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Plan de surveillance de la qualité de l’eau du cours inférieur de la rivière Athabasca

PHASE 1
Tronçon principal de la rivière Athabasca et principaux affluents

22 mars 2011

Équipe scientifique :

  • F. Wrona (dir.), Environnement Canada
  • P. di Cenzo (dir.), Environnement Canada
  • D. Baird, Environnement Canada
  • C. Banic, Environnement Canada
  • G. Bickerton, Environnement Canada
  • D. Burn, Université de Waterloo
  • P. Dillon, Université Trent
  • I. Droppo, Environnement Canada
  • M. Dubé, Université de la Saskatchewan
  • R. Hazewinkel, ministère de l’Environnement de l’Alberta
  • M. Hewitt, Environnement Canada
  • E. Kelly, gouvernement des Territoires du Nord-Ouest
  • D. Lindeman, Environnement Canada
  • P. Marriott, ministère de l’Environnement de l’Alberta
  • E. McCauley, Université de Calgary et Université de Californie, Santa Barbara
  • P. McEachern, ministère de l’Environnement de l’Alberta
  • D. Muir, Environnement Canada
  • K. Munkittrick, Université du Nouveau-Brunswick, Saint John
  • L. Noton, ministère de l’Environnement de l’Alberta
  • T. Prowse, Environnement Canada
  • J. Rasmussen, Université de Lethbridge
  • J. Smol, Université Queen’s

No de cat. : En14-42/2011F-PDF
ISBN 978-1-100-97183-4

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Photos de la page couverture : © Photos.com – 2011, Environnement Canada

© Sa Majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le ministre de l’Environnement, 2011

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Table des matières

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Avant-propos

Le 16 décembre 2010, la Commission d’examen fédérale sur les sables bitumineux déposait son rapport auprès du ministre fédéral de l’Environnement. Elle a examiné les activités de surveillance actuelles qui se déroulent dans le réseau hydrographique du cours inférieur de la rivière Athabasca, a énoncé les principales lacunes du système actuel et a présenté des recommandations sur ce qui constituerait un programme de surveillance de classe mondiale pour la région des sables bitumineux (http://www.ec.gc.ca/pollution/default.asp?lang=Fr&n=E9ABC93B-1).

En réaction à ce rapport et à d’autres préoccupations, le ministre fédéral de l’Environnement a engagé Environnement Canada à prendre la responsabilité, en collaboration avec le gouvernement de l’Alberta, d’élaborer un plan préliminaire de surveillance de la qualité des eaux de surface du cours inférieur de la rivière Athabasca et de ses affluents, et de terminer ce travail en 90 jours. Les étapes ultérieures incorporeraient au plan d’autres milieux naturels tels l’air et la biodiversité, en veillant à ce que chaque plan lié à un milieu naturel particulier soit combiné à une approche écosystémique globale et unique.

Le plan de surveillance décrit dans le présent document est un premier pas vers l’instauration d’un programme de surveillance intégré et exhaustif pour la région des sables bitumineux. Ce plan, qui fait partie de la phase 1, porte sur la surveillance de la qualité des eaux de surface dans le tronçon principal de la rivière Athabasca et ses principaux affluents, depuis Fort McMurray jusqu’à la limite du parc national Wood Buffalo. Le plan est centré sur les caractéristiques physiques et chimiques de la qualité de l’eau. Les prochaines phases de la conception du programme de surveillance de la qualité de l’eau comporteront notamment le suivi des paramètres biologiques et la surveillance fondée sur les effets ainsi que les analyses connexes, et l’élargissement de l’étendue géographique en vue d’inclure d’autres milieux plus loin en aval dans le réseau de la rivière Athabasca, au besoin, ainsi que les lacs des hautes terres dans le bassin atmosphérique qui pourraient subir les conséquences des dépôts de contaminants atmosphériques provenant de l’exploitation des sables bitumineux.

Les collaborateurs ayant pris part à l’élaboration du plan dans le cadre de la phase 1 étaient spécialisés dans les domaines suivants : qualité et quantité des eaux de surface et des eaux souterraines, hydrologie, climatologie, chimie de l’environnement, paléolimnologie, dépôts atmosphériques et contaminants, chimie des contaminants liés aux sables bitumineux, conception de programmes de surveillance écosystémique et évaluation des effets cumulatifs, et conception statistique. Chacun des collaborateurs a grandement contribué à l’élaboration du plan de la phase 1 et à la production de ce document.

Ce document présente un plan de surveillance technique détaillant quand, où, pourquoi et comment sera réalisée la surveillance de la qualité des eaux de surface. Il ne décrit pas un système de surveillance complet comportant des aspects précis comme la gestion de données ou la production de rapports. Les principes clés énoncés par la Commission d’examen fédérale sur les sables bitumineux seront respectés lors de la mise en œuvre du plan présenté. Le plan d’ensemble sera un plan global et exhaustif. Il sera adaptable et robuste. Toutes les données seront mises à la disposition du public, dans un format uniforme et accessible. Les intervenants prendront part au processus, et leurs intérêts de même que leurs inquiétudes seront pleinement pris en compte lors de l’analyse des données et dans la définition de la portée et des répercussions des conclusions.

À l’image de tout plan scientifique responsable, et conformément aux directives de la commission fédérale, le plan sera continuellement mis à jour et peaufiné afin d’en assurer la pertinence et l’expertise technique.

Ce plan marque un tournant dans l’approche de la surveillance des sables bitumineux. Ceux qui ont collaboré à l’élaboration de ce plan possédaient une solide formation technique et la plupart d’entre eux connaissaient bien la région des sables bitumineux; ce plan pourrait toutefois être amélioré en incorporant des connaissances traditionnelles.

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1 Introduction

Le programme de surveillance de la qualité de l’eau est basé sur l’écosystème et est axé sur le troncon principal du cours inférieur de l’Athabasca et de ses affluents.

Il est conçu pour être adaptable et a la capacité d’étendre ou de réduire sa couverture spatiale et temporelle et pour changer ses procédures et ses protocoles à mesure que des questions nouvelles et émergentes se présentent.

Le plan de surveillance présenté dans ce rapport est fondé sur les principes recommandés par la Commission d’examen fédérale sur les sables bitumineux et constitue la première étape dans l’élaboration d’un programme intégré, détaillé et global de surveillance pour le système du cours inférieur de l’Athabasca.

Le but du programme de surveillance est d’obtenir des renseignements scientifiquement crédibles qui permettront :

  • une description améliorée des conditions de base ainsi que de la structure et des fonctions de l’écosystème;
  • l’évaluation des changements relatifs à l’état et aux tendances de l’écosystème;
  • l’examen des effets et l’évaluation des impacts;
  • la mesure de la performance et la préparation de rapports sur l’état de l’environnement;
  • l’évaluation des risques pour la santé humaine et l’environnement;
  • un soutien et une rétroaction pour la modélisation, la gestion et l’élaboration de politiques;
  • les commentaires des parties concernées.

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1.1 Surveillance axée sur les questions

Les programmes de surveillance et d’évaluation environnementales doivent être conçus pour obtenir des données qui peuvent être utilisées pour répondre à des questions précises.

Au cours des années, plusieurs consultations ont eu lieu dans le bassin du cours inférieur de la rivière Athabasca (p. ex., Northern River Basins Study [1991-1996], Northern Rivers Ecosystem Initiative [1998-2004]). Les questions des parties intéressées ont été jugées pertinentes pour comprendre et prévoir les répercussions des sables bitumineux et d’autres exploitations industrielles sur la quantité et la qualité de l’eau et la santé de l’écosystème du bassin de l’Athabasca. L’encadré 1 donne un exemple de la nature et de la portée des préoccupations environnementales et des questions importantes soulevées par les résidants du bassin, les Premières nations, des organismes gouvernementaux et non gouvernementaux.

Ce plan de surveillance est conçu pour fournir des données détaillées qui peuvent être utilisées pour répondre à un ensemble complet de questions clés sur la surveillance. Il permet de répondre à des questions précises et de vérifier des hypothèses en effectuant des analyses ciblées sur un sous-ensemble de données collectées dans son cadre.

Les questions et les inquiétudes soulevées par les intervenants doivent être reconsidérées sur une base régulière afin de garder le cap sur les points importants.

Encadré 1 – Exemples de questions importantes auxquelles doit répondre le programme de surveillance :

  • Quel est l’état actuel de la qualité de l’eau du bassin de la rivière Athabasca?
  • Quels contaminants provenant des entreprises d’exploitation des sables bitumineux entrent, de façon directe ou indirecte, dans la rivière Athabasca et en quelle quantité?
  • Quelle est la répartition des contaminants dans l’écosystème aquatique en ce qui concerne particulièrement l’eau et les sédiments?
  • Des types de contaminants et des charges peuvent-ils être attribués à des sources précises?
  • Des substances toxiques, comme le mercure, les acides naphténiques, les composés aromatiques polycycliques (CAP), augmentent-elles ou diminuent-elles, et à quel point?
  • Les substances ajoutées aux rivières par des rejets naturels ou anthropiques peuvent-elles détériorer la qualité de l’eau? Quelle est l’importance relative de ces deux sources?
  • Quels sont les effets cumulatifs des modifications apportées à l’utilisation des terres et des rejets anthropiques sur l’eau et le milieu aquatique?

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1.2 Étapes de la conception du programme de surveillance

Figure 1. Composantes d’un programme de surveillance

Figure 1. Composantes d’un programme de surveillance

Le ministre fédéral de l’Environnement s’est engagé à avoir un plan préliminaire de surveillance de la qualité de l’eau 90 jours après le dépôt du rapport de la Commission d’examen fédérale sur les sables bitumineux en décembre 2010. Étant donné la complexité scientifique associée à un examen adéquat de la portée géographique et des stresseurs environnementaux connexes et aux composantes d’un programme de surveillance fondé sur les effets, le programme de surveillance de la qualité des eaux est conçu en plusieurs phases intégrées qui prennent appui chronologiquement et progressivement l’une sur l’autre.

Le présent rapport (Phase 1) est axé sur les composantes physiques (hydrologie et climat) et chimiques ainsi que sur les stresseurs du système. L’objectif principal de ce plan technique est de présenter une approche détaillée et intégrée qui quantifie et évalue les sources, le transport, les charges, le devenir et les types de contaminants des sables bitumineux, d’autres industries et des municipalités qui se retrouvent dans le système de la rivière Athabasca. La Phase 1 vise à obtenir une meilleure compréhension spatiale et temporelle quantitative des stresseurs physiques et chimiques importants qui touchent le système et à améliorer les connaissances sur les conditions de base historiques.

La Phase 2 portera sur la question « Qu’est-ce qui en résulte » en déterminant les paramètres biologiques et écologiques clés qui feront l’objet d’une surveillance et qui serviront à évaluer les impacts locaux et régionaux, dont les effets cumulatifs. L’élaboration de cette phase fournira des données qui pourront servir à répondre à des questions très importantes du genre : Les poissons ont-ils changé de façon à les rendre indésirables (malformations)? La santé des poissons et/ou d’autres organismes aquatiques est-elle affectée? Des espèces importantes ont-elles été perdues, ou une fonction de l’écosystème, endommagée? Les lignes directrices relatives à certains contaminants sont-elles utiles pour détecter les dommages à l’écosystème?

L’élaboration et la validation de nouveaux systèmes intégrés de modélisation et de prédiction environnementales qui permettent d’améliorer l’évaluation et la prévision des répercussions régionales et propres aux sites constituent également une composante importante de la conception. La relation « cause-effet » qui sera élaborée au cours de la mise en œuvre des Phases 1 et 2 servira ultimement à prédire les impacts environnementaux cumulatifs et à servir de base aux exigences pour une surveillance ultérieure des effets cumulatifs. Cette composante constituera un processus scientifique en continu et itératif qui continuera à améliorer et à faire progresser les cadres de travail de la modélisation par l’incorporation de nouvelles connaissances scientifiques obtenues par les programmes de surveillance eux-mêmes et par d’autres sources.

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1.3 Contexte géographique et d’élaboration

Figure 	2. Région 	des sables bitumineux de l’Alberta

Figure 2. Région des sables bitumineux de l’Alberta
(Source : Wikipedia, figure créée par Norman Einstein, 2006.)

Le réseau hydrographique de la rivière Athabasca prend sa source sur le versant est des montagnes Rocheuses, en Alberta; ses eaux coulent vers l’est sur un territoire de 160 000 km2 environ, s’écoulant finalement par le delta des rivières de la Paix et Athabasca, et se jetant dans le lac Athabasca et la rivière des Esclaves qui se rend jusqu’aux Territoires du Nord Ouest. Dans le parc national Wood Buffalo, le delta des rivières de la Paix et Athabasca est aussi reconnu par la Convention de RAMSAR sur les milieux humides, et il est aussi un site du patrimoine mondial de l’UNESCO (Wrona et al., 2010).

Les principales préoccupations environnementales concernant la qualité de l’eau et la quantité d’eau ainsi que l’état des écosystèmes liés à l’exploitation des sables bitumineux portent sur le tronçon inférieur de la rivière Athabasca, particulièrement en aval de Fort McMurray (Alberta), bien qu’elles couvrent possiblement une plus grande étendue de territoire. Le tronçon inférieur de la rivière Athabasca s’écoule sur un territoire de 58 000 km2 environ et comprend de nombreux affluents et sous-bassins hydrologiques (figure 2). Dans cette zone, la rivière Athabasca et ses affluents coulent à travers les dépôts de sables bitumineux de l’Athabasca, érodant les sables contenant du pétrole et interagissant avec les systèmes d’eaux souterraines qui sont aussi en contact avec les gisements pétrolifères.

Le bassin hydrologique de la rivière Athabasca se situe dans un paysage dynamique et constamment en changement; ces dernières années, il a subi des modifications à des taux et à des ampleurs importants en ce qui a trait à l’utilisation cumulative des terres et aux développements industriels (p. ex., Suncor en 1967, Syncrude en 1978, puis une expansion importante en 1998 avec Suncor Steepbank, et celle du début des années 2000 avec Shell MRM, Syncrude Aurora, Suncor Millennium et de nouvelles exploitations comme la mine Joslyn).

L’exploitation des sables bitumineux, comme celle des autres sources d’énergie existantes et nouvelles, a de nombreux effets potentiels environnementaux sur l’air, l’eau et la terre liés aux émissions des cheminées et de matières particulaires (p. ex., poussière de mine, piles de stockage de coke, etc.), aux émissions du parc de la mine et aux émissions de gaz à effet de serre, à l’utilisation de l’eau (de surface et souterraine), à la production de flux de déchets, notamment les bassins de résidus et de contaminants connexes, à la contamination potentielle des eaux souterraines, à la perturbation du sol et aux modifications de la connectivité hydrologique, ainsi qu’à la perte et à la fragmentation d’habitats.

ENCADRÉ 2 – Cadres législatifs clés à l’échelle fédérale et provinciale

Gouvernement du Canada – Cadres législatifs

  • Loi canadienne sur l’évaluation environnementale (LCEE)
  • Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) (LCPE)
  • Loi sur les ressources en eau du Canada
  • Loi sur les pêches
  • Loi de 1994 sur la convention concernant les oiseaux migrateurs (LCCM)
  • Loi sur les espèces en péril (LEP)
  • Loi sur les parcs nationaux du Canada
  • Loi sur la gestion des terres des Premières nations

Province de l’Alberta – Cadres législatifs

  • Alberta Environmental Protection and Enhancement Act (EPEA)
  • Alberta Water Act
  • Alberta Land Stewardship Act (ALSA)
  • Plan régional pour le cours inférieur de l’Athabasca – Composantes de la qualité de l’eau
  • Oil and Gas Conservation Act

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1.4 Contexte législatif

Le programme de surveillance doit aussi être conçu pour éclairer les mesures législatives et réglementaires appropriées. Dans ce contexte, l’encadré 2 résume les principaux cadres législatifs à l’échelle fédérale et provinciale que le système de surveillance de la qualité de l’eau peut appuyer. Des représentants du gouvernement ont été interrogés quant à leurs besoins respectifs en données de surveillance liés à la qualité des eaux de surface. Ces besoins en données sont intégrés dans le présent plan de surveillance.

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1.5 Limites des programmes de surveillance existants

Il y a actuellement d’importantes activités de surveillance dans la région du cours inférieur de la rivière Athabasca. La province de l’Alberta et le gouvernement du Canada possèdent des stations de surveillance, l’industrie effectue une surveillance comme condition de licence ou de permis d’exploitation, et une surveillance supplémentaire est menée par le programme régional de surveillance du milieu aquatique (RAMP), qui est soutenu financièrement par l’industrie. Il y a, cependant, un manque d’intégration dans ces activités. Cette lacune a été rapportée dans un certain nombre de rapports ou de journaux scientifiques critiques indépendants (p. ex., Timoney et Lee, 2009; Kelly et al., 2009, 2010; Giesy et al., 2010; Schindler, 2010) et lors d’examens d’experts de la Société royale du Canada (SRC, 2010), dans le programme RAMP (RAMP, 2004, 2011), par le Groupe consultatif fédéral sur les sables bitumineux (2010) et par le Comité d’examen sur les données de surveillance des eaux de l’Alberta (2011). Selon les principales critiques du RAMP, la conception du programme de surveillance :

  • souvent, ne mesure pas correctement les changements par rapport à un contexte défini ou à un état de référence;
  • ne mesure pas les changements de façon cumulative dans l’espace ou le temps;
  • manque de cohérence et d’intégration;
  • de changé les objectifs de base entrainant une modification de la cueillette des données et une perte de la capacité de discrimination statistique;
  • n’a pas élaboré un plan qui tient suffisamment compte de la réalité, à savoir que les contaminants peuvent provenir de sources naturelles ou anthropiques de la région des sables bitumineux;
  • n’a pas eu une couverture spatiale et temporelle de l’échantillonnage suffisante pour permettre de différencier les effets anthropiques de l’hétérogénéité naturelle;
  • n’a pas assez prise en considération de l’évolution et de la variabilité des conditions environnementales (p. ex., variabilité du climat, utilisations diverses des terres);
  • n’utilise pas une approche axée sur les résultats de manière méthodique, systématique, adaptative et transparente.

Dans leur ensemble, les examens susmentionnés sont arrivés à la conclusion que le système de surveillance actuel ne produit pas assez de données pour permettre de quantifier ou de détecter les effets de l’exploitation des sables bitumineux. De plus, l’actuelle surveillance des sables bitumineux relativement à l’air, aux eaux souterraines et aux eaux de surface n’a pas été intégrée à un ensemble qui regroupe la source, le transport et le devenir des contaminants.

Il est important de noter que, même si elles ont été largement critiquées, et même si elles ont besoin d’être redéfinis afin d’en améliorer les liens et la cohérence, les activités de surveillance qui prévalaient jusqu’ici ont produit, à certains sites et pendant un certain temps, des données fiables sur la qualité de l’eau, qui seront essentielles pour l’amélioration du fonctionnement du nouveau plan de surveillance. L’objectif du nouveau programme de surveillance révisé est d’incorporer les composantes fiables du système de surveillance actuel et d’améliorer les activités de collecte de données en vue de rendre moins difficile l’évaluation globale des sources de contaminants, de leur transport dans l’environnement et de leur ultime devenir. Il sera alors possible de faire des évaluations des milieux aquatiques et de la santé humaine qui seront fondées sur les risques.

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1.6 Portée du programme de surveillance de la qualité de l’eau – Phase 1

La Phase 1 porte sur la surveillance de la qualité de l’eau dans le tronçon principal de la rivière Athabasca et dans ses principaux affluents entre Fort McMurray et les limites du parc national Wood Buffalo. La Phase 1 est axée sur l’échantillonnage conçu de manière à quantifier les flux de contaminants en provenance de sources ponctuelles et diffuses.

La Phase 1 porte sur la surveillance de la qualité des eaux de surface dans le tronçon principal de la rivière Athabasca et dans ses principaux affluents entre Fort McMurray jusqu’aux limites du parc national Wood Buffalo. La Phase 2 élargira l’étendue géographique de la surveillance en incluant le delta des rivières de la Paix et Athabasca, le lac Athabasca, les systèmes de la rivière des Esclaves et les lacs des hautes terres dans la région qui pourrait être touchée par les dépôts de contaminants atmosphériques.

Les pressions environnementales actuelles et futures, provenant de l’exploitation des sables bitumineux dans le cours inférieur de la rivière Athabasca, représentent le point culminant atteint sous l’effet de modifications chroniques de l’utilisation des terres et de niveaux d’industrialisation accrus, combiné à de plus grands changements de l’environnement liés à la modification de conditions hydrologiques issue d’une variabilité du climat plus importante.

La figure 3 résume les différentes voies de pénétration des contaminants de sources ponctuelles et diffuses dans le réseau hydrographique du cours inférieur de la rivière Athabasca. Chacune de ces pressions a des répercussions directes et indirectes sur les ressources en eau, et il y a de nombreuses interactions à l’échelle locale et à l’échelle régionale.

Par conséquent, il est essentiel d’avoir un programme de recherche et de surveillance touchant plusieurs milieux, un programme intégré particulièrement conçu et adapté, pour comprendre, prévoir et produire des rapports sur l’état et les tendances de la qualité de l’eau et de la quantité d’eau, sur l’état accumulé, sur les changements de la structure, de la fonction et de l’état d’un écosystème, et finalement, pour déterminer les effets cumulatifs. Ce document présente le plan de surveillance d’un tronçon du bras principal de la rivière Athabasca et de ses affluents comme étant un premier pas dans l’élaboration d’un tel plan de surveillance intégrée.

Figure 3. Principales voies de pénétration directes et indirectes des contaminants dans le cours inférieur de la rivière Athabasca

Figure 3. Principales voies de pénétration directes et indirectes des contaminants dans le cours inférieur de la rivière Athabasca

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2 Éléments essentiels pour un nouveau programme de surveillance

La conception et la mise en oeuvre réussie d’un programme efficace de surveillance de l’eau nécessite plusieurs éléments de base, dont :

  • un programme de surveillance intégré à l’échelle régionale
  • la production de résultats de base
  • des déclencheurs pour la prise de décision
  • une rigueur scientifique et des outils pour la mise en œuvre

La conception et la mise en œuvre d’un programme de surveillance efficace exigent plusieurs éléments essentiels. Une description de ces éléments ainsi que de leur intégration dans le nouveau modèle de programme de surveillance fait l’objet des paragraphes suivants.

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2.1 Surveillance intégrée à l’échelle régionale

La collecte et la gestion des données sont pour l’instant fragmentées. Dans de telles circonstances, aucune décision stratégique ne peut être prise concernant la protection de l’environnement (notamment la qualité de l’eau) et la durabilité de l’industrie. Un cadre de surveillance intégrée à l’échelle régionale doit être mis en œuvre là où différents genres et différentes sources de surveillance sont liés dans le but de générer les renseignements servant à soutenir une prise de décision éclairée.

Le nouveau programme régional intégré de surveillance des sables bitumineux consistera en une série de types de surveillance interreliés qui ont des objectifs particuliers. Il existe une surabondance de définitions de la surveillance dont plusieurs sont interchangeables. Voici les définitions utilisées dans le présent document :

La surveillance des conditions de référence évalue les concentrations naturelles des paramètres physiques et chimiques aux endroits les moins exploités ou idéalement non encore « altérés », par des perturbations d’origine humaine. La surveillance des conditions de base ou de référence est essentielle puisqu’elle établit le point de référence qui servira à la comparaison avec les sites ayant potentiellement subi les impacts de l’exploitation. Lors de la surveillance précédente de la région des sables bitumineux, très peu de sites de surveillance à long terme existaient (ceux qui existent sont gérés par des organismes gouvernementaux et sont situés surtout à l’extérieur de la région minière active des sables bitumineux) et de nombreux sites sur lesquels existait de l’information sur leur condition avant leur exploitation ont été fermés ou ont été absorbés graduellement par l’empreinte d’un développement industriel en expansion. Le nouveau plan augmentera le nombre de stations de surveillance à long terme à des échelles spatiales et temporelles appropriées dans le bassin hydrographique pour évaluer les conditions de base régionales.

Tout de même, définir les conditions « de base » ou « de référence » dans une région où le régime environnemental a subi des modifications par le passé, et en subit encore aujourd’hui, pose un défi de taille. Très peu de régions du bassin, s’il en existe, ne sont pas touchées en ce moment par quelque forme d’influence anthropogénique directe ou indirecte (p. ex., dépôts de contaminants atmosphériques). En outre, la richesse du gisement bitumineux est hétérogène, comme le sont les zones d’exposition naturelle ou de contact avec les ruisseaux et les rivières, ce qui complique davantage une approche « contrôle-impact » pour évaluer les répercussions.

Afin de relever ces défis, le nouveau cadre de surveillance utilisera de nouvelles approches qui intègrent de l’information synoptique provenant de sites de surveillance à long terme au moyen d’outils de modélisation et d’autres moyens de prévision afin d’évaluer les changements de l’état de l’environnement. Une des principales exigences pour améliorer notre compréhension des conditions « de base » régionales et locales sera de voir à ce qu’il existe des données de surveillance propres au site sur les conditions prévalant avant l’exploitation à partir desquelles les changements environnementaux pourront être mesurés et de faire en sorte que la surveillance après l’exploitation se poursuive à long terme. Il faudrait également envisager d’établir des sites ou des zones additionnels de référence à long terme au cœur de la région des sables bitumineux qui pourraient servir à déterminer plus précisément les conditions environnementales « de base » ou « de référence ». Le fait que les bassins hydrologiques de« référence » qui restent dans la formation bitumineuse McMurray sont plus grands ou plus petits que les cours d’eau touchés est une source de complications, ce qui limiterait leur capacité de fonctionner en tant que « condition de base ».

Le recours proposé au carottage de sédiments et à l’analyse connexe de sédiments anciens peut permettre aussi de faire mieux la distinction entre les changements et variations à moyen terme (c.-à-d. décennaux) et les changements et variations à long terme (c.-à-d. multidécennaux). En outre, on procédera à une recherche de données historiques dans les rapports papier et les rapports électroniques pour ensuite les archiver dans la base de données du système de surveillance.

La surveillance de l’état accumulé mesure les changements dans le milieu aquatique par rapport aux conditions de base locales et régionales. Elle précise les points chauds des changements dans l’espace et les moments forts des changements dans le temps. Elle est faite aux échelles locales et régionales qui correspondent aux conditions de base locales et régionales. Cette surveillance nécessite l’utilisation de données de surveillance sur les conditions de base et détermine les changements par rapport à ces dernières, leur amplitude et leur orientation. Il s’agit d’une surveillance fondamentale pour la prise de décision. La première composante de la surveillance de l’état accumulé est aussi communément appelée « surveillance fondée sur les effets ». Le programme de surveillance des effets fonctionne de façon compatible avec la suite de paramètres de surveillance des conditions de base.

La surveillance de l’état accumulé mesure également les changements dans le paysage qui se produisent dans l’espace et le temps, ce qui inclut la quantification des changements dans l’utilisation des terres ainsi que la synthèse des charges de sources ponctuelles et diffuses. La deuxième composante de la surveillance de l’état accumulé est aussi communément appelée « surveillance fondée sur les stresseurs ».

La surveillance de la conformité comporte la surveillance, par les installations, de paramètres précis pour déterminer si le site est conforme aux approbations concernant son fonctionnement et aux conditions édictées dans son permis. Ce type de surveillance est actuellement exécuté pour les sables bitumineux, même s’il n’est pas intégré à un programme régional de surveillance. L’information doit être disponible, transparente, et intégrée aux mécanismes de déclaration électronique dans des délais qui respectent les exigences de production de rapports du programme régional intégré.

La surveillance de la performance est propre aux installations et aux sites et devrait être faite après le début de l’exploitation. En l’occurrence, ce type de surveillance servirait à vérifier ou à valider l’exactitude des prévisions faites à l’aide du processus de l’étude d’impact environnemental (EIE). Actuellement, il se fait un peu de surveillance de la performance, et les paramètres utilisés lors du processus de l’EIE n’ont aucun lien avec la surveillance de l’état accumulé local décrite plus haut. Il est essentiel que la surveillance de la performance soit faite, parce qu’il n’existe aucun mécanisme pour améliorer la capacité de prévoir les impacts de projets d’exploitation particuliers ou de déterminer si les prévisions sont exactes.

La surveillance des effets cumulatifs est la composante la plus vaste et la plus intégrée. Elle est fondamentalement la plus essentielle pour gérer les changements régionaux dus à l’exploitation. La surveillance des effets cumulatifs comporte la comparaison entre la trajectoire prévue de l’écosystème vers l’avenir et la trajectoire et les conditions observées. Elle est mise en œuvre à l’échelle régionale à la suite d’une évaluation des effets cumulatifs, mais la surveillance des effets cumulatifs n’est pas réalisée de façon efficace dans la région des sables bitumineux.

La surveillance axée sur la surveillance est généralement conduite à partir d’hypothèses et s’occupe de lacunes précises dans les connaissances au sujet des processus d’un système ou de tentatives pour établir une compréhension mécaniste des causes. Ce type de surveillance est souvent limité à la fois dans le temps (courte durée) et dans l’espace (les sites et les caractéristiques mesurées suivent un modèle expérimental explicite). L’utilisation « d’enquêtes synoptiques » est un exemple de surveillance centrée sur la surveillance.

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2.2 Production des résultats de base

À l’heure actuelle, il n’y a pas de production de rapports uniforme dans le format nécessaire pour assurer le suivi des changements de l’environnement, le suivi des effets du développement industriel sur le paysage, et pour comprendre les menaces existantes et futures pour la protection de l’environnement (notamment la qualité de l’eau). La surveillance régionale doit produire trois résultats de base de façon cohérente et continue :

  • Évaluation des conditions environnementales accumulées ou de l’état accumulé;
  • Relation entre les facteurs affectant le réseau et la réponse de l’environnement (notamment la qualité de l’eau);
  • Évaluation des effets cumulatifs.

En l’absence de ces résultats de base, il est impossible de détecter, prévoir, gérer ou atténuer les changements cumulatifs.

À ce jour, la surveillance des sables bitumineux a fonctionné comme une série de programmes de surveillance indépendants réalisés pour des raisons précises et indépendantes. Elle n’a pas réussi à intégrer et à convertir la somme totale des données générées dans une base de connaissances afin de soutenir les approches qui permettent de s’occuper des effets cumulatifs.

Un cadre de surveillance régional offre une approche régionale cohérente au point de vue de la stratégie d’échantillonnage, des critères et des protocoles, de sorte que les efforts de surveillance deviennent plus coordonnés, les approches, uniformisées en ce qui concerne les composantes connexes, et les données, accessibles à l’échelle régionale.

Ainsi, en plus d’atteindre des objectifs précis du programme, les programmes de surveillance doivent être intégrés pour réaliser les trois résultats de base mentionnés plus bas et illustrés dans la figure 4.

Figure 4. Un programme de surveillance de « classe mondiale » mesure à quel point des changements se sont déjà produits dans l’environnement (évaluation de l’état accumulé de l’environnement), aide à préciser la cause de ces changements (relations entre les éléments déclencheurs du système et la réponse de l’environnement) et utilise ces renseignements pour planifier le paysage terrestre désiré pour l’avenir en prévoyant les résultats de différentes possibilités de développement (modélisation prédictive des effets cumulatifs)

Figure 4. Un programme de surveillance de « classe mondiale » mesure à quel point des changements se sont déjà produits dans l’environnement (évaluation de l’état accumulé de l’environnement), aide à préciser la cause de ces changements (relations entre les éléments déclencheurs du système et la réponse de l’environnement) et utilise ces renseignements pour planifier le paysage terrestre désiré pour l’avenir en prévoyant les résultats de différentes possibilités de développement (modélisation prédictive des effets cumulatifs)

Finalement, l’objectif d’avoir un cadre de surveillance intégré est de se diriger vers la mise en œuvre d’une approche intégrée d’évaluation des effets cumulatifs, qui se concentre moins sur l’évaluation des effets produits en fonction d’un projet particulier (effets cumulatifs et effets fondés sur les stresseurs), mais qui prévoit plutôt une base régionale pour régler les principales questions d’intérêt, qui fournit des occasions de rentabilité, qui développe des synergies en se concentrant sur les questions et qui réduit le chevauchement des efforts investis dans les exigences existantes de surveillance. Le résultat est un cadre qui soutient les composantes de l’évaluation écologique requises pour l’étude d’impact environnemental (EIE), se concentre sur la recherche, fournit des conditions de base régionales, établit des seuils pour les réponses et détecte les effets cumulatifs.

La surveillance des effets cumulatifs succède alors à l’évaluation des effets cumulatifs et détermine essentiellement si l’état futur observé a emprunté une trajectoire prévue. Il s’agit d’une comparaison entre la réaction attendue (ou prévue) et la réaction véritable (figure 4).

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2.3 Déclencheurs servant à la prise de décision

Conception d’un programme adaptable dans lequel les modifications de la couverture spatiale et de la fréquence temporelle de l’échantillonnage sont liées à des décisions scientifiques (et stratégiques). Un principal objecti est de conserver la rigueur statistique nécessaire pour détecter et prédire les effets et évaluer les tendances des paramètres environnementaux. La conception du programme est continuellement évaluée et améliorée en fonction des commentaires des parties intéressées et des nouvelles découvertes scientifiques.

Il n’est pas nécessaire de surveiller tout, partout, en tout temps. Le réseau de surveillance intégrera un système à l’appui des décisions qui fournira clairement l’indication quant au moment et à l’endroit où il faudra modifier l’intensité de surveillance selon les résultats de la surveillance. Les facteurs déclenchant les décisions permettront d’accélérer ou de diminuer la fréquence de la surveillance, assurant ainsi de rendre disponible la meilleure information possible au service de la prise de décision de gestion, et pour tirer le meilleur parti possible de l’efficience du réseau de surveillance. En outre, les déclencheurs sont définis de telle sorte que lorsqu’un paramètre sous surveillance atteint un seuil de préoccupation, il est inspecté pour déterminer si des mesures de gestion sont justifiées.

Dans chaque activité de surveillance, un « cadre de décision » sera élaboré et inclus, de sorte que les efforts de surveillance et les intensités (p. ex., les niveaux) puissent être ajustés ou déclenchés « activés ou désactivés », selon des facteurs décisionnels, dans des stations de surveillance précises et pour des activités de collecte de données. Les déclencheurs seront utilisés à la fois pour accroître ou pour diminuer l’intensité de la surveillance.

En théorie, ces déclencheurs se produisent lorsqu’il y a un effet observé (p. ex., un changement statistique significatif), un signe d’avertissement (p. ex., l’envergure des effets critiques est dépassée et confirmée par un stresseur environnemental), ou un signe de réaction (p. ex., l’envergure des effets critiques est dépassée et empire). Ainsi, les programmes de surveillance seront adaptables, en fonction des besoins, avec des niveaux et des déclencheurs qui déplacent, focalisent et optimisent les efforts de surveillance dans tout le bassin (tableau 1).

Tableau 1. Exemples de « déclencheurs » de décisions introduits pour adapter aux besoins d’information la structure des programmes de surveillance et l’intensité de l’échantillonnage d’une manière hiérarchisée, par niveaux

Niveaux

Déclencheurs

Conséquences

Effet

Changement statistique

Recherche de confirmation

Signe d’avertissement

Qui dépasse l’envergure de l’effet critique et qui est confirmé

Augmentation de la fréquence de surveillance pour déterminer l’étendue et l’ampleur du changement

Signe de réaction

Qui dépasse l’envergure de l’effet critique et qui empire

Investigation de la cause

Seuil d’intervention

Qui dépasse les niveaux probables des effets ou les critères de qualité de l’eau

Changement de stratégie de gestion justifié

Il est prévu que tous les sites de surveillance des conditions de base puissent être limités à de moindres fréquences ou niveaux de surveillance ainsi qu’à des les listes réduites de paramètres, une fois que la capacité de prévoir les concentrations pertinentes sera devenue possible (p. ex., si l’état à la station de surveillance 3 peut être adéquatement évalué à partir des données recueillies aux stations 2 et 4, la surveillance peut alors être réduite à la station 3). Une telle surveillance serait ramenée à un stade antérieur de l’opération si les concentrations seuils appropriées étaient dépassées lors d’une surveillance subséquente. Ce déclenchement « activé à désactivé » et les changements d’intensité de surveillance sont essentiels au fonctionnement approprié d’un programme de surveillance adaptable et sert de premier niveau pour déterminer l’étendue et l’ampleur des changements ainsi que de première étape vers la localisation des répercussions potentielles et des facteurs de causalité.

Une fois que le modèle de prévision de l’évaluation des effets cumulatifs sera prêt, il sera possible de suivre la performance du système pour comparer les résultats prévus et les résultats observés. Lorsqu’il y a une différence suffisante entre l’état prévu et l’état observé, la fréquence de la surveillance peut être augmentée (tableau 1).

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2.4 Rigueur scientifique et outils pour la mise en oeuvre

Un cadre intégré et détaillé de surveillance et un système de gestion des données ouvert et transparent sont nécessaires pour produire et archiver les données et les renseignements utilisés pour prédire la ou les trajectoires des changements dans la qualité et la quantité d’eau et la santé de l’écosystème. Une comparaison des trajectoires prédites par la modélisation avec la réalité accroît la compréhension du fonctionnement du système et améliore finalement les décisions de gestion.

Le programme de surveillance proposé et les plans de surveillance subséquents pour d’autres milieux naturels doivent être appuyés par une base de données hautement efficace et intégrée et un cadre de soutien des décisions fondé sur les systèmes. La base de données et la fonctionnalité du logiciel de soutien des décisions doivent être compatibles avec le format et les résultats de chaque type de programme de surveillance du cadre de travail, ainsi que des produits d’intégration (analyses relationnelles, évaluation des effets cumulatifs, surveillance des effets cumulatifs). Comme il a déjà été mentionné, cet aspect de la surveillance et de l’évaluation régionales a été largement ignoré, ce qui a conduit à un manque d’efficacité et un manque de coordination et de mesures appropriées pour détecter les changements. En l’absence d’un tel système de facilitation, ce programme n’atteindra pas son objectif d’être un programme de « classe mondiale ».

En outre, il est reconnu qu’il y a un besoin d’une interdépendance forte et explicite de la recherche pertinente, de la surveillance et des activités de modélisation. Les liens entre ces activités assurereont assureront une meilleure interprétation des données de la surveillance et la conservation d’une conception optimale du système de surveillance. Par conséquent, la production opportune de publications scientifiques revues par des pairs sur les principaux résultats doivent faire également partie des produits livrables exigés du programme.

Il faudrait continuellement évaluer si la mise à l’essai et l’intégration des nouvelles technologies de surveillance (p. ex., nouveaux échantillonneurs intégratifs par capteurs, puces à ADN en tant que marqueurs biologiques d’exposition, télédétection et réseaux d’échantillonnage automatisés par satellite) permettraient de rendre plus efficaces l’acquisition et l’interprétation de données dans le cadre du programme.

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3 Conception du réseau d’échantillonnage destiné à la surveillance de la qualité de l’eau

Le modèle proposé tient compte des lacunes scientifiques et de conception des programmes précédents de surveillance – la conception du programme de surveillance s’appuie sur les programmes existants ou les sites considérés comme appropriés et élargit l’éventail des paramètres chimiques de base de l’eau, la couverture spatiale et la fréquence de l’échantillonnage.

Figure 5. Sommaire des programmes de surveillance des eaux et hydrométriques et des sites d’échantillonnage dans la région des sables bitumineux

Figure 5. Sommaire des programmes de surveillance des eaux et hydrométriques et des sites d’échantillonnage dans la région des sables bitumineux

Plusieurs défis se posent lorsqu’il s’agit de surveiller la qualité de l’eau dans de vastes et complexes systèmes d’eau douce, particulièrement dans des bassins hydrologiques situés dans les régions froides, comme dans le cas de la rivière Athabasca et de ses affluents. Les conditions climatiques et hydrologiques ainsi que les concentrations chimiques peuvent varier considérablement selon diverses échelles spatiales et temporelles à l’intérieur d’un même système. Une multitude de programmes de surveillance ont été mis en place dans la région du cours inférieur de la rivière Athabasca, et de nombreux sites sont présentement en fonction (figure 5).

C es sites ont été choisis selon les besoins particuliers des programmes, que ce soit pour évaluer les répercussions « en amont et en aval », dénombrer les secteurs où se trouvent des sources importantes de charges de contaminants assortis de restrictions relativement à l’accessibilité et à d’autres difficultés liées à la mise en œuvre, et évaluer les tendances à moyen et à long terme relativement à la qualité de l’eau dans des endroits ciblés (p. ex., voir RAMP, 2010; AENV, 2009, 2010). Toutefois, plusieurs de ces endroits n’ont pas été évalués adéquatement du point de vue biologique. Dans tous les grands systèmes, il y a des « points chauds » où les poissons se reproduisent ou s’alimentent, endroits où des contaminants sont déposés, ou des habitats, détruits (Choy et al., 2008; Fowlie et al., 2008). La sélection des sites d’échantillonnage peut nécessiter une amélioration à partir de la validation qui sera faite dans la Phase 2 qui assurera que les sites sont importants non seulement du point de vue de la qualité de l’eau, mais également du point de vue biologique.

L’analyse de Lindeman et al. (2011) effectue un survol complet des initiatives de surveillance actuelles et passées dans les régions où les sables bitumineux sont exploités.

Les études et publications scientifiques récentes réalisées à l’externe en 2010-2011 sont unanimes sur le fait que les programmes de surveillance existants ont permis de produire une grande quantité de données au cours des quatre dernières décennies. Cependant, ces études ont également fait ressortir d’importantes failles et préoccupations en lien avec les points suivants :

  • la rigueur des conceptions statistiques (couverture spatiale des sites inadéquate et/ou fréquence de l’échantillonnage connexe inappropriée);
  • le manque d’objectifs clairs et d’analyses basées sur la vérification d’hypothèses;
  • le manque de constance dans les types de milieux échantillonnés et dans les paramètres environnementaux faisant l’objet de l’échantillonnage;
  • les questions d’assurance et de contrôle de la qualité en lien avec la comparabilité des données;
  • le libre accès aux données;
  • la rareté des publications opportunes, revues par des pairs;
  • le manque d’évaluation des effets cumulatifs;
  • le manque de transparence et de déclarations publiques exactes.

Le programme proposé est conçu en vue d’améliorer la résolution spatiale et temporelle des données collectées afin d’accroître notre capacité à détecter les changements et prédire les effets, et à adapter notre mode de gestion en fonction de conditions environnementales changeantes. Non seulement nous pourrons ainsi mieux détecter les changements, mais nous serons également plus en mesure de comprendre la variabilité et les réponses du système en fonction des sources ponctuelles et diffuses, des dépôts naturels par rapport aux dépôts reliés au bitume minier, et des effets cumulatifs.

Finalement, le programme de surveillance doit pouvoir détecter les charges de contaminant et/ou les tendances des concentrations qui dépassent les seuils biologiques clés. Comme les seuils biologiques seront toujours plus sensibles que les lignes directrices qui s’appliquent aux substances chimiques (p. ex., Palmer et al., 2010), il sera important de s’assurer que le plan final du programme utilise des paramètres biologiques et écologiques comme indicateurs clés des stress et des impacts. L’intégration de tels paramêtres dans le plan de la qualité de l’eau sera effectuée dans la Phase 2.

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3.1 Approche fondée sur le bilan massique

Une approche fondée sur le bilan massique a été utilisée pour définir le réseau de sites à surveiller pour les variables clés de la qualité de l’eau, l’hydrométrie et les dépôts atmosphériques. L’approche permet la quantification et la modélisation des sources, du devenir et des charges de contaminants dans le cours inférieur de l’Athabasca.

L’approche fondée sur le bilan massique a été utilisée dans le plan du réseau de surveillance pour évaluer la quantité, les déplacements et le cycle des matières dans le bassin hydrologique. L’application de cette approche au système du cours inférieur de la rivière Athabasca demande une expansion des sites actuels de surveillance de la qualité et de la quantité de l’eau afin d’inclure une quantification plus systématique et plus complète des sources, du transport, des flux et du devenir des matières et des contaminants qui pénètrent dans les bassins hydrologiques. Les principales sources de rejets de contaminants qui doivent être prises en compte sont les suivantes :

  • sources ponctuelles directes à la surface de l’eau (rejets industriels et municipaux à la sortie de l’émissaire);
  • sources diffuses provenant du paysage (dépôts atmosphériques indirects, ruissellement, drainage des terres, érosion);
  • apports d’eaux souterraines (y compris les eaux d’infiltration et les fuites provenant des bassins de résidus et des interactions eaux souterraines-eaux de surface);
  • dépôts atmosphériques directs.

La quantification des charges et des flux de contaminants liés à l’exploitation des sables bitumineux requiert nécessairement un réseau plus complet de mesures hydrométriques, de mesure des matières en suspension et des matériaux du lit, une meilleure évaluation du contexte historique ou des conditions « de référence », et une meilleure estimation des contributions atmosphériques. De plus, il faut mettre en application des procédures analytiques normalisées d’assurance et de contrôle de la qualité ainsi que des modes opératoires normalisés (MON), en plus d’adopter des méthodes adéquates pour archiver les données et produire des rapports.

Le programme de surveillance proposé prolonge la série existante de sites de surveillance de « l’état » du cours inférieur de la rivière Athabasca, afin d’instaurer un réseau intégré officiel permettant de quantifier l’état accumulé de certains tronçons ou de la région, ainsi que l’état et les tendances des charges de contaminants dans l’espace et dans le temps. Le plan s’inspire des sites du ministère de l’Environnement de l’Alberta qui, depuis 2008, sont à la base d’une étude régionale sur les charges de contaminants et d’études plus ciblées sur certains tronçons du bassin hydrologique de la rivière Muskeg.

De plus, les sites du programme régional de surveillance du milieu aquatique (RAMP), dont la couverture spatiale et temporelle ainsi que les caractéristiques ont été jugées pertinentes en fonction des tronçons, ont également été incorporés. L’ajout de nouveaux sites a été proposé afin d’accroître la couverture spatiale, lorsqu’il était nécessaire de le faire. Le programme propose d’augmenter la fréquence de l’échantillonnage autant pour les nouveaux sites que pour les sites existants, afin de corriger les lacunes des anciens concepts relativement à la variabilité temporelle et à la puissance statistique.

L’ajout de sites additionnels des affluents sera également suggéré parce qu’ils constituent des habitats importants et qu’ils soutiennent de 17 à 24 espèces de poissons, incluant des milliers de poissons migrateurs chaque année, et qu’ils possèdent une grande diversité de taxons d’invertébrés (Barton et Wallace, 1980; Bond, 1980, Machniak et al., 1980). Ces endroits seront probablement des points chauds pour l’évaluation des impacts dans la Phase 2 et complèteraient le plan du réseau de surveillance physique et chimique.

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3.2 Considérations statistiques

La situation géographique et le milieu géologique ainsi que la portée des travaux (tant par le rythme que par l’ampleur des travaux) liés à l’exploitation des sables bitumineux créent des obstacles de taille à l’évaluation et à l’attribution des changements observés dans les conditions environnementales et des répercussions connexes sur les conditions écologiques. La difficulté d’établir des sites « de référence » ou des conditions « de base » adéquats en raison du manque de données historiques fiables constitue un problème persistant qui mine la compréhension et la prédiction des causes à long terme des altérations de la qualité de l’eau dans la région où les sables bitumineux sont exploités. Afin de surmonter cet obstacle, le programme de surveillance de la qualité de l’eau proposé combine des sites existants de surveillance à moyen et à long terme et établit un réseau amélioré d’emplacements clés qui permettront de mieux définir les conditions régionales « de base » ou « de référence ». Une évaluation des possibilités d’application des techniques potentielles de rétrospection, dont le paléocarottage de sédiments et l’analyse dendrométrique, sera faite. Les techniques appropriées seront utilisées dans des sites stratégiques, afin d’évaluer les niveaux historiques et les tendances relativement aux conditions hydrologiques, à la composition chimique générale de l’eau et aux contaminants, le cas échéant.

Dans le bassin inférieur de la rivière Athabasca, et en particulier dans la région où les sables bitumineux sont exploités, des facteurs de stress environnementaux tant « impulsifs » que « soutenus » et leurs conséquences ont une incidence sur la variabilité temporelle des réponses observées et auront une incidence sur la répétition spatiale et temporelle nécessaire pour détecter les répercussions avec une puissance statistique suffisante (tableau 2). L’augmentation prévue du nombre de sites normalisés de surveillance à long terme (chacun d’entre eux assorti à un ensemble commun de mesures de paramètres environnementaux et chacun faisant l’objet d’une fréquence accrue d’échantillonnage) accroîtra la puissance statistique en vue d’analyser l’état, les tendances et les répercussions (Stewart-Oaten et al., 1986). Pour détecter les répercussions environnementales « soutenues » (p. ex., un changement de régime dans les paramètres comme le climat, le débit ou les charges sédimentaires), il faut un grand nombre de sites « de base » ou de référence répartis géographiquement, alors qu’un nombre maximal de périodes d’échantillonnage favorisera la détection d’une répercussion « impulsive » à court terme (p. ex., la découverte de charges accrues de contaminants provenant de rejets ponctuels).

Tableau 2. Plan proposé pour l’échantillonnage en vue de déceler différents types de répercussions
(Sources : Underwood et Chapman, 2001; Bulleri et al., 2008.)

Répercussions potentielles à détecter

Le plan devrait

Réponse « soutenue » à long terme à la suite d’une perturbation (p. ex., changements lents et à long terme des concentrations de contaminants dans l’eau ou les sédiments attribuables à des rejets diffus)

Intégrer plusieurs emplacements témoins (c. à-d. maximiser le nombre de sites « de base » ou de référence)

Réponse « impulsive » à court terme à la suite d’une perturbation (p. ex., changements rapides ou à court terme des concentrations de contaminants dans l’eau ou les sédiments attribuables à des rejets ponctuels associés à un site en particulier)

Intégrer plusieurs périodes d’échantillonnage (c. à-d. maximiser le nombre de périodes où l’échantillonnage est effectué – cycle saisonnier)

Changements de la variation temporelle ou réponses « impulsives » à très court terme à la suite d’une perturbation (p. ex., tempête violente et flux de contaminants qui en découle)

Intégrer le plus grand nombre de prélèvements possible dans chacune des périodes d’échantillonnage, ou augmenter le nombre de périodes d’échantillonnage (c. à-d. maximiser les périodes ou la fréquence d’échantillonnage à l’intérieur d’une même période)

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3.3 Volets du programme de surveillance

Le programme de surveillance est conçu à partir de trois composantes environnementales (hydrologie et sédiments, qualité de l’eau, dépôts atmosphériques) et a la capacité améliorée de répondre aux questions fondées sur des hypothèses reliées aux impacts sur la qualité de l’eau actuels et prédits, propres au tronçon et à la région, de l’exploitation des sables bitumineux

Ce plan de surveillance de la qualité de l’eau s’articule autour de trois grands volets qui sont intégrés :

1) climat, hydrologie, hydraulique et dynamique des sédiments;

2) qualité de l’eau de surface ambiante, qualité des sédiments et interactions des eaux souterraines;

3) charges provenant de sources atmosphériques et terrestres diffuses.

Pour chacun de ces volets et pour les différents systèmes de surveillance qui y sont rattachés, nous décrivons la nouvelle couverture spatiale et temporelle proposée pour les sites d’échantillonnage dans l’ensemble du bassin de la rivière Athabasca, dans le tronçon principal du cours inférieur (TPCI) de la rivière Athabasca à proximité de l’exploitation des sables bitumineux, et dans les principaux affluents (voir les parties 4 à 6). Nous présentons également la justification soutenant le plan proposé en répondant aux questions quoi, pourquoi, , quand et comment, et nous établissons en quoi le plan constitue une version améliorée du système existant (p. ex., quelle nouvelle information est obtenue?) (Encadré 3).

Le plan proposé est fondé sur le schéma suivant du système du cours inférieur de la rivière Athabasca et de ses principaux affluents (figure 6). Le plan se base sur un cadre statistique qui permet de quantifier et de caractériser avec une puissance suffisante tant les charges propres à un tronçon que les charges cumulatives, de même que la qualité et la quantité d’eau. Fait à noter, environ 55 % du débit de la rivière Athabasca sortant du TPCI au point M9 trouvent leur origine dans le débit qui entre dans le TPCI au point M0, ce qui accentue encore davantage la nécessité de comprendre les facteurs hydroclimatiques en amont.

Les figures 6 et 7 illustrent l’emplacement des sites de surveillance proposés dans le système du cours inférieur de la rivière Athabasca, et le tableau 3 (page 63) présente une description détaillée des sites. L’annexe A contient également des renseignements additionnels connexes.

L'échantillonnage stratifié marque un tournant fondamental dans l’approche de la surveillance. En divisant la rivière Athabasca et ses affluents en tronçons individuels, et en effectuant la surveillance dans ces tronçons, la quantification et l’évaluation des charges propres aux sites et, par le fait même, l’isolement des sources possibles de contaminants sont rendus possibles.

Le plan du programme de surveillance intègre une suite normalisée et améliorée de variables de la quantité et de la qualité de l’eau, axées sur l’évaluation des paramètres environnementaux qui permettent l’évaluation des impacts de l’exploitation des sables bitumineux.

Encadré 3 – Justification du plan du programme de surveillance

Quoi – quels processus et paramètres liés à la qualité et à la quantité de l’eau doivent faire l’objet d’un échantillonnage

Pourquoi est-il important de quantifier les paramètres choisis (en lien avec l’utilisation des données et les préoccupations auxquelles il faut répondre), et pourquoi le plan d’échantillonnage choisi doit-il être utilisé (considérations statistiques)

– résolution et répétitions spatiales, par sous-bassin/bassin hydrologique, par milieu (eaux de surface, eaux interstitielles, sédiments)

Quand – résolution temporelle (discontinue – en fonction d’un événement – continue)

Comment – quel type d’échantillonnage et quelles méthodes analytiques devraient être utilisés

Figure 6. Schéma des sites d’échantillonnage proposés pour le tronçon principal de la rivière Athabasca et ses principaux affluents

Figure 6.Schéma des sites d’échantillonnage proposés pour le tronçon principal de la rivière Athabasca et ses principaux affluents

Figure 7. Sites de surveillance proposés pour le tronçon principal de la rivière Athabasca et ses principaux affluents

Figure 7. Sites de surveillance proposés pour le tronçon principal de la rivière Athabasca et ses principaux affluents

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4 Surveillance des paramètres climatiques, hydrologiques et sédimentaires

Il faut comprendre les conditions hydrologiques et climatiques qui affectent le bassin hydrologique entier de l’Athabasca à cause de l’importante influence de la partie supérieure du bassin et des affluents associés sur le débit de la rivière en aval.

La dynamique des sédiments joue un rôle important dans le devenir et le transport des contaminants dans le système.

Il est nécessaire de comprendre les conditions hydrologiques et climatiques qui règnent sur l’ensemble du bassin de la rivière Athabasca en raison de l’importante influence qu’exerce la partie supérieure du bassin sur le débit de la rivière en aval. De plus la dynamique de la glace de rivière joue un rôle majeur dans les processus physiques et chimiques (p. ex., le transport des sédiments, les régimes de mélange, les débits de renouvellement, les processus chimiques de fond) dans le tronçon principal du cours inférieur (AENV, 2010). En outre, la connaissance des systèmes hydroclimatiques qui régissent ces processus (p. ex., les régimes climatiques synoptiques et les régimes de téléconnexion atmosphérique) permet également de comprendre les processus hydrologiques qui touchent directement les bassins du tronçon principal du cours inférieur et de ses affluents (p. ex., accumulation de neige, ruissellement, épisodes extrêmes).

Les renseignements obtenus grâce au programme de surveillance des paramètres hydrométriques et sédimentaires permettront de répondre aux questions suivantes :

  • Quelles sont les variations spatiales et temporelles historiques, actuelles et projetées du débit des eaux et du transport des sédiments à l’entrée et au long du tronçon principal du cours inférieur et en provenance de ses affluents?
  • Quels sont les bilans hydrologique et sédimentaire du tronçon principal du cours inférieur et de ses affluents, en tenant compte des régions en amont et de celles des sources du tronçon?
  • Quels sont les effets des différentes activités d’exploitation des sables bitumineux sur les variations spatiales et temporelles des apports en eau et en sédiments provenant des affluents du tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca?
  • À la lumière de l’amélioration des connaissances fondées sur les données physiques et des capacités de modélisation, quels ont été les conditions et changements environnementaux qui ont donné lieu à l’état actuel des conditions de débit et de sédimentation qui règnent dans le système de la rivière Athabasca, et quelles seraient les conséquences possibles prévues de nouvelles activités d’exploitation?

Le programme de surveillance des paramètres hydrologiques et sédimentaires, bien qu’il en soit question séparément ici, entretient des liens étroits avec le Programme de surveillance de la qualité des eaux de surface (partie 5.0). La dynamique des sédiments (c.-à-d. l’érosion, le transport et le dépôt) peut représenter un catalyseur important de la dynamique des contaminants, puisque les contaminants sont étroitement associés à la fraction fine des sédiments et peuvent influencer les communautés benthiques. Ce lien permet la quantification des charges de matières en suspension et de contaminants qui entrent dans les environnements en aval, une meilleure compréhension et une meilleure gestion des sources, du devenir et des effets de ces contaminants.

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4.1 Éléments de base

Afin de quantifier et caractériser les flux hydrologiques qui entrent dans le TPCI, des analyses des principaux régimes hydrologiques des sources d’eau situées en amont, ainsi que des types de régimes (p. ex., les régimes nivaux, pluviaux et glaciels), doivent être menées en continu. En particulier, l’attention doit porter sur l’importance de l’apport de chacun des régimes aux débits saisonniers à M0, la mesure dans laquelle ces apports sont sensibles aux variations des facteurs climatiques actuels et futurs et à quel point ils sont susceptibles de donner lieu à des épisodes extrêmes dans le tronçon principal (p. ex., les faibles débits, les débordements d’eaux libres, les épisodes d’intensification de la débâcle de la glace de rivière). Ce dernier type d’extrême a déjà été identifié comme étant un mécanisme de transport dépassant ce qui est possible dans des conditions d’eau libre (p. ex., Milburn et Prowse, 2002; Prowse et Culp, 2003, Beltaos et al., 2011). Pour ce faire, il faudra également se pencher sur la progression de la débâcle le long du tronçon principal, ainsi que des effets qui en découlent.

Pour quantifier et caractériser correctement les régimes et bilans hydrologiques et sédimentaires dans le tronçon principal du cours inférieur, les éléments de base suivants sont nécessaires :

  • relevés des quantités de neige avant la crue nivale afin de déterminer la quantité d’eau emmagasinée dans le paysage avant que ne commence la fonte des neiges printanière permettant de quantifier les « poussées  »de contaminants résultant de la fonte printannière; la fonte des neiges peut constituer la source d’eau dominante pendant plusieurs semaines dans les affluents;
  • surveillance de la glace de rivière (de M0 à M9 inclusivement) dans l’optique des effets sur le débit et sur le transport des sédiments sous la glace (notamment pendant les périodes mouvementées de l’englacement et de la débâcle);
  • mesures du débit de surface et du transport de sédiments qui y est associé, à partir du paysage et vers les affluents, ainsi que directement dans le cours principal de la rivière Athabasca;
  • évaluation des interactions entre les eaux souterraines et les débits de surface (cet élément fait partie du projet du Programme de surveillance de la qualité des eaux de surface décrit à la partie 5.0), sachant qu’il pourrait y avoir un retard important dans la réponse des eaux souterraines au dérangement du bassin hydrologique, à cause du terrain plat et du long temps de transport;
  • mesures du débit, de la quantité de matières déposées sur le lit et en suspension et de la taille des particules provenant des affluents et se déversant dans la rivière Athabasca; ceci permettra de quantifier l’apport des différents affluents au cours principal et de fonder une évaluation de l’effet des différents degrés et types d’exploitation des sables bitumineux sur le débit des affluents et sur la quantité de sédiments;
  • ensemble de sites transversaux de relevés des sédiments (matières en suspension, taille des particules et transport de la charge du lit) au long du tronçon principal (M0, M2, M3 et M9) pour permettre de calculer le bilan massique des sédiments par sous-tronçon, auquel s’ajoute la profilographie au sonar du lit du tronçon principal du cours inférieur, par période, aux fins de validation ou de correction des calculs du bilan massique;
  • intégration des mesures des marqueurs sources classiques pour la détermination en continu du bilan hydrique (p. ex., deutérium et isotopes 18O)

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4.2 Stations météorologiques

Les paramètres climatiques seront surveillés grâce à un réseau amélioré de stations météorologiques régionales. Ces stations fourniront les données propres aux sites et synoptiques régionales nécessaires portant sur les facteurs climatiques qui déterminent les processus hydrologiques et liés au paysage. Les stations météorologiques fourniront des données à un degré supérieur de résolution spatiale pour les études fondées sur les processus (p. ex., la surveillance ciblée) et contribueront à l’élaboration et à la validation des modèles hydrologiques et du transport des sédiments. De plus, un réseau amélioré de pluviomètres et de nivomètres sera installé en vue d’évaluer la variabilité à moyenne échelle lors de phénomènes tels que les épisodes intenses de pluie de convection et ceux qui influencent la dynamique de la neige en hiver (distribution, sublimation, etc.). Ces stations font partie du réseau météorologique dont il est question à la partie 6.0 dans le contexte de la surveillance des dépôts atmosphériques.

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4.3 Hydrologie

Au cours des 40 dernières années, la surveillance du débit (hydrologie) a été raisonnablement quantifiée dans le tronçon principal du cours inférieur à Fort McMurray. La modélisation hydrologique, hydraulique et celle de la glace de rivière a été effectuée ailleurs dans le bassin et pourrait être appliquée au tronçon (p. ex., Beltaos et Prowse, 2009; Hicks et Beltaos, 2008; Hicks, 2009). Le programme RAMP a doté la région d’un réseau hydrométrique spatial élargi; cependant, de meilleures séries chronologiques continues sont nécessaires (surtout pour ce qui est de la surveillance hivernale). Les exigences du cadre concernant le débit minimal pour le cours inférieur de la rivière Athabasca (AENV, 2007) ont amélioré la surveillance hivernale du débit aux sites existants des Relevés hydrologiques du Canada; toutefois, il faudrait disposer d’une surveillance quotidienne représentative des principaux affluents, de leur sous-bassin principal et des emplacements stratégiques du cours inférieur de la rivière Athabasca entre Fort McMurray et Old Fort. Ce programme de surveillance exige d’avoir les estimations quotidiennes du débit sortant de tous les principaux affluents et du cours inférieur de la rivière Athabasca en amont de Fort McMurray (M0 et M2), en aval de Fort McMurray (M3) et en aval de la rivière Firebag, près de l’aéroport d’Embarras (M9), et ce, sur une base continue. Nous précisons en outre que dans la conception du programme, l’incertitude concernant le débit ne doit pas dépasser les 5 % pendant la période où existe une couverture de glace, et les cas où il est impossible de garantir ce niveau d’incertitude quant à l’estimation du débit doivent être signalés clairement.

Les faibles débits dans le cours inférieur de la rivière Athabasca se produisent à la fin de l’hiver, et il a été observé qu’ils pourraient avoir des effets néfastes sur l’écosystème aquatique (CEMA, 2009). Ces effets peuvent se produire à des débits avoisinant les 100 m3/s, en comptant que les prélèvements industriels sont gérés de manière à se situer entre 4 et 15 m3/s – la précision du niveau minimal de la rivière doit être comprise dans cet intervalle. Avec les systèmes avancés de surveillance, il est difficile, mais possible, d’atteindre un niveau de précision de 5 % pour l’estimation du débit sous la glace. Environnement Canada et le ministère de l’Environnement de l’Alberta se sont engagés à mettre au point plusieurs technologies avancées de surveillance fondées sur la télémétrie spatiale et des systèmes Doppler capables de mesurer à travers la glace. Les systèmes spatiaux évalueront l’ensemble du cours inférieur de la rivière Athabasca aux moments clés (possibilité d’effectuer des estimations mensuelles en cours d’évaluation), aidant ainsi à déterminer les restrictions à imposer à l’accès aux chenaux latéraux et aux habitats essentiels des affluents. Les systèmes Doppler pourraient être déployés lors des conditions hivernales de faible débit (p. ex. débits inférieurs à 120 m3/s) lorsque sont atteints des conditions ou des seuils dits « jaunes » (AENV, 2007).

Afin de quantifier le bilan massique des contaminants, il faudrait avoir à disposition des calculs exacts du bilan massique hydrologique. Cette lacune sera comblée grâce à la modélisation hydrologique utilisant les changements dans le bilan massique du rapport des isotopes stables (deutérium et 18O) et en employant les données régionales améliorées sur les intrants et extrants hydrologiques pertinents tels que les flux d’évaporation, les précipitations et les rapports des sources. Ces données seront rassemblées à partir des stations météorologiques appropriées dans la région.

4.3.1 Mouvements hydrauliques et sédiments

Le comportement des eaux alors qu’elles se mélangent dans le cours inférieur de la rivière Athabasca exerce son influence sur les caractéristiques propres au site et le transport des contaminants en aval. Les mouvements hydrauliques sont décrits par plusieurs modèles appropriés, et les effets sur le transport sont généralement compris grâce au mélange latéral d’espèces dissoutes ou en suspension et aux équations de Shields pour le calcul du transport des contaminants liés aux sédiments. Le comportement hydraulique, dans le contexte de l’étude du devenir et du transport des contaminants, sera mieux quantifié et évalué dans le cadre de ce programme au moyen de la surveillance du transport des sédiments cohésifs et non cohésifs. Des programmes de recherche ont déjà été identifiés à EC et AENV afin de combler les lacunes dans les connaissances scientifiques relatives au transport des sédiments cohésifs et non cohésifs. Ces programmes sont essentiels pour assurer la réussite à long terme du programme de surveillance.

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4.4 Emplacement des sites, paramètres et fréquence de l’échantillonnage

4.4.1 Tronçon principal du cours inférieur (TPCI)

Les sites du tronçon principal donnent les conditions aux limites amont et aval du cours de la rivière Athabasca qui traverse la région d’exploitation des sables bitumineux. Là où c’était possible, les sites ont été choisis, d’une part, de manière à inclure les stations hydrométriques (actives) pour lesquelles on dispose de données hydrologiques historiques (débit de la rivière, données sur les matières en suspension) et, d’autre part, pour correspondre aux sites servant à d’autres activités de surveillance à moyen et à long terme qui sont en cours (p. ex., les sites de surveillance de la qualité de l’eau du réseau LTRM du ministère de l’Environnement de l’Alberta, les sites de surveillance des charges en contaminants du ministère de l’Environnement de l’Alberta, les sites du programme RAMP) afin de pouvoir tirer parti de données historiques et actuelles supplémentaires sur la qualité de l’eau.

Quatre stations à long terme de surveillance intégrée des paramètres hydrologiques et des matières en suspension sont recommandées pour le tronçon principal du cours inférieur. Des stations d’échantillonnage sont proposées pour les sites M0 – à Athabasca, M2 – en amont de Fort McMurray, M3 – en aval de Fort McMurray et de la rivière Clearwater, et M9 – en aval de la rivière Firebag et près de l’aéroport d’Embarras (figures 6 et 7, tableau 3). À chacun de ces emplacements, en plus des paramètres de qualité de l’eau cités dans la partie 5.0 (ci-après), les paramètres à mesurer relatifs aux matières en suspension comprennent les matières totales en suspension (MEStot.), la turbidité, la distribution en fonction de la taille des particules des sédiments, le pourcentage de matières organiques et les données hydrométriques normalisées des Relevés hydrologiques du Canada (débit, niveaux d’eau, température).

Les données hydrométriques et météorologiques propres au site seront recueillies sur une échelle temporelle continue. L’échantillonnage en vue de mesurer d’autres paramètres physiques liés aux matières en suspension comme les MEStot., la détermination de la taille des particules, etc., sera mené au minimum une fois par mois, mais la fréquence passera au besoin à un échantillonnage bihebdomadaire ou hebdomadaire de manière à pouvoir représenter les variations par un hydrogramme comportant une montée, un pic et une redescente. L’échantillonnage massif intégré dans le temps des matières en suspension sera mené suivant Philips et al. (2000) et Macdonald et al. (2010).

4.4.2 Affluents

L’estimation de l’ampleur et de la variabilité des conditions hydrologiques qui règnent dans les affluents, ainsi que de la dynamique des sédiments qui y est associée, est nécessaire pour pouvoir estimer le transport et les contributions relatives des matières issues des bassins supérieurs vers le tronçon principal du cours inférieur. Ces bassins comportent des sites qui se trouvent à proximité des confluents avec le tronçon principal de la rivière Athabasca pour fournir les informations nécessaires sur les apports en eau et en sédiments (quantité, qualité) au tronçon principal et leurs variations sur diverses échelles temporelles (la durée d’une tempête, d’une saison, d’une année, les variations d’une année à l’autre, les tendances, etc.). Les sites situés le long des affluents fournissent également des données propres aux tronçons où ils se trouvent quant à l’effet de l’exploitation des sables bitumineux sur les régimes hydriques et sédimentaires des affluents, en plus de donner des estimations du bilan massique des charges qui se déversent dans la rivière Athabasca.

Huit stations d’échantillonnage principales ont été choisies le long des affluents aux fins d’un échantillonnage continu des paramètres hydrométriques et des matières en suspension. Les sites proposés sont les suivants : CH1, CL2, ST1, MU1, MA1, EL1, CA1 et FI1 (figures 6 et 7). Au départ, il avait aussi été envisagé d’inclure l’embouchure de la rivière Tar, mais ce cours d’eau est en train d’être détourné dans le cadre d’un projet d’exploitation des sables bitumineux. Les sites situés le long des affluents fournissent des données importantes permettant de boucler les bilans hydriques et sédimentaires pour le cours inférieur de la rivière Athabasca (en adoptant l’approche du bilan massique).

Les sites au long des affluents sont distribués dans l’ensemble du bassin de l’Athabasca afin d’inclure des zones qui subissent une influence limitée, moyenne ou importante de l’exploitation des sables bitumineux. Les bassins tributaires peu touchés par l’exploitation représentent sans doute ce qui se rapproche le plus des conditions dites « de référence », correspondant à celles qui régnaient avant que ne commence l’exploitation approuvée des sables bitumineux, bien qu’il ne soit plus possible de trouver un véritable site de référence « vierge ».

Les sites des affluents nous renseignent également sur les effets possibles des différentes exploitations et technologies sur l’apport en eau et en matières en suspension à la rivière Athabasca. C’est pourquoi les sites choisis comprennent des bassins peu touchés par l’exploitation des sables bitumineux et d’autres touchés soit par l’extraction, soit par le drainage par gravité au moyen de vapeur (DGV), ou encore par les deux activités. Afin d’améliorer notre compréhension et nos capacités de modélisation et de prévision dans les affluents qui ne font pas l’objet d’une surveillance, les cours d’eau et les sites choisis englobent par ailleurs diverses tailles de bassins et différents régimes de ruissellement.

Le tableau 3 donne de l’information détaillée relativement à la description des sites, les régimes d’échantillonnage et la justification des résolutions spatiales et temporelles choisies. Un résumé des autres considérations et questions quant à la conception et la mise en œuvre figure également à l’annexe B.

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4.5 Mise en application de technologies nouvelles et émergentes

Étant donné les défis que posent l’accès aux sites tout au long de l’année et la quantification des débits et des charges de sédiments pendant les périodes de conditions glacielles dynamiques, des technologies nouvelles et en cours de mise au point seront intégrées au programme de surveillance en vue de régler de tels problèmes. Parmi ces technologies, on compte :

  • les technologies de télédétection par satellite ou autres, qui se révèlent être des outils précieux pour la surveillance de la glace de rivière et des débits, pour la détermination de l’équivalent en eau de l’accumulation annuelle de neige (à condition que le terrain soit relativement plat et que la neige ne soit pas trop profonde), du transport des matières en suspension dans les rivières (suivi des panaches de dispersion, matières totales en suspension), des conditions atmosphériques (poussière), etc. Ces technologies seront mises à contribution partout où il sera possible de le faire afin d’améliorer la résolution spatiale et temporelle des mesures requises;
  • l’utilisation de systèmes de bouées équipées d’instruments pour installation dans le courant sera évaluée. Un profileur de courant à effet Doppler monté sur une bouée peut donner un profil vertical des vitesses (et permettre de déterminer la contrainte de cisaillement qui s’exerce sur le lit); les sondes de la qualité de l’eau peuvent fournir des mesures de la turbidité qui peuvent être converties en matières totales en suspension en établissant une courbe d’étalonnage (les sondes mesurent également d’autres paramètres importants de la qualité de l’eau comme l’oxygène dissous, la température de l’eau, sa conductivité, etc.); un ensemble d’instruments météorologiques fixé à la bouée peut également servir de station météorologique complémentaire;
  • l’augmentation du recours aux dispositifs d’échantillonnage passifs ou intégratifs. La figure 8 ci-dessous représente un échantillonneur à sédiments suspendu qui permet d’effectuer des échantillonnages massifs qui intègrent le débit et la durée (c.-à-d. une semaine, un mois, etc.) pour l’évaluation et l’expérimentation chimique et biologique (répartition, relation entre la taille des particules et les contaminants). Des échantillonneurs intégratifs comme celui-ci seront utilisés où il conviendra de le faire tant dans le tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca que dans ses affluents.

Figure 8. Schéma de modèles fixe (à gauche) et variable (à droite) de trappes à sédiments en coupe transversale

Figure 8. Schéma de modèles fixe (à gauche) et variable (à droite) de trappes à sédiments en coupe transversale

Remarque − Aux fins d’une comparaison, un schéma du modèle de trappe de Phillips et al. (2000) est présenté dans le bas de la figure. À noter que la figure n’est pas à l’échelle.

(Source : Tiré de McDonald et al., 2010.)

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5 Surveillance de la qualité des eaux de surface et souterraines

Une composante intégrée et normalisée de surveillance de la qualité des eaux de surface et des eaux souterraines a été élaborée pour assurer de fournir les données et les informations pour évaluer et prédire les impacts actuels et futurs de l’exploitation des sables bitumineux sur la qualité de l’eau (incluant les sédiments) dans le tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca et ses affluents.

La capacité à évaluer les changements survenus dans les conditions de la qualité de l’eau propres au tronçon et à la région dépend directement de l’accès à des données normalisées recueillies dans des sites établis à partir d’échelles spatiales et temporelles adéquates. Les objectifs liés aux éléments de la surveillance de la qualité des eaux de surface et souterraines visent à fournir les données et les renseignements nécessaires afin de répondre aux questions suivantes :

  • Quelles répercussions l’exploitation des sables bitumineux entraîne-t-elle pour ce qui est de la qualité de l’eau (y compris les sédiments) dans le tronçon principal et les affluents du cours inférieur de la rivière Athabasca?
  • Quelles répercussions les différentes activités d’exploitation des sables bitumineux entraînent-elles pour ce qui est de la qualité des eaux de surface?
  • Quelles sont l’importance relative et la contribution des eaux souterraines relativement à la quantité et à la qualité des eaux de surface?
  • A-t-on observé, dans les eaux souterraines, des eaux d’infiltration provenant de bassins de résidus et/ou d’activités industrielles liées à l’exploitation des sables bitumineux qui pénètrent dans le régime des eaux de surface?
  • Quels contaminants de sources diffuses (p. ex., les dépôts atmosphériques) peuvent entraîner des répercussions sur la qualité des eaux de surface? Cette question est reliée à la surveillance des dépôts de contaminants atmosphériques dans l’eau traitée dans la partie 6.0 du présent document.
  • Quelles sont les tendances à long-terme du flux et des concentrations de contaminants aux sites d’échantillonnage retenus?

Même si cette composante du programme de surveillance porte particulièrement sur les paramètres de qualité des eaux de surface et des eaux souterraines qui s’y rattachent du cours inférieur de la rivière Athabasca et de ses affluents, elle est aussi directement liée à la composante de surveillance des sédiments et de surveillance hydrométrique (ci-dessus) à partir de laquelle les flux de contaminants seront calculés, à la composante de qualité de l’eau-dépôts atmosphériques (partie 6.0) permettant d’obtenir de l’information sur le dépôt de contaminants atmosphériques directement dans le milieu aquatique et aussi dans le paysage adjacent (c.-à-d., sur la neige en hiver; dans le paysage); et aux programmes de surveillance à venir fondés sur les effets et la biosurveillance qui seront ajoutés à la Phase 2 du Programme de surveillance de la qualité de l’eau du cours inférieur de la rivière Athabasca prévue prochainement.

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5.1 Principales composantes

Afin de quantifier et de déterminer les caractéristiques de la qualité de l’eau du cours inférieur de la rivière Athabasca et de ses affluents, il est essentiel de disposer des principales composantes suivantes :

  • un réseau intégré de stations météorologiques et hydrométriques permettant d’obtenir des mesures climatiques et hydrologiques normalisées (voir la partie 4 précédente);
  • la détermination des différents types et différentes catégories de contaminants directement liés aux activités d’exploitation des sables bitumineux, laquelle permettra de faire la distinction avec le bitume naturel et ses composés (p. ex., au moyen des techniques d’empreintes biologiques ou chimiques);
  • la quantification des charges de contaminants, du transport et du devenir de ceux-ci (flux environnementaux au moyen d’une approche fondée sur le bilan massique);
  • de robustes protocoles en matière d’assurance et de contrôle de la qualité et des modes opératoires normalisés (MON) établis pour tous les principaux paramètres chimiques désignés; des protocoles devront être élaborés pour les nouvelles techniques et pour les méthodes d’analyses de produits chimiques, si de tels protocoles n’existent pas ou si une validation est nécessaire (p. ex., acides naphténiques); les MON porteront non seulement sur le travail en laboratoire, mais aussi sur la collecte d’échantillons, la chaîne de possession et l’archivage des données et des échantillons (le cas échéant) (voir la partie 7.0, ci-après);
  • la mesure directe de la qualité des eaux souterraines qui se jettent dans les eaux de surface (p. ex., Roy et Bickerton [2010] – fournit une méthode fiable et précise de détection des effets entraînés par les eaux d’infiltration provenant de bassins de résidus sur les eaux de surface et les écosystèmes aquatiques); sauf dans des situations extrêmes, il est peu probable que les effets entraînés par les eaux d’infiltration de bassins d’accumulation de résidus soient efficacement détectés uniquement à l’aide de l’échantillonnage des eaux de surface (confusion en raison des effets de dilution; particulièrement dans le cas de la rivière Athabasca).

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5.2 Emplacement des sites, paramètres et fréquence d’échantillonnage

5.2.1 Limites de détection – Nouvelles méthodes d’échantillonnage

Des systèmes d’échantillonnage et de collecte de données environnementales à la fine pointe de la technologie seront mis en oeuvre et validés pour améliorer la couverture spatiale et temporelle et l’interprétation des données.

La concentration des substances chimiques naturellement présentes dans l’environnement ou provenant de l’activité industrielle peut varier de façon importante en fonction du temps et de l’espace au sein de tout système. Un défi redoutable se pose également lorsque des composés préoccupants se trouvent en concentrations égales ou inférieures aux limites de détection analytiques ou en concentrations égales ou pratiquement au seuil des concentrations auxquelles il est admis que des effets écologiques et/ou biologiques sont observables. Par exemple, dans le programme RAMP, plusieurs tendances temporelles des concentrations de composés aromatiques polycycliques (CAP) dans la rivière Athabasca ne pouvaient faire l’objet d’une évaluation statistique avec un degré de confiance acceptable puisque les concentrations observées étaient égales ou inférieures aux limites de détection analytiques (RAMP, 2010). Dans des cas semblables, l’échantillonnage global de l’eau à un moment donné pourrait ne pas mesurer adéquatement l’exposition environnementale potentielle du biote aux concentrations de contaminants. De ce fait, sauf dans le cas des poussées de concentrations dues à la fonte des neiges (lorsque les concentrations de métaux et d’acides durant les premiers jours de la fonte des neiges peuvent être plus élevées que la moyenne), la mise en place d’un échantillonnage passif intégré et de modes opératoires analytiques connexes pourrait améliorer la quantification de composés comme les métaux, les composés aromatiques polycycliques (CAP), les acides naphténiques (AN) et d’autres contaminants reliés aux activités industrielles ou à l’exploitation des sables bitumineux.

La fréquence de l’échantillonnage global à ces sites sera mensuelle. Toutefois, des dispositions seront prises en vue d’établir un échantillonnage quotidien, hebdomadaire ou bihebdomadaire afin de bien cerner les variations de la montée, des pics et de la décroissance du réseau hydrographique et de mettre en évidence des épisodes clés de charges de contaminants comme les dépôts de contaminants atmosphériques observés lors de la fonte de la neige au printemps. En plus de la collecte conventionnelle d’échantillons d’eau globaux, une série d’échantillonneurs passifs intégrés permettront de mieux quantifier les concentrations de contaminants organiques liés aux sables bitumineux dans l’environnement, de métaux traces et de composés du pétrole présents à l’état naturel.

En s’appuyant sur l’expérience acquise dans le cadre de l’étude sur les charges de contaminants du ministère de l’Environnement de l’Alberta (AENV, 2010), du programme de qualité de l’eau de la rivière Muskeg (AENV, 2009) et du programme de recherche intégré sur les sables bitumineux d’Environnement Canada, le modèle proposé utilisera et évaluera l’efficacité de nouveaux systèmes d’échantillonnage passif, situés à l’embouchure de chacun des principaux affluents et sur des emplacements clés du tronçon principal (tableau 3) afin de mieux intégrer et quantifier les contaminants et composés préoccupants. Les types d’échantillonneurs passifs incluront :

  • Des dispositifs à membranes semi-perméables (DMSP) serviront à mesurer les polluants lipophiles, biodisponibles, présents dans l’eau, notamment les constituants du pétrole tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les hydrocarbures aliphatiques, etc. Les DMSP ou encore des membranes de polyéthylène (MPE, utilisées par Kelly et al., 2009) sont actuellement utilisés dans le cadre de plusieurs programmes. Les MPE nécessitent moins de travail en laboratoire, étant donné qu’elles ne sont pas associées à la trioléine. Aux fins des travaux quantitatifs, il sera nécessaire de calibrer les deux types d’échantillonneurs (en utilisant des données sur la performance des composés de référence et en tenant compte de la température de l’eau).
  • Échantillonneurs intégrateurs de substances organiques polaires (POCIS) – pour les composés polaires dont le logarithme du coefficient de partage octanol-eau est inférieur à 4. Il s’agit d’un matériau absorbant en phase solide placé entre des membranes en polyéthersulfone microporeux. Les considérations visant les dispositifs à membranes semi-perméables (DMSP) quant à la calibration devront aussi être appliquées dans ce cas.
  • Des gradients de diffusion en couche mince (DGT) serviront à l’échantillonnage des métaux traces biodisponibles.

Les dispositifs à membranes semi-perméables (DMSP) et les échantillonneurs intégrateurs de substances organiques polaires (POCIS) permettront aussi d’extraire et d’isoler in situ des mélanges de contaminants organiques à l’état de trace, au besoin, dans les prochaines évaluations de la toxicité et approches d’évaluation de données sur la toxicité.

5.2.2 Tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca

Les emplacements M1-M9 (figures 6 et 7; tableau 3) sont proposés comme principaux sites d’échantillonnage du tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca, qui quantifieraient les charges propres aux affluents clés. En plus des données sur les sédiments, la météorologie et l’hydrométrie recueillies à ces endroits (voir la partie 5.0), des échantillons d’eau libre seront recueillis afin de mesurer les paramètres chimiques suivants : les ions principaux, les substances nutritives, le carbone organique particulaire et dissous, les métaux, et les contaminants organiques (p. ex., composés aromatiques polycycliques [CAP], les acides naphténiques [AN]). Les mesures des métaux traces comprendront les formes filtrées et totales et le méthylmercure. Les types d’échantillons des contaminants organiques et des métaux comprendront :

  • les particules sur filtres (si analysées, n’ont pas été analysées dans Kelly et al, 2009) – cela pourrait être fait pour les composés hydrophobes (p. ex., les CAP et les substances chimiques associées à l’eau utilisée pour l’extraction des sables bitumineux);
  • l’eau non filtrée – la série d’analyses multiéléments est utilisée pour cet échantillon en acidifiant l’échantillon et en analysant le produit de digestion au moyen d’un spectromètre de masse à source à plasma inductif (ICP-MS);
  • la phase dissoute (< à 0,45 μm) – la série d’analyses multi-éléments s’applique normalement à la phase dissoute et à la portion de la phase particulaire = non filtrée – filtrée. Cette approche convient également si les quantités de matières totales en suspension (MEStot.) sont importantes, bien qu’une autre méthode puisse être nécessaire si celles-ci sont faibles (p. ex., Droppo et Jaskot, 1995);
  • échantillons d’eau de surface pour l’analyse de substances organiques sélectionnées – p. ex., acides naphténiques ou d’autres substances anioniques si les échantillonneurs intégrateurs de substances organiques polaires (POCIS) ne génèrent pas un large spectre – collecte manuelle ou à l’aide d’un système à pompe submersible.

L’annexe B comprend un résumé de la liste préliminaire des principaux analytes chimiques de la série d’éléments et de composés chimiques à évaluer.

L’échantillonnage de l’eau sera fait à des profondeurs déterminées, à l’aide d’échantillonneurs Nislin ou de pompes submersibles portables alimentées par accumulateur, en plusieurs endroits d’un site donné, et des sous-échantillons pourraient être combinés afin d’obtenir des échantillons moyens transversaux.

Chaque mois (la fréquence définitive sera déterminée à partir de l’échantillonnage initial), un ensemble d’échantillons composites transversaux, recueillis au moyen d’une benne Ponar à sédiments de surface, seront prélevés à chaque emplacement (fréquence à déterminer). L’analyse des échantillons fournira de l’information sur les caractéristiques physiques et chimiques des sédiments de surface (p. ex., lithologie, taille des grains, distribution des métaux traces). La sélection finale des sites devra tenir compte du point de vue de la biologie et du dépôt de contaminants.

Certains paramètres physiques comme la lithologie pourront être par la suite comparés en fonction des emplacements afin de définir les changements sur le plan spatial et temporel liés aux états et aux tendances. Des analyses seront menées afin de déterminer si des métaux traces et des contaminants organiques provenant de l’exploitation des sables bitumineux se trouvent dans les sédiments, et elles fourniront ainsi des données supplémentaires sur les concentrations d’exposition possibles ainsi que sur les voies de pénétration dans le biote benthique et les stades précoces des poissons.

5.2.3 Affluents du cours inférieur de la rivière Athabasca

Les figures 6 et 7 et le tableau 3 fournissent un résumé des sites proposés pour l’échantillonnage des affluents. En plus de ceux-ci, des sites se trouvant dans de plus petits bassins hydrologiques, comme ceux du ruisseau Clarke, du ruisseau McLean et du ruisseau Fort du côté est du tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca et celui du ruisseau Eymundson du côté ouest, seront pris en compte.

Les paramètres chimiques des eaux de surface devant être mesurés à toutes les stations des affluents sont les mêmes que ceux des stations de surveillance du tronçon principal indiqués précédemment (partie 5.2.2) et présentés à l’annexe B. L’échantillonnage passif des contaminants sera uniquement effectué à l’embouchure des affluents initialement, comme l’ont expliqué les paragraphes précédents.

5.2.4 Qualité des eaux d’infiltration dans les eaux souterraines et interactions avec les eaux de surface

L’évaluation des eaux d’infiltration dans les eaux souterraines et des interactions possibles avec les eaux de surface nécessite une approche synoptique plus élaborée de la localisation de l’échantillonnage dans l’espace et de sa fréquence temporelle. Une série de plans d’échantillonnage distincts sur le plan géographique (tronçon principal et affluents) permettront de caractériser la qualité (et la variabilité) des eaux souterraines qui se jettent dans le tronçon à l’étude (avec le nombre de répétitions nécessaires aux fins de l’assurance et du contrôle de la qualité). Par exemple, dans les zones plus éloignées des sites d’exploitation des sables bitumineux et des bassins de résidus, l’échantillonnage spatial sera moins dense. La densité de l’échantillonnage à proximité des bassins de résidus (p. ex., bassin no 1 de Suncor) sera plus grande avec des échantillonneurs distancés de 50 à 150 m environ (c.-à-d., selon des études préliminaires d’Environnement Canada dans le voisinage du bassin no 1 de Suncor; environ 70 échantillonneurs sur une distance de 4 km le long de la rive). La distance entre les stations sera revue au besoin à la suite des analyses préliminaires. Dans le tronçon principal de la rivière Athabasca, l’échantillonnage des eaux souterraines en milieu fluvial s’ajoutera aux études actuelles sur les bassins de résidus menées par Environnement Canada et le ministère de l’Environnement de l’Alberta et aux stations en cours d’utilisation. Les échantillons d’eau souterraine en milieu fluvial seront recueillis durant quatre périodes différentes (été, printemps, automne, hiver), et les niveaux de référence proposés quant aux répétitions des sites sont axés sur les activités les plus rapprochées des eaux de surface et des nouvelles zones à développer.

Les analytes chimiques des eaux souterraines à mesurer seront les mêmes que ceux décrits pour les sites des eaux de surface (annexe B). Le tableau 4 résume les indicateurs de qualité et de quantité des eaux souterraines pouvant être utilisés pour décrire les impacts potentiels de l’exploitation des sables bitumineux sur les ressources en eaux souterraines locales et régionales.

Tableau 4. Approche de surveillance intégrée proposée pour les eaux souterraines

Indicateurs   Indicateur de condition Indicateur d’exploitation
Qualité Primaire pH, conductivité, oxygène dissous, redox; anions/cations majeurs, métaux traces (p. ex., As, B, V, Se, U), ammoniac/ammonium, acides naphténiques, MDT Densité des eaux d’infiltration des sites miniers dans les aquifères pertinents. Densité des opérations d’élimination dans une zone donnée.
Secondaire BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes) − (près des bassins et des opérations de valorisation); isotopes stables (deutérium et O18)
Tertiaire CAP, autres isotopes stables et isotopes radiogéniques (p. ex., C14, S36, N15)
Quantité Primaire Changements temporels de l’élévation du niveau phréatique d’une zone de gestion des aquifères à un site de surveillance établi. Changement dans les débits de base mesurés (affluents) dans les eaux réceptrices (déterminé par les stations hydrométriques). Densité des activités d’assèchement dans les aquifères de morts terrains et de fond en vue de l’exploitation minière.
Secondaire Répercussions dans les plans d’eau vulnérables ou les milieux humides comme le démontrent les changements du niveau des eaux. Exactitude des conditions modélisées par rapport aux conditions mesurées dans les puits de surveillance établis.


5.2.5 Carottage de sédiments anciens et détermination des conditions de référence ou historiques

Les paléotechniques potentielles pouvant convenir à la collecte d’information historique contextuelle pour assister l’interprétation des données de surveillance feront l’objet d’une évaluation. Si ces techniques se révèlent appropriées, les concentrations et les tendances historiques des métaux traces, du mercure et des contaminants organiques seront évaluées à l’aide de carottes de sédiments prélevées dans des zones de sédimentation fluviatile convenables comme celles du lac Oxbow et de ses tronçons, et de carottes de sédiments de lacs et milieux humides des hautes terres dans des bassins hydrologiques non perturbés à proximité ou loin de la zone d’exploitation des sables bitumineux. Les carottes seront datées selon les méthodes normalisées (p. ex., 210Pb et/ou méthodes de datation géochronologiques) et analysées pour y déceler les contaminants pertinents. Des profiles d’isotopes stables de métaux, les proportions relatives de métaux et les changements dans les différents composés organiques fourniront de l’information sur les rejets antérieurs (historiques) dans la région et permettront de quantifier le degré d’influence des émissions provenant des activités des sables bitumineux à partir de la charge des contaminants dans les sédiments. Le potentiel de variabilité spatiale dans la charge de contaminants dans les sédiments explique la nécessité de prélever des carottes à plusieurs endroits (p. ex., des lacs) au cœur de la région de l’Athabasca.

5.2.6 Nouveaux contaminants préoccupants de l’exploitation des sables bitumineux – les acides naphténiques

Une attention particulière sera accordée à la quantification des types, des sources, du transport et du devenir des nouveaux contaminants préoccupants comme les acides naphténiques (AN). Les AN constituent une grande classe de composés organiques, cycliques, associés à l’exploitation des sables bitumineux et sont reconnus comme une source importante de toxicité de l’eau utilisée pour l’extraction des sables bitumineux (Giesy et al., 2010). Les AN sont des mélanges complexes de composés demeurant difficiles à caractériser, mais des progrès ont été accomplis à ce sujet dans le cadre du programme de recherche axé sur la détermination de l’empreinte des sables bitumineux d’Environnement Canada, utilisant des méthodes analytiques de pointe afin de reconnaître et de caractériser ce groupe de contaminants. La surveillance et les analyses des AN seront étroitement liées à ces activités de recherche.

5.2.7 Mise en relation des mesures de la qualité de l’eau et de la prévision des effets toxicologiques

Jusqu’à présent, aucun seuil d’effet n’a été établi pour bon nombre des composés aromatiques polycycliques qui feront l’objet de mesures dans le programme proposé de surveillance de la qualité de l’eau (voir la liste des paramètres à l’annexe B). Ainsi, des restrictions s’appliquent lorsqu’il s’agit de prévoir les effets toxicologiques en ayant recours aux données sur la composition chimique de l’eau et aux valeurs de concentration. Par exemple, dans le cas des composés comme les composés aromatiques polycycliques alkylés, il n’est pas encore possible de réaliser une évaluation adéquate des risques qui mettrait en relation les concentrations ambiantes mesurées et les degrés potentiels de réponse toxicologique. Les questions de cet ordre devront être clarifiées afin de savoir comment les données sur la composition chimique de l’eau peuvent être subséquemment utilisées et interprétées pour évaluer les impacts biologiques et écologiques.

Pour certains métaux, les critères de la qualité de l’eau conçus en vue de protéger la vie aquatique peuvent à l’occasion procurer une surprotection, en raison des différences naturelles dans la composition chimique de l’eau d’un site à l’autre. De telles différences peuvent perturber la spéciation des métaux et la biodisponibilité, qui sont primordiales dans l'évaluation de la toxicité. De nombreuses études réalisées au cours des deux dernières décennies ont accru notre compréhension de la chimie des métaux dans l’eau, et de leur toxicité pour les organismes. Notre connaissance des processus permettant d’atténuer la toxicité par la formation de complexes de métaux organiques et inorganiques et la sorption des métaux sur les matières organiques a également augmenté de façon considérable.

Le modèle du ligand biotique est un cadre permettant d’évaluer quantitativement la toxicité des métaux selon une échelle de dureté, de pH et de concentrations de carbone organique dissous (COD), et permettant de prévoir dans quelle mesure la composition chimique de l’eau d’un site donné aura une incidence sur la toxicité des métaux. Conséquemment, il serait important que les programmes de surveillance aquatique effectuent le suivi des changements s’opérant dans ces caractéristiques, dans le temps et dans l’espace, comme le propose le présent programme.

Grâce à cette approche, la toxicité potentiellement associée à une concentration mesurée donnée pour un métal pourrait être prévue avec succès. De récentes études, comme celle de Paquin et al. (2000), ont mis en lumière l’utilité potentielle de cette approche dans la surveillance des métaux, pour établir des critères de la qualité de l’eau en fonction des sites qui tiendraient compte des différences locales dans les paramètres chimiques de l’eau ayant une incidence sur la répartition et la spéciation des métaux lourds. Il faudra envisager une telle perspective intégrée au cours de la phase 2 de la conception du programme de surveillance de la qualité de l’eau.

5.2.8 Application de nouvelles technologies et de technologies émergentes

Compte tenu de l’hétérogénéité spatiale et des difficultés associées à l’accessibilité des sites, de nouvelles technologies devraient continuellement être évaluées pour leur mise en œuvre possible dans le programme. De nouvelles sondes de qualité de l’eau sur bouées, l’imagerie satellitaire pour surveiller les changements dans les conditions cryosphériques (glace de rivière, distribution et épaisseur de la neige, équivalent en eau de la neige) et des instruments automatisés qui peuvent transmettre en temps réel des données par satellite sont des exemples des technologies en développement qui pourraient être appliquées dans le programme.

Quant à la connectivité avec les eaux souterraines, le recours aux technologies de télédétection pourrait être nécessaire afin de mieux orienter et optimiser les efforts de surveillance. En particulier, la connectivité des eaux de fond (c.-à-d., eaux souterraines en contact avec le gisement de bitume) avec les eaux de surface fournit, selon toute vraisemblance, une voie de passage pour les contaminants organiques, qu’ils soient naturels ou anthropiques. Puisque ces eaux de fond ont généralement une forte teneur saline par rapport aux eaux de surface, l’application de technologies de télédétection pourrait se révéler un moyen d’identifier les infiltrations salines. Le ministère de l’Environnement de l’Alberta a commandé des études préliminaires du genre pour des sections de la rivière Athabasca qui utilisent l’induction électromagnétique pour repérer les zones de plus grande conductivité dans le lit de la rivière, permettant de ce fait de conclure à une connectivité avec les aquifères salins. De plus, des levés géophysiques aériens utilisant la spectrométrie électrique ou électromagnétique, par exemple, pourraient s’appliquer dans le cas de la rivière Athabasca et de ses affluents afin de mieux circonscrire l’emplacement des infiltrations salines. Une fois correctement validée (p. ex., par induction électromagnétique), cette information pourrait servir à orienter le programme de surveillance des eaux de surface, particulièrement en ce qui concerne la détermination des zones ayant subi les répercussions les plus importantes et celles ayant été le plus épargnées (p. ex., contrôles positifs, zones de référence), et à enrichir les modèles de la qualité des eaux de surface de données plus détaillées sur les zones limitrophes.

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6 Surveillance des dépôts atmosphériques

Les dépôts de contaminants atmosphériques en provenance des émissions de cheminées, des particules des travaux d’exploitation minière et des émissions des bassins de résidus ont été désignés comme des sources possibles importantes des charges directes et indirectes de contaminants des sables bitumineux dans le bassin hydrologique de la rivière Athabasca.

Les dépôts de contaminants atmosphériques en provenance des émissions de cheminées, de particules des activités minières et des émissions des bassins de résidus ont été désignés comme étant des sources possibles importantes des charges directes et indirectes de contaminants provenant des sables bitumineux dans le bassin de la rivière Athabasca (Kelly et al., 2009, 2010). Cette recherche a également cerné quelques-unes des principales lacunes en matière de données ainsi que l’importance de disposer d’une meilleure évaluation régionale des entrées atmosphériques et de leurs relations avec les changements dans les paramètres de la qualité de l’eau. En outre, elle a réitéré le besoin d’un échantillonnage intégré sur la qualité de l’air, de l’hydrométrie et de l’eau à des échelles spatiotemporelles appropriées.

L’objectif du programme de surveillance des dépôts atmosphériques vise à fournir les données nécessaires pour répondre aux questions suivantes :

  • Quels sont les dépôts atmosphériques directs des contaminants répertoriés (voir la liste des paramètres à l’annexe C) à la surface de la rivière Athabasca et de ses affluents?
  • Quels sont les dépôts atmosphériques à l’échelle du paysage dans le bassin de la rivière Athabasca, entre Fort McMurray et le delta de l’Athabasca?
  • Comment les dépôts atmosphériques à l’échelle du paysage nuisent-ils à la qualité de l’eau dans le tronçon principal et les affluents?

Pour répondre à la troisième question ci-dessus, le programme comporte des études de bassins hydrologiques sélectionnés afin de fournir les renseignements nécessaires pour déterminer les principaux processus touchant le transport et le devenir des particules atmosphériques déposées sur le paysage et de quantifier leur contribution aux eaux souterraines et aux eaux de surface.

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6.1 Programmes régionaux existants de surveillance de la qualité de l’air

Le tableau 5 (page 70) et l’annexe C pésentent un aperçu des stations actuelles de surveillance de la qualité de l’air en exploitation ou en cours d’installation dans la région ou dans des zones adjacentes. Les données recueillies à ces endroits sont actuellement utilisées par quatre programmes d’échantillonnage de l’air en vigueur dans la région des sables bitumineux, soit :

  1. Le Programme national de surveillance de la pollution atmosphérique (PNSPA) (Environnement Canada et ministère de l’Environnement de l’Alberta).
  2. La Wood Buffalo Environmental Association (WBEA) (participation de différentes parties intéressées) : conformité de l’industrie et surveillance générale, certaines données rapportées au PNSPA.
  3. Le Réseau canadien d'échantillonnage des précipitations et de l’air (RCEPA) : installation actuelle de sites situés dans la direction du vent en Saskatchewan et contre le vent en Alberta à des fins de surveillance de polluants acidifiants près des lacs vulnérables à l’acidification; portée régionale importante.
  4. L’Étude de surveillance de la Division de la recherche sur la qualité de l'air d'Environnement Canada ayant pour but d’identifier les dépôts atmosphériques de composés aromatiques polycycliques (CAP) et de particules de métaux : trois sites d’échantillonnage actifs à proximité des sources et environ 17 sites d’échantillonnage passifs dans la région, de décembre 2010 à juin 2011. Des protocoles d’échantillonnage et d’analyse en laboratoire sont étroitement liés au PNSPA et au Réseau de mesure des dépôts atmosphériques. Nous proposons de poursuivre ces mesures en tant que partie 1 du plan de mise en œuvre.

Les programmes précédents constituent un fondement solide sur lequel bâtir un programme régional de surveillance atmosphérique plus complet à l’appui de la détermination des dépôts atmosphériques de substances organiques toxiques ou potentiellement toxiques et des métaux rejetés par l’exploitation des sables bitumineux.

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6.2 Composantes de base

Pour établir les voies de pénétration des dépôts atmosphériques, il est nécessaire de connaître autant les dépôts secs que les dépôts humides. Les apports liés aux dépôts secs dans le tronçon principal de la rivière Athabasca peuvent être variables; les dépôts humides liés à la rivière peuvent être élevés pendant des périodes répétées au cours de la fonte des neiges, de la crue du printemps et d’épisodes majeurs de précipitations. Par conséquent, l’échantillonnage associé au bassin hydrologique doit être réalisé afin de calculer les concentrations réelles et les coefficients de charge.

Les collectes de neige permettent de quantifier les dépôts survenus au cours de l’hiver, mais elles sont sujettes à des incertitudes en raison de la fonte ainsi que de la perte de produits chimiques. Seules des collectes complètes limitées de neige ont été réalisées (Kelly et al., 2009, 2010; études réalisées par le Programme de recherche environnementale sur les sables bitumineux de l'Alberta à la fin des années 1970 et au début des années 1980 – Barrie et Kovalick, 1980; Murray, 1981) en ce qui a trait aux apports de polluants. Compte tenu de l’importance des apports liés à la fonte des neiges dans cette zone climatique, un plus grand nombre d’échantillonnages systématiques de la neige des transects du bassin hydrologique feront partie intégrante du programme de surveillance atmosphérique.

Étant donné que l’évaluation des flux de contaminants en direction de la surface des eaux constitue un objectif principal, les approches paléoenvironnementales (c.-à-d., carottage de sédiments dans les zones de dépôt riveraines et lacustres de haute altitude) seront explorées afin de quantifier les conditions de base actuelles et historiques. Le potentiel de variabilité spatiale des charges de contaminants dans les sédiments requiert la collecte de carottes dans plusieurs lacs. Une analyse parallèle d’échantillons d’eau de surface pour l’évaluation temporelle des concentrations de contaminants dissous et en suspension est également nécessaire.

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6.3 Conception du programme de surveillance

La composante relative à la surveillance des dépôts atmosphériques est conçue pour répondre à deux objectifs stratégiques en ce qui concerne la quantification de la répartition, le devenir et l’ampleur des dépôts de contaminants atmosphériques sur le tronçon principal de la rivière Athabasca et les principaux affluents du bassin hydrologique. Les deux objectifs du programme sont :

  1. Les charges régionales de contaminants atmosphériques dans les milieux terrestres et aquatiques;
  2. L’évaluation de la répartition et du devenir des contaminants atmosphériques au moment de leur entrée dans les systèmes terrestres.

La figure 9 présente un sommaire des nouveaux sites proposés et élargis pour le programme de surveillance des dépôts atmosphériques décrits ci-dessous.

6.3.1 Dépôts atmosphériques régionaux et réseau synoptique

Quels sont les dépôts directs de contaminants des sables bitumineux à la surface de la rivière Athabasca et de ses affluents?

Un nouveau réseau synoptique de surveillance des sites sera établi. En s’inspirant des trois sites établis dans la région de base pour l’étude de surveillance régionale actuelle, deux nouveaux sites seront ajoutés en aval le long de la rivière Athabasca (un site près de la rivière Firebag et l’autre près de la limite du parc national Wood Buffalo) pour contribuer à une expansion au nord. Un site dans la région industrielle principale existante demeurera à titre de station à long terme, et les deux nouveaux sites seront établis à long terme. Afin d’obtenir des estimations plus précises de l’hétérogénéité spatiale et de la variabilité dans les caractéristiques des dépôts, deux des sites existants pourraient être déplacés. Les nouveaux sites seront également améliorés par l’ajout d’échantillonneurs passifs, comme le stipule l’étude de surveillance actuellement en cours. Les coordonnées définitives sur la longitude et la latitude des nouveaux sites proposés seront déterminées par la modélisation de scénarios d’expansion actuelle et future et par la démonstration de l’effet des données de chaque site sur la qualité des cartes produites illustrant les dépôts. Les sites de mesures d’échantillonnage actifs et continus nécessiteront l’emploi d’une énergie propre locale et la présence d‘un opérateur. Les « sites passifs » ne requièrent pas d’énergie et seront visités sur une base mensuelle ou saisonnière. La liste préliminaire proposée des « analytes » pour tous les sites actifs et passifs est présentée à l’annexe B.

Quels sont les dépôts dans le paysage du bassin de la rivière Athabasca? Comment ces dépôts nuisent-ils à la qualité de l’eau dans les affluents et le tronçon principal?

Outre les sites décrits ci-dessus et selon la modélisation, jusqu’à huit nouveaux sites seront installés. Les emplacements proposés comprennent : un site au sud de Fort McMurray; deux à l’est et deux à l’ouest de la zone exploitable, le long de la limite de la zone exploitable; un le long de la bordure ouest du bassin de la rivière Athabasca; un à la frontière de l’Alberta et des Territoires du Nord-Ouest; et un à la frontière de la Saskatchewan. Chacun des sites disposera également d’échantillonneurs passifs, tels qu’ils sont utilisés dans l’étude de surveillance actuelle. Lorsque cela est possible, les sites seront situés au même endroit que d’autres sites de surveillance atmosphérique pour les principaux contaminants atmosphériques (les particules, les composés azotés et sulfurés ainsi que les substances organiques volatiles), selon les directives de l’élaboration à venir du plan de surveillance atmosphérique de la Phase 2. La quantité et le rythme des précipitations à l’échelle du paysage ainsi que la contribution de la fonte des neiges au système aquatique seront déterminés par des mesures effectuées à l’appui de la partie 6 ci-dessus, ainsi que par la télédétection et la modélisation réalisées à l’aide des charges calculées à partir des concentrations mesurées sur les sites de surveillance.

6.3.2 Justification de la résolution spatiotemporelle

Le plan d’échantillonnage synoptique proposé inclut un grand nombre de sites à l’intérieur d’une zone géographique relativement petite, par rapport à la surveillance dans d’autres régions du Canada. De nombreux sites spatialement distribués s’avèrent nécessaires en raison :

  • du rythme rapide et de l’évolution de l’exploitation (extraction et in situ) et des technologies et des procédés utilisés;
  • de la grande quantité de variations à l’échelle du paysage, notamment la répartition des paramètres dans le bitume et l’eau de surface;
  • de la nécessité d’identifier et de répertorier les différentes émissions de sources ponctuelles, les dépôts et les effets possibles sur la qualité des eaux de surface; directement dans un plan d’eau ou indirectement dans le paysage à l’échelle du bassin hydrologique;
  • d’importantes lacunes spatiales en matière de renseignements sur la qualité de l’air. Cette dernière ne fait pas l’objet d’une surveillance à l’heure actuelle entre Fort MacKay et Fort Chipewyan ou aux frontières de l’Alberta et de la Saskatchewan ainsi qu’aux frontières de l’Alberta et des Territoires du Nord-Ouest, où il existe des préoccupations au sujet des dépôts atmosphériques et des effets possibles sur la qualité des eaux de surface;
  • du programme de surveillance actuelle de la qualité de l’air, lequel est relativement restreint aux emplacements situés près de la rivière Athabasca sur une trajectoire nord-sud entre Fort McMurray et Fort MacKay. Un échantillonnage effectué plus à l’est et à l’ouest permettrait de déterminer l’étendue atmosphérique des dépôts accrus liés à l’exploitation des sables bitumineux.

Les dépôts humides et les dépôts secs doivent être mesurés sur une zone géographique beaucoup plus vaste que le fait actuellement la WBEA. En ce qui concerne les dépôts atmosphériques, l’élément clé est la possession de sites de référence pour la phase gazeuse, les particules et les précipitations humides, en dehors de la zone d’expansion immédiate ou proposée – au nord, au sud, à l’est et à l’ouest. En outre, des sites de surveillance des dépôts atmosphériques sont nécessaires en bordure de la zone d’exploitation afin d’évaluer davantage les émissions et les dépôts régionaux directs, notamment la poussière et les polluants découlant de l’exploitation elle-même (p. ex., les véhicules). À l’heure actuelle, les dépôts atmosphériques traités par la WBEA ne concernent que ceux le long des zones d’expansion près de la rivière.

Puisque la région devrait connaître une croissance rapide des activités industrielles et que des renseignements seront nécessaires sur un court laps de temps (p. ex., changements survenus il y a plus d’un an, comparativement aux changements survenus sur une période de dix ans pour les réseaux plus spatialement distribués), des sites d’échantillonnage supplémentaires seront nécessaires, et la fréquence de l’échantillonnage sera élevée (le plus souvent possible pour détecter les voies de pénétration des dépôts et en mesurer l’ampleur).

L’échantillonnage des précipitations sera fait à chaque événement dans les endroits accessibles et toutes les deux semaines ou tous les mois sur les sites difficiles d’accès. S’il n’y a pas un volume suffisant pour l’analyse, des échantillons seront ajoutés.

Nous tenterons de modéliser les dépôts secs à partir des gaz observés et des concentrations de particules, car ils sont difficiles à mesurer directement. D’autres mesures des particules atmosphériques seront réalisées afin de fournir les données nécessaires à la modélisation. Un grand nombre d’hydrocarbures coexistent en phase gazeuse et particulaire. Les dépôts secs de gaz sont différents des dépôts particulaires; de plus, la taille des particules influe sur leur taux de dépôt. Pour éviter toute incertitude dans le calcul des dépôts secs, il est recommandé de mesurer les concentrations ambiantes totales, la partition gaz-particules et la distribution des tailles des particules.

Dans tous les cas, l’analyse des données serait effectuée en tenant compte des rétrotrajectoires. De cette façon, les mesures à un seul site seront utilisées pour caractériser les différentes sources dans la région. La fréquence de l’échantillonnage devra être élevée à cette fin. Les principaux paramètres à quantifier doivent comprendre les attributs de base météorologiques (p. ex., la vitesse et la direction du vent, la température, l’humidité relative) et les indicateurs de panache à réaction rapide, comme la concentration numérique des PM2,5 et les rapports de mélange de NO2 et de SO2.

6.3.3 Dépôts propres au bassin hydrologique et surveillance du transport

Dans quelle mesure les dépôts de contaminants atmosphériques provenant de l’exploitation des sables bitumineux et de la valorisation et de l’extraction in situ sont-ils exportés à partir de sous-bassins sélectionnés dans le bassin de la rivière Athabasca?

Afin de déterminer davantage et de modéliser les voies de pénétration, l’efficacité, la transformation et l’exportation des dépôts de contaminants atmosphériques dans les petits sous-bassins hydrologiques de la région des sables bitumineux de l’Athabasca, deux réseaux de surveillance des sous-bassins versants seront mis en place. Un sera situé dans un paysage « intact » pour évaluer les conditions de base ou de référence, et l’autre sera situé dans un paysage modifié par l’industrie. Les renseignements provenant de ces réseaux propres aux sous-bassins serviront à évaluer les dépôts atmosphériques sur les eaux de surface, reliés au transport des contaminants, à l’échelle du paysage, à partir des estimations de dépôt de modèles de transport atmosphérique et des taux de dépôt mesurés directement.

Par ailleurs, les sous-bassins versants « non perturbés » doivent être situés dans une zone qui n’est physiquement pas touchée par les dépôts relativement importants de contaminants organiques et de métaux lourds en provenance de sources au sein de la zone exploitable des sables bitumineux. Idéalement, le site devrait avoir une voie d’écoulement délimitée des eaux de surface (chenal de cours d’eau ou lac délimité) et devrait contenir des zones de réponses hydrologiques représentatives de la grande région étudiée, bien que cela pourrait être difficile à obtenir sauf dans les zones du cours supérieur.

Par ailleurs, si un système fluvial approprié ne peut être déterminé, la surveillance pourrait être axée sur des sous-bassins hydrologiques dominés par des milieux humides, selon l’hypothèse que les précipitations dans les zones élevées sont emmagasinées et qu’il n’y a pas d’exportation de contaminants. Un sous-bassin à l’échelle d’un lac peut être le lieu d’étude idéal, car les contaminants qui sont exportés vers les eaux de surface ne sont pas immédiatement exportés du sous-bassin. Une analyse du flux de contaminants à l’aide de carottes de sédiments lacustres ou de pièges à sédiments peut également être possible.

Les dépôts humides des principaux contaminants (hydrocarbures, métaux et leurs produits de dégradation) seront mesurés dans tout le sous-bassin hydrologique. Les dépôts pourront être caractérisés par type (pluie, neige, adsorption, retombées de poussières, etc.) et par composition (taille des particules, ions majeurs). L’analyse de contaminants préoccupants dans la végétation des tourbières peut fournir une évaluation fiable des taux de dépôts réels et de leur composition. Cependant, une attention doit être apportée à la transformation des métaux dans le milieu fortement réducteur des tourbières. Si les métaux déposés dans les tourbières sont d’abord à l’état relativement insoluble, ils peuvent être mobilisés lors de leur transition dans un milieu réducteur ou acide où se produit une accumulation continue de la biomasse à la surface. Dans ce contexte, l’exportation de métaux à partir de sous-bassins hydrologiques dominés par des tourbières peut être retardée. L’analyse de la concentration et de la spéciation des métaux dans les carottes de tourbe peut être appropriée.

6.3.4 Reconstruction paléolimnologique et analyse des tendances historiques des contaminants

Quels sont les dépôts historiques de contaminants sélectionnés des sables bitumineux dans la région du bassin hydrologique de la rivière Athabasca et y a-t-il des marqueurs chimiques d’émissions anthropiques?

Le potentiel de la reconstruction paléolimnologique des tendances des contaminants historiques fera l’objet d’une évaluation. La possibilité que les taux variables de sédimentation puissent biaiser les résultats, et avoir comme conséquence une pauvre capacité d’utilisation des paléodonnées en tant qu’information contextuelle avec laquelle évaluer les tendances des contaminants dans le temps. Si approprié, le prélèvement de carottes de sédiments de lacs et d’étangs situés dans la région à moins de 50 km des principaux sites d’exploitation appuierait l’étude des dépôts atmosphériques et fournirait également des renseignements sur la transformation et la mobilisation des contaminants. Ce travail est déjà amorcé (p. ex., Curtis et al., 2010; Hazewinkel et al., 2008) et pourrait possiblement se prolonger afin d’assurer une couverture géographique dans toute la région. La sélection finale des sites devra être faite avec soin pour assurer que les zones sont représentatives de bons enregistrements historiques.

Les carottes de sédiment seraient prélevées dans des zones profondes de lacs et d’étangs, et datées (à l’aide du 210Pb et du 137Cs), et le taux de sédimentation serait estimé à l’aide de modèles datés. Les carottes sélectionnées seraient analysées pour la même série de contaminants que pour les dépôts atmosphériques, et un profil historique serait élaboré. L’interprétation des données serait facilitée par des mesures complémentaires soit du carbone organique, des diatomées et autres microfossiles et des pigments d’algues. Le potentiel de variation spatiale de la charge de contaminants dans les sédiments, en raison de facteurs comme la taille du sous-bassin hydrologique du lac, les variations des niveaux d’eau en particulier dans les petits plans d’eau, nécessite la collecte de carottes de multiples bassins lacustres.

Figure 9. Carte montrant les emplacements proposés d'un réseau d'échantillonnage élargi

Remarque – Les points rouges représentent les échantillonneurs d’air passifs de la WBEA et d’EC (2010). Les cercles verts illustrent les sites d’échantillonnage de la WBEA actuellement utilisés pour l’étude de surveillance. Les signes + montrent les emplacements additionnels proposés de surveillance atmosphérique à grand débit et des précipitations.

Figure 9. Carte montrant les emplacements proposés d’un réseau d’échantillonnage élargi

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7 Assurance de la qualité et contrôle de la qualité, méthodes d’analyse, modes opératoires normalisés et puissance statistique

Des normes analytiques et un accès aux données transparents et ouverts, des protocoles d’assurance et de contrôle de la qualité, des modes opératoires normalisés seront clairement définis et appliqués.

Des méthodes analytiques de pointe seront utilisées et mises au point par des laboratoires qualifiés.

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7.1 Assurance et contrôle de la qualité

Il existe de nombreuses méthodes d’assurance et de contrôle de la qualité (AQ/CQ) adéquates pour les contaminants organiques et inorganiques dans les échantillons d’eau, de biote et de dépôts atmosphériques, et la méthode d’AQ/CQ retenue pour le présent programme adoptera les pratiques exemplaires existantes. Parmi les programmes existants, on trouve, par exemple, le Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique (RNSPA) et le Réseau de mesure des dépôts atmosphériques (RMDA) (composés aromatiques polycycliques, métaux lourds), le Programme de lutte contre les contaminants dans le Nord (mercure, métaux lourds) et QUASIMEME (métaux choisis dans le biote et les sédiments), et les programmes du ministère de l’Environnement de l’Alberta (AENV, 2007) et des Services de laboratoires pour le projet des sables bitumineux de la Division des urgences, des laboratoires d’analyses opérationnelles et du soutien à la recherche (Environnement Canada, 2011).

En général, un programme robuste d’assurance de la qualité pour les analyses chimiques :

  • est conçu pour assurer la comparabilité entre les laboratoires participant à l’analyse d’une vaste gamme de substances et pour prendre les mesures nécessaires lorsque les résultats ne sont pas conformes aux valeurs attendues ou aux valeurs de référence;
  • prévoit une évaluation annuelle du rendement du laboratoire pour une liste des principaux contaminants liés aux sables bitumineux, conformément aux directives de l’ISO;
  • est conçu de façon à démontrer qu’une qualité élevée est maintenue tout au long de la durée du programme;
  • comprend les procédures de manipulation appropriées pour l’échantillonnage, la chaîne de possession, la consignation des données, et l’archivage des données, des échantillons et des extraits;
  • comprend des comparaisons interlaboratoires pour toutes les matrices d’intérêt;
  • comprend un programme de vérification de l’AQ qui sera effectué par un laboratoire accrédité indépendant;
  • recrute d’autres laboratoires accrédités menant des travaux similaires sur les composés aromatiques polycycliques et des analyses multiéléments sur des échantillons prélevés sur le terrain (p. ex., l’United States Geological Survey [USGS], le ministère de l’Environnement de l’Ontario, le ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs du Québec, l’Institut norvégien de recherche sur l’air, etc.), afin d’améliorer les comparaisons statistiques du programme;
  • évolue et entreprend l’analyse de nouvelles substances au fur et à mesure de la mise au point de nouvelles méthodes analytiques et de la découverte de nouveaux contaminants;
  • inclut une description de l’ensemble des appareils à la fine pointe de la technologie utilisés pour effectuer les analyses;
  • inclut une évaluation des méthodes d’échantillonnage;
  • offre un soutien aux études ciblées pour l’élaboration de méthodes d’échantillonnage ou d’analyse, le cas échéant.

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7.2 Méthodes d’analyse

Les analyses seront effectuées par des laboratoires gouvernementaux ou privés qualifiés (p. ex., accrédités par la ACLA [Association Canadienne pour les Laboratoires Analytiques] conformément aux normes ISO/IEC 17025) pour l’analyse des métaux et des composés aromatiques polycycliques dans les échantillons prélevés sur le terrain. Il est prévu que de multiples laboratoires d’analyse participeront au programme, en raison du nombre élevé d’échantillons et de la vaste gamme de substances à analyser.

Afin d’encourager l’innovation continue dans la mise au point de méthodes, aucune méthode d’analyse en particulier n’est recommandée pour un paramètres donné. Toutefois, pour l’analyse des composés aromatiques polycycliques et des multiéléments, une méthode bien établie existe pour l’extraction et la digestion des échantillons afin d’isoler les paramètres et pour la limite de détection de l’appareil. Le rendement de la méthode sera évalué par l’AQ du programme de comparaisons interlaboratoires.

Composés aromatiques polycycliques
Une grande série de composés aromatiques polycycliques (CAP) ont été mesurés dans l’eau de cours d’eau, dans la neige et dans les sédiments (p. ex., Kelly et al., 2009; base de données de 2011 du programme RAMP). De façon générale, la méthode suit la méthode 8100 de l’APE ÉU (Agence de Protection Environnementale des États-Unis) pour la détermination des CAP par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CG-SM). Toutefois, elle permet aussi l’analyse d’autres substances. Par exemple, il a été observé que les phénanthrènes et les dibenzothiophènes alkylés constituent plus de 70 % des composés aromatiques polycycliques alkylés dans les matériaux extractibles des sables bitumineux, mais ils n’ont pas encore été mesurés de façon régulière (Yang et al., 2010). Les études du programme RAMP (2002-2004) ont montré des CAP non détectables dans l’eau des cours d’eau (limite de détection =  1 g/l) pour l’ensemble des 50 CAP, mais la majeure partie de la même série de CAP a été trouvée dans les sédiments de la rivière Athabasca (base de données de 2011 du programme RAMP). Bien qu’environ 46 CAP soient considérés dans le programme RAMP et que 42 ont été mesurés par Kelly et al. (2009), un plus grand nombre pourrait être mesuré si des méthodes analytiques appropriées existaient. On note également le manque de matériaux de référence certifiés pour un grand nombre de CAP, particulièrement pour les isomères alkylés et pour les composés hétérocycliques contenant du soufre et de l’azote. Il est possible de résoudre cette situation en effectuant des analyses répétées d’échantillons de contrôle adéquats et par des comparaisons interlaboratoires, l’objectif étant la certification d’un ou plusieurs matériaux de référence commerciaux existants pour l’ensemble des composés organiques à analyser. La surveillance et la détermination de CAP alkylés seront utiles pour la détermination de l’empreinte des sources principales (p. ex., lorsque le pourcentage des CAP alkylés par rapport aux CAP non alkylés est élevé, cela désigne une source pétrogénique. Par contre, un faible pourcentage désigne une source pyrogène [p. ex., incendies de forêt, processus de combustion]).

Multiéléments
L’analyse multiéléments devrait suivre les méthodes 200.8 et 1669 de l’US EPA pour la détermination des éléments-traces dans l’eau et dans les eaux usées. Cette méthode a été utilisée dans la plupart des études récentes (p. ex., RAMP, 2010; Kelly et al., 2010, inédit; Headley et al., 2005) et a permis de mesurer jusqu’à 32 éléments. Il serait souhaitable d’ajouter d’autres éléments afin d’établir le meilleur profil multiéléments possible. Cette approche est limitée par la nécessité de disposer de matériaux de référence certifiés pour une grande série d’éléments. Il est possible de résoudre cette situation en effectuant des analyses répétées d’échantillons de contrôle adéquats et par des comparaisons interlaboratoires, l’objectif étant la certification d’un ou plusieurs matériaux de référence commerciaux existants pour au plus 50 éléments.

Acides naphténiques
Le programme RAMP (base de données de 2011) a effectué régulièrement la détermination des « acides naphténiques » (AN) dans les eaux courantes, et des concentrations de l’ordre du microgramme par litre (<  10-3000 g/l) ont été observées. Toutefois, les acides naphténiques et les acides hétérocycliques apparentés forment un mélange très complexe pour lequel seul un nombre limité de normes analytiques existe.

Une approche par niveau est recommandée pour les acides naphténiques : (a) acides naphténiques totaux, exprimés en acides organiques totaux extractibles des sables bitumineux. La spectrométrie de masse à faible résolution est suffisante pour ces mesures, avec utilisation de l’ionisation par électronébulisation (« electrospray »), et l’appareil est commun dans la plupart des laboratoires; (b) classes spécifiques d’acides des sables bitumineux exprimées en concentrations relatives.

La spectrométrie de masse à haute résolution est nécessaire pour ces mesures et n’existe que dans un nombre limité de laboratoires. Les espèces devraient inclure les acides organiques contenant la classe O2 (souvent présumés être des acides naphténiques), de même que d’autres espèces contenant : On où n = 1-16; NOn et N2On où n = 1-13; et OnS et OnS2 où n = 1-10 et 1-8, respectivement.

Les données précédentes seront nécessaires pour la détermination des empreintes des AN. Avec la progression du programme, il sera vraisemblablement nécessaire de raffiner les classes indiquées à l’étape (b) ci-dessus.

La limite de détection des acides naphténiques totaux dans l’eau est de 1 mg/l pour un volume d’échantillon de 100 ml.

Toutefois, il est difficile de présenter les résultats pour les AN par classe de composés. Il n’existe pas d’authentiques étalons offerts sur le marché pour ces classes; par conséquent, à l’heure actuelle, l’analyse est qualitative et, au mieux, semi-quantitative et fondée sur les abondances relatives.

Mercure total et méthylmercure
Les méthodes d’échantillonnage et d’analyse utilisées pour la détermination du mercure total et du méthylmercure sont conformes aux méthodes 1631 et 1630 de l’US EPA, respectivement. En bref, sur le terrain, les échantillons sont récoltés dans des récipients lavés à l’acide en verre, en polyéthylène ou en polymère fluoré, en suivant des techniques ultrapropres pour l’échantillonnage des ultratraces. L’analyse du mercure total est réalisée par digestion par oxydation par le brome, réduction par chlorure stanneux, purge et piégeage, désorption thermique et spectrométrie de fluorescence atomique à vapeur froide. L’analyse du méthylmercure dans l’eau est effectuée par distillation, éthylation en phase aqueuse, purge et piégeage, désorption thermique, pyrolyse et spectrométrie de fluorescence atomique à vapeur froide. L’analyse du méthylmercure dans des matières solides comme les échantillons biologiques, les sédiments et les plantes est similaire, mais comprend une digestion plutôt qu’une distillation. Les limites de détection du mercure total et du méthylmercure dans l’eau sont de 0,2 ng/l et 0,02 ng/g, respectivement et, dans les solides, de 0,1 ng/g.

Autres composés organiques
Le programme RAMP (base de données de 2011) a effectué la détermination de composés phénoliques choisis (nitrophénols, crésols) à de multiples sites et de composés polycycliques contenant de l’azote (acridine, quinoléine) dans les eaux courantes à un site (embouchure de la rivière Steepbank, site STR-1), en 1997. Les composés phénoliques étaient détectables (1-2 μg/l) dans la rivière Athabasca, au site ATR-DC-CC du ruisseau Donald, et au site STR-1. Des travaux additionnels de surveillance de ces contaminants pourraient être menés. Les rejets provenant de la station d’épuration des eaux usées de Fort McMurray pourraient contenir des produits pharmaceutiques et de soins personnels, qui sont trouvés dans les eaux réceptrices en aval de toute station d’épuration. Des substances chimiques choisies pourraient constituer des traceurs utiles de cet effluent (p. ex., édulcorants artificiels), de même que d’autres effluents associés à toute exploitation minière. Ces activités vont soutenir les études des effets biologiques sur les poissons dans la rivière Athabasca et ses effluents. Aucune recommandation de méthodes n’est faite ici, mais ceci devrait faire l’objet de discussions futures.

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7.3 Modes opératoires normalisés

Analyses
Les modes opératoires normalisés (MON) pour les principaux analytes seront déterminés par les laboratoires participants chargés de la surveillance. Un groupe de gestion des analyses chimiques de surveillance, composé de représentants provenant de chaque laboratoire participant, devrait décider conjointement des méthodes devant être utilisées et si les MON actuels sont satisfaisants pour le nouveau programme. Lorsque les MON n’existent pas, ils devraient être élaborés par ce groupe, ou de l’aide externe pourrait être requise si nécessaire. Il est anticipé que des MON pour des substances issues de recherches continues seront intégrés au besoin. Les MON devraient être conformes à ceux élaborés par des organismes internationaux comme l’ASTM (American Society for Testing and Materials), l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques) et l’ISO. Il existe des protocoles tant à l’échelon fédéral que provincial pour de nombreux paramètres de la qualité de l’eau mesurés couramment (p. ex., carbone organique dissous); toutefois, les protocoles pour d’autres méthodes n’existent que dans les laboratoires de recherche (p. ex., composés aromatiques polycycliques C1-C4, acides naphténiques et autres acides extractibles) et nécessiteront une validation additionnelle pour être pleinement mis en œuvre, comme il est mentionné plus haut.

Échantillonnage sur le terrain, manipulation et traitement des échantillons
De nombreux protocoles d’échantillonnage sur le terrain sont utilisés pour le programme de surveillance (p. ex., AENV, 2006). Les méthodes des MON documentés de l’ASTM, de l’US EPA, de l’USGS et d’Environnement Canada seront suivies et notées. Toute modification des méthodes sera approuvée par un processus de consultation d’experts et comprendra une période d’étalonnage comparatif avec des méthodes plus anciennes.

Les MON pouvant être suivis incluent :

ASTM. 2002. Standard Practice for Low-Flow Purging and Sampling for Wells and Devices Used for Ground-Water Quality Investigations. ASTM International, West Conshohocken (Pennsylvanie). ASTM Standard D6771-02.

ASTM. 2005. Standard Guide for Direct-Push Ground Water Sampling for Environmental Site Characterization. ASTM International, West Conshohocken (Pennsylvanie). ASTM Standard D6001-05.

ASTM. 2005. Standard Guide for Field Filtration of Ground-Water Samples. ASTM International, West Conshohocken (Pennsylvanie). ASTM Standard D6564-05.

ASTM. 2005. Standard Guide for Field Preservation of Ground-Water Samples. ASTM International, West Conshohocken (Pennsylvanie). ASTM Standard D6517-05.

ASTM. 2009. Standard Practice for Detecting Hot Spots Using Point-Net (Grid) Search Patterns. ASTM International, West Conshohocken (Pennsylvanie). ASTM Standard D6982-09.

L’échantillonnage sur le terrain pour l’analyse du mercure, du méthylmercure et des multiéléments se fera conformément au protocole ultrapropre décrit dans la méthode 1669 de l’US EPA (US EPA, 1996).

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7.4 Analyses de puissance statistique

Des analyses de puissance ont été couramment utilisées dans des programmes de surveillance pour déterminer le degré de répétition spatiale et temporelle nécessaire pour détecter des changements ou des impacts. Dans le contexte d’une évaluation de surveillance, le principal enjeu est l’établissement de l’ampleur de l’effet (c.-à-d., l’écart par rapport à une valeur de base ou aux conditions de « référence » qui doit être détecté) et l’importance relative des erreurs statistiques de type I et de type II associées. Le réseau spatial proposé de sites normalisés de surveillance à long terme de ce programme, associé à une fréquence d’échantillonnage accrue, permet l’élaboration et l’application plus rigoureuses de méthodes d’analyse de puissance adéquates. Ces analyses incluront des approches classiques d’inférence statistique, lorsqu’elles sont applicables (c.-à-d., la puissance associée à la détection de dépassements de critères de la qualité de l’eau), mais aussi des méthodes nouvelles traitant de la conception et de la prévision de gradients environnementaux (c.-à-d., la puissance associée à la détection des rythmes de changement et des tendances).

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8 Prochaines étapes

Surveillance fondée sur les effets, stresseurs ou impactes multiples et répercussions écologiques

La phase 1 du plan de surveillance de la qualité de l’eau est axée sur les caractéristiques physiques et chimiques du système du cours inférieur de la rivière Athabasca. Au final, le plan de surveillance de la qualité de l’eau de la rivière Athabasca doit examiner non seulement la qualité des eaux de surface, mais il doit également évaluer toutes les composantes des écosystèmes aquatiques et terrestres qui s’appliquent dans une perspective d’ensemble. Il doit aussi comporter la surveillance et la compréhension de toutes les composantes de l’écosystème aquatique, comme le biote benthique, les poissons et d’autres espèces aquatiques.

Une exigence capitale sera d’enrichir le programme existant pour y inclure la prise en considération et la réalisation d’un suivi écologique et biologique approprié fondé sur les effets, qui répond directement aux questions en lien avec l’évaluation des répercussions des sables bitumineux et d’autres contaminants de sources ponctuelles et diffuses sur la structure (biodiversité), la fonction et la santé des milieux terrestres et aquatiques pertinents.

La détermination des effets biologiques et écologiques observés et projetés sur le biote aquatique, comme les poissons et les espèces sauvages, sont de la plus haute importance pour les résidants de la région, particulièrement pour les Premières nations. Il sera important de veiller à ce que des processus de validation et de consultation prennent place afin d’établir une bonne base pour la conception et la mise en œuvre de la phase 2 et ainsi faire en sorte que les composantes valorisées des écosystèmes soient convenablement prises en compte dans le plan de surveillance.

Modélisation fondée sur les processus et prévision environnementale intégrées

La modélisation des conditions et des répercussions environnementales passées, présentes et projetées est une activité complémentaire nécessaire d’un programme de surveillance (voir la figure 1). La modélisation a deux fonctions principales : 1) intégrer les données et vérifier notre compréhension, fondée sur les processus, de la structure et de la fonction de l’écosystème; 2) offrir un outil prédictif de soutien à la décision, comme l’évaluation des effets cumulatifs. La modélisation fondée sur les processus peut aussi contribuer à déterminer où et quand il faudra améliorer les efforts de surveillance et les enquêtes ciblées. Les activités de surveillance devraient alors être structurées et intégrées de façon à favoriser l’élaboration, le calibrage et le fonctionnement des modèles hydrologiques et des modèles de qualité de l’eau pour le système du cours inférieur de la rivière Athabasca. Actuellement, plusieurs modèles sont utilisés par le ministère de l’Environnement de l’Alberta et Environnement Canada pour le cours inférieur de la rivière Athabasca (p. ex., code de l’environnement dynamique des fluides, modèle dynamique des glaces de rivière et modèle bidimensionnelle de débit). Au final, un cadre amélioré de prévision environnementale intégrée devrait en résulter.

Autres sites de surveillance – Habitats aquatiques altérés ou restaurés

Même si le présent document est axé sur les eaux de surface, et en particulier sur le tronçon principal et les affluents de l’Athabasca, les prochaines phases de la conception du programme d’échantillonnage doivent prendre en considération d’autres types de plans d’eau de la région. Étant donné que l’industrie des sables bitumineux est obligée de recycler les mines à ciel ouvert et les bassins de résidus existants et futurs, un programme de surveillance systématique de ces systèmes altérés ou régénérés doit aussi être mis en place. Le but de ces efforts de surveillance serait d’évaluer la conformité et la performance de ces systèmes restaurés et de déterminer leur condition ainsi que leur réussite ou leur échec. Les exemples de tels systèmes aquatiques comprennent des cours d’eau reconstruits, des bassins de retenue, des eaux de compensation pour la pêche et des milieux humides artificiels. Un des principaux exemples d’un tel système est le système de déviation du ruisseau Beaver (mis en œuvre en 1977) ainsi que la construction à venir et l’utilisation de lacs d’origine glacières (kettle).

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9 Conclusion

Le cadre opérationnel du programme de la surveillance de la qualité de l'eau et le plan d’échantillonnage proposé satisfont pleinement les principes clés qui ont été identifiés par la «Commission d’examen fédéral sur les sables bitumineux» pour la conception et la mise en œuvre d’un programme de surveillance de «classe mondiale» pour les sables bitumineux. Bien que le plan d’ensemble de surveillance soit conçu par phases étant donné les complexités géographique et d'échantillonnage en cause, des garanties sont prises pour s’assurer que le programme de surveillance sera: global et extensif, scientifiquement rigoureux, adaptable et statistiquement puissant, inclusif et collaborateur, et transparent et accessible.

Une approche intégrée, fondée sur l'écosystème a été utilisée pour incorporer les multiples éléments essentiels du système (hydrologie, qualité et quantité des eaux de surface et souterraines, climat, dynamique sédimentaire et qualité des sédiments, couvert de neige et de glace, et dépôts atmosphériques à l’échelle régionale) de même que les interactions entre ces composantes. Les sites ont été choisis de manière à intégrer les mesures à de multiples échelles spatiales (bassins du cours d’eau principal et des affluents, altérés par rapport à des niveaux de références), tout en reconnaissant l'importance de considérer la variabilité temporelle, ainsi que l'amélioration de la capacité de définir les conditions environnementales historiques ou «de niveau de référence».

Une approche fondée sur les meilleures connaissances scientifiques a été utilisée pour choisir les variables chimiques, hydrologiques et atmosphériques à mesurer, les méthodes d’échantillonnage sur le terrain et d’analyse en laboratoire, et les méthodes d’assurance de la qualité et de contrôle de la qualité sur le terrain et en laboratoire. Il a été établi que la production de rapports normalisés, incluant des publications rédigées en langage simple et révisées par les pairs, constitue un résultat essentiel du programme.

Le nouveau cadre de surveillance de la qualité de l’eau met à profit les efforts de surveillance actuels pour les intégrer en un système adaptable et global. Les décisions relatives aux sites d’échantillonnage et aux types d’analyses connexes seront évaluées en fonction de déclencheurs fondés sur la science et les politiques, et seront reconsidérées au fur et à mesure que de nouvelles connaissances et technologies seront mises à disposition, et en fonction de l’évolution des besoins et du contexte. Selon le plan proposé, le programme de surveillance actuel « rétrospectif » fera place à un programme « prospectif » pour ce qui est de l’évaluation des impacts actuels et prévus découlant des multiples facteurs de stresses et, éventuellement, des effets cumulatifs. En outre, le plan du programme est fondé sur un cadre conceptuel de bilan massique, permettant la réalisation d’analyses par hypothèses et la mise au point de modèles pour évaluer le devenir, la répartition, le transport et les charges de contaminants, liés aux sables bitumineux ou non, dans le système du cours inférieur de la rivière Athabasca. Ce programme axé sur les facteurs de stress servira de base au plan de surveillance fondée sur les effets, plan qui sera exhaustif, couvrira un plus vaste territoire et sera élaboré dans le cadre de la phase 2. Les plans de surveillance de la qualité de l’air et de la biodiversité terrestre, et leur intégration suivront.

Bien que le plan soit conçu par phases, l’approche reconnaît l’importance de voir à ce que le programme de surveillance soit axé sur les enjeux clés, questions et préoccupations des groupes d’intervenants, des Premières nations et de tous les paliers de gouvernements. Il faut ainsi reconnaître le besoin de faire appel aux parties concernées afin d’obtenir une validation quant à la conception et l’exécution du programme, ce qui comprend une priorisation des enjeux et l’établissement d’objectifs de surveillance.

Les concepts exposés dans ce plan exigent qu’un changement radical et une amélioration doivent se produire par rapport au régime de surveillance actuel, et les actions nécessaires pour la mise en œuvre de ce plan requièrent une intensification considérable des efforts de surveillance. Il faudra donc prévoir une période de transition appropriée pour que les actions proposées dans le plan puissent être mises en œuvre.

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9.1 Équipe scientifique (en ordre alphabétique)

D. Baird, chercheur scientifique

  • Environnement Canada; professeur de recherche, Université du Nouveau-Brunswick
  • Écotoxicologie aquatique, conception de programmes de biosurveillance, biodiversité aquatique

C. Banic, spécialiste de l’atmosphère

  • Environnement Canada (Direction des sciences et de la technologie atmosphériques)
  • Dépôts atmosphériques, chimie de l’environnement

G. Bickerton, chercheur scientifique

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau)
  • Hydrogéologie, qualité des eaux souterraines, évaluations environnementales

D. Burn, hydrologue

  • Professeur, Département de génie civil et environnemental, Université de Waterloo
  • Hydrologie statistique

P. di Cenzo (dir.), spécialiste des sciences physiques

P. Dillon, spécialiste en biogéochimie des bassins hydrologiques

  • Professeur et professeur-chercheur industriel en biogéochimie des bassins hydrologiques, Université Trent
  • Biogéochimie aquatique, évaluation des impacts sur l’environnement

I. Droppo, chercheur scientifique

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau)
  • Dynamique des sédiments

M. Dubé, spécialiste en écotoxicologie aquatique

  • Professeure agrégée et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur le diagnostic de la santé des écosystèmes aquatiques, Université de la Saskatchewan
  • Écotoxicologie, cadre d’évaluation des écosystèmes fluviaux THREATS, évaluation des impacts cumulatifs

R. Hazewinkel, spécialiste de la qualité de l’eau

  • Ministère de l’Environnement de l’Alberta, Ressources hydriques
  • Limnologie, paléolimnologie, surveillance de la qualité de l’eau

M. Hewitt, chercheur scientifique

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau)
  • Chimie de l’environnement, toxicologie

E. Kelly, spécialiste de l’environnement

  • Gouvernement des Territoires du Nord-Ouest, Environnement et ressources naturelles
  • Chimie de l’environnement, dépôts atmosphériques, impacts écologiques

D. Lindeman, biologiste

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau)
  • Écologie aquatique, surveillance de la qualité de l’eau

P. Marriott, spécialiste en génie civil

  • Ministère de l’Environnement de l’Alberta, Gestion des approbations pour le district
  • Qualité des eaux de surface, évaluation des effets cumulatifs

E. McCauley, spécialiste de l’écologie des populations

  • Professeur et directeur du National Center for Ecological Analysis and Synthesis, Université de Californie (Santa Barbara), et professeur, Université de Calgary
  • Écologie quantitative des communautés et des populations, modélisation écologique, évaluation des impacts sur l’environnement

P. McEachern, limnologue

  • Ministère de l’Environnement de l’Alberta, Sciences, recherche et innovation
  • Surveillance de la qualité de l’eau, chimie de l’environnement, évaluation des impacts

D. Muir, chercheur scientifique principal

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau)
  • Chimie de l’environnement, sources, devenir et répartition des métaux et des CAP dans l’environnement

K. Munkittrick, spécialiste de l’écologie des pêches

  • Professeur et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en évaluation de la santé des écosystèmes, Université du Nouveau-Brunswick (Saint John)
  • Santé des poissons, toxicologie de l'environnement, biosurveillance aquatique, évaluation des effets cumulatifs

L. Noton, spécialiste de la qualité de l’eau

  • Ministère de l’Environnement de l’Alberta, Division de la qualité de l’eau
  • Limnologie, écologie aquatique, surveillance de la qualité de l’eau

T. Prowse, chercheur scientifique principal

  • Environnement Canada (Direction générale des sciences et de la technologie de l’eau) et titulaire de chaire de recherche et professeur, Impacts des changements climatiques sur les ressources hydriques, Université de Victoria – Centre de recherche sur les impacts des changements climatiques et hydrologiques (W-CIRC)
  • Hydrologie et hydroécologie des régions froides, dynamique de la cryosphère

J. Rasmussen, spécialiste de l’écologie aquatique

  • Professeur et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en écosystèmes aquatiques, Université de Lethbridge
  • Évaluation des impacts sur les écosystèmes aquatiques, biogéochimie, écologie des pêches

J. Smol, spécialiste en paléolimnologie

  • Professeur et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les changements environnementaux, Université Queen’s; membre de la Société royale du Canada
  • Paléolimnologie, impacts sur le climat et sur l’environnement

F. Wrona (dir.), stratège principal en sciences

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Timoney, K.P. et P. Lee. 2009. « Does the Alberta tar sands industry pollute? The scientific evidence ». Open Conservation Biology Journal, 3 : 65-81.

Underwood, A.J., et M.G. Chapman. 2003. « Power, precaution, Type II error and sampling design in assessment of environmental impacts ». Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 296 : 49-70.

US EPA – United States Environmental Protection Agency. 1996. Method 1669 – Sampling Ambient Water for Trace Metals at EPA Water Quality Criteria Levels. Office of Water, Washington (DC), juillet 1996. 39 pages.

Wrona, F.J., J.M. Culp et T.D. Prowse. 2010. « Basin management approaches used in a high-latitude northern catchment − the Mackenzie River basin ». Handbook of Catchment Management. Blackwell Publishing Ltd., West Sussex. Pp. 476-499.

Yang, C., Z.D. Wang, B. Hollebone, C.E. Brown, Z. Yang, M. Landriault et B. Fieldhouse. 2010. « Preliminary fingerprinting analysis of Alberta oil sands and related petroleum products ». 33rd Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar on Environmental Contamination and Response. Halifax (Nouvelle-Écosse), 7-9 juin 2010. http://www.ec.gc.ca/scitech/default.asp?lang=En&n=A0477462-1

Tableau 3. Précisions sur les sites de surveillance sélectionnés pour le programme de surveillance de la qualité de l’eau

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Tableau 5. Emplacements et détails d’échantillonnage sur les études des dépôts atmosphériques courantes et proposées

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Annexe A

Renseignements supplémentaires sur les sites dans le cours inférieur de la rivière Athabasca et les bassins de ses principaux affluents

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1.0 Climat, hydrologie et sédiments

Résolution spatiale

  • Le tronçon principal de la rivière Athabasca sera une priorité. L’observation d’un changement dans ce tronçon (important volume d’eau, charges sédimentaires accrues, effets de dilution) signifierait qu’un impact a eu lieu. Des opérations de surveillance ciblées peuvent alors être entreprises pour faire « marche arrière » et, si nécessaire, l’expansion du réseau de surveillance en remontant les affluents pourrait être envisagée dans le but de découvrir la source, la cause-effet et la valeur significative du phénomène.
  • Si des matières totales en suspension et des contaminants sont observés à l’embouchure des affluents, indiquant un enrichissement (y compris une érosion accrue), des activités de surveillance ciblées seront réalisées jusqu’en amont, lorsqu’il est nécessaire de délimiter la source, la cause-effet et la valeur significative du phénomène.
  • Pour l’approche fondée sur le bilan massique, l’apport des affluents (points de rejet industriels; ruissellement, le cas échéant) sera intégré à un modèle de mélange pour la rivière Athabasca.

Résolution temporelle

  • La fréquence de l’échantillonnage doit pouvoir être adaptée selon les situations et être en mesure de recueillir de l’information lors de phénomènes hydrologiques importants. Par exemple, des données quotidiennes ou horaires peuvent être requises dans les affluents pour recueillir des renseignements lors de faibles pluies ou de légers ruissellements et sur les hausses d’eau et de sédiments dans la rivière Athabasca découlant de ces épisodes. Une fréquence accrue de l’échantillonnage peut également s’avérer nécessaire lorsqu’il se produit des phénomènes hydrologiques extrêmes dans le tronçon principal, comme ceux produits par des déplacements rapides d’embâcles (> 5 m/s).
  • Dans la rivière et le bassin hydrologique adjacent, les zones de contre-courant et les dépôts de débordement des plaines inondables, les lacs et les deltas constituent des références historiques de charges de matières en suspension et de contaminants. Bon nombre sont susceptibles d'avoir conservé des sédiments pratiquement intacts, accumulés chronologiquement, et ceux-ci pourraient fournir des données remontant à plusieurs siècles, voire des millénaires; une analyse et un échantillonnage paléolimnologiques minutieux pourraient alors fournir des renseignements essentiels sur les concentrations naturelles (conditions de base ou de référence) des sédiments et des contaminants transportés par les rivières et l’atmosphère, et nous permettraient de quantifier les tendances depuis le début des activités industrielles.

Sites situés dans le tronçon principal du cours inférieur de la rivière (TPCI)

M0 – Rivière Athabasca à la hauteur d’Athabasca

  • site HYDAT de surveillance à long terme en fonction (en continu) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1913
  • site AENV de surveillance à long terme de la qualité de l’eau en fonction
  • seul site de surveillance à long terme dans la rivière Athabasca situé en dehors de l’exploitation des sables bitumineux
  • site fournissant les conditions limitrophes en amont

M2 – Rivière Athabasca en amont de Fort McMurray

  • site AENV de surveillance à long terme de la qualité de l’eau en fonction
  • site qui fournira les conditions limitrophes en amont pour le tronçon de l’Athabasca situé dans la région où les sables bitumineux sont exploités
  • données sur la qualité de l’eau obtenues à partir du site CCL 1 situé à proximité
  • site de prise d’eau potable pour Fort McMurray

M3 – Rivière Athabasca en aval de Fort McMurray et point de jonction avec la rivière Clearwater

  • station HYDAT en fonction (en continu) (07DA001) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1957 et des données historiques sur les sédiments (1967-1972)
  • site situé au même endroit que le site AENV de surveillance des charges de contaminants et que les sites ATR-DC du programme RAMP

M9 – Rivière Athabasca en amont de la rivière Firebag et à proximité d’Embarras

  • site existant de surveillance à long terme d’Environnement Canada et de Parcs Canada (rivière Athabasca à la 27e ligne de base)
  • station HYDAT hors fonction (saisonnière) (07DD001) détenant des enregistrements sur le débit pour la période entre 1971 et 1990 et des données historiques sur les sédiments (1971-1984)

Sites situés dans les affluents

CH1 – Rivière Christina (sous-affluent de la rivière Athabasca près de la jonction avec la rivière Clearwater)

  • vaste bassin (13 038 km2) dont le débit annuel moyen est important (46 m3/s)
  • aucune exploitation minière à ciel ouvert, mais un procédé de drainage par gravité au moyen de vapeur (DGV) et une unité de valorisation y sont employés
  • bassin versant où de nombreuses exploitations de sables bitumineux utilisant le procédé de DGV existent déjà, et d’autres sont prévues, dans la portion sud de la zone d’étude ciblée du programme RAMP
  • site CHR-1 de surveillance de la qualité de l’eau du programme RAMP depuis 2001

CL1 – Rivière Clearwater

  • nouveau site situé à l’embouchure
  • principal affluent dans la rivière Athabasca

PO1 – Ruisseau Poplar

  • bassin relativement petit (superficie de 420 km2, débit annuel moyen de 1 m3/s)
  • station HYDAT hors fonction (07DA007) détenant des enregistrements sur le débit pour la période entre 1972 et 1986
  • site POC-1 du programme RAMP, surveillance hydrométrique et de la qualité de l’eau toute l’année
  • bassin intégrant désormais le bassin de la rivière Beaver qui y a été détournée, sa situation hydrologique s’est modifiée, et les ouvrages de retenue et les canaux artificiels qui s’y trouvent pourraient provoquer un transport anormal des sédiments

ST1 – Rivière Steepbank

  • station HYDAT en fonction (saisonnière) (07DA006) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1972 et des données historiques sur les sédiments (1975-1983)
  • bassin relativement petit (1355 km2; débit annuel moyen de 5 m3/s)
  • site situé au même endroit que le site AENV de surveillance des charges de contaminants CCL 8
  • site ST-1 de surveillance de la qualité de l’eau du programme RAMP
  • site subissant les conséquences de l’exploitation à ciel ouvert
  • bassin hydrologique où sont réalisées des activités d’exploitation et où le procédé de DGMV est employé

MU1 – Rivière Muskeg

  • station HYDAT en fonction (saisonnière) (07DA008) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1974 et des données historiques sur les sédiments (1976-1983), surveillance hivernale du programme RAMP
  • bassin relativement petit (1 460 km2; débit annuel moyen de 4 m3/s)
  • site subissant fortement les conséquences de l’exploitation à ciel ouvert
  • d’importantes données sont déjà connues pour l’ensemble du bassin (programme intégré d’Alberta Environment de surveillance de la qualité de l’eau dans le bassin hydrologique de la rivière Muskeg; sites de surveillance des charges de contaminants d’Alberta Environment; site STR-1 du programme RAMP)

MA1 – Rivière MacKay

  • station HYDAT en fonction (saisonnière) (07DB001) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1972 et des données historiques sur les sédiments (1975-1983), surveillance hivernale du programme RAMP
  • site situé au même endroit que le site CCL 9 d’AENV et que le site MAR-1 de surveillance de la qualité de l’eau du programme RAMP
  • bassin de superficie moyenne (5570 km2; débit annuel moyen de 13 m3/s)
  • DGV dans son cours supérieur
  • site hautement pertinent pour la communauté de Fort McKay

EL1 – Rivière Ells

  • bassin de petite/moyenne superficie (2400 km2; débit annuel moyen de 9 m3/s)
  • site subissant très peu les conséquences de l’exploitation des sables bitumineux jusqu’à présent, mais l’exploitation minière y aura une incidence dans un avenir rapproché, et le DGV y aura des conséquences dans le futur
  • source d’eau potable pour la communauté de Fort McKay
  • surveillance hydrométrique et de la qualité de l’eau du programme RAMP, sites ELR-1 et S14

CA1 – Rivière Calumet

  • bassin de petite/moyenne superficie (174 km2; débit annuel moyen inférieur à 1 m3/s)
  • station HYDAT hors fonction (07DA014) détenant des enregistrements pour la période entre 1975-1977
  • site subissant les conséquences directes de l’exploitation minière
  • Il est prévu que le cours de la rivière soit « relocalisé » (il faudra notamment rediriger la rivière Tar pour la faire passer par le même nouveau lit que celui de la rivière Calumet) dans le cadre de l’exploitation des sables bitumineux; il faut établir les conditions actuelles, puis surveiller les effets de la relocalisation du chenal sur les flux ainsi que sur la qualité et la quantité d’eau et de sédiments
  • la société Canadian Natural Resources Limited (CNRL) procède à une surveillance hydrométrique des eaux libres
  • site CAR-1 de surveillance de la qualité de l’eau du programme RAMP

FI1 – Rivière Firebag

  • station HYDAT en fonction (saisonnière) (07DC001) détenant des enregistrements sur le débit remontant à 1971 et des données historiques sur les sédiments (1976-1983), surveillance hivernale du programme RAMP
  • bassin de superficie moyenne (5683 km2) dont les affluents ont un apport relativement important (23 m3/s) dans le tronçon principal de la rivière Athabasca
  • site situé au même endroit que le site CCL 12 d’AENV et que les stations FIR-1 et S27de surveillance de la qualité de l’eau du programme RAMP
  • émissaire de l’affluent tout juste en amont du site AENV de surveillance à moyen terme de la qualité de l’eau dans le tronçon principal de la rivière Athabasca
  • extrémité nord de gisements exploitables
  • procédé de DGV grandement employé dans le bassin hydrologique d’une rivière en provenance de la Saskatchewan

Autres facteurs à prendre en compte dans la conception et la mise en œuvre

  • Les stations hydrométriques nécessitent une section transversale stable de sorte que le périmètre mouillé du fond demeure inchangé et que les mesures de débit soient exactes à long terme. Pour de vastes rivières comme la rivière Athabasca, elles sont généralement installées sur des ponts ou des câblages, de sorte que les mesures de vitesse (et les échantillons d’eau et de sédiments) puissent être effectuées aux verticales désignées. Le lit de la rivière Athabasca est mobile et sablonneux, la rivière est très large et son débit est rapide, et ni pont ni câblage ne se trouvent au-delà de Fort McMurray, si ce n’est que le pont Peter-Lougheed, situé près de la jonction de la rivière Muskeg, où aucune opération de jaugeage n’est réalisée. Le recours à un profileur de vitesse à effet Doppler acoustique par flottaison pouvant être déplacé dans la rivière à partir d’un bateau en vue de connaître le débit par coupe transversale sera envisagé, et ce procédé sera utilisé lorsqu’il sera approprié de le faire.
  • Les approches ayant recours à des stations hydrométriques doubles en vue de déterminer les pentes des niveaux d’eau des sous-tronçons offrent la possibilité de mesurer le débit durant les périodes dynamiques des glaces.
  • L’incapacité de tout mesurer, en tout lieu, fait ressortir la nécessité de mettre au point des modèles hydrologiques comportant des mesures de routine pour l’érosion, le transport et le devenir des sédiments. Idéalement, le modèle devrait être en mesure de distinguer les sédiments cohésifs (limon et argile) des sédiments non cohésifs (sable) ainsi que leurs dynamiques physiques (floculation des sédiments cohésifs), en plus des « interactions » des contaminants (chimiques et biologiques). Le modèle doit pouvoir prédire les débits sous la glace et durant les périodes dynamiques des glaces, lors de l’englacement et de la débâcle. Les données sur l’état actuel et passé des glaces devraient faire partie de ce volet. L’intégration de l’érosion, du transport et du devenir des contaminants requiert que de la surveillance et des recherches soient menées sur les relations et le comportement des contaminants avec les sédiments (de fond et en suspension), avec une attention particulière portée aux effets liés à la taille des particules – la plupart des contaminants se lient avec les sédiments cohésifs dont la fraction est inférieure à 63 μm (Horowitz, 1991).

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2.0 Qualité de l’eau de surface et de l’eau souterraine

Résolution spatiale

Comme dans le programme sur l’hydrologie et les sédiments, les sites de surveillance des affluents ont été conçus pour examiner les critères suivants :

  • Les sites de confluence d’un tronçon principal ont été positionnés pour ne pas être dérangés par les remous de l’Athabasca et pour fournir des renseignements sur les charges et les débits d’entrée (quantité et qualité de l’eau) dans le tronçon principal ainsi que pour évaluer leur variabilité dans différents cadres temporels (événement pluvio hydrologique, régimes annuels et saisonniers, variabilité entre les années, tendances, etc.).
  • Fournir des renseignements sur les répercussions de l’exploitation des sables bitumineux sur la qualité de l’eau des affluents ainsi que sur l’apport et le volume de substances rejetées dans la rivière Athabasca. Les sites d’affluents ont été désignés pour fournir des renseignements sur les répercussions minimales, modérées, ou fortes attribuables à l’exploitation des sables bitumineux. Les bassins versants moins perturbés par l’exploitation serviront à déterminer les prochaines conditions de base.
  • Inclure les bassins versants perturbés au minimum par l’exploitation des sables bitumineux, par l’exploitation minière, par le drainage par gravité au moyen de vapeur (DGV) ou par une combinaison de l’exploitation minière et des activités de DGV afin de fournir des renseignements sur les effets de différents types d’exploitation des sables bitumineux et de technologies sur la qualité de l’eau et des sédiments, sur le système de l’Athabasca.
  • Améliorer la compréhension, au niveau du processus, du devenir, du transport et des charges de contaminants, et développer des capacités de prévision et de modélisation pour les systèmes mesurés et surveillés et les systèmes non mesurés et surveillés.
  • Couvrir un ensemble de bassins versants et de régimes de ruissellement.
  • Une évaluation exhaustive des flux chimiques dans les eaux souterraines pourrait être faite dans les bassins de résidus et à proximité ainsi que dans les lacs de kettle et pourrait inclure la caractérisation chimique en parallèle des bassins et des lacs de kettle afin de permettre l’interprétation des données sur les eaux souterraines. La connectivité de la rivière Athabasca avec les aquifères profonds (p. ex., la rivière Muskeg, via les chenaux à gravier reliques), ainsi que les infiltrations importantes localisées seront quantifiées.
  • Les zones avec des eaux de traitement des sables bitumineux (ETSB) trouvées dans les eaux souterraines qui se sont infiltrées dans les eaux de surface peuvent nécessiter des puits de surveillance avec transects et cloisons améliorés, à niveaux multiples, installés au sol, afin de caractériser la nature et l’étendue des eaux de traitement des sables bitumineux trouvées dans les eaux souterraines et d’autres effets connexes.
  • Puisque les problèmes de résolution spatiale poseront des défis en ce qui concerne les eaux souterraines, le programme de surveillance sera adaptable, à la fois dans le temps et l’espace, surtout au cours des premières étapes de la surveillance. Les problèmes de qualité des eaux souterraines seront probablement localisés (p. ex., il faut un intervalle de prélèvement dense pour détecter les effets de façon fiable); les sites axés sur la quantité d’eau peuvent être plus régulièrement et plus largement espacés. Un réseau avancé de sites de surveillance sera sélectionné pour prendre en considération la géologie, les opérations et leur proximité des récepteurs (c. à d. les installations mises en place graduellement peuvent s’éloigner davantage des récepteurs lorsqu’arrive l’information provenant des installations mises en place au début), et les types d’opérations (p. ex. usines de traitement, exploitation à ciel ouvert, drainage par gravité au moyen de vapeur, etc.). La surveillance de la qualité de l’eau sera d’abord basée sur la surveillance en mettant l’accent sur un échantillonnage de haute résolution pour le rejet des eaux souterraines le long des rivières et des ruisseaux.

Résolution temporelle

  • La fréquence d’échantillonnage sera ajustée pour faire face aux conditions hydrologiques – par exemple, une fréquence plus élevée durant les forts débits et les épisodes brefs de ruissellement intense – afin d’estimer les flux d’eau, de sédiments et de contaminants qui surviennent en réponse à des dépassements de seuils critiques, etc.
  • À long terme, des séries chronologiques pluriannuelles pourraient être établies pour une grande variété d’éléments, les HAP, les acides naphténiques et d’autres produits chimiques reliés aux installations d’exploitation de sables bitumineux.

Sites du tronçon principal du cours inférieur (TPCI) :

  • Tous les sites de M1 à M8 sont situés entre les embouchures des principaux affluents afin de calculer le bilan massique des substances provenant des affluents.
  • Les sites du tronçon principal à M2, M3 et M8 sont les mêmes que ceux de la surveillance de l’hydrométrie et des sédiments et sont décrits à la partie 6.

M4 – Rivière Athabasca en aval de la rivière Steepbank et en amont de la rivière Muskeg

  • Proposition de nouveaux sites de surveillance des cours d’eau qui présentent des conditions limites existantes RAMP ATR-MR-E/W.

M5 – Rivière Athabasca en aval de la rivière Muskeg et en amont de la rivière MacKay

  • Proposition de nouveaux sites de surveillance des cours d’eau qui présentent des conditions limites existantes.

M6 – Rivière Athabasca en aval de la rivière MacKay River et en amont de la rivière Ells

  • Proposition de nouveaux sites de surveillance des cours d’eau qui présentent des conditions limites existantes.

M7 – Rivière Athabasca en aval de la rivière Ells et en amont de la rivière Tar

  • Proposition de nouveaux sites de surveillance pour les cours d’eau qui présentent des conditions limites existantes.

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Affluents :

Bassin versant de la rivière Clearwater

Il y a trois sites de surveillance sur la rivière Clearwater – pour séparer la rivière Clearwater en deux tronçons afin d’examiner les effets des substances provenant des rivières Christina et Hangingstone sur la rivière Clearwater.

Les sites d’affluents proposés CH1, CL1, ST1, PO1, MU1, MA1, EL1, CA1 et FI1 sont les mêmes que ceux proposés pour l’hydrométrie et la surveillance des sédiments.

CL2 – Rivière Clearwater en amont de la rivière Hangingstone

  • Évalue les charges qui en proviennent.
  • Il y a une station HYDAT en fonction (continue) (07CD005), surveillée par le programme RAMP en hiver et qui dispose d’enregistrements de données sur les décharges depuis 1976.
  • AENV CCL 7; RAMP WQ CLR 1.

CL3 – Rivière Clearwater en amont de la rivière Christina

  • Surveille les cours d’eau présentant des conditions limites existantes.
  • Il y a une station HYDAT en fonction (continue) (07DC005), surveillée par le programme RAMP en hiver et qui dispose d’enregistrements de données sur les décharges depuis 1976.
  • Site du programme RAMP WQ CLR 1.

HA1 – Rivière Hangingstone

  • Zone du bassin hydrologique de 1066 km2; débit annuel moyen de 4 m3/s
  • Il y a une station HYDAT en fonction (continue) (07CD004), surveillée par le programme RAMP en hiver, qui dispose d’enregistrements de données sur les débits depuis 1965 et des données sur les sédiments (1978 1980).
  • Site de surveillance de la qualité des eaux du programme RAMP.
  • Inclut le drainage par gravité des milieux aquatiques au moyen de vapeur (DGV) des bassins hydrologiques.

HO1 – Rivière Horse

  • Zone du bassin hydrologique de 2,157 km2; débit annuel moyen de 9 m3/s.
  • La station HYDAT (07CC001) qui dispose d’enregistrements de données sur les débits depuis 1930 1979 n’existe plus.
  • Site du programme RAMP WQ HOR 1.
  • Inclut le drainage par gravité des milieux aquatiques au moyen de vapeur (DGV) des bassins hydrologiques.

Bassin versant de la rivière Muskeg

MU2 – Rivière Muskeg en amont de la croisée de la route Canterra.

  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA0610) qui dispose d’enregistrements de données depuis 1974.
  • Site d’étude AENV M2 sur la rivière Muskeg.
  • MR/RAMP WQ MUR 2 depuis 2008.

MU3 – Rivière Muskeg en aval du canal de drainage d’Alsands

  • RAMP MUR 3, mais il n’y a pas renseignement.

MU4 – Rivière Muskeg en amont du ruisseau Jackpine

  • Évaluer les charges cumulatives entre le ruisseau Jackpine et le ruisseau Muskeg Nord.
  • Site d’étude du ministère de l’Environnement de l’Alberta (AENV) M3 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA0595).
  • Site du programme Ramp WQ MUR 4.

MU5 – Rivière Muskeg en amont du ruisseau Muskeg et en aval du ruisseau Stanley

  • Évaluer les charges cumulatives de la rivière Muskeg en contrebas du ruisseau Stanley.
  • Site d’étude AENV M4 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA2750).
  • Site du Ramp WQ MUR 5.
  • Information sur les conditions de base (1998-2003); ayant subi des dommages depuis 2004.

MU6 – Rivière Muskeg en aval du ruisseau Wapasu

  • Évaluer les charges cumulatives de la rivière Muskeg et du drainage du ruisseau Wapasu
  • Site d’étude AENV M4.5 sur la rivière Muskeg.
  • Site AENV WQ depuis 2008.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA2754).

MU7 – Rivière Muskeg en amont du ruisseau Wapasu

  • Évaluer les charges cumulatives entre les bassins versants de Kuskeg
  • Site d’étude AENV M6 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA0440).
  • En relation avec le site du programme RAMP WQ MUR 6.
  • Information sur les conditions de base (1998 2007); il y a eu des dommages depuis 2008.

JA1 – Embouchure du ruisseau Jackpine

  • Évaluer les charges cumulatives des bassins versants de Muskeg.
  • Site d’étude AENV T3.1 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA0600).
  • Sédiments WQ, et station Hydromet depuis 2008.

JA2 – Tronçon supérieur du ruisseau Jackpine

  • Nouveau site pour évaluer les charges cumulatives du tronçon supérieur du ruisseau Jackpine; possiblement un site d’évaluation des conditions de base.

NM1 – Embouchure du ruisseau Muskeg Nord

  • Évaluer les charges cumulatives du ruisseau Muskeg Nord.
  • Site d’étude AENV T5 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) (AB07DA2775).
  • WQ et station Hydromet depuis 2008.

PE1 – Embouchure du ruisseau Wapasu

Nouveau site pour évaluer les charges cumulatives.

KL1 – Lac Kearl

  • Lac de base.
  • Site d’étude AENV KL 1 sur la rivière Muskeg.
  • Station Hydromet AENV en fonction (continue) ayant des données sur les niveaux d’eau depuis 1998.
  • Site du RAMP WQ KEL 1.

Bassin versant de la rivière Mackay

MA2 – Exploitation des sables bitumineux du tronçon supérieur de la rivière MacKay.

  • Site de base en amont des projets de développement des sables bitumineux. Méandre de lacs possiblement abandonné pour une paléo étude.
  • Site du RAMP WQ MAR 2 depuis 2002.

Bassin versant de la rivière Dover

DO1 – Bassin versant du tronçon supérieur de la rivière Dover.

  • Nouveau site pour évaluer les charges cumulatives de référence et les conditions de base en amont de l’exploitation des sables bitumineux.
  • Site du RAMP WQ (TAR 2; S34) depuis 2004.

Bassin versant de la rivière Ells

EL2 – Bassin versant du tronçon supérieur de la rivière Ells.

  • Pour fournir des renseignements sur les conditions de base en amont des projets de sables bitumineux.
  • AENV CCL 11.
  • Site du RAMP WQ (ELR 2; S14A) depuis 2000.

Bassins versants des rivières Tar, Calumet, Firebag et du ruisseau sans nom

TA1 – Bassin versant du tronçon supérieur de la rivière Tar

  • Fournir des renseignements de base sur les conditions en amont des projets de sables bitumineux.
  • Site du RAMP WQ (TAR 2; S34) depuis 2004.

CA2 – Rivière Calumet en amont de l’exploitation des sables bitumineux

  • Fournir des renseignements de base.
  • Site du RAMP/CNLR WQ (CAR-1).
  • Conditions de base WQ (2002-2004); a subi des dommages depuis 2005.

FI2 – Rivière Firebag en amont de l’exploitation des sables bitumineux

  • Fournir des renseignements de base.
  • Site du programme RAMP WQ FIR 2 depuis 2002.

UN1 – Ruisseau sans nom, près de l’embouchure

  • Nouveau site pour fournir des renseignements de base.

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Autres facteurs à prendre en compte dans la conception et la mise en œuvre

  • Il existe un besoin pour poursuivre la quantification de la portée et de la variabilité chimiques des eaux interstitielles des bassins de résidus et des digues de réservoirs (voir les sources des chemins d’infiltration). Toutes les zones ayant des eaux de traitement des sables bitumineux (ETSB) trouvées dans les eaux souterraines qui se sont infiltrées dans les eaux de surface peuvent avoir besoin de puits de surveillance à multiples niveaux, avec transects et cloisons, installés au sol, pour caractériser la nature et l’étendue des ETSB dans les eaux souterraines et d’autres effets connexes.
  • Le carottage des sédiments des lacs et les zones de dépôt fluvial appropriées de la région (p. ex., les méandres abandonnés) ainsi que la comparaison entre apports lithogènes et atmosphériques devraient être faits (si on peu les différencier par la détermination de l’empreinte chimique).
  • La modélisation des interactions des eaux souterrains et des eaux de surface sera nécessaire en tant que « lentille d’interprétation » pour adapter la surveillance des eaux souterraines, à mesure que le programme de surveillance et notre compréhension progresseront (p. ex., éviter le piège de la collecte de données sans avoir un cadre d’interprétation), et il faudrait la jumeler avec la modélisation des eaux de surface.
  • L’ampleur de la transmission des contaminants atmosphériques, qui proviennent de milieux terrestres, aux affluents et au tronçon principal du cours inférieur de la rivière Athabasca, nécessite d’être étudiée en détail dans de petits sous-bassins versants sélectionnés, en ayant pour objectif éventuel le calibrage de modèles. Avec l’augmentation de l’exploitation des sables bitumineux au cours des dix prochaines années, la composante atmosphérique pourrait devenir beaucoup plus importante, mais l’ampleur de la transmission au milieu aquatique sera mise en doute sans recherche additionnelle.
  • Dans le cas des résidus chimiques, il faut aller plus loin que la « découverte » du problème, en utilisant les nouvelles technologies comme la spectrométrie de masse à très haute résolution CL. Il n’y a pas de raison de se limiter aux acides naphténiques. Si de nouveaux produits chimiques provenant des eaux de traitement des sables bitumineux sont trouvés dans la rivière même à l’aide de techniques d’échantillonnage et d’analyse à grand volume, ils pourront être ajoutés plus tard en présumant que ce sont des échantillons archivés.
  • La connaissance des produits chimiques utilisés par l’industrie et des processus qu’elle utilise, y compris la composition des matières premières, pourrait être une information d’une valeur inestimable pour le programme de surveillance. L’établissement d’une base de données sur les produits chimiques pour les bassins de résidus et les lacs de kettle de la région (existants et planifiés) serait utile pour interpréter les fuites possibles au-delà des structures de confinement.
  • Il y a des défis à relever dans l’analyse des acides naphténiques (partie 7). On peut certainement dire que c’est à ce moment-ci que l’élaboration d’une méthode normalisée, utilisant les nouvelles technologies comme la spectrométrie de masse à très haute résolution CL, est essentielle (ce n’est pas seulement pour la « détermination de l’empreinte », mais aussi pour la détermination quantitative de composantes sélectionnées incluses dans cette empreinte). Il existe également un besoin pour une norme de référence convenable relative aux acides naphténiques des sables bitumineux ou aux acides organiques récupérables pour les études de toxicité et comme référence analytique. Il faudra trouver une eau de source de référence et une méthode d’extraction stables et convenables.
  • Il existe des lacunes dans les connaissances sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Il y a des données pour les HAP apparentés et les analogues C1 C4, mais il n’y a pas beaucoup de données concernant les substances ayant une teneur en azote et en sulfure, ni sur les produits photo-oxydés des substances mentionnées précédemment. Tout pourrait devenir possible avec les technologies actuelles et nouvelles.
  • L’établissement de modes opératoires normalisés. Il existe des modes opératoires normalisés à l’échelon fédéral et à l’échelon provincial pour la collecte, la manipulation et l’analyse d’échantillons, la production de rapports et l’archivage de tous les paramètres sur la qualité de l’eau (p. ex., carbone organique dissous). Toutefois, des protocoles pour d’autres méthodes n’existent que dans les laboratoires de recherche (p. ex., les HAP C1 C4, les acides naphténiques et les autres acides extractibles) et nécessitent une validation supplémentaire pour leur mise en œuvre complète.
  • L’établissement de conditions de base ou de référence, à cause de la brièveté des enregistrements de données dans la région. La paléo-information (carottes de sédiments anciens), décrite plus haut, est une méthode d’observation à long terme des tendances pour des types et des concentrations de contaminants.
  • La compilation des données existantes sur la qualité actuelle des eaux, y compris les débits (p. ex., la surveillance de la conformité, le programme régional de surveillance du milieu aquatique RAMP), en utilisant les protocoles de dépistage appropriés d’assurance et de contrôle de la qualité (AQ/CQ).
  • Des ressources importantes seront nécessaires pour les données d’AQ/CQ, la gestion, l’analyse et la préparation de rapports.

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3.0 Surveillance des dépôts atmosphériques – Autres considérations : défis, contraintes et dépendances

  • Le devenir des polluants déposés sur les surfaces terrestres (sols et végétation) par la pluie et lors de la fonte des neiges et par dépôts secs avec lessivage subséquent par les précipitations (par opposition au dépôt direct sur l’eau et la glace) et l’ampleur du transport vers l’eau sont difficiles à quantifier. Ceci sera étudié plus en détail dans les études à l’échelle des bassins hydrologiques mentionnées dans les parties 7 et 8.
  • La modélisation des dépôts secs est un élément indispensable du programme de surveillance. Les dépôts atmosphériques sont contrôlés par les propriétés physiques et chimiques des espèces à l’étude et par la météorologie. La quantification des dépôts atmosphériques aux échelles locales et régionales requiert l’utilisation de modèles, où les paramètres sont la météorologie, les propriétés physiques et chimiques et les concentrations atmosphériques mesurées, qui produisent les aires des dépôts secs, humides et totaux. Il est possible d’améliorer la modélisation avec des observations par satellite de la couverture de neige, des principaux polluants, etc.
  • Les échantillonneurs passifs capturent efficacement les contaminants en phase gazeuse, mais seulement une petite fraction non quantifiée des composés liés aux particules; en installant des échantillonneurs actifs avec des échantillonneurs passifs et en recueillant un plus grand nombre de mesures, le taux de capture des contaminants liés aux particules pourra être quantifié.
  • Les sites vont nécessiter une alimentation électrique localement propre (c.-à-d. aucune source de combustion à proximité) et des exploitants compétents. Ils doivent être situés dans des zones protégées des perturbations anthropiques. L’échéancier pour installer de nouveaux sites dans cette région éloignée est de deux à quatre ans. Les sites d’échantillonnage passif devraient être coordonnés avec d’autres programmes d’échantillonnage pour réduire les coûts d’accès et augmenter la valeur des données.
  • L’ampleur du transport des contaminants provenant de l’atmosphère, des milieux terrestres vers les effluents et le tronçon principal doit être étudiée en détail dans de petits sous-bassins hydrologiques choisis, avec l’objectif éventuel d’étalonner les modèles. Avec l’intensification de l’exploitation des sables bitumineux au cours des dix prochaines années, la composante atmosphérique pourrait devenir beaucoup plus importante; toutefois, l’ampleur du transport vers le milieu aquatique demeurera peu connue si des recherches additionnelles ne sont pas menées. Le prélèvement de carottes de sédiments dans les lacs de la région et la comparaison des apports lithogènes et atmosphériques (s’ils peuvent être distingués) pourrait également contribuer à améliorer les connaissances à ce sujet.
  • L’amélioration de l’inventaire des émissions est hautement souhaitable. Idéalement, une analyse de bilan massique pourrait être effectuée.
  • Les échantillons prélevés devraient également servir aux analyses d’empreintes chimiques et de corrélation entre les milieux. Des traceurs communs des émissions des sables bitumineux devraient être utilisés lorsque c’est possible.
  • Il est possible de tirer profit de l’expérience acquise avec le réseau existant. Toutefois, l’échantillonnage effectué dans le but de calculer les dépôts à proximité (c.-à-d., à l’intérieur de 200 km) des activités industrielles d’exploitation des sables bitumineux ne constitue pas « une surveillance régulière ». Les résultats de l’Étude de surveillance sont nécessaires pour déterminer les sites de surveillance et la durée et la fréquence de l’échantillonnage. Ce processus de développement est en cours.
  • La connaissance des substances chimiques utilisées par l’industrie dans leurs procédés, y compris la composition des matières premières, serait très utile pour l’étude de surveillance. Les transformations des émissions dans l’atmosphère devraient être étudiées, et les listes d’analytes, adaptées aux espèces importantes.
  • Pour la détermination des dépôts, les phases gazeuse et particulaire doivent être mesurées dans l’air, et les précipitations doivent être recueillies. Des mesures microphysiques sont aussi requises, les propriétés chimiques étant une fonction de la taille des particules. Échantillonnage annuel de la neige accumulée.
  • Pour mieux déterminer les dépôts, il est nécessaire de recueillir les précipitations en fonction des événements et de prendre des mesures continues à haute résolution des composantes de l’atmosphère. Les limites de détection vont déterminer les périodes minimales d’échantillonnage, et les coûts vont limiter la résolution temporelle. Une combinaison d’échantillonnage actif et passif sera mise au point.
  • L’échantillonnage avec des méthodes de pointe en vue du calcul des dépôts totaux (humides et secs) des paramètres d’intérêt sur une base saisonnière ou annuelle pour le bassin de l’Athabasca n’a pas été entrepris jusqu’à présent pour cette région.
  • Après leur émission, certains contaminants peuvent subir des transformations dans les divers milieux (air, eau, sédiments); une première étape consistera à déterminer l’importance de ces processus de dégradation et à étudier les principaux produits de dégradation. D’après les résultats de ces analyses, les produits de dégradation les plus toxiques devraient être ajoutés et surveillés régulièrement, avec les contaminants des émissions primaires.
  • La recherche et le développement continus d’outils pour améliorer les résultats et les informations obtenus lors des diverses études effectuées pour la surveillance devraient être soutenus. Les domaines prioritaires sont :
    • L’évaluation des relations entre les substances toxiques d’intérêt pour la qualité de l’eau et les émissions les plus abondantes qui peuvent être suivies par imagerie satellitaire sera faite. Si ces relations peuvent être établies pour des sources industrielles particulières, alors l’imagerie satellitaire pourrait être appliquée pour générer plus de données nécessaires à la modélisation afin d’améliorer l’estimation des dépôts atmosphériques.
    • La validation et l’utilisation de modèles météorologiques et de l’imagerie satellitaire pour déterminer l’abondance des précipitations dans le bassin.
    • La production de rapports sur les émissions des différents procédés, y compris les bassins de résidus.
    • La détermination des paramètres physico-chimiques appropriés pour les espèces chimiques pour lesquelles ils ne sont pas disponibles.
    • La modélisation du transport et des dépôts (p. ex., systèmes unifiés de modélisation régionale de la qualité de l’air [AURAMS]).

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Annexe B

Paramètres de la qualité de l’eau

  • Variables classique
    • Coleur
    • Carbone organique dissous
    • pH
    • Conductivité spécifique
    • Alcalinité total
    • Matières dissoutes totales
    • Dureté totale
    • Carbone organique total
    • Matières totales en suspension
  • Ions majeurs
    • Bicarbonate
    • Calcium
    • Carbonates
    • Chlorures
    • Magnésium
    • Potassium
    • Sodium
    • Sulfates
    • Sulfures
  • Substances nutritives
    • Nitrates et nitrites
    • Azote ammoniacal
    • Azote Kjeldahl total
    • Phosphore total
    • Phosphore dissous
  • Matières organiques
    • Acides organiques (naphténiques) totaux
    • Composants phénoliques totaux
    • Hydrocarbures récupérables totaux
  • Métaux totaux, dissous et espèces chimiques
    • Aluminum (Al)
    • Antimoine (Sb)
    • Arsenic (As)
    • Baryum (Ba)
    • Béryllium (Be)
    • Bismuth (Bi)
    • Bore (B)
    • Cadmium (Cd)
    • Calcium (Ca)
    • Chlore (Cl)
    • Chrome (Cr)
    • Cobalt (Co)
    • Cuivre (Cu)
    • Fer (Fe)
    • Plomb (Pb)
    • Lithium (Li)
    • Manganèse (Mn)
    • Mercure (Hg)*
    • Molybdène (Mo)
    • Nickel (Ni)
    • Sélénium (se)
    • Argent (Ag)
    • Strontium (Sr)
    • Thallium (Tl)
    • Thorium (Th)
    • Étain (Sn)
    • Titane (Ti)
    • Uranium (U)
    • Vanadium (V)
    • Zinc (Zn)
  • Hydrocarbures aromatiques polycycliques ciblés
    • Acénaphtylène
    • Anthracène
    • Benzo[a]anthracène/chrysène
    • Benzo[b, k]fluoranthène
    • Benzo[a]pyrène
    • Benzo[ghi]pérylène
    • Biphényle
    • Dibenzo[a,h]anthracène
    • Dibenzothiophène
    • Fluroanthène
    • Fluorène
    • Indéno[1,2,3-cd]pyrène
    • Naphthalène
    • Phénanthrène
    • Pyrène
  • Hydrocarbures aromatiques polycycliques alkylés
    • Acénaphtène substitué en C1
    • Benzo[a]anthracène/chrysène substitué en C1
    • Benzo[a]anthracène/chrysène substitué en C2
    • Biphényle substitué en C1
    • Biphényle substitué en C2
    • Benzo[b, k]fluoranthène/méthyle benzo[a]pyrène substitué en C1
    • Benzo[b, k]fluoranthène/benzo[a]pyrène substitué en C2
    • Dibenzothiophène substitué en C1
    • Dibenzothiophène substitué en C2
    • Dibenzothiophène substitué en C3
    • Dibenzothiophène substitué en C4
    • Fluroanthène/pyrène substitué en C1
    • Fluorène substitué en C1
    • Fluorène substitué en C2
    • Naphthalènes substitués en C1
    • Naphthalènes substitués en C2
    • Naphthalènes substitués en C3
    • Naphthalènes substitués en C4
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C1
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C2
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C3
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C4
    • 1-Méthyl-7-isopropyl-phénanthrène (Retene)

* Depuis 2002, le mercure total (Hg) peut être mesuré en ultra-traces (c’est-à-dire que les limites de détection des méthodes sont maintenant de 0,000 012 mg/l, ou 1,2 μg/l).

Paramètres de la qualité des sédiments

  • Variables physiques
    • Pourcentage de sable
    • Pourcentage de limon
    • Pourcentage d'argile
    • Humidité
  • Teneur en carbone
    • Carbone inorganique total
    • Carbone organique total
    • Carbone total
  • Métaux totaux et espèces chimiques
    • Aluminum
    • Arsenic
    • Baryum
    • Béryllium
    • Bore
    • Cadmium
    • Calcium
    • Chrome
    • Cobalt
    • Fer
    • Plomb
    • Magnésium
    • Manganèse
    • Mercure
    • Molybdène
    • Nickel
    • Potassium
    • Sélénium
    • Argent
    • Sodium
    • Strontium
    • Uranium
    • Vanadium
    • Zinc
  • Substances organiques
    • Hydrocarbures de niveau 1 du ministère de l'Environnement de l'Alberta*
    • Hydrocarbures récupérables totaux*
    • Hydrocarbures volatils totaux (C5-C10)*
    • Hydrocarbures extractibles totaux (C11-C30)*
    • Hydrocarbures totaux des quatre fractions du CCME : *
    • BTEX (benzène, toluène, éthylène, xylène)*
    • Fraction 1 (C6-C10)*
    • Fraction 2 (C10-C16)*
    • Fraction 3 (C16-C34)*
    • Fraction 4 (C34-C50)*
  • Hydrocarbures aromatiques polycycliques apparentés
    • Acénaphthène
    • Acénaphthylène
    • Anthracène
    • Benzo[a]anthracène/chrysène
    • Benzo[a]pyrène
    • Benzofluoranthènes
    • Benzo[ghi]pérylène
    • Biphényle
    • Dibenzo[a,h]anthracène
    • Dibenzothiophène
    • Fluoranthène
    • Fluorène
    • Indéno[1,2,3-cd]pyrène
    • Naphthalène
    • Phénanthrène
    • Pyrène
  • Hydrocarbures aromatiques polycycliques alkylés
    • Acénaphtène substitué en C1
    • Benzo[a]anthracène/chrysène substitué en C1
    • Benzo[a]anthracène/chrysène substitué en C2
    • Biphényle substitué en C1
    • Biphényle substitué en C2
    • Benzofluoranthène/méthyle benzo[a]pyrène substitué en C1
    • Benzofluoranthène/benzo[a]pyrène substitué en C2
    • Dibenzothiophène substitué en C1
    • Dibenzothiophène substitué en C2
    • Dibenzothiophène substitué en C3
    • Dibenzothiophène substitué en C4
    • Fluroanthène/pyrène substitué en C1
    • Fluroanthène/pyrène substitué en C2
    • Fluroanthène/pyrène substitué en C3
    • Fluorène substitué en C1
    • Fluorène substitué en C2
    • Fluorène substitué en C3
    • Naphthalènes substitués en C1
    • Naphthalènes substitués en C2
    • Naphthalènes substitués en C3
    • Naphthalènes substitués en C4
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C1
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C2
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C3
    • Phénanthrène/anthracène substitué en C4
    • 1-Méthyl-7-isopropyl-phénanthrène (Retene)

* Le test des quatre fractions du CCME a été ajouté en 2004; les paramètres de niveau 1 du ministère de l’Environnement de l’Alberta (c’est-à-dire les hydrocarbures récupérables totaux, les hydrocarbures volatils totaux et les hydrocarbures extractibles totaux) ont été éliminés en 2005.
**Le test d’une durée de dix jours réalisé avec le L. variegatus a été éliminé en 2004.

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Annexe C

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Table 6. Sommaire des programmes et stations actuels de surveillance atmosphérique dans la région des sables bitumineux

Cliquez ici pour voir le tableau.

Les fréquences d’échantillonnage pour tous les échantillonneurs sont :

Composés aromatiques polycycliques (CAP) et métaux – Échantillon intégré sur 24 h, de minuit à minuit, un jour sur six.
Échantillons de précipitations – Échantillons mensuels, en fonction des événements.
Appareils de mesure de la WBEA – Fréquence horaire
Sites météorologiques – Fréquence horaire
Échantillonneurs passifs (CAP à l’état gazeux + WBEA) : Fréquence mensuelle ou bimensuelle selon le calendrier de travail de l’hélicoptère et les conditions météorologiques.