D’où vient le phosphore dans le
lac Champlain?


Il existe de nombreuses sources de phosphore et autres nutriments entrant dans le lac Champlain. Pour chaque kilomètre carré de surface du lac, il y a près de 30 kilomètres carrés de superficie de terres dans le bassin hydrographique qui s’écoulent vers le lac. Les activités forestières, urbaines et agricoles contribuent à l’apport de nutriments et autres polluants vers le lac. Alors que les affluents déversent la plus grande charge de nutriments provenant de la partie supérieure du bassin dans le lac, les propriétés situées sur les rives du lac peuvent avoir aussi une influence directe sur la qualité de l’eau.

flooding on cultivated land

Photo: LCBP

river flow and total phosphorus load graphic

Figure 4 | Charge totale de phosphore vers le lac Champlain selon les débits des rivières.

Le ratio du bassin versant ou de l’aire de drainage par rapport à la surface du lac est de 28.8 :1 (kilomètres). Avec un ratio si élevé et un apport important d’eau provenant du bassin hydrographique, le défi de contrôler la pollution diffuse provenant des affluents des terres avoisinantes est encore plus complexe. Pour fins de comparaison, les grands lacs entre les États Unis et le Canada offrent un ratio entre 1.5:1 – 3.4:1. En effet, les Grands Lacs dans le Midwest des États-Unis et le Canada sont beaucoup plus grands que le lac Champlain, mais leurs ratios sont plus petits (entre 1,5: 1 et 3,4: 1). Par conséquent, hectare pour hectare, les bassins versants de ces lacs ont un impact beaucoup plus faible sur la qualité de l’eau et ils ont, proportionnellement, des superficies beaucoup plus petites à gérer.

La charge de nutriments et la pollution qui entrent dans le lac Champlain de l’ensemble des ses tributaires et points d'eau de son bassin versant par ruissellement appelée pollution diffuse, les rejets des installations de traitement des eaux usées et autres sources directs appelées pollution ponctuelle sont décrites à la Figure 4.

Charges provenant des tributaires
Les tributaires du lac Champlain reconstituent sans cesse l'approvisionnement en eau du lac. Ces tributaires délivrent également des polluants, y compris des surplus de phosphore, d'azote et d'autres nutriments et substances toxiques qui sont entraînés vers le lac. Cependant, les apports de ces affluents sont variables et différents, certains affluents délivrent sensiblement plus de polluants que d'autres. La charge annuel de phosphore total est estimé à 921 tonnes métriques (2,03 millions de livres). Les agences gouvernementales de trois juridictions du bassin versant ont ciblés les zones à problèmes depuis des décennies, avec un certain succès.

changes in tributary total phosphorus loading graphic

Figure 5 | Variation des charges totales de phosphore des affluents de 1990 à 2012.

Une étude récente du l'US Geological Survey a démontré que les efforts d’assainissement commencent à montrer des effets positifs (figure 5). Plus particulièrement, la pollution de la rivière LaPlatte au Vermont a diminué suite à une réduction des sources diffuses et à l’amélioration des usines de traitement des eaux usées. D’autres tributaires ont réduit la quantité de phosphore vers le lac au cours des dix à vingt dernières années soit la Little Ausable, Putnam et les rivières Mettawee dans l’État de New York, les rivières Otter, Missisquoi et Winooski au Vermont et la rivière aux Brochets au Québec (1979-2013).

Bien que les charges de pollution de phosphore provenant des tributaires, comme la rivière Missisquoi, ont été quelque peu réduite, elles continuent à être beaucoup plus élevées que leurs objectifs ciblés, malgré des années d'efforts concentrés des agences gouvernementales de gestion des ressources et des groupes de bassins versants locaux pour enrayer cette pollution. Dans certains tributaires, des décennies seront nécessaire avant de pouvoir observer des réductions mesurables dans les charges de pollution et ce malgré les meilleures pratiques de gestion qui peuvent être utilisées aujourd'hui et planifiées dans l'avenir.

Web extra logo

 

En réponse au problème de l’excès de phosphore et de la prolifération d’algues dans la baie de Missisquoi, le Vermont et la province du Québec ont entériné une entente sur la réduction de phosphore dans la baie en 2002. Cette entente réaffirmait que la concentration totale de phosphore dans la baie ne devrait pas être supérieur à 25 μg/l et mentionnait que l’apport de phosphore par ses tributaires ne doit pas dépasser plus de 97.2 tonnes métriques par année (tm/an). Cet objectif fut approuvé et divisé entre le Vermont et le Québec suivant un ratio de 60:40%, soit 58.3 tm/an pour le Vermont et 38.9 tm/an pour le Québec. L’allocation du Vermont pour la baie de Missisquoi fut incorporée dans le TMDL de 2002 concernant le phosphore dans le lac Champlain et sera incluse dans la nouvelle proposition du TMDL à venir.

Charge provenant de l'environnement bâti
Les terres développées peuvent être une source importante de nutriments et autres polluants vers le lac. L’environnement bâti est composé de larges surfaces imperméables comme le toit des bâtiments ou les terrains de stationnement qui empêche les eaux pluviales de s’infiltrer dans le sol. De multiples intenses précipitations accroissent l’érosion des sols et des berges créant des sédiments en aval se déversant dans le lac. Les fortes tempêtes et pluies torrentielles peuvent aussi créer de sévères inondations causant d’importants dommages aux propriétés publiques et privées comme la tempête tropicale Irène de 2011. Des investissements pour de meilleures routes plus résilientes, ponceaux et infrastructures « vertes » pourraient aider à réduire ces eaux pluviales et accroître le volume d’eau pouvant pénétrer dans le sol réduisant et ralentissant ainsi le ruissellement vers les tributaires et le lac Champlain.

Près de 16%, soit 147 tonnes métriques ou 323,610 livres de phosphore se retrouve dans le lac Champlain à chaque année provenant de l’environnement bâti de son bassin versant. Cet apport de phosphore provient de sources diffuses soit des terrains de stationnement, des toits de bâtiments ou pelouses publiques et privées. Sur les 147 tonnes métriques, 76.2% proviennent du Vermont contre 19.0% pour New York et juste 4.8% pour la province du Québec.

phosphorus load from waste water treatment facilities graphic

Figure 6 | L'apport de phosphore provenant des installations de traitement des eaux usées de 1975 à 2010.

La pollution de l’eau par le phosphore provenant des installations de traitement des eaux usées ne représente qu’une fraction minime soit 4% de l’apport total de phosphore vers le lac Champlain. L’apport total provenant de cette source pour les trois juridictions – États de New York et Vermont et province du Québec – a été respecté et s’est même retrouvé sous les limites ciblées depuis 2004 (Figure 6). Les réglementations bannissant le phosphore des détergents ont grandement aidées à la réduction de cet élément dans les usines de traitement, réduisant ainsi la possibilité d’apport dans les eaux du lac.

Web extra logo

 

Il existe 98* usines de traitement des eaux usées opérant avec permis émis par le National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) et par le MDDELCC dans le basin versant du lac Champlain. Ces usines sont sous la gestion de municipalités ou entreprises privées mais elles nécessitent tous un permis du NPDES ou du MDDELCC au Québec. D’après des données collectées par le LCBP en 2012, 9 de ces usines sont à 5 ans de la fin de leur permis officiel alors que 10 autres opèrent au-delà de leur durée.**

Les permis émis par le NPDES et le MDDELCC fixent les niveaux admissibles de phosphore pour chaque facilité. Aux États-Unis, le NPDES définie la charge quotidienne maximale totale (TMDL) ciblée pour le lac Champlain. Le TMDL correspond à la quantité totale d’un polluant qu’une masse d’eau peut recevoir tout en respectant les normes de qualité de l’eau. Au Québec, une approche similaire est faite basée sur la capacité du milieu réceptif. Dans le basin du lac Champlain aux US, 6 usines de traitement des eaux usées opèrent au-delà des normes décrites dans leur permis. Ces usines, pour la plupart sous contrôle municipal, reconnaissent qu’il est difficile de rénover et moderniser leurs opérations lorsque les exigences deviennent plus strictes. De ce fait, ce problème se retrouve sur la liste des préoccupations du public général.

* La carte représentant le basin du lac Champlain et ses usines de traitement des eaux usées repère 98 usines dont 59 situées dans l’État du Vermont.

** Plusieurs opérateurs d’usine de traitement des eaux usées estiment que la durée de vie d’un permis est relative et qu’avec de nouveaux investissements en capital et un entretien continu, ils peuvent opérer de façon efficace au-delà de la date limite.

phosphorus loading by land use graphic

Figure 7 | L'apport de phosphore selon l'utilisation du territoires

L’apport provenant de la pression agricole
L’agriculture représente une partie importante de l’identité de la région du lac Champlain mais elle a aussi un impact significatif sur la qualité de l’eau du lac. Plusieurs pratiques agricoles, conventionnelles et biologiques, requièrent l’utilisation de fertilisants afin d’augmenter la productivité des cultures. De plus, l’élevage d’animaux produit beaucoup de fumier que les agricultures doivent disposer ou utiliser soigneusement. L’écoulement provenant des cours d’exercise, l’accès aux cours d’eau par les animaux et les zones de confinement des animaux peuvent affecter de façon excessive les cours d’eau à proximité. L’épandage du fumier par les agriculteurs, bien que nécessaire aux besoins des cultures, voit une partie de ses éléments nutritifs ruisselés vers les cours d’eau.

La pollution par le phosphore provenant des activités agricoles est estimée à 352 tonnes métriques ou 775,610 livres par année, soit 38% du total rejeté dans le lac Champlain. De ce chiffre, 73.6% ou 259 tonnes métriques proviennent des activités agricoles du Vermont contre 13.4% ou 46 tonnes métriques pour l’état de New York et 13.0% ou 45 tonnes métriques pour la province du Québec.

L’apport provenant de l’érosion des bandes riveraines
De récentes recherches démontrent que l’érosion des berges des cours d‘eau représente plus de 18%, soit 165 tonnes métriques ou 365,000 livres de l’apport total de phosphore dans le lac Champlain. Au Vermont, 20% du l’apport de phosphore provient de l’érosion des berges, alors qu’au Québec on estime l’apport à 24%. Pour l’État de New York, l’apport n’est que de 9% probablement à cause de sa plus grande superficie forestière qui protège mieux les bandes riveraines. Cet apport de phosphore est différent du phosphore déjà contenu dans l’eau par ruissellement. L'estimé de la contribution de la bande riveraine est séparé du phosphore qui est déjà dans le cours d'eau suite à l'érosion du sol. Une érosion significative des bandes riveraines se produit le plus souvent lorsque les berges de cours d'eau ou les superficies adjacentes sont altérés par une activité comme la construction d'un ponceau pour une route, la culture des superficies agricoles à proximité des cours d’eau ou toute perturbation qui détruit la bande végétative ligneuse.

Une bande riveraine qui est dépourvue de plantes ligneuses vigoureuses peut être très sensible à l'érosion, surtout en période d'inondation. Lorsque la bande riveraine s’érode et que des sédiments tombent dans l’eau, le comportement des débits vers le lac provoque encore plus d’activité érosive qui en retour déclenche l’apport de nouveau sédiments dans les eaux se déversant dans le lac. Les bandes riveraines effondrées des champs agricoles sont riches en éléments nutritifs à cause de leur proximité aux superficies en culture et fertilisées. Les conditions vulnérables déjà présentes dans les vallées et plaines du bassin sont dues à l’intensité des pratiques agricoles du passé et contemporaine ainsi qu’au type de cultures.