Table des matières

L’eau est, à part l’air que l’on respire, le seul nutriment qui, en terme de nécessité, est consommé par chaque être humain du premier au dernier jour de son existence, et elle est consommée en des quantités considérablement plus grandes que n’est le cas pour n’importe quelle autre substance nutritive.

--Druckrey (1968)

Water is, apart from the air one breathes, the only nutrient which is, as a matter of necessity, consumed by every human being from the first day to the last day of his existence, and it is consumed in considerably larger quantities than any other nutritional substance.

--Druckrey (1968)

This thesis presents a study of small Quebec municipal utilities (i.e., serving 10,000 people or fewer) and includes three chapters. The first chapter focuses on a portrait of historical quality of distributed water and on management strategies. Concurrently, it puts historical quality and management strategies in relation to certain important water quality parameters. Results show that for surface water utilities using chlorination alone, the mean difference of annual system flushings between utilities that have experienced difficulties with historical quality and those not having experienced such difficulties proved statistically significant. In addition, some agricultural land-use indicators within the municipal territory appeared significantly correlated with coliform occurrences. The second chapter studies the spatial and temporal variation of drinking water quality in ten small utilities. These utilities were divided into two groups: four utilities that had never or rarely served water violating the provincial drinking water microbiological standards and six utilities that very often infringed upon said standards. Results show that the differences between the two groups of utilities are associated essentially with maintained chlorine residuals and heterotrophic plate count bacteria populations in corresponding distribution systems and, to a lesser extent, to the applied chlorine doses. The study includes three distinctive parts: the first one is a portrait of studied utilities’ operational, infrastructure, and maintenance characteristics; the second part is devoted to development of indicators of performance for the same utilities, whereas the last part deals with human and organisational factors. The portrait revealed interesting trends, most of which had been confirmed by utility performance indicators. As for human and organizational factors, they allowed highlighting such issues like educational background, supplementary training, experience, awareness of and preparedness to take up new challenges, and support from local authorities. Overall, this research enabled a thorough investigation of management strategies the most popular with small drinking water utilities and the development of explanatory tools that may usefully guide action from local managers and government bodies.

Key words: drinking water, water quality, small utilities, distribution system, coliform occurrences, performance indicators, human factor, province of Quebec

Housseini D. Coulibaly Manuel J. Rodriguez, Ph.D., Professor

Author Supervisor

La présente thèse porte sur une étude des petits systèmes municipaux du Québec (en l’occurrence, ceux desservant 10 000 personnes ou moins) et comporte trois volets. Le premier volet se focalise sur un portrait historique de la qualité de l’eau distribuée et sur les stratégies de gestion. Parallèlement, il met l'historique de la qualité et les stratégies de gestion en relation avec certains paramètres importants de la qualité de l’eau. Les résultats de ce volet montrent que pour les systèmes s’approvisionnant en eau de surface et pratiquant uniquement une chloration, la différence entre le nombre annuel moyen de rinçages des systèmes ayant connu des problèmes de qualité et ceux n’ayant pas connu de tels problèmes s’est avérée statistiquement significative. En plus, certains indicateurs de la pression agricole sur le territoire des municipalités concernées apparurent significativement corrélés avec les épisodes de coliformes. Le deuxième volet porte sur une étude de la variation spatio-temporelle de la qualité de l’eau dans dix petits systèmes. Ces systèmes furent répartis en deux groupes : quatre systèmes qui n’ont jamais ou ont rarement distribué de l’eau dérogeant aux normes microbiologiques provinciales relatives à l’eau potable et six systèmes qui ont très souvent dérogé auxdites normes. Les résultats montrent que les différences entre les deux groupes de systèmes sont essentiellement imputables aux teneurs en chlore résiduel libre et au nombre de colonies de bactéries hétérotrophes aérobies et anaérobies facultatives (BHAA) dans les réseaux de distribution correspondants et, dans une moindre mesure, aux doses de chlore appliquées. Le troisième volet inclut trois parties : la première est un portait des caractéristiques d’opération, de l’infrastructure et de la maintenance ; la deuxième est consacrée au développement d’indicateurs de performance pour les petits systèmes ; alors que la troisième traite des facteurs humains et organisationnels. Le portrait a révélé des tendances intéressantes qui ont presque toutes été confirmées par les indicateurs de performance des systèmes de distribution. Les facteurs humains et organisationnels dégagèrent des aspects tels que les antécédents scolaires, la formation complémentaire, l’expérience, la bonne conscience des nouveaux défis, le niveau de préparation pour y faire face, et l’appui des autorités locales. Dans son ensemble, cette recherche aura permis de procéder à une étude exhaustive des stratégies de gestion de la qualité de l’eau potable généralement mises de l’avant par les gestionnaires de petits systèmes et de développer des outils explicatifs pouvant guider utilement leur action, de même que celle des gestionnaires relevant des divers paliers gouvernementaux.

Mots-clés : eau potable, qualité de l’eau, petits systèmes, systèmes de distribution, épisodes de coliformes, indicateurs de performance, facteur humain, province du Québec

Housseini D. Coulibaly Manuel J. Rodriguez, Ph.D., Professeur

Auteur Directeur de recherche

À tout seigneur, tout honneur... ! Je ne pouvais entamer cette page de remerciements que par des mots de reconnaissance à l’endroit de mon Directeur de recherche, le Professeur Manuel J. Rodriguez. Certes, le chemin fut long, tortueux, parfois difficile, mais votre soutien et votre engagement, je dirais votre totale détermination à me mener à bon port dans le cadre de ce programme de doctorat, m’ont permis d’y croire même aux moments les plus difficiles et, enfin, d’y arriver. Permettez-moi donc, en cet instant des plus solennels pour moi, de vous exprimer ma plus profonde gratitude pour tous les services académiques et extra-académiques dont j’ai eu le bonheur d’être l’objet de votre part au cours de ces années de doctorat. Puissé-je être digne de ce dévouement, de cette insigne marque de confiance, imprégné et inspiré par un tel exemple d’engagement pour le restant de mes jours ! Merci du fond du cœur !

Même si cela est souvent passé sous silence, une thèse de doctorat couronne toujours les efforts de tout un groupe de personnes, en l’occurrence le candidat, son Directeur ou Directrice de recherche, et les membres du Comité de suivi. Ces derniers, qui ont accepté d’embarquer avec moi dans cette aventure à un moment où l’issue finale était loin d’être certaine, me témoignant ainsi de leur confiance quant à ma capacité à mener le projet à son terme, ont droit ici à ma plus grande reconnaissance. Leurs précieux conseils, suggestions et recommandations ont significativement contribué à donner à cette thèse forme et surtout contenu. Que les professeurs Jean-Baptiste Sérodes, Michel Trépanier et Patrick Levallois, car c’est bien d’eux qu’il s’agit, trouvent donc en ces mots l’expression de ma plus profonde gratitude. Je tiens par ailleurs à faire mention spéciale de l’honneur que m’a fait le Professeur Jean-Baptiste Sérodes en acceptant d’être le prélecteur de cette thèse malgré ses lourdes fonctions de Doyen de la Faculté des Sciences et Génie de l’Université Laval. En outre, je lui dois de précieuses lettres de recommandation. Puisse-t-il donc trouver ici l’expression de ma plus profonde reconnaissance pour tous ces gestes hautement empreints de sollicitude.

L’argent, dit-on, et non sans raison, est le nerf de la guerre. C’est l’Agence Canadienne pour le Développement International (ACDI) qui m’a permis de faire ce doctorat en m’accordant une bourse d’études dans le cadre du Programme Canadien de Bourses de la Francophonie (PCBF). À l’ACDI, en sa qualité d’agence d’exécution du Gouvernement Canadien, et aux différents organismes auxquels la gestion quotidienne des boursiers du PCBF a été successivement confiée au cours de mes années d’études, à savoir le Ministère de l’Éducation du Québec, l’Association des Universités et Collèges du Canada (AUCC) et, présentement, le Collège Saint-Jean-sur-Richelieu, je voudrais exprimer ici mes sincères remerciements. Je voudrais également les assurer de ma profonde volonté de mettre les compétences qu’ils m’ont permis d’acquérir au service du développement de mon pays, le Mali, et du développement international, partout où mes activités futures me conduiront.

Le Ministère de l’Environnement du Québec, par l’entremise de ses employés, a été l’un de mes principaux pourvoyeurs de données. Je voudrais mettre à profit cette tribune pour remercier vivement Messieurs Alain Riopel et Donald Ellis, de même que Mesdames Yolaine Blais et Isabel Parent pour avoir, à plus d’une reprise, promptement et généreusement acquiescé à mes demandes de données. À Messieurs Alain Riopel et Donald Ellis, je dois de la reconnaissance non seulement pour des données, mais également pour de judicieux conseils et suggestions.

Puissent les gestionnaires principaux des dix petits systèmes municipaux étudiés dans les chapitres 2 et 3 de cette thèse, ainsi que leurs adjoints ou suppléants, trouver ici l’expression de ma totale gratitude pour n’avoir rien ménagé pour la réussite des volets de la recherche ayant requis leur concours. À tous, je dis un grand merci pour cette marque de compréhension et de responsabilité.

Que Monsieur Michel Bisping du laboratoire de Génie de l’Environnement trouve en ces mots toute ma reconnaissance pour son aide, son amabilité. Je ne saurais oublier non plus mes collègues étudiants, membres du Groupe de Recherche sur l’Eau Potable de l’Université Laval (GREPUL), à qui je dois une fière chandelle pour leur grande disponibilité.

Outre Atlantique, mes remerciements vont à tous ceux qui, à la société Énergie du Mali (EDM), ont permis, de par leur franche collaboration, la réussite du stage que j’y ai effectué au cours de l’été 2000. Dans ce cadre, j’aimerais faire mention toute spéciale des membres de la Direction de l’eau et des employés du laboratoire de l’usine d’eau potable de Bamako.

Le département d’Aménagement du Territoire et Développement Régional (ATDR) et le Centre de Recherche en Aménagement et Développement (CRAD) ont été mon point d’ancrage à l’Université Laval. Je voudrais en tout premier lieu exprimer mes vifs remerciements au Professeur émérite Peter Brook Clibbon, aujourd’hui à la retraite, pour avoir été celui qui a accepté ma candidature à ce programme de doctorat en sa qualité de Directeur du Département d’Aménagement. Je remercie également le Professeur Mario Carrier, actuel Directeur du Département, pour avoir accepté de prendre de son temps, que je sais des plus précieux, pour faire, à ma demande, lecture critique de la partie de cette thèse portant sur les facteurs humains. Ma reconnaissance s’adresse également au Professeur Marius Thériault, Directeur du CRAD, pour le soutien financier et logistique dont j’ai pu bénéficier de la part dudit centre tout au long de mon doctorat. Au Professeur Claude Lavoie, Directeur actuel du Programme de Doctorat en ATDR, je voudrais exprimer ma profonde gratitude pour avoir accepté de présider mon Jury de thèse, mais également pour avoir spontanément acquiescé à toutes mes demandes de lettres de recommandation. Je remercie tous les autres professeurs du Département pour leur disponibilité et leur sollicitude. Un grand merci également de ma part aux adjoints et secrétaires aux deux directions (ATDR et CRAD) pour leur gentillesse, efficacité et ... sourire. Je ne saurais oublier mes collègues étudiants au doctorat, à qui j’adresse mes sincères remerciements pour leur disponibilité à chaque fois que j’ai eu recours à leurs services ou avis. Je tiens à faire mention spéciale des cas de Messieurs Rémy Barbonne et Yan Kestens, deux collègues devenus de vrais amis. Merci à tous les deux de votre sincère amitié et de votre soutien.

Tout commence par la famille et tout, au bout du compte, se résume en elle. En ces moments très singuliers pour moi, j’ai une pensée tout aussi singulière pour mon père, lui qui nous a quittés au mois de mars 2003. Papa, toi qui a été non seulement un père exemplaire pour moi, mais également mon ami le plus proche, mon confident, mon conseiller, ma source d’inspiration, ma référence première et ultime, je sais que tu es heureux et fier là-haut en voyant cette thèse ; je te la dédie. Je dis merci à ma mère et à mes frères et sœurs pour leur soutien et encouragements. Mention spéciale est due à mon épouse, Aminata Diombélé Coulibaly, pour avoir courageusement et volontairement accepté d’arpenter avec moi les jalons de la difficile, très exigeante vie d’étudiant au doctorat, requérant beaucoup de sacrifices et n’offrant que très peu de répit, de réconfort. Ma chérie, merci pour ta confiance, ton support, tes encouragements. Enfin, je ne puis clore ces mots de reconnaissance, sans parler de la lumière de ma vie, Anna, ma fille, qui m’offre tant de réconfort moral et m’insuffle courage et détermination.

The present thesis has been organized into three chapters, each of which corresponds to a journal article. The first two chapters have already been published in scientific journals, whereas the third one is being prepared for submission. Because of that, certain details, dealing with the general problematics of the study, are repeated in chapter abstracts, introductions and, sometimes, in chapter methodological parts. This slight redundancy has been intentionally maintained in the present thesis, so that people interested in only a single chapter (i.e., article) could have a whole understanding of it without being compelled to consult other chapters. It is important to note that, due to publication restrictions, some comments, as well as a number of tables and figures present in this thesis’ chapters could not be included in journal articles. This is particularly true for the article coming from the third chapter, as it excludes a whole section of the latter.

The order in which chapters are presented corresponds to the chronological unfolding of research activities. The thesis author is also the first author of all included articles, with the second author being the thesis supervisor. Apart from the thesis ones, all chapters have their own English and French abstracts. Abstracts are preceded in Chapters 2 and 3 by overview sections allowing to link all parts of the thesis together. Likewise, each chapter has its own list of references. The references cited in introductory parts of the thesis and in the general introduction are listed at the end of the latter. The references of the articles included in the present thesis are as follows.

CHAPTER 1

Portrait of drinking water quality in small Quebec municipal utilities

Housseini D. Coulibaly and Manuel J. Rodriguez1

Published in Water Quality Research Journal of Canada, Volume 38, No. 1, pp. 49-76 (2003).

1 Département d’aménagement, Université Laval, 1624 Pavillon Savard, Quebec City, QC, G1K 7P4.

CHAPTER 2

Spatial and temporal variation of drinking water quality in ten small Quebec utilities

Housseini D. Coulibaly and Manuel J. Rodriguez

Published in Journal of Environmental Engineering and Science, Volume 2, pp. 47-61 (2003).

CHAPTER 3

Development of performance indicators for small Quebec drinking water utilities.

Housseini D. Coulibaly and Manuel J. Rodriguez

Submitted to the Journal of Environmental Management in November 2003.

All information that could not be directly included in the three chapters has been presented in appendices. The latter have been designated in the alphabetical order from A to H. Some of them are survey or semi-directive interview questionnaires, while others contain raw or worked data organized into tables.