Une méthode informatique fonctionne à rebours à partir des observations pour traquer les pollueurs des rivières

Une nouvelle méthode informatique développée par des chercheurs de l’Université d’Oxford et de l’Imperial College de Londres utilise une nouvelle technique innovante pour localiser les sources de polluants fluviaux. La méthode peut fonctionner à rebours à partir des observations d’eau de rivière polluée, ce qui en fait une approche simple qui pourrait être étendue à l’échelle nationale.

Dans une étude de cas, le modèle a identifié la source d’un pesticide néonicotinoïde nocif – interdit à des fins agricoles – dans un habitat rare de ruisseau de craie. Des chercheurs d’Oxford ont également développé www.sewagemap.co.uk, un outil populaire largement utilisé par le public pour identifier en temps réel les rivières polluées par les eaux usées.

Ces derniers mois ont vu tollé national sur les compagnies des eaux permettant à la pollution des eaux usées dans les rivières de dépasser les limites acceptables. Combiné à la pollution due aux engrais agricoles et aux produits chimiques, cela a conduit à ce que seulement 14 % des rivières d’Angleterre atteignent actuellement un « bon » état écologique. Mais à ce jour, il n’existe aucune méthode robuste pour identifier les sources probables de pollution des rivières, ce qui rend presque impossible une résolution efficace du problème.

Une étude de recherche co-écrit par des scientifiques de l’Université d’Oxford propose désormais une nouvelle approche. Cela utilise une « modélisation inverse », qui fonctionne à rebours à partir des observations de pollution dans les rivières, en les remontant jusqu’à la source probable. L’article est publié dans la revue Science de l’environnement total.

Cela contraste avec les méthodes actuelles de « modélisation prospective », qui partent d’un ensemble supposé de sources de pollution et avancent pour estimer la répartition et la portée éventuelles des polluants. Cependant, cette méthode présente plusieurs défauts critiques, à savoir que les sources potentielles doivent être connues à l’avance et qu’elle repose souvent sur des hypothèses larges et des données incertaines.

Le Dr Alex Lipp (Département des sciences de la Terre et Merton College, Université d’Oxford), co-responsable de l’étude, a déclaré : « La première étape pour atténuer la pollution d’une rivière consiste à déterminer où se situe le problème. Ces nouvelles méthodes mathématiques « inverses » fournissent une analyse objective. moyen de déterminer où et comment les polluants pénètrent dans les réseaux fluviaux à partir des seules données de surveillance. »

La nouvelle technique a été testée sur la rivière Wandle, un ruisseau de craie du sud-ouest de Londres. ce qui a suscité l’indignation locale face au récent déversement d’eaux usées. Récemment, le pesticide néonicotinoïde imidaclopride a été détecté dans la rivière Wandle, bien que son utilisation dans les champs soit illégale au Royaume-Uni depuis 2018.

À l’aide de la nouvelle modélisation inverse, les chercheurs ont conclu que, dans leur très grande majorité, l’imidaclopride présent dans la rivière Wandle provient d’une petite partie de la rivière qui contient l’écoulement d’une usine de traitement des eaux usées.

Le co-auteur principal, le Dr Gareth Roberts (Département des sciences et de l’ingénierie de la Terre, Imperial College de Londres), a déclaré : « Cela conforte l’idée selon laquelle l’imidaclopride présent dans nos rivières peut provenir de son utilisation comme médicament pour animaux de compagnie, entrant dans les systèmes d’égouts après avoir été lavé dans les égouts et éviter l’élimination dans les installations de traitement des eaux usées.

Les citoyens appelés à devenir « gardiens de la rivière »

Ayant démontré la puissance de l’approche de modélisation inverse, le Dr Lipp souhaite la voir étendue et devenir, à terme, un élément clé de l’avenir de la surveillance de la qualité de l’eau.

« Une application de cette approche qui m’intéresse beaucoup est l’analyse des données scientifiques citoyennes », a ajouté le Dr Lipp. « Les groupes de campagne citoyens génèrent désormais fréquemment des ensembles de données fantastiques à haute densité sur des polluants tels que le phosphore et les nitrates dans les rivières, et cette approche inverse pourrait être utilisée pour transformer ces données en informations exploitables. »

Les données citoyennes ont déjà été exploitées dans le cadre des campagnes fluviales nationales. Par exemple, les tests de qualité de l’eau effectués par les scientifiques citoyens de River Action ont révélé des niveaux élevés de bactéries E. coli le long de la Tamise avant la Henley Royal Regatta.. Cette nouvelle approche de modélisation pourrait permettre aux « gardiens de la rivière » bénévoles de prendre des mesures plus ciblées contre les pollueurs.

PDG de Action fluviale James Wallace a déclaré : « Les contrevenants récidivistes comme les compagnies des eaux et l’agriculture à l’échelle industrielle tentent souvent de se renvoyer la balle, accusant les autres d’être responsables de la boue qu’ils laissent pénétrer librement dans nos rivières. des scientifiques citoyens dans tout le Royaume-Uni pour identifier les sources de pollution, ne laissant les auteurs nulle part où se cacher. »

« Le potentiel des nouvelles méthodes et de la science citoyenne doit maintenant être exploré davantage par l’Agence pour l’environnement dans ses poursuites contre les pollueurs et les sanctions qui en découlent, assorties d’un financement gouvernemental approprié dans le prochain budget pour permettre au régulateur d’appliquer la loi. Améliorer le pouvoir de la pollution la surveillance envoie un message puissant : polluez à vos risques et périls et sans but lucratif. »

Faire la différence avec les données

La nouvelle étude s’appuie sur l’approche fondée sur les données du Dr Lipp pour lutter contre la « crise fluviale ». En 2023, avec son collaborateur Jonathan Dawe, au British Antarctic Survey, il a développé www.sewagemap.co.ukun site Web gratuit et open source qui affiche des informations en temps réel sur les sections de rivières susceptibles d’être affectées par les rejets d’eaux usées non traitées dans le bassin de la Tamise.

Cela se fait à l’aide d’un modèle qui relie en temps réel les débits d’eaux usées aux sections en aval de la rivière. Le site Web est déjà populaire auprès des groupes de nageurs sauvages et des scientifiques citoyens, qui l’utilisent pour identifier en temps réel les rivières locales polluées par les eaux usées.

Jeremy Watson, un nageur en plein air à Londres qui utilise régulièrement SewageMap, a déclaré : « Avec SewageMap, il est facile d’obtenir une estimation raisonnable de l’état des eaux usées d’une rivière à un endroit particulier pour le jour où vous souhaitez nager. Je l’ai vérifié après une semaine ensoleillée et il n’a montré qu’un seul déversement, 90 km en amont, alors je suis allé me ​​baigner près du palais de Hampton Court.

« Quand j’ai regardé à nouveau après quelques jours de pluie, j’ai constaté qu’il y avait soudainement des dizaines de déversements d’eaux usées en amont. Je suis donc allé à la piscine à la place ! C’est un grand privilège de trouver quelque chose qui répond aussi loin au besoin du public de présenter des informations sous forme de d’une manière très accessible. Pour moi, c’est également formidable de voir que le logiciel est mis à disposition ouvertement par une équipe avec l’énergie et l’enthousiasme nécessaires pour accueillir de nouveaux contributeurs.

Le modèle qui sous-tend Sewage Map est basé sur les données publiques publiées par Thames Water sur les rejets d’eaux usées. Étant donné qu’aucune autre compagnie des eaux ne rend ces informations accessibles à l’heure actuelle, le modèle ne peut pas encore être étendu au reste du Royaume-Uni. Le Dr Lipp a conclu : « C’est pourquoi il est si important que les compagnies des eaux suivent l’exemple de Thames Water, en publiant des données environnementales dans un format accessible au public et aux scientifiques. »

L’étude de cas sur la rivière Wandle, « Utilisation de l’optimisation convexe pour répartir efficacement les sources de traceurs et de polluants à partir d’observations de concentrations ponctuelles », a été publié dans Recherche sur les ressources en eau.