Mieux estimer la cinétique de disparition naturelle des bactéries en rivière

Towards a better estimation of bacterial concentration natural decay in rivers

É. DE TREDERN, J.-M. MOUCHEL, S. GUÉRIN, V. ROCHER

Les acteurs impliqués dans le suivi des sites de baignade en rivière sont peu équipés d’outils permettant d’estimer l’évolution de la qualité bactériologique de l’eau. L’objectif de ce travail est de décrire quantitativement les principaux mécanismes naturels impliqués dans la dynamique de la concentration en Escherichia coli en Seine et en Marne. Dans un premier temps, ces mécanismes de décroissance et l’ordre de grandeur des constantes temporelles correspondantes estimé sur la base d’expérimentations précédemment réalisées en laboratoire sont discutés. Si la constante de décroissance mesurée à l’obscurité, due au broutage par des prédateurs et à la lyse bactérienne principalement, est estimée entre 0,01 et 0,1 h-1, la constante de décroissance liée au rayonnement solaire, qui provoque inactivation et mortalité bactériennes, varie de 0,01 h-1 à 0,03 h-1 selon la profondeur de l’eau, la température et le mois. Par ailleurs, l’étude inédite de jeux de données estivaux collectés en Seine sur plusieurs années a permis d’estimer les constantes de décroissance bactérienne observées in situ, et combinant l’ensemble des processus de décroissance. Ces constantes s’étalent de 0,01 h-1 à environ 0,2 h-1. Les résultats de modèles simplifiés sont donc cohérents avec les données observées in situ. Enfin, des abaques de la dynamique attendue selon différents paramètres biologiques et physiques sont proposés.

Actors involved in river swimming sites monitoring lack tools to estimate the evolution of water bacteriological quality. The objective of our work is to quantitatively describe the main natural mechanisms involved in Escherichia coli concentration dynamics in the Seine and Marne rivers. First, the main decay mechanisms and the order of magnitude of the corresponding time constants estimated based on published laboratory experiments are discussed. While the decay rate measured in the dark and due to predator grazing and bacterial lysis ranges from 0.01 to 0.1 h-1, the decay rate due to solar irradiation, which provokes bacterial inactivation and death, varies from 0.01 h-1 to 0.03 h-1 depending on water depth, temperature and month. Furthermore, the study of summer datasets collected in the Seine River over several years allowed estimating in situ bacterial decay rates that combine all processes involved in bacterial decay. These decay rates range from 0.01 h-1 to approximately 0.2 h-1. Results of simplified models are therefore consistent with in situ data. Finally, expected dynamics according to different biological and physical parameters are proposed.

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Mieux estimer la cinétique de disparition naturelle des bactéries en rivière

Dans un contexte urbain, la présence des bactéries fécales dans le milieu naturel s’explique par les apports d’eaux usées et de ruissellement. Une fois introduite dans le milieu naturel, leur croissance, notamment celle d’Escherichia coli (E. coli ), est considérée comme nulle, dans un milieu froid et peu concentré en nutriments relativement aux intestins. En revanche, la concentration en E. coli décroît naturellement sous l’effet de différents mécanismes : le broutage par des protozoaires, la lyse, la sédimentation, l’inactivation par la lumière principalement. À la marge, cette concentration est susceptible d’augmenter par la remise en suspension des sédiments et des bactéries qui y sont liées.

De nombreux travaux scientifiques réalisés sur les cours d’eau franciliens, en particulier dans le cadre des programmes de recherche MeSeine Innovation et PIRENSeine, ont apporté des clés de compréhension et ordres de grandeur de la décroissance bactérienne naturelle, alimentant des modèles mathématiques de simulation de la qualité de la rivière utilisés à des fins de dimensionnement des équipements du système d’assainis – sement [POULIN et al., 2013 ; MOUCHEL et al., 2024]. Les phénomènes de sédimentation – remise en suspension ont été décrits comme mineurs dans le contexte de la traversée de Paris en raison du brassage de la colonne d’eau par la navigation [MOUCHEL et al., 2024]. Bien qu’il s’agisse d’une approximation, nous ferons donc l’hypothèse que ces phénomènes sont négligeables et ne discuterons donc ici que des phénomènes de décroissance liés au broutage et à l’inactivation par la lumière. On notera que, pour les cours d’eau de moindre envergure, la sédimentation ne peut être négligée, et les constantes de disparition apparentes observées sont plus élevées : de l’ordre de 0,3 h-1 pour des petits cours d’eau normands par exemple [LAFFORGUE et al., 2017].

Mots clés : Bactéries indicatrices fécales, Baignade, Décroissance bactérienne, Escherichia coli, Rivière