Un nouvel outil de recherche pour protéger l'eau potable surveille maintenant le lac Érié. Cette semaine, un laboratoire robotique au fond du lac a commencé à suivre les niveaux de toxines dangereuses produites par les cyanobactéries qui fleurissent chaque été dans le bassin ouest du lac.

L'objectif est d'avertir à l'avance les gestionnaires municipaux d'eau potable et d'éviter ainsi une résurgence de la crise de l'eau qui a laissé plus de 400, 000 habitants de la région de Tolède sans eau potable pendant environ deux jours début août 2014 en raison de niveaux élevés de toxines de microcystine.

L'achat des 375$, 000 appareil, qui est connu comme un processeur d'échantillon environnemental ou ESP, était une réponse directe à l'événement de Tolède. Il est placé à un endroit au fond du lac où il peut fournir un préavis d'environ un jour si de l'eau hautement toxique semble se diriger vers la prise d'eau de la ville.

Les tests seront effectués tous les deux jours dans un premier temps, puis augmenté à une fois par jour à partir du 1er août pour coïncider avec le pic attendu de toxicité pour les blooms. Les résultats des tests sont automatiquement envoyés par courrier électronique dans les boîtes de réception des chercheurs à Ann Arbor.

"Notre objectif numéro un est de protéger les prises d'eau et de prévenir l'exposition du public à ces toxines, " a déclaré l'écologiste aquatique Tom Johengen, directeur associé du Cooperative Institute for Great Lakes Research (CIGLR) à l'Université du Michigan. « Si ce dispositif avait été en place à l'été 2014, cela aurait fait une différence."

Le projet est une collaboration entre la CIGLR, le Laboratoire de recherche environnementale des Grands Lacs de la National Oceanic and Atmospheric Administration (GLERL) à Ann Arbor, Centres nationaux de la NOAA pour la science océanique côtière et l'Institut de recherche de l'aquarium de Monterey Bay. Le laboratoire robotique, qui s'appelle ESPniagara, a été acheté avec des fonds de l'Initiative fédérale de restauration des Grands Lacs, ce qui permet également de payer les frais d'exploitation.

Deux autres ESP seront déployés pour des tests dans l'ouest du lac Érié l'été prochain et devraient être en service régulier en 2019, dit Timothy Davis, écologiste moléculaire au laboratoire d'Ann Arbor de la NOAA et chef de l'équipe de surveillance de la prolifération d'algues nuisibles GLERL-CIGLR. Finalement, les données de toxicité des trois laboratoires autonomes seront intégrées aux prévisions de prolifération d'algues à court terme pour le bassin ouest du lac Érié.

"Avec un peu de chance, nous n'aurons plus jamais un événement comme Tolède, parce que nous pourrons prévoir l'emplacement de la floraison, mouvement et toxicité avec précision afin que les responsables du traitement de l'eau sachent quand il arrive et puissent être préparés, ", a déclaré Davis.

Plus d'une douzaine d'ESP sont utilisés dans le monde, mais ESPniagara est le premier dans les Grands Lacs et le premier à tester les microcystines, une classe de toxines produites par certaines cyanobactéries d'eau douce.

Les cyanobactéries sont des organismes photosynthétiques parfois appelés algues bleu-vert. Les Grands Lacs abritent des dizaines d'espèces cyanobactériennes communes, mais seuls quelques-uns sont des fauteurs de troubles toxiques. La crise de l'eau de Tolède a été attribuée aux toxines produites par l'espèce commune Microcystis aeruginosa.

Le « laboratoire en boîte » ESPniagara a été testé sur le terrain dans l'ouest du lac Érié l'automne dernier. Il a été déployé pour un service régulier le 11 juillet et a commencé les tests de routine des toxines le 18 juillet. Il est situé à environ 4 miles à l'ouest de la prise d'eau municipale de Toledo à une profondeur de 18 pieds. Il y restera jusqu'à la mi-août, quand il sera récupéré pour l'entretien de routine, puis retour au lac en septembre et octobre.

La technicienne de recherche de la CIGLR, Emily Davenport, a passé les derniers mois à préparer le laboratoire pour son déploiement estival. Elle a grandi sur les rives du lac Érié sur l'île de Catawba, Ohio, et a fréquenté la Bowling Green State University.

« Les économies locales au bord du lac dépendent de la vitalité du lac, donc nous voulons tous que le lac Érié prospère, " a déclaré Davenport. " Je suis vraiment fier de travailler dans la recherche sur la qualité de l'eau des Grands Lacs, parce que cela profite à la vie des gens d'une manière tangible.

"Parfois, il peut être très difficile de communiquer l'importance de la science au grand public, Mais pas dans ce cas. Nous avons tous besoin d'eau propre."

En plus de son travail avec ESPniagara, Davenport fait partie d'une équipe de surveillance de la prolifération d'algues nuisibles CIGLR-NOAA qui se rend chaque semaine au lac Érié pour collecter des échantillons d'eau à analyser à Ann Arbor. L'obtention de ces résultats de test prend généralement de 24 à 48 heures. Mais avec ESPniagara, les résultats de la microcystine sont transmis aux chercheurs trois à quatre heures après que l'appareil a collecté un échantillon d'eau.

"L'intérêt d'avoir cet ESP est d'avoir un temps quasi réel, des mesures de toxicité in situ à une échelle de temps quotidienne au lieu d'une fois par semaine, " a déclaré Johengen. " La résolution temporelle améliorée nous permettra de fournir des avertissements plus opportuns aux gestionnaires de l'eau et donnera aux chercheurs de nouvelles informations sur la dynamique de la toxicité des blooms. "

Les voyages d'échantillonnage hebdomadaires de l'équipe au lac Érié se poursuivront et font partie d'un programme complet de recherche sur la prolifération d'algues nuisibles qui comprend également l'analyse d'images satellite, des études génétiques sur les cyanobactéries et la publication régulière de bulletins HAB à l'intention du public. Une part importante du budget annuel de 2,5 millions de dollars de l'équipe est fournie par l'Initiative de restauration des Grands Lacs.

Le 13 juillet, La NOAA a publié ses prévisions saisonnières de prolifération d'algues nuisibles pour le lac Érié, qui prévoyait qu'un HAB "important" se développe dans le bassin ouest cet été. Le principal moteur de la prolifération d'algues nuisibles du lac Érié est le phosphore élevé provenant des bassins hydrographiques s'écoulant vers le bassin ouest du lac, en particulier du bassin hydrographique de la rivière Maumee, fortement agricole.

Les prévisions de prolifération d'algues nuisibles de la NOAA prédisent la taille, ou biomasse, d'une efflorescence mais ne dit rien sur sa toxicité. Les niveaux de toxines de microcystine dans la prolifération varient tout au long de l'été à mesure que la composition de sa communauté cyanobactérienne change. ESPniagara constitue une première étape vers la fourniture de prévisions HAB du lac Érié qui incluent des informations sur la toxicité, a dit Johengen.

ESPniagara pèse plus de 1, 000 livres et est descendu dans le lac depuis le pont d'un navire. Il se compose d'un cadre protecteur en acier entourant un laboratoire de biochimie analytique à l'intérieur d'un bidon étanche, avec une bouée qui flotte au-dessus.

Le cadre en acier est appelé l'atterrisseur ESP, et il repose directement sur le fond du lac. La bouée est attachée au laboratoire par un tuyau en plastique et un câble de données. La bouée récupère l'eau de la surface et la pompe dans le tuyau jusqu'au laboratoire, et il est également équipé d'un modem cellulaire pour transmettre les résultats à Ann Arbor. Des échantillons d'eau sont également prélevés à 4 pieds au-dessus du fond du lac, la même profondeur utilisée par de nombreuses prises d'eau municipales.

À l'intérieur du laboratoire humide sur mesure, les cellules de cyanobactéries sont filtrées des échantillons d'eau, puis les toxines de la microcystine sont extraites des cellules. L'extrait liquide est ensuite traité à l'aide d'un test de biochimie analytique ELISA, un test biomédical courant qui utilise des anticorps et un changement de couleur pour identifier des substances. Une fois le test terminé, une caméra embarquée prend une photo du résultat et la renvoie à Ann Arbor, où la luminosité de l'image est utilisée pour déterminer la quantité de microcystine dans l'échantillon.

« La crise de l'eau à Tolède a mis en lumière le problème des proliférations d'algues nuisibles du lac Érié et a montré à quel point elles peuvent avoir un impact sur la vie quotidienne des gens - et potentiellement sur la santé humaine - en affectant l'une des ressources de base dont nous avons besoin pour la vie, qui est de l'eau potable, ", a déclaré Davis.