Évaluation de la contamination biologique des surfaces végétalisées (pelouse) par des eaux usées unitaires diluées en temps de pluie et mesures d’atténuation

Souleymane Amadou Maouli, Aboubacar (2025). Évaluation de la contamination biologique des surfaces végétalisées (pelouse) par des eaux usées unitaires diluées en temps de pluie et mesures d’atténuation. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Avec l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des pluies extrêmes, les débordements d’égouts unitaires posent un risque accru pour la santé publique et les biens des citoyens des villes. Les habitants des quartiers voisinant le parc Pierre-Bédard de l’arrondissement Mercier–Hochelaga-Maisonneuve (Ville de Montréal) sont confrontés depuis plusieurs années à des épisodes de débordement. Face à ce constat, les autorités municipales ont entrepris de réaménager le parc Pierre-Bédard afin qu’il puisse recevoir temporairement les excédents d’eaux usées d’égouts unitaires et protéger la population ainsi que leurs habitations. La présente étude, menée sur le site du parc Pierre-Bédard, se veut être un tremplin scientifique permettant de mieux comprendre les risques sanitaires liés à la contamination microbiologique des surfaces végétalisées (pelouse) d’un parc après son inondation par des d’eaux usées unitaires diluées (EUUD) en temps de pluie afin d’orienter les stratégies de gestion et de mitigation post-inondation. Plus spécifiquement, elle visait à caractériser la contamination microbiologique issue de ces EUUD en temps de pluie, à en suivre l’évolution temporelle postinondation tout en la comparant aux niveaux naturellement présents dans les cinq autres parcs urbains (en plus du parc Pierre-Bédard), et à tester des mesures de mitigation pouvant accélérer le retour sécuritaire à l’usage du parc.

Structurée en deux phases principales, la démarche reposait sur des séries d’essais de simulation des débordements typiques des EUUD en temps de pluie. La première phase menée d’août à novembre 2023 a permis de concevoir un dispositif pilote simulant une inondation d’une parcelle végétalisée (pelouse), d’élaborer des protocoles d’échantillonnage et de suivi, puis de réaliser des essais exploratoires de suivi temporel de la contamination post-inondation et de mitigation de la contamination (désinfection au chlore et au THYMOX). La seconde phase, menée de juin à octobre 2024, a permis le suivi de la contamination naturelle (sans contamination des pelouses aux EUUD) de six parcs montréalais ainsi que la réalisation de plusieurs essais d’inondation contrôlée (avec suivi temporel de la contamination) et l’évaluation de mesures de mitigation (lavage « hygiénique » initial, lavages à l’eau potable, désinfections au THYMOX et irradiation UV). Les coliformes thermotolérants ont été utilisés comme principal indicateur biologique de contamination lors de la première phase du projet, alors que les organismes Escherichia coli et Clostridium perfringens (fréquence d’analyse moindre) ont été utilisés lors de la seconde phase.

Les suivis de la contamination naturelle des parcs montréalais ont permis d’établir des valeurs de référence afin de pouvoir comparer les résultats de contamination de surfaces végétalisées par des EUUD ou encore ceux d’une atténuation naturelle ou provoquée (mesures de mitigation) qui s'ensuit. L’analyse des résultats des parcs a mis en évidence des valeurs de médianes de 21 300 UFC/m² pour E. coli (n = 96) et de 36 100 UFC/m² pour C. perfringens présomptifs (n = 28; avec moyenne géométrique 50 300 UFC/m²). Environ 28 % des échantillons prélevés des surfaces végétalisées des parcs ont dépassé 100 000 UFC/m² en E. coli, avec 8 % des valeurs égales ou supérieures à 1 000 000 UFC/m2. Lors des essais de simulation d’inondations par des EUUD, les surfaces ont atteint des concentrations supérieures aux niveaux de référence des parcs (jusqu’à 1 000 000 UFC/m²). Toutefois, une atténuation naturelle a été observée avec des réductions d’E. coli allant à 2,96 log (99,89 %) en un mois, avec des concentrations inférieures aux références des parcs montréalais dès le 8e jour, particulièrement sous ensoleillement. Le C. perfringens a diminué plus lentement (16 à 30 jours), et les résultats (incluant ceux de E. coli) sont restés marqués par une variabilité et des recontaminations ponctuelles liées à la faune et aux activités humaines.

Les désinfections des surfaces contaminées au chlore et au THYMOX ont entraîné des effets négatifs (stress sur la faune et la végétation, recontaminations), tandis que l’irradiation UV n’a pas montré d’efficacité notable par rapport à l’atténuation et l’ensoleillement naturel. Le lavage « hygiénique » initial unique à l’eau potable s’est révélé une mesure efficace (autant qu’un lavage répété ou continu de la surface) réduisant E. coli d’environ 0,87 à 0,90 log (86,5 à 87,4 %; basés sur les moyennes géométriques) dès le premier jour, même si les concentrations résiduelles demeuraient supérieures à la médiane des parcs. Pour C. perfringens présomptifs, les réductions ont été plus modestes (0,44 à 0,52 log, 63,7 à 69,8 %), mais pouvaient atteindre jusqu’à 0,82 log (84,9 %; basés sur les moyennes géométriques) selon la considération des tests de confirmation de l’analyse. Le chlore résiduel de l’eau potable lors d’un lavage n’a montré d’effet bactéricide notable, ce qui confirme que les atténuations post-inondation observées sont dues aux effets de délogement mécaniques des contaminants biologiques lors du lavage « hygiénique » et aux effets naturels qui s'ensuivent, et non à une action chimique.

Le « lavage hygiénique » immédiat de la surface contaminée (lorsqu’elle est encore humide) et les mécanismes naturels présents (assèchement et dessiccation, rayonnement UV solaire, sénescence bactérienne et déclin, etc.) lors des jours qui suivent l’inondation par des EUUD ont permis de ramener les niveaux d’E. coli sous le niveau de référence en environ une semaine, et de retrouver des conditions sanitaires en un peu plus deux semaines (cas d’E. coli). Un « lavage hygiénique », complété par un suivi microbiologique lors des premiers évènements, constitue la mesure prioritaire de gestion post-inondation. Par ailleurs, la qualité de la pelouse conditionnerait l’efficacité cette stratégie. Ainsi, une pelouse dense maximiserait ainsi l’effet du lavage « hygiénique », tandis qu’une surface dégradée favoriserait l’atténuation naturelle par exposition solaire.

Titre traduit

Evaluation of the biological contamination of lawn surfaces by rainfall-induced combined sewer overflows and mitigation strategies

Résumé traduit

Extreme rainfall events, increasingly frequent due to climate change, cause combined sewer overflows (CSOs) that pose growing risks to public health and property. In the neighborhoods surrounding Pierre-Bédard Park, located in the Mercier–Hochelaga-Maisonneuve borough (City of Montreal), residents have been repeatedly affected by such overflows for several years. In response, municipal authorities undertook the redevelopment of Pierre-Bédard Park so that it could temporarily receive excess water volumes from combined sewer backups, thereby protecting both the local population and nearby homes. This study carried out at Pierre-Bédard Park, aimed to provide scientific benchmarks for assessing health risks associated with microbiological contamination of vegetated surfaces (lawns) following flooding triggered by these diluted overflows. More specifically, it examines the fate of biological contaminants transferred to urban parks, monitors their temporal evolution relative to natural background levels in five other urban parks (in addition to Pierre-Bédard Park), and informs post-flood management and mitigation strategies likely to accelerate the sanitary recovery of these surfaces.

The project was conducted in two main phases based on a series of simulated overflow tests representative of CSOs events during rainfall. The first phase, conducted from August to November 2023, led to the design of a pilot system simulating the flooding of a vegetated plot (lawn), the development of sampling and monitoring protocols, and exploratory trials on postflood contamination dynamics and mitigation measures (chlorine and THYMOX disinfection). The second one, carried out from June to October 2024, included monitoring of natural contamination (without CSOs application) in six Montreal parks, several controlled flooding trials (with temporal monitoring of contamination), and the evaluation of mitigation measures (initial “hygienic” washing, potable water washings, THYMOX disinfection, and UV irradiation). Thermotolerant coliforms were used as the main biological contamination indicator during the first phase, while Escherichia coli and Clostridium perfringens (analyzed less frequently) were used during the second phase.

Monitoring natural contamination in Montreal parks provided reference values for comparing contamination results of vegetated surfaces exposed to CSOs, as well as the effects of natural or induced attenuation (through mitigation measures). Analysis of the park samples showed median values of 21,300 CFU/m² for E. coli (n = 96) and 36,100 CFU/m² for presumptive C. perfringens (n = 28; geometric mean: 50,300 CFU/m²). About 28% of the park lawn samples exceeded 100,000 CFU/m² in E. coli, with 8% reaching or surpassing 1,000,000 CFU/m². During the CSOs flooding simulations, lawn surfaces reached contamination levels exceeding the park reference values (up to 1,000,000 CFU/m²). However, natural attenuation was observed, with E. coli reductions of up to 2.96 log (about 99.89%) within one month, and concentrations dropping below park reference levels as early as the 8th day, particularly under sunlight exposure. C. perfringens declined more slowly (16 to 30 days), and results (including those for E. coli) remained marked by variability and occasional recontamination linked to wildlife and human activity.

Disinfection of contaminated surfaces with chlorine or THYMOX led to negative effects (stress on fauna and vegetation, recontamination), while UV irradiation showed no notable effectiveness compared to natural attenuation and sunlight exposure. A single initial “hygienic” wash with potable water proved to be an effective measure (equivalent to repeated or continuous surface washing), reducing E. coli by about 0.87 to 0.90 log (86.5 to 87.4%; based on geometric means) from the first day, even though residual concentrations remained higher than the median levels found in parks. For presumptive C. perfringens, reductions were more modest (0.44 to 0.52 log, or 63.7 to 69.8%), but could reach up to 0.82 log (84.9%; based on geometric means) depending on the consideration of confirmatory analyses. The residual chlorine in potable water during washing showed no significant bactericidal effect, confirming that observed post-flood reductions resulted from the mechanical dislodging of biological contaminants during “hygienic” washing and from natural processes, rather than from chemical action.

Immediate “hygienic” washing of contaminated lawn surfaces (while still wet), combined with natural mechanisms (drying and desiccation, solar UV radiation, bacterial senescence and decline, etc.) in the days following CSOs flooding, reduced E. coli levels below reference values in about one week and restored sanitary conditions within just over two weeks (for E. coli). Therefore, an immediate “hygienic” wash, complemented by microbiological monitoring during the first events, stands out as the priority post-flood management measure. Furthermore, lawn quality was found to influence the effectiveness of the strategy. A dense lawn maximized the effect of the “hygienic” wash, while a degraded surface favored natural attenuation through solar exposure.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l’environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 181-226).
Mots-clés libres:	eaux usées unitaires diluées (EUUD) en temps de pluie, gestion des eaux usées, Escherichia coli, Clostridium perfringens, coliformes thermotolérants, infrastructures urbaines résilientes, parc éponge, inondation, surface végétalisée, transfert et rémanence de la charge bactérienne, risques sanitaires
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Monette, Frédéric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	23 sept. 2025 19:51
Dernière modification:	23 sept. 2025 19:51
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3719

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