Études spéciales 2017-2018
Q 1 : Dans quel but le Ministère a-t-il mené des études sur le phosphore en 2017 et 2018?
En plus des contrôles de la qualité des résultats d’analyse habituellement effectués, le Ministère a entrepris une évaluation des causes possibles des basses valeurs de phosphore observées, particulièrement en 2016. C’est dans ce contexte que des études spéciales ont été réalisées en 2017 et 2018. Ces études avaient pour but de clarifier si certains aspects de la procédure et de la méthode analytique utilisée par le Ministère pouvaient influencer les résultats et, le cas échéant, de quelle manière ils l’influençaient.
Q 2 : Quelles études sur le phosphore le Ministère a-t-il menées en 2017 et 2018?
Les études menées en 2017 portaient sur :
- La technique utilisée lors du prélèvement d’eau dans le lac;
- Le type de bouteille utilisée pour conserver les échantillons;
- La procédure d’extraction du phosphore contenu dans les échantillons. Cette étape consiste à transformer tout le phosphore présent dans l’échantillon en phosphore mesurable lors de l’analyse;
- La quantité de réactif chimique utilisée à l’étape de l’extraction;
- Le délai de conservation des échantillons.
Pour en savoir plus :
Q 2.1 : En quoi consistaient précisément les études menées en 2017?
Une étude spéciale menée sur quinze lacs du RSVL a consisté à :
- Comparer trois types de bouteilles utilisées pour le prélèvement de l’eau;
-
Comparer deux procédures de conservation des échantillons d’eau et d’extraction du phosphore, soit :
- L’utilisation d’une bouteille de plastique de 50 millilitres (ml) conformément au protocole du RSVL, avec sous-prélèvement d’un volume de 8 ml pour l’extraction du phosphore;
- L’utilisation d’une bouteille de verre de 50 ml, avec l’extraction du phosphore sur le volume total d’échantillon conservé dans la même bouteille;
- Comparer la performance de trois concentrations de réactif pour l’extraction du phosphore;
- Examiner le délai de conservation des prélèvements et vérifier la stabilité des résultats sur une période de 105 jours dans l’eau d’un des 15 lacs à l'étude.
En outre, des bouteilles de verre ont été ajoutées dans trois autres programmes de suivi pour compléter la comparaison entre les deux procédures de conservation et d’extraction du phosphore, soit :
- Le programme RSVL (un peu plus de 230 lacs);
- Le suivi du lac Memphrémagog (effectué dans le cadre de l’entente Québec-Vermont);
- L’étude du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) sur l’état des lacs au Canada (37 autres lacs du RSVL).
Les études menées en 2018 portaient sur :
- L’effet du type de bouteille (plastique ou verre) et du volume d’échantillon utilisé à l’étape de l’extraction du phosphore et leur importance respective sur les résultats;
- La quantité de réactif chimique utilisée à l’étape de l’extraction;
- La stabilité des échantillons dans le temps et le délai de conservation;
- La longueur d’onde utilisée pour mesurer la quantité de phosphore;
- L’influence de l’acidification de l’échantillon sur l’homogénéité du contenu et, par conséquent, sur la variabilité des résultats de phosphore;
- La présence d‘interférences chimiques, dans l’eau de certains lacs, susceptibles d’influencer la performance de la méthode analytique.
Dans un esprit d’amélioration continue de la performance analytique et à des fins de comparaison, les 1 242 échantillons prélevés dans le cadre du RSVL en 2018 ont été analysés selon trois méthodes :
- Avec les anciennes procédures de la méthode colorimétrique;
- Avec les procédures améliorées de la méthode colorimétrique;
- Avec une troisième méthode, la spectrométrie de masse à plasma en tandem à couplage inductif (ICP-MS/MS), qui repose sur des principes complètement différents de la méthode colorimétrique.
Pour en savoir plus :
Q 2.2 : En quoi consistaient précisément les études menées en 2018?
- Analyser le phosphore dans 90 échantillons en utilisant des contenants de plastique de 50 ml avec ou sans acide, des contenants de verre de 50 ml avec ou sans acide et des contenants de verre de 125 ml avec acide. Pour chacun de ces cinq cas types, procéder à la digestion d’un sous-échantillon de 8 ml aux fins de l’analyse et procéder à la digestion du volume complet de l’échantillon (50 ml) avant le sous-prélèvement d’un volume de 8 ml aux fins de l’analyse.
- Poursuivre la comparaison de la performance de la méthode en utilisant deux concentrations de réactif (persulfate) pour l’extraction du phosphore sur un nombre suffisant d’échantillons pour confirmer les résultats préliminaires obtenus en 2017.
- Étudier la stabilité des prélèvements en vérifiant les concentrations de phosphore dans l’eau de quinze lacs conservée un maximum de 105 jours pour confirmer les résultats préliminaires obtenus en 2017.
- Comparer les résultats obtenus avec la méthode colorimétrique standard utilisée par le laboratoire en utilisant des longueurs d’onde de 880 nanomètres (nm) et de 660 nm, ainsi qu’avec la méthode par spectrométrie de masse (ICP-MS/MS). Cette étude comparative a été réalisée sur trois ensembles de données : tous les échantillons prélevés dans le cadre du RSVL en 2018 (1 242 échantillons), 60 échantillons récoltés dans 15 lacs par une équipe du MELCC et 40 échantillons provenant du lac Memphrémagog prélevés par l’organisme Memphrémagog Conservation Inc. (MCI Conservation).
- Vérifier l’effet de la décomposition du zooplancton (homogénéisation du contenu et sédimentation des particules) sur la variabilité des résultats de phosphore.
Q 3 : Quels sont les principaux résultats des études sur le phosphore menées en 2017 et 2018 par le Ministère?
Les principaux résultats des études menées en 2017 démontrent que :
- La technique d’échantillonnage utilisée dans le cadre du RSVL donne des résultats semblables à ceux obtenus au moyen des deux autres techniques testées. La technique du RSVL est donc adéquate;
- Dans le cadre de la méthode analytique en usage, l’utilisation d’une bouteille de conservation en plastique contribue à produire des résultats plus bas, et donc moins justes, que ceux obtenus lorsqu’une bouteille de verre est utilisée. Depuis 2018, une bouteille de verre remplace la bouteille de plastique;
- L’utilisation d’une partie de l’échantillon (8 ml) à l’étape de l’extraction contribue à produire des résultats plus bas que ceux obtenus lorsque l’échantillon complet (50 ml) est utilisé à cette étape. Depuis 2018, l’extraction est faite sur l’échantillon complet;
- La quantité de réactif chimique utilisée pour extraire le phosphore est adéquate. Toutefois, par mesure de sécurité, il a été décidé de doubler la quantité de réactif;
- Le délai de 60 jours recommandé dans la méthode pour la conservation des échantillons est adéquat.
Pour en savoir plus :
Q 3.1 : Quelle est la conséquence, sur les résultats de phosphore, de la différence entre les procédures?
Cette différence implique que des analyses de phosphore faites dans le cadre du RSVL sous-estiment à divers degrés la concentration réelle de phosphore dans l’eau des lacs. Cela peut expliquer en partie les baisses de phosphore mesurées dans certains lacs depuis 2009. L’évaluation de l’impact de cette sous-estimation sur les données historiques du RSVL n’est pas terminée.
Q 3.2 : Quelles sont les causes de cette différence?
Deux causes peuvent expliquer cette différence entre les résultats de phosphore obtenus en fonction des procédures utilisées.
La première est qu’une partie du phosphore qui se trouve dans l’eau adhère aux parois de la bouteille de conservation en plastique. Le phosphore qui est adsorbé sur les parois du contenant n’est pas récupéré lors du sous-prélèvement de 8 ml à l’étape de l’extraction.
La seconde cause est la présence de microorganismes qui ne sont pas répartis uniformément dans l’échantillon d’eau de 50 ml. Il s’agit de petits crustacés dont la taille est de 1 mm et moins et qui font partie du zooplancton (les animaux vivant en suspension dans l’eau). Lors du sous-prélèvement de 8 ml, il peut arriver que ces organismes ne soient pas équitablement transférés dans le volume d’eau analysée. Comme ces organismes contiennent du phosphore, une sous-estimation de la concentration de phosphore mesurée est possible.
Ces deux sources de sous-estimation de la concentration de phosphore sont évitées lorsque l’extraction du phosphore est faite directement dans une bouteille de conservation de verre et sur le volume complet d’échantillon (50 ml).
Q 3.3 : Connait-on l’importance respective de ces deux causes dans la sous-évaluation du phosphore?
Les études sur les différences entre les procédures ont montré que les deux causes de sous-évaluation sont présentes, mais à des degrés variables. Il n’a pas été possible de quantifier de façon satisfaisante le rôle exact de chaque cause dans la sous-évaluation du phosphore.
La nature des organismes présents dans l’eau, leur quantité et le délai de conservation entre le prélèvement et l’analyse en laboratoire jouent un rôle important dans la difficulté à quantifier et à isoler l’effet respectif de chaque cause. Il n’a donc pas été possible de quantifier de façon claire et constante l’effet du type de bouteille et celui du sous-prélèvement. Pour la correction des données, des analyses supplémentaires devront donc être réalisées pour tenter de clarifier cet aspect.
Les principaux résultats des études menées en 2018 permettent de faire les constats suivants :
- Il n’a pas été possible de quantifier l’effet du type de bouteille utilisée et celui du sous-prélèvement d’un volume de 8 ml à l’étape de l’extraction du phosphore. Par contre, l’effet cumulatif de ces deux facteurs sur les résultats a pu être quantifié assez précisément;
- Conformément aux résultats préliminaires obtenus en 2017, la quantité de réactif utilisée à l’étape de l’extraction et de la transformation du phosphore n’influence pas les résultats de façon significative. Les résultats obtenus dans le cadre du RSVL ne sont pas affectés par ce facteur. Toutefois, par mesure de précaution, dès 2018, la concentration de réactif utilisée à l’étape de la digestion de l’échantillon a été doublée;
- Le délai de conservation des échantillons peut atteindre 105 jours sans que le résultat de phosphore en soit affecté;
- L’utilisation de la longueur d’onde de 880 nm dans la méthode colorimétrique standard du CEAEQ a contribué à sous-estimer la concentration de phosphore mesurée dans certains lacs depuis août 2011. L’utilisation de la longueur d’onde de 660 nm offre une performance stable et des résultats comparables à ceux obtenus avec la méthode ICP-MS/MS considérée comme la méthode la plus précise actuellement. Depuis 2018, c’est la longueur d’onde de 660 nm qui est utilisée dans le cadre du RSVL pour analyser le phosphore avec la méthode colorimétrique;
- L’étude sur le zooplancton n’a pas permis de mettre en évidence un effet prépondérant du délai de conservation sur la décomposition du zooplancton et l’homogénéité du contenu des bouteilles, ce qui explique pourquoi il n’a pas été possible de quantifier et de distinguer de façon claire l’effet du type de bouteille et celui du volume du sous-prélèvement à l’étape de l’extraction (point 1);
- Les chlorures (Cl-) présents dans l’eau des lacs, qui proviennent notamment des sels de déglaçage, interfèrent dans l’analyse chimique du phosphore lorsque la longueur d’onde de 880 nm est utilisée lors de l’analyse. Cette interférence conduit à une sous-estimation de la concentration en phosphore. L’importance de la sous-estimation augmente avec la concentration en chlorures dans l’eau (point 4). L’utilisation de la longueur d’onde de 660 nm lors de l’analyse résout le problème d’interférence avec les chlorures.
Pour en savoir plus :
Q 3.4 : L’interférence des chlorures lors de l’analyse du phosphore à la longueur d’onde de 880 nm est-elle la même dans tous les lacs et est-elle constante dans le temps?
L’importance de l’interférence causée par les chlorures dépend de leur quantité dans l’eau du lac. Lorsque leur concentration est faible, l’effet de cette interférence est négligeable. Toutefois, cet effet s’amplifie rapidement lorsque la concentration en chlorures augmente. Un plateau est atteint à des concentrations plus élevées. La quantité de chlorures dans l’eau des lacs peut varier suffisamment d’une année à l’autre et d’un mois à l’autre pour qu’une variation dans l’ampleur de l’interférence soit observée.
Cela pourrait expliquer les basses concentrations anormales de phosphore mesurées dans certains lacs certaines années ou certains mois. Les lacs sous l’influence des sels de déglaçage sont susceptibles d’être plus affectés que les autres.
Q 4 : Les études menées en 2017 et 2018 par le Ministère ont-elles fourni des explications aux basses valeurs de phosphore occasionnellement mesurées?
Le principal critère utilisé pour invalider plusieurs données mesurées en 2016 a été le dépassement du délai de conservation prescrit par la méthode (60 jours). Or, les études ont montré que la stabilité des échantillons était préservée jusqu’à 105 jours. Les études ont permis au Ministère de mieux comprendre le rôle de plusieurs facteurs susceptibles de contribuer à sous-estimer les concentrations de phosphore et d’avoir une meilleure compréhension de leur impact sur les données du RSVL.
Ainsi, nous savons maintenant que trois causes expliquent la sous-estimation du phosphore :
- L’utilisation inappropriée d’une bouteille de plastique, de 2009 à 2016;
- L’utilisation d’une petite partie du prélèvement (volume de 8 ml sur les 50 ml conservés) pour l’extraction du phosphore. Ce facteur peut conduire à une sous-estimation si l’échantillon n’est pas homogène. Cette sous-estimation n’est pas constante, mais peut occasionnellement être importante. L’ensemble des données du RSVL de 2004 à 2017 sont touchées par ce facteur;
- L’interférence des chlorures à la longueur d’onde de 880 nm utilisée par le Ministère d’août 2011 à 2017.
Q 5 : Cela signifie-t-il que les données de phosphore du RSVL ne sont pas bonnes?
Les études ont mis en évidence que certaines procédures et certains équipements ont entraîné une sous-estimation du phosphore dans l’eau. Il sera possible de corriger la grande majorité des données (voir Q 10). Cependant, on ne peut pas exclure totalement la possibilité que certaines données restent moins représentatives ou soient jugées invalides.
Q 6 : La méthode utilisée par le Ministère pour mesurer le phosphore est-elle adéquate?
La méthode utilisée par le Ministère pour mesurer le phosphore total dans les lacs a été instaurée en 1999 et se basait sur la méthode d’Environnement Canada. Il s’agit d’une méthode reposant sur des standards méthodologiques reconnus en chimie analytique. Au fil des ans, le Ministère a apporté de légers changements aux procédures et à la méthode. Certains de ces changements ont mené à une diminution de la performance analytique qui n’a pu être décelée par les contrôles et les tests réalisés.
Les ajustements apportés par le Ministère en 2018 font que la méthode actuellement utilisée est plus performante et plus robuste. Les études réalisées montrent que les résultats de phosphore qu’elle fournit sont représentatifs et fiables.
Pour en savoir plus :
Bien que la méthode utilisée par le Ministère repose sur des standards méthodologiques reconnus, il peut y avoir de légères différences dans les procédures, l’équipement et le réactif utilisés d’un laboratoire à l’autre.
Les analyses faites par le Ministère dans le cadre du RSVL ont fait l’objet des changements suivants au fil des ans :
Contenant de conservation : bouteilles de verre décontaminées de 125 ml
Contenant de conservation : bouteilles de verre décontaminées de 50 ml
Contenant de conservation : bouteilles de plastique contrôlées de 60 ml
Changement de l’analyseur et de la longueur d’onde utilisée (de 660 à 880 nm) dans la méthode colorimétrique
Dépassement du délai de conservation prescrit à cause d’un bris d’équipement
Contenant de conservation : bouteille de verre contrôlée et extraction du phosphore sur le volume de 50 ml conservé dans la même bouteille (sans sous-prélèvement)
Changement de la longueur d’onde utilisée (de 880 à 660 nm) dans la méthode colorimétrique
Q 7 : Pourquoi le Ministère ne s’est-il pas rendu compte plus tôt des problèmes relatifs aux procédures d’analyse du phosphore?
Le Ministère a le souci constant de produire des résultats de qualité. Plusieurs mesures sont prises à cette fin tout au long de la chaîne de travail.
Ainsi, le laboratoire du Ministère fait l’objet d’une accréditation pour l’analyse du phosphore total. Il maintient un rigoureux programme de contrôle de qualité dans ses processus de travail internes et il est soumis à des essais de performance avec d’autres laboratoires accrédités. Au cours des années, ces différents mécanismes de contrôle n’ont fait ressortir aucun problème lié à l’analyse du phosphore. Le laboratoire du Ministère performe très bien lors de ces contrôles.
Q 8 : La communauté scientifique a-t-elle été consultée sur la problématique du phosphore?
Le Ministère est en interaction avec le Groupe de recherche interuniversitaire en limnologie (GRIL) sur cette question. Les résultats des différentes études menées par le Ministère ont été discutés avec des experts des lacs au Québec.
Le Ministère a aussi des échanges réguliers avec les responsables d’autres réseaux de suivi comparables au RSVL et avec d’autres laboratoires gouvernementaux sur les enjeux que soulève l’analyse du phosphore.
Q 9 : Les autres paramètres analysés (chlorophylle a et carbone organique dissous) dans le cadre du RSVL donnent-ils des résultats représentatifs?
Aucun problème n’a été soulevé relativement aux résultats de chlorophylle a et de carbone organique dissous. Le laboratoire du Ministère utilise les mêmes méthodes pour analyser chacun de ces paramètres depuis la création du RSVL et procède à des contrôles réguliers qui permettent d’assurer la qualité des résultats obtenus. Pour un lac donné, il peut arriver qu’une valeur de chlorophylle ou de carbone organique soit invalidée par un professionnel, mais il s’agit de cas isolés qui n’ont pas de lien avec la procédure ou la méthode analytique utilisée.
Correction des données
Q 10 : Sera-t-il possible de corriger les données historiques de phosphore de mon lac?
Il sera possible de corriger la majeure partie des données pour les trois causes de sous-estimation identifiées, soit :
- L’utilisation de la bouteille de plastique pour la conservation de l’échantillon;
- L’utilisation d’une petite partie du prélèvement (volume de 8 ml sur les 50 ml conservés) pour l’extraction du phosphore;
- L’interférence des chlorures à la longueur d’onde de 880 nm.
Pour corriger les données historiques, le Ministère a dressé un plan de travail dont la mise en œuvre a débuté en 2019. Ce plan prévoit l’acquisition des données requises pour l’élaboration des facteurs de correction. Il est basé sur des analyses supplémentaires de phosphore qui seront réalisées sur 150 lacs du RSVL en 2019 et sur des analyses de chlorures qui seront faites sur tous les lacs du réseau au cours des prochaines années. Le coût des analyses supplémentaires requises pour la correction des données est assumé par le Ministère.
L’exercice de correction des données proprement dit débutera à l’hiver 2020 et se poursuivra sur plusieurs années, soit au fur et à mesure que des données de chlorures seront disponibles pour les lacs du RSVL. Comme cette donnée est nécessaire pour corriger les données historiques de phosphore, le Ministère prévoit l’ajouter au suivi de base du RSVL au cours des prochaines années, le temps de récolter cette information sur chaque lac du réseau.
Les participants au RSVL seront tenus informés de l’évolution de cet exercice et de la correction des données de leur lac.
Q 11 : Quel sera l’effet de la correction des résultats de phosphore sur l’évaluation de l’état des lacs?
Les données de phosphore corrigées seront plus représentatives de la situation réelle des lacs; elles seront donc plus fiables pour évaluer l’état trophique et son évolution. Pour plusieurs lacs, les données de phosphore seront aussi plus cohérentes avec les autres variables de la qualité de l’eau, entre autres avec la chlorophylle a et la transparence de l’eau.
Pour certains lacs, il est possible que la correction des données ait pour effet de modifier substantiellement l’évolution de la concentration de phosphore au cours des années jusqu’à amener un changement dans le classement du niveau trophique. Il est aussi possible que les baisses de phosphore observées depuis 2009 s’avèrent moins importantes qu’elles n’y paraissaient et qu’elles soient même presque nulles dans certains lacs.
La correction des valeurs sous la limite de détection pourrait s’avérer très difficile, voire impossible, et ces données devront vraisemblablement être invalidées.
Q 12 : Les fiches de résultats seront-elles modifiées? Si oui, quand le seront-elles?
L’opération de correction des données se fera progressivement, lac par lac, lorsque des analyses de qualité de l’eau seront faites dans le cadre du RSVL.
Au fur et à mesure que des données seront corrigées, de nouvelles fiches de résultats seront produites et mises en ligne sur le site Web du Ministère. Les anciennes fiches seront conservées dans les archives et pourront être consultées au besoin.
Les participants au RSVL seront tenus informés de la correction des fiches de résultats de leur lac.
Q 13 : Les valeurs de phosphore invalidées en 2016 resteront-elles invalides?
La validité de ces données sera réévaluée et celles-ci seront modifiées s’il y a lieu au cours du processus de correction qui débutera en 2019 et à la lumière des résultats des études réalisées en 2017 et 2018.
Saison 2019
Q 14 : À la suite des études menées en 2018, des changements seront-ils apportés au matériel de la trousse d’échantillonnage du RSVL?
La bouteille de verre remplace définitivement la bouteille de plastique dans la trousse d’échantillonnage du RSVL. Aucun autre changement n’est prévu à la trousse d’échantillonnage standard.
Cependant, à compter de 2019 et pour les prochaines années, une bouteille supplémentaire sera introduite dans la trousse pour faire l’analyse des chlorures.
Q 15 : À la suite des études, des changements ont-ils été apportés aux procédures et à la méthode d’analyse du phosphore?
L’utilisation de la bouteille de verre sans acide pour la conservation des échantillons et l’extraction du phosphore sur le volume complet d’échantillon (50 ml) dans la même bouteille ont été adoptées pour le suivi des lacs.
Par mesure de sécurité, la quantité de réactif utilisée à l’étape de l’extraction du phosphore a été doublée.
La longueur d’onde utilisée dans l’analyseur pour déterminer les concentrations de phosphore a été modifiée et est maintenant de 660 nm.
Q 16 : Le Ministère apportera-t-il des modifications à ses procédures et à sa méthode?
Oui, le Ministère y apporte des modifications depuis 2018. La procédure comportant l’utilisation de la bouteille de verre sans acide pour la conservation des échantillons, suivie de l’extraction du phosphore sur le volume de 50 ml dans la même bouteille, sera adoptée pour le suivi des lacs.
Par mesure de sécurité, la quantité de réactif utilisée à l’étape de l’extraction sera augmentée.
Q 17 : Les changements méthodologiques entraîneront-ils des coûts supplémentaires pour les participants au RSVL?
La bouteille de verre étant plus chère à l’achat que la bouteille de plastique et les changements apportés à la procédure analytique ayant pour effet d’augmenter le temps d’analyse du phosphore, une légère augmentation des coûts sera liée à cette analyse.
Q 18 : Est-il recommandé de poursuivre le suivi de la qualité de l’eau de mon lac dans le cadre du RSVL?
Oui, car la méthode améliorée pour l’analyse du phosphore est fiable et robuste. Elle produit des résultats qui représentent bien les concentrations présentes dans les lacs. De plus, il sera possible de corriger la majorité des données historiques de phosphore, ce qui permettra de suivre l’évolution de l’eutrophisation des lacs depuis le début de leur suivi dans le cadre du RSVL.
Les autres paramètres mesurés dans le cadre du réseau donnent des résultats représentatifs et fiables.
Collaborer avec le RSVL signifie également bénéficier de l’accompagnement personnalisé offert par une équipe de spécialistes de la santé des lacs.
Q 19 : Le Ministère poursuit-il des études en 2019?
Les études visant à déterminer la fiabilité des données de phosphore du RSVL et les ajustements à apporter à la méthode et aux procédures sont maintenant terminés.
En 2019, des analyses supplémentaires ont cependant été réalisées pour élaborer les facteurs de correction qui permettront de récupérer les données historiques de phosphore obtenues dans le cadre du RSVL avant 2018 :
- Des analyses supplémentaires de phosphore ont été réalisées dans 150 lacs du RSVL pour établir les facteurs de correction qui seront utilisés sur tous les lacs du réseau;
- Les chlorures ont été mesurés sur les lacs échantillonnés en 2019 dans le cadre du RSVL. Ils seront analysés sur tous les lacs du réseau, car le facteur de correction sera variable et dépendra de la concentration en chlorures mesurée;
- Le Ministère assume les frais des analyses supplémentaires.
