Moins de deux jours d'échantillonnage de la qualité de l'eau sur les plages locales peuvent être tout ce qui est nécessaire pour réduire les maladies parmi des millions de baigneurs chaque année en raison de l'eau contaminée, selon une nouvelle étude de Stanford. L'étude, Publié dans Sciences et technologies de l'environnement , présente un cadre de modélisation qui prédit de manière fiable la qualité de l'eau sur les plages après seulement un jour ou deux d'échantillonnage fréquent de l'eau. L'approche, testé en Californie, pourrait être utilisé pour garder un œil sur les zones côtières autrement non surveillées, ce qui est essentiel pour protéger le bien-être des baigneurs et des économies océaniques florissantes dans le monde entier.

"Ce travail combine des connaissances en microbiologie, des processus côtiers et de la science des données pour produire un outil permettant de gérer efficacement l'une de nos ressources les plus précieuses et de protéger la santé humaine, " a déclaré l'auteur principal Alexandria Boehm, un professeur de Stanford en génie civil et environnemental.

La mesure des concentrations de bactéries indicatrices fécales (FIB) - qui indiquent la présence de matières fécales et peuvent conduire à des conditions d'eau insalubres - sur les plages garantit la santé et la sécurité du public. Alors que toute l'eau de l'océan contient un certain degré d'agents pathogènes, comme des bactéries ou des virus, ils sont généralement dilués à des concentrations inoffensives. Cependant, changements dans les précipitations, la température de l'eau, vent, ruissellement, déchets de navigation, débordement d'égout pluvial, proximité des stations d'épuration, les animaux et la sauvagine peuvent entraîner un afflux de contamination de l'eau. L'exposition à ces contaminants peut causer de nombreux maux, y compris les maladies respiratoires et les maladies gastro-intestinales, avec la peau, infections des yeux et des oreilles aux nageurs.

La protection des eaux côtières et des personnes qui les utilisent reste essentielle pour une grande partie des 840 milles de côtes californiennes. Plus de 150 millions de personnes nagent, le surf, plonger et jouer sur l'une des 450 plages de l'État chaque année, générant plus de 10 milliards de dollars de revenus. Selon le California State Water Resources Control Board, agences de santé dans 17 comtés, stations d'épuration publiques, des groupes environnementaux et plusieurs groupes de science citoyenne effectuent des prélèvements d'eau dans tout l'État. Cependant, toutes les eaux ne sont pas systématiquement vérifiées en raison de problèmes d'accessibilité, contraintes de ressources budgétaires ou de la saison, malgré leur utilisation par le public.

Un autre obstacle à la sauvegarde de la santé publique réside dans le décalage entre l'échantillonnage et les résultats - jusqu'à deux jours - qui amène les gestionnaires de plages à prendre des décisions reflétant les conditions passées de la qualité de l'eau. Lorsque les eaux surveillées contiennent des niveaux élevés de bactéries et présentent un risque pour la santé, les gestionnaires de plage affichent des panneaux d'avertissement ou ferment les plages. Le retard des méthodes de test actuelles pourrait sans le savoir exposer les nageurs à des eaux insalubres.

Pour surmonter ces limites, les chercheurs ont combiné l'échantillonnage de l'eau et les données environnementales avec des méthodes d'apprentissage automatique pour prévoir avec précision la qualité de l'eau. Bien que les modèles prédictifs de la qualité de l'eau ne soient pas nouveaux, ils ont généralement nécessité le développement de données historiques s'étalant sur plusieurs années.

L'équipe a utilisé des échantillons d'eau prélevés à des intervalles de 10 minutes sur une période relativement brève d'un à deux jours sur les plages de Santa Cruz, Monterey et Huntington Beach. Parmi les trois sites, 244 échantillons ont été mesurés pour les concentrations de FIB et marqués comme étant supérieurs ou inférieurs au niveau acceptable jugé sûr par l'État. Les chercheurs ont ensuite collecté des données météorologiques telles que la température de l'air, le rayonnement solaire et la vitesse du vent ainsi que les données océanographiques, y compris le niveau des marées, la hauteur des vagues et la température de l'eau (tous facteurs influençant les concentrations de FIB) sur la même période.

En utilisant les données haute fréquence sur la qualité de l'eau et les méthodes d'apprentissage automatique, ils ont formé des modèles informatiques pour prédire avec précision les concentrations de FIB sur les trois plages. Les chercheurs ont découvert que l'échantillonnage horaire de l'eau pendant 24 heures d'affilée, capturant l'intégralité d'un cycle de marée et solaire, s'est avéré suffisant pour obtenir des résultats fiables. L'alimentation du cadre en données météorologiques et marémotrices sur des périodes plus longues a donné lieu à des prévisions futures de la qualité de l'eau qui étaient fiables pendant au moins une saison entière.

"Ces résultats sont vraiment stimulants pour les communautés qui veulent savoir ce qui se passe avec la qualité de l'eau sur leur plage, " a déclaré Searcy. "Avec quelques ressources pour commencer et une journée d'échantillonnage, ces communautés pourraient collecter les données nécessaires pour lancer leurs propres systèmes de modélisation de la qualité de l'eau. »

Le code cadre, qui est accessible au public, pourrait également être développé pour des prédictions précises d'autres contaminants tels que les algues nuisibles, métaux et nutriments connus pour faire des ravages dans les eaux locales. Les chercheurs soulignent qu'une analyse plus approfondie est nécessaire pour mieux déterminer la période exacte pendant laquelle ces modèles restent précis et notent que l'évaluation et le recyclage continus des modèles restent une meilleure pratique pour des prédictions précises.