trouve encore dans une phase de développement. Il sera régulièrement optimisé en fonction des besoins, des conditions et des connaissances sans pour autant perdre sa continuité, essentielle à un monitoring de longue durée. La Confédération et les cantons participent au financement du programme. L'échantillonnage et les analyses sont de la responsabilité des cantons mais la Confédération se charge de formuler des consignes unifiées pour les prélèvements (réfrigération des échantillonneurs, flaconnage en verre, etc.) et de définir les limites de quantification minimales à atteindre pour les différentes substances. D'autre part, les laboratoires impliqués s'assurent de la qualité des analyses par des essais croisés.

Cet article présente les détails du programme de mesures NAWA MP ainsi que les premiers résultats obtenus en 2018.

Étude des MP dans NAWA TREND

L'habitat humain et l'agriculture sont des sources importantes de micropolluants. Les émissions d'origine urbaine pénètrent en grande majorité dans le milieu aquatique avec les eaux usées (principalement à travers les STEP, mais aussi via les déversoirs d'orage) [10]. Ces voies de rejet sont très importantes pour les médicaments et pour certains autres composés chimiques [11]. Le milieu urbain peut également générer des émissions diffuses significatives, notamment de biocides, à travers les collecteurs d'eaux pluviales [12]. De son côté, l'agriculture émet des PPh dans les cours d'eau [2, 10], de façon ponctuelle (lavage des pulvérisateurs, p.ex.) ou diffuse (lessivage des sols, p.ex.).

Dans NAWA MP, les stations de mesure, la stratégie d'échantillonnage et les substances à contrôler ont été choisies de manière à détecter, de façon aussi complète que possible, aussi bien les rejets de MP des STEP communales que les émissions diffuses d'origine urbaine et agricole. D'autres sources de MP existent comme l’industrie, l'artisanat, les décharges, etc. NAWA MP ne peut en tenir compte que ponctuellement. En effet, les émissions de MP à leur niveau sont extrêmement variables et il est impossible de les appréhender dans toute leur diversité dans un programme national. Elles nécessitent des analyses plus complexes comme celles menées, par exemple, à la station de surveillance du Rhin de Weil am Rhein.

Sites choisis

Les échantillons de NAWA MP sont prélevés dans des cours d'eau subissant des apports de MP qui ont été choisis sans exclure aucune région de Suisse. Il s'avère que les 33 sites de NAWA MP sont majoritairement localisés sur le Plateau suisse, un certain nombre se trouvant dans le Tessin, le Valais, le Jura et la vallée du Rhin (fig. 1). Tous les sites sont précisés dans un tableau détaillé disponible en ligne (www.bafu.admin.ch/nawa). Dans l'ensemble, 15 cantons collaborent à NAWA MP.

Le réseau hydrographique de la Suisse totalise environ 65'000 km de linéaire (à l'échelle 1:25 000) [13], dont 30'400 km, soit environ 48%, présentent des sources urbaines ou agricoles de MP dans le bassin versant (BV) [14]. Autrement dit, la moitié du réseau hydrographique suisse ne subit probablement pas d'apports significatifs de MP à partir de ces sources. La majeure partie de ces cours d'eau non pollués se situent dans les Alpes et ne sont pas couverts par NAWA MP.

L'autre moitié des cours d'eau suisses présentent dans leur bassin versant au moins une petite surface occupée par des champs, des vergers, des vignes ou des villes ou villages susceptibles d'émettre des MP dans le milieu aquatique. Étant donné que l'activité viticole, par exemple, se limite à certaines régions, la longueur de linéaire présentant des vignes dans le bassin versant est faible (environ 3700 km, longueur de la barre dans la figure 2). Inversement, beaucoup de bassins versants comportent des villes ou des villages, la part de linéaire pouvant recevoir des substances utilisées en milieu urbain est donc plus importante (environ 23'700 km; fig. 2). Près de 4400 km de cours d'eau (7%) reçoivent des eaux usées traitées contenant une grande diversité de MP (fig. 2). La figure 2 montre que la longueur totale de cours d'eau pouvant contenir des MP émis de façon diffuse par l'habitat humain, l'agriculture de plein champ et l'arboriculture est beaucoup plus importante que celle de cours d'eau susceptibles de ne recevoir que des substances utilisées en viticulture ou transportées avec les effluents d'épuration.

Grâce au choix judicieux des stations de mesures de NAWA MP, les différents profils d'utilisation du sol dans les bassins versants et les différents degrés d'influence des eaux usées sur les cours d'eau sont représentés dans le programme de monitoring. Comme le montre la figure  2, les sites couvrent tout l'éventail de valeurs de la part relative des zones urbaines, des champs, des vergers et des vignes dans le bassin versant et de la part d'effluents d'épuration reçus par le milieu aquatique. Ainsi, par exemple, l'Eschelisbach (ID 147) présente un bassin versant très agricole et très peu urbanisé qui comporte 32 % de champs (voir les points noirs assortis du n° ID dans la figure 2). Près de 4700 km de cours d'eau présentent en Suisse une part de champs équivalente ou supérieure dans le bassin versant (partie de la barre située à droite du point). Par ailleurs, la part de la surface du bassin versant de l'Eschelisbach occupée par les vergers (18%) est très élevée: seuls 270 km de cours d'eau en présentent une part plus forte dans toute la Suisse. Cette exploitation agricole intensive du bassin versant contraste avec une part de seulement 0,5% consacrée à l'habitat humain. Enfin, l'Eschelisbach ne reçoit pas d'effluents de STEP. De son côté, le Furtbach (ID 49), subit des influences aussi bien agricoles qu'urbaines. Il reçoit une part d'eaux usées très élevée, de l'ordre de 20% (rapport entre le flux annuel d'eaux usées estimé et le débit annuel du cours d'eau): seuls 100 km de cours d'eau subissent des rejets d'effluents plus importants dans toute la Suisse. Le Furtbach représente donc la faible part du linéaire fortement influencée par les STEP. Avec une part de champs de près de 30% dans son bassin versant, le Furtbach est également influencé par les activités agricoles. Pour l'heure, il manque encore à NAWA MP un site caractérisé par une part de zones urbaines de plus de 25 %. La possibilité d'intégrer un tel site dans le réseau NAWA lors de la prochaine extension du programme est donc à l'étude.

Les contrôles de NAWA MP sont effectués dans des cours d'eau de toutes tailles, ce qui permet d'établir un rapport éventuel entre le degré ou le type de pollution et la dimension du milieu récepteur (fig. 3). Cet aspect est important dans la mesure où les concentrations de pesticides sont en général plus élevées dans les cours d'eau de petite taille et de moyenne dimension que dans les grands [10] alors que c'est dans les fleuves et grandes rivières que les charges sont les plus fortes. Si l'on considère la longueur totale des cours d'eau ayant une source de MP dans le bassin versant, il s'avère que les petits cours d'eau sont sous-représentés dans le réseau NAWA MP alors qu'ils sont très importants d'un point de vue écologique [19] (fig. 3). Malheureusement, leur prise en compte représentative demanderait un supplément très important de stations de mesure, ce qui n'est pas envisageable en regard des ressources disponibles. Les fleuves et très grandes rivières sont également surreprésentés même s'ils ne bénéficient que de trois stations (fig. 3). Ils doivent cependant être pris en compte en raison de leur importance pour les charges polluantes.

Échantillonnage

L'échantillonnage standard de NAWA MP repose sur le prélèvement, tout au long de l'année, d'échantillons composites de 14 jours constitués d'échantillons unitaires prélevés à intervalles de temps réguliers. Cette périodicité livre des résultats pouvant être comparés aux valeurs limites écotoxicologiques fixées par la loi (cf. encart) et permettant d'évaluer les risques écotoxicologiques chroniques [12]. Ce type d'échantillonnage permet par ailleurs de couvrir toute la période d'émission potentielle des polluants. Dans huit stations situées en milieu principalement agricole, les prélèvements ne sont effectués que de mars à octobre car il est fort probable que la pollution y soit faible en hiver.

Les fleuves et grandes rivières que sont l'Aar, le Rhône et le Rhin font l'objet d'un calcul des charges polluantes. Pour ce faire, des échantillons sont prélevés à intervalles de débit réguliers puis regroupés en échantillons composites de 14 jours dans l'Aar (à Brugg) et de 7 jours dans le Rhône (à la Porte du Scex). Dans le Rhin (station de surveillance du Rhin de Weil), des échantillons journaliers sont prélevés selon un mode lié au temps, ce qui permet également un calcul des charges.

La pollution diffuse des cours d'eau se produit souvent à la faveur des pluies et donne lieu à des pics de concentration de courte durée (de quelques heures à quelques jours) [10]. Pour pouvoir les appréhender, un échantillonnage plus serré, basé sur une périodicité de 3,5 jours, est effectué sur 14 sites très agricoles d'avril à juillet (période à laquelle les pics les plus forts sont attendus). En regroupant quatre de ces échantillons, la concentration sur 14 jours peut également être calculée. Les concentrations maximales atteintes dans les cours d'eau peuvent cependant être beaucoup plus élevées que dans les échantillons de 3,5 jours [20, 21].

Choix des substances

Des milliers de composés chimiques utilisés dans l'espace domestique, dans l'artisanat et dans l'agriculture sont susceptibles de se déverser dans les cours d'eau [10, 11]. Mais tous ne menacent pas au même degré la qualité des eaux et la vie aquatique. L'objectif poursuivi lors du choix des substances à surveiller dans NAWA MP était donc de sélectionner celles pouvant être présentes à des concentrations dangereuses pour les organismes aquatiques, d'une part, et celles se déversant en grande quantité dans les cours d'eau, d'autre part.

Les composés susceptibles d'avoir un impact écotoxicologique sur les organismes aquatiques sont en premier lieu ceux qui sont utilisés en raison de leur action sur les êtres vivants, c'est-à-dire principalement les pesticides et les médicaments. À ces deux groupes s'ajoutent d'autres substances potentiellement problématiques d'un point de vue écotoxicologique ou importantes car émises en grandes quantités.

Les PPh et biocides ont été sélectionnés en tenant compte de toutes les substances actives autorisées, les médicaments et les autres composés en fonction de la disponibilité de données de mesure [11, 12]. Les paramètres considérés étaient l'exposition, c'est-à-dire les concentrations rencontrées, et le risque pour les organismes aquatiques ; l'exposition est comparée aux critères de qualité écotoxicologiques (CQE) pour déterminer la pertinence des composés. L'exposition a été estimée à partir de modèles et des données de screenings de grande envergure [1, 2, 22, 23]. La modélisation était basée sur les propriétés physicochimiques des composés (dégradabilité dans le sol / l'eau / le corps / les STEP, capacité de sorption, etc.) et, lorsqu'elles étaient disponibles, sur les données relatives aux quantités vendues. Concernant l'écotoxicité, des CQE de différentes sources étaient disponibles. Une fois opérée, la sélection a été optimisée avec des experts des administrations fédérales et cantonales et de la recherche et la faisabilité technique des analyses a été vérifiée auprès des laboratoires cantonaux. Le Centre Ecotox a ensuite livré des CQE pour toutes les substances définitivement sélectionnées [24].

Il en a résulté une sélection de 65 substances qui seront appelées substances NAWA MP dans la suite de l'article (fig. 4). Il s'agit de 49 pesticides, 13 médicaments et trois autres composés. Sur les 22 substances réglementées par des valeurs limites écotoxicologiques dans l'OEaux, 21 sont suivies dans NAWA MP. La seule exception est le diazinon qui, n'étant plus autorisé ni en tant que biocide ni en tant que PPh, n'est plus jugé d'une importance majeure. Il continue cependant d'être analysé par de nombreux cantons. La valeur limite générale de 0,1 µg/l s'applique aux 31 autres pesticides de la sélection de NAWA MP dans tous les cours d'eau. Autrement dit, 52 substances NAWA MP sont réglementées par des valeurs limites figurant dans l'OEaux. Pour l'évaluation écotoxicologique, des CQC sont disponibles pour toutes les 65 substances (sauf pour le sotalol, un médicament) de même que des CQA pour la plupart d'entre elles [24].

Les résultats des screenings montrent que l'étude des PPh sélectionnés pour NAWA MP permet de mesurer la majeure partie de la pollution imputable à ces composés et ayant un impact écotoxicologique. Ainsi, dans une étude portant sur près de 200 PPh, 75 % des dépassements des CQE étaient en moyenne dus aux 49 PPh retenus pour NAWA MP [2]. Les nouvelles études du canton de Zurich (voir article de Teichler et al., Aqua & Gas 7/8-2020, pp. 54-61) livrent des conclusions similaires. Pour les autres groupes de substances, cet aspect n'a pas encore pu être étudié de façon systématique.

Le programme distingue trois types de stations de mesure sur lesquelles différents jeux de substances sont quantifiées selon la pollution attendue. Sur les 65 substances NAWA MP, 52 sont mesurées sur l'ensemble des 33 stations. Neuf PPh sont analysés sur 26 sites fortement agricoles et convenant donc particulièrement bien au suivi du plan d'action sur les PPh. Par ailleurs, quatre insecticides pyréthrinoïdes ou organophosphorés sont quantifiés de mars à octobre sur 21 sites. Ils peuvent constituer un risque considérable par endroit mais nécessitent des méthodes d'analyse complexes et spécifiques pour être quantifiés à des concentrations suffisamment basses [25].

Les données disponibles sur les pesticides et les médicaments étaient suffisantes pour permettre une sélection assez conséquente. Il se peut cependant que des composés pourtant importants, provenant par exemple des ménages, de l'industrie, de l'artisanat ou encore des décharges, n'aient pas encore été identifiés. La sélection de NAWA MP sera donc actualisée régulièrement. Les mises à jour se baseront sur des informations théoriques et sur des données de mesure. En effet, étant donné que certains cantons, tout comme la station de Weil am Rhein, surveillent une variété de substances bien plus large que cette sélection, leurs mesures pourront alerter sur l'importance de nouveaux composés.

Données et modalités d'analyse en 2018

NAWA MP a été développé progressivement et continuera de l'être de cette façon. Il comprend 33 stations de mesure dont 32 actuellement en action (situation de mai 2020). En 2018, seules 18 de ces stations ont été utilisées et toutes les substances NAWA MP n'ont pas été mesurées: pour cette première année du programme, des données ont été obtenues pour 59 des 65 composés de la sélection. Certains cantons ont livré des résultats pour d'autres MP que ceux choisis. L'analyse des données présentée ici se limite aux substances NAWA MP. Sur les 18 stations entrées en action en 2018, 12 ont effectué des mesures toute l'année et six ont fonctionné sur seulement six mois ou par intermittence (fig. 6). Les concentrations inférieures à la limite de quantification ont été considérées comme des non détections. Étant donné qu'aucun échantillon composite de 3,5 jours n'a été prélevé en 2018, la présente analyse se base pour tous les sites sur des valeurs correspondant à la concentration moyenne sur deux semaines. Ces valeurs résultent soit de l'analyse directe d'échantillons composites de 14 jours soit du calcul de concentrations équivalentes à partir d'échantillons composites de plus courte durée (Rhin et Rhône). Dans cet article, les concentrations obtenues à partir de prélèvements effectués selon un mode lié au débit (Aar et Rhône) sont traitées comme celles de prélèvements asservis au temps. Ces concentrations moyennes de 14 jours ont été comparées aux valeurs limites écotoxicologiques fixées pour les pollutions chroniques, à la valeur limite générale de 0,1 µg/l pour les pesticides et aux CQC. Étant donné qu’aucun des cours d'eau étudiés ne servaient à l'approvisionnement en eau potable, les valeurs limites fixées pour les cours d’eau étant dans ce cas ont été utilisées (cf. encart).