De nouvelles techniques de modélisation jettent un éclairage nouveau sur les sources de phosphore de la Rivière Rouge

Une étude récemment publiée, reposant sur une approche de modélisation mise au point par la CMI pour les bassins transfrontaliers, recense les sources de pollution par les nutriments et leur contribution dans le bassin de la Rivière Rouge, lequel couvre des parties du Manitoba, du Dakota du Nord, du Dakota du Sud et du Minnesota.

L’approche de modélisation SPARROW avait déjà été appliquée au bassin des rivières Rouge et Assiniboine dans les années 2010. Cette approche avait été mise au point dans le cadre de partenariats de la CMI en collaboration avec plusieurs organismes fédéraux et provinciaux, notamment l’US Geological Survey, Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) et le Conseil national de recherches du Canada. Une autre étude publiée en 2016 décompose le réseau en sous-bassins versants plus petits et fait appel à des données harmonisées provenant des deux pays afin de repérer les zones où la quantité de nutriments (en particulier le phosphore et l’azote) s’écoulant dans l’ensemble du réseau était la plus importante. 

Pour étalonner le modèle, les chercheurs l’ont ajusté de manière à ce qu’il corresponde au mieux aux charges observées, et qu’il identifie ainsi les sources statistiquement significatives de ruissellement des nutriments. Cette approche présentait toutefois des limites, car elle ne permettait pas de quantifier les résultats spécifiques aux stations d’épuration des eaux usées ni leur influence sur les niveaux de nutriments dans la rivière Rouge et le lac Winnipeg. Les chercheurs ont donc dû formuler une hypothèse fondée au sujet de la quantité de nutriments qui s’écoule dans les cours d’eau à partir des rejets des stations d’épuration. En 2015, la CMI a publié un rapport technique (en anglais seulement) sur ces travaux expliquant comment les ensembles de données transfrontaliers et multijuridictionnels sont rassemblés et harmonisés. 

Cette nouvelle étude (en anglais seulement), publiée dans la revue npj Clean Water, a repris l’approche du modèle SPARROW, mais a modifié l’étalonnage des modèles. Les chercheurs ont eu recours à ce que l’on appelle une approche « bayésienne », suivant laquelle les facteurs inconnus sont traités comme des probabilités mises à jour à mesure que de nouvelles informations deviennent disponibles. Ce processus exige plus de temps de calcul, mais il peut s’avérer utile dans des situations telles que les problèmes de ruissellement des nutriments de la Rivière Rouge. C’est la première fois qu’une approche bayésienne était appliquée au modèle SPARROW dans le cas d’un bassin versant binational. Dans le cadre de ce processus, la nouvelle équipe de chercheurs, en collaboration avec des membres de l’équipe initiale, a appliqué le modèle SPARROW à plusieurs scénarios et les a comparés aux observations ainsi qu’aux résultats de l’étude initiale. 

À la faveur des quatre scénarios clés, les chercheurs ont constaté qu’environ 54 à 62 % du phosphore total se déversant dans le lac Winnipeg depuis le bassin drainant la Rivière Rouge provenaient de sources américaines, une proportion légèrement inférieure à la contribution de 62 % estimée dans l’étude initiale. L’agriculture constituait la principale source de phosphore, avec 62 et 72 % des charges totales; cette part se répartissait entre les engrais (49 à 65 %) et le lisier (8 à 16 %), la proportion provenant des États-Unis étant légèrement supérieure à celle su Canada. La contribution des stations d’épuration a été estimée entre 12 et 15 %, la majeure partie provenant du Canada et de la ville de Winnipeg. Le reste des charges en polluants phosphorés modélisées provenait des cours d’eau.

Grâce à l’approche SPARROW, les chercheurs ont également pu identifier les zones où les apports de phosphore dans le bassin drainant sont les plus élevés. Il s’agit notamment des sous-sous-bassins versants des cours inférieurs de la rivière Rouge et de la rivière Rat au Canada, ainsi que des zones du cours supérieur de la rivière Rouge, de Western Wild Rice et de Buffalo aux États-Unis. Dans tous les cas, il s’agit de zones à forte activité agricole, et ces informations peuvent contribuer à des efforts ciblés de réduction des apports en nutriments.

Ce projet a été financé par ECCC dans le cadre de son Plan d’action pour l’eau douce du lac Winnipeg.