SPARROW, pour SPAtially Referenced Regression On Watershed attributes (Modèle de régression par coordonnées spatiales appliquées aux bassins hydrographiques) est un modèle d’étude des bassins versants qui permet de recouper les tendances constatées en matière de qualité de l’eau, d’activités humaines et de processus naturels. S’appuyant sur des données de surveillance existantes, SPARROW analyse la qualité de l’eau des ruisseaux, des rivières et des lacs en fonction de l’emplacement et de l’intensité relative des sources de contaminants, du relief et de facteurs environnementaux. Autrement dit, les modèles SPARROW peuvent, par modélisation, suivre le parcours des contaminants et des nutriments qui passent des bassins versants pour aboutir, en aval, dans des plans d’eau conséquents.
On peut ainsi se faire une idée des causes et des effets des problèmes environnementaux complexes qui grèvent la qualité de l’eau. Par exemple, dans les bassins transfrontaliers, on constate une charge excessive en éléments nutritifs. Les pratiques d’exploitation des sols et les activités humaines, comme l’agriculture et le rejet d’eaux usées, augmentent les quantités totales d’azote (N) et de phosphore (P) qui pénètrent dans les eaux avoisinantes. Ce sont là deux éléments que les modèles SPARROW peuvent suivre durant le transport de ces nutriments, jusqu’à leur dépôt dans des lacs ou des réservoirs récepteurs.
Il faut dire que ces nutriments peuvent devenir un problème de taille pour la qualité de l’eau. Une charge excessive d’éléments nutritifs peut causer une prolifération d’algues éventuellement toxiques pour les humains et pour la faune, elle risque d’augmenter les coûts de traitement de l’eau potable et de limiter les activités récréatives. Un apport excessif en éléments nutritifs peut également provoquer l’eutrophisation des cours d’eau en aval, par privation d’oxygène, et mettre dès lors en danger les poissons et les écosystèmes aquatiques. Au nombre des lacs devenus eutrophes en raison d’une charge excessive d’éléments nutritifs provenant des deux côtés de la frontière, mentionnons : le lac Champlain et la baie Missisquoi (CMI, 2012a), le lac Érié (CMI, 2014a), le lac des Bois (Clarke et Sellers, 2014) et le lac Winnipeg (Environnement Canada et Gestion des ressources hydriques Manitoba, 2011).
Les problèmes de qualité de l’eau sont lourds de conséquences et sont particulièrement pertinents pour la CMI. Le Traité des eaux limitrophes, qui a créé la CMI en 1909, énonce les principes que le Canada et les États-Unis doivent suivre dans l’utilisation des eaux qu’ils partagent. Dans un texte très en avance sur son temps, le traité précise que les eaux ne doivent pas être polluées d’un côté ou de l’autre de la frontière au détriment de la santé ou des biens de l’autre côté. Cela s’applique à l’ensemble des réseaux hydrographiques limitrophes ainsi qu’aux nombreux conseils de la CMI, y compris à ceux de la rivière Rouge, de la rivière Souris et du lac à la Pluie, qui ont inclus des dispositions sur la qualité de l’eau dans leurs directives. De plus, depuis le début des années 1970, le Canada et les États-Unis se sont donné comme objectif, dans l’Accord relatif à la qualité de l’eau dans les Grands Lacs, de rétablir et de maintenir l’intégrité physique, chimique et biologique de ces plans d’eau. Pour tendre dans le sens de ces objectifs et essayer de régler les problèmes de qualité de l’eau dans l’ensemble des eaux transfrontalières, il faut mettre en œuvre des stratégies de réduction des éléments nutritifs. Ces stratégies exigent de posséder une connaissance des lieux où la qualité de l’eau fait problème, ainsi que de la provenance et l’aboutissement des éléments nutritifs dans le bassin versant. La modélisation rendue possible grâce à des applications comme SPARROW, permet de répondre à ces questions.
On juge normalement de la santé d’une eau en surveillant sa qualité par des échantillonnages et des analyses ainsi que par l’étude de l’état du plan d’eau (comme un ruisseau, un lac, une rivière ou un estuaire). On évalue ainsi les caractéristiques physiques, chimiques et biologiques du plan d’eau en lien avec la santé humaine, les conditions écologiques et les utilisations désignées du plan d’eau (US Environmental Protection Agency). Intervient ensuite la modélisation qui est un outil d’interprétation des observations. Par exemple, la modélisation des données géographiques permet de simuler des régimes hydrographiques à partir de relations statistiques et de processus physiques représentés dans le modèle, en sorte de dresser un portrait plus complet des problèmes de qualité de l’eau dans un bassin hydrographique donné. Ces résultats peuvent être chargées dans un logiciel SIG. L’intégration de la surveillance et de la modélisation est essentielle pour nous permettre de comprendre et de gérer la qualité de l’eau à grande échelle, maintenant et dans l’avenir.
Les résultats de la modélisation SPARROW peuvent aider à :
- déterminer comment réduire les charges de contaminants et à élaborer des stratégies de protection;
- concevoir des stratégies pour répondre aux exigences réglementaires;
- prévoir les changements de la qualité de l’eau qui pourraient découler des mesures de gestion;
- cerner les lacunes et les priorités en matière de surveillance.
Les modèles SPARROW produisent une représentation spatiale de la charge et des flux totaux d’éléments nutritifs, ventilés par bassin versant. En outre, le modèle peut produire une ventilation des différentes sources de nutriments, allant des activités humaines et des pratiques d’exploitation des sols aux sources environnementales, dont l’activité agricole, les dépôts atmosphériques et plus encore.
On peut prêter vie à ces données grâce à des cartes interactives qui, combinées à des graphiques représentant les sources de nutriments, illustrent les relations entre la progression des contaminants, les activités humaines et les processus naturels. Les mêmes cartes interactives sont aussi des points d’aboutissement des données et des résultats du modèle SPARROW.
