Étude Carleton : comment nos kits de test se comparent-ils aux sondes professionnelles ?

Ce message a été écrit par Jose Atienza, Benson Chan, Steffani Guenette, Sofia Herczegh, Ashley LeBreton et Keith Pettinger. Ces étudiants de l'Université Carleton terminent leurs études en sciences de l'environnement sous la direction du Dr Jesse Vermaire. Cette étude est en cours d'adaptation pour être publiée sous forme de livre blanc. Vous remarquerez que plus de 20 échantillons ont été prélevés. Merci aux autres testeurs qui ont fourni des données supplémentaires à cette étude, notamment Melissa Dakers de Watersheds Canada, Stéphanie Milot de la Fédération des Lacs de Val-des-Monts, Katarina Furlanetto de la Cataraqui Conservation Authority et d'autres échantillons utilisant des sondes de la Rideau Valley Conservation Authority et l'Office de protection de la nature de la vallée du Mississippi.

Les étudiants de l'Université Carleton au travail

Résumé

Dans notre monde d'aujourd'hui, il est très important de connaître la qualité de notre eau douce. Partout dans le monde, le développement et l'agriculture menacent les ressources en eau de la Terre. Les scientifiques recueillent des données pour la surveillance de la qualité de l'eau afin de s'assurer que l'eau est potable et récréative, ainsi que saine pour les plantes et les animaux. Ce ne sont pas seulement les scientifiques qui jouent un rôle dans le maintien de la propreté des cours d'eau, mais aussi les citoyens ! Water Rangers est une organisation à but non lucratif qui fournit aux gens les outils nécessaires pour collecter et partager des données sur la qualité de l'eau afin d'en savoir plus sur la santé des lacs ou des rivières qui les intéressent. Les kits de test Water Rangers sont une méthode abordable, conviviale et précise pour déterminer la qualité de l'eau qui peut être utilisée par les scientifiques ainsi que par les membres du public.

Nous avons mené une expérience pour voir si le kit de test Water Rangers était aussi précis qu'une sonde YSI que les scientifiques utilisent couramment pour prendre des mesures sur le terrain d'indicateurs importants de la qualité de l'eau tels que le pH, la conductivité, la température et l'oxygène dissous. Nous avons échantillonné différents plans d'eau à Ottawa et Gatineau avec un kit de test et une sonde YSI, puis avons comparé les résultats pour évaluer comment le kit de test Water Rangers se compare à l'équipement professionnel qui coûte des milliers de dollars de plus.

Préparez-vous à prélever de l'eau avec la sonde YSI !

Nous avons déterminé que les kits de test étaient très précis pour mesurer la qualité de l'eau et étaient comparables aux résultats que nous avons obtenus avec une sonde YSI. Cela nous indique que les kits de test Water Rangers peuvent être utilisés pour la collecte de données fiables par des scientifiques citoyens.

Introduction

La surveillance de la qualité de l'eau est très importante pour comprendre les changements dans la santé des lacs et des rivières. Sans données de surveillance, il est impossible de dire quel impact les activités humaines ont eu sur un écosystème aquatique ou si les projets de conservation ont un effet positif. Si nous ne disposons pas de données de surveillance régulières, il est difficile de dire si la santé des lacs et des rivières s'améliore ou s'aggrave potentiellement au point où boire, nager ou même pêcher dans l'eau devient dangereux. Tout comme les gens devraient aller chez le médecin pour suivre l'évolution de leur santé, nous avons besoin de personnes qui surveillent la santé des lacs et des rivières pour s'assurer que ces précieux écosystèmes restent en bonne santé. Une partie de ce travail est effectuée par des programmes gouvernementaux, mais ceux-ci ne surveillent qu'un très petit nombre de lacs et de rivières, là où les scientifiques citoyens peuvent aider. La science citoyenne est une partie importante de l'organisation des Water Rangers, en promouvant la participation communautaire à la santé de l'eau et en enregistrant des données qui aident les gens à en savoir plus sur la santé de leur lac ou de leur rivière.

Il existe différents types de kits de test que les Water Rangers proposent au public d'acheter ou de louer, et notre équipe a utilisé le Trousse d'explorateur d'eau douce, qui coûte 350 $. Il mesure l'oxygène dissous, la conductivité, le pH et la température de l'eau pour déterminer sa santé et sa qualité.

Niveaux de référence d'oxygène dissous et bandelette pH de notre kit de test Water Rangers !

Oxygène dissous

Différentes espèces d'eau douce ont divers besoins en oxygène dissous : certaines ont besoin de niveaux élevés et d'autres ont besoin de faibles niveaux d'oxygène dissous dans leurs habitats aquatiques. Cependant, sans suffisamment d'oxygène, de nombreuses espèces comme les poissons, les grenouilles et les insectes pourraient ne pas être en mesure de survivre. Lorsque l'eau devient vraiment polluée par des nutriments, tels que le phosphore, les niveaux d'oxygène peuvent chuter à 0, créant des zones mortes dans les lacs où peu d'animaux peuvent vivre.

La température de l'eau

La température de l'eau affecte également le fonctionnement des organismes aquatiques et peut contrôler la quantité d'oxygène qui se dissout dans l'eau. La température peut également modifier la façon dont les organismes réagissent à la pollution, quand ils se reproduisent et comment ils migrent, il était donc important pour nous de mesurer également la température de l'eau.

Conductivité

Le kit de test d'eau Water Rangers mesure également la conductivité, la capacité de l'eau à conduire un courant électrique. Une conductivité plus élevée signifie qu'il y a plus d'ions dissous dans l'eau, ce qui est généralement associé à plus de pollution.

pH

Enfin, le kit mesure également le pH, ce qui est très important car de nombreuses espèces d'eau douce ne peuvent survivre que si le pH de leur habitat se situe dans une plage spécifique, par exemple la plupart des poissons vivent dans une eau dont le pH est compris entre 6 et 9.

Il existe de nombreux tests qui peuvent être effectués pour surveiller la qualité de l'eau et si vous avez effectué l'un d'entre eux avec les Water Rangers ou une autre organisation, vous êtes un scientifique citoyen ! Ces données peuvent être très utiles aux scientifiques citoyens et aux utilisateurs du lac qui peuvent les utiliser pour décider de la santé de nos habitats d'eau douce.

Méthodologie

En équipe, nous avons choisi 20 sites pour échantillonner l'eau douce dans la région d'Ottawa-Gatineau. Ces points de données ont ensuite été combinés avec des données obtenues par des scientifiques d'autorités de conservation voisines utilisant la même méthodologie et inclus dans nos analyses.

L'un des sites où nous avons échantillonné la qualité de l'eau douce!

Nous avons échantillonné l'eau à chaque site à partir de la couche supérieure autour du coude (environ 30 cm). La conductivité et la température de l'eau ont été mesurées à l'aide de la sonde portative du kit Water Rangers, et le pH a été mesuré en plongeant les bandelettes de test dans l'eau et en faisant correspondre leur couleur aux exemples de couleurs sur le récipient. En utilisant les flacons d'oxygène dissous du kit de test, nous avons cassé un flacon dans l'échantillon d'eau, mélangé le flacon et comparé sa couleur aux nuances de bleu de l'exemple.

Après avoir utilisé le kit de test pour ces quatre mesures, nous avons de nouveau mesuré la température, l'oxygène dissous, la conductivité et le pH avec la sonde YSI pour comparer.

Résultats

Nous avons utilisé un programme informatique appelé R pour analyser à quel point les résultats du kit de test correspondaient à ceux de la sonde YSI et avons représenté graphiquement la relation pour les quatre paramètres (température, pH, oxygène dissous et conductivité). Plus les valeurs sont proches d'une ligne à 45 degrés, meilleurs sont les résultats.

Oxygène : très bon

Notre premier graphique montre à quel point le kit de test a mesuré l'oxygène dissous par rapport à la sonde YSI. Vous pouvez voir une équation avec une valeur R2, qui est un moyen de montrer la force de la relation, 1.00 signifiant que le kit de test a mesuré les mêmes valeurs d'oxygène dissous que la sonde YSI. Les points de données sont assez proches de leur ligne de tendance, ce qui montre que le kit de test Water Rangers a bien fonctionné par rapport à la sonde YSI.

[id du visualiseur = "1462"]

Les résultats de la comparaison de l'oxygène dissous dans l'eau entre le kit de test Water Rangers et la sonde de test YSI étaient bons. Le R2 la valeur du graphique des données est de 0.8589, ce qui signifie qu'ils ont tous deux donné des chiffres très similaires. Plus le R est proche2 est de 1.00, plus les données entre les kits de test et l'YSI sont similaires.

pH : OK

Nous avons représenté graphiquement nos résultats de pH pour le kit de test et la sonde YSI, qui avaient une valeur R2 inférieure d'environ 0.2, ce qui signifie que les résultats du kit de test ont montré des valeurs de pH différentes par rapport au compteur YSI. Par conséquent, les points de données ne sont pas aussi proches de leur ligne de tendance que pour l'oxygène dissous.

[id du visualiseur = "1463"]

Les mesures de pH différaient entre les deux méthodes de test. Le R2 La valeur de la similarité entre les bandelettes de pH du kit de test et la sonde YSI était de 0.2026, ce qui signifie qu'elles n'étaient pas aussi similaires que l'oxygène dissous, la conductivité ou la température. Les kits de test Water Rangers étaient toujours précis pour mesurer le pH, mais pas aussi précis pour les sondes YSI.

[Note de ED Kat Kavanagh : Nous avons choisi ces bandelettes de test car elles ont donné de meilleurs résultats que les autres bandelettes (voir ceci mini-étude sur la précision des bandelettes réactives). Lors de l'examen des données recueillies par les étudiants, les valeurs aberrantes ont suggéré que les bandelettes de test peuvent avoir été mouillées avant utilisation. Au cours de la prochaine année, nous testerons de nouvelles méthodes de collecte des mesures de pH, y compris l'utilisation de caméras pour aider les scientifiques citoyens à interpréter la couleur et l'utilisation potentielle de compteurs nécessitant moins d'étalonnage.]

Conductivité : excellente

Ce graphique compare les valeurs de conductivité enregistrées à partir du kit de test et de la sonde YSI, qui avait un excellent niveau de similarité et une valeur R2 d'environ 0.96. Les points de données collectés sont presque tous le long de leur ligne de tendance, ce qui signifie que les résultats du kit de test sont presque les mêmes que ceux enregistrés à partir de la sonde YSI.

[id du visualiseur = "1459"]

La conductivité était très bonne ! Le R2 était de 0.9955, presque 1.00, ce qui signifierait une correspondance parfaite avec l'YSI. Les conductimètres du kit de test se sont avérés très précis.

[Note de ED Kat Kavanagh : En plus de cette étude, le chimiste Conrad Gregoire a testé la reproductibilité à court, moyen et long terme de la précision de ce compteur sur 50 jours. Les résultats montrent la conductivité avec un taux de précision de 99.2 % (pdf).] 

Température

Le quatrième paramètre que nous avons représenté graphiquement était la température de l'eau, qui avait une valeur R2 d'environ 0.98 et des points de données qui suivaient de très près leur ligne de tendance. Les valeurs du kit de test Water Rangers étaient très proches des valeurs de la sonde YSI, avec une grande similitude.

[id du visualiseur = "1461"]

La température de l'eau mesurée par les kits et les sondes YSI était presque la même aussi. Le R2 la valeur était de 0.9847. La température mesurée par le compteur était très précise et similaire aux chiffres YSI.

Conclusions

Cette étude montre que les kits de test Water Rangers peuvent être utilisés pour prendre des mesures précises du pH, de la température, de la conductivité et de l'oxygène dissous dans l'eau. La similitude de mesure la plus faible entre le kit de test et la sonde YSI concernait le pH, mais avec une différence de moins d'une demi-unité de pH, le kit de test peut toujours être utilisé pour indiquer la différence entre les eaux à pH élevé ou faible. Les valeurs d'oxygène dissous que nous avons enregistrées à l'aide du kit de test étaient assez proches de celles enregistrées à partir de la sonde YSI, ce qui signifie que le kit de test peut être utilisé pour mesurer avec précision la qualité de l'eau et surveiller les tendances dans les écosystèmes d'eau douce.

Les kits de test Water Rangers sont abordables, faciles à utiliser et peuvent être un outil pour éduquer le public sur les problèmes de qualité de l'eau. Une sonde YSI nécessite un étalonnage ainsi qu'une formation de l'utilisateur ; Les kits de test sont un outil inestimable pour tester la qualité de l'eau car ils sont comparables à un YSI pour la précision, mais sont beaucoup plus abordables et nécessitent une formation minimale. Les kits de test Water Rangers sont fiables et cette étude illustre leur crédibilité dans les programmes de surveillance de la qualité de l'eau par la science citoyenne. Convenant à une utilisation par les associations de lac et comme outils pédagogiques, les kits de test augmenteront la sensibilisation aux problèmes de qualité de l'eau et influenceront grandement la propreté de notre eau à l'avenir.

Note finale de Kat Kavanagh, directrice exécutive des Water Rangers

Merci à tous pour votre travail acharné dans la préparation de cette étude ! Grâce aux résultats, nous pouvons être ouverts et transparents avec les utilisateurs sur l'efficacité de nos kits. Nous travaillons également à améliorer la précision du pH à l'aide de l'appareil photo de notre téléphone (car la comparaison des couleurs peut être difficile). Restez à l'écoute pour les mises à jour ! 

Prochains tests prévus :

  • Kits de test versus sondes multiples : à quel point les sondes sont-elles corrélées les unes aux autres ?
  • Prendre une photo des bandelettes de test améliore-t-il la précision de la lecture du pH ?
  • Quels autres tests pouvons-nous ajouter qui sont précis, faciles à faire et peu coûteux ?
  • Dans quelle mesure les testeurs inexpérimentés suivent-ils les protocoles et obtiennent-ils de bons résultats ?

Si vous êtes un étudiant à la recherche d'un projet, ou avez des questions sur nos programmes, s'il vous plaît contactez-nous.