Coûts de fonctionnement et d'entretien des usines de traitement de l'eau potable
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Terence Nelligan, Division des comptes et de la statistique de l'environnement, Sharon Wirth, Division des méthodes d'enquêtes-entreprises, Cindy De Cuypere, Division des comptes et de la statistique de l'environnement et Lenka Mach, Division des méthodes d'enquêtes sociales
Les usines de traitement de l'eau potable jouent un rôle crucial dans l'économie canadienne puisqu'elles traitent l'eau fournie aux utilisateurs commerciaux, institutionnels, industriels et résidentiels. En 2007, 86 % des ménages ont été approvisionnés en eau par une source municipale 14 . Les usines de traitement de l'eau potable ont produit 5 617 millions de mètres cubes (Mm3) d'eau potable en 2007. Les eaux de surface ont fourni 88 % de l'eau et alimenté 24 millions de Canadiens. Un autre 10 % de l'eau provenait de sources d'eau souterraine, qui ont alimenté 3,5 millions de Canadiens. Le 2 % restant provenait d'eau souterraine sous l'influence directe de l'eau de surface (sources ESSID), qui a alimenté 460 000 personnes en 2007 15 .
Les données sur les coûts de fonctionnement et d'entretien (F et E) recueillies au moyen de l'Enquête sur les usines de traitement de l'eau potable de 2007 comprennent les dépenses au titre des matériaux (produits chimiques et pièces de rechange), de la main-d'oeuvre et de l'énergie associés à l'acquisition et au traitement de l'eau, mais excluent les coûts associés à la distribution de l'eau. En 2007, les coûts de F et E se sont établis à 807 millions de dollars. Les coûts de main-d'oeuvre (302 millions de dollars) constituaient la majeure partie de ces dépenses, tandis que les matériaux et l'énergie représentaient 198 millions de dollars et 199 millions de dollars, respectivement. Les autres coûts représentaient les 108 millions de dollars restants 16 .
Les coûts de F et E associés à l'acquisition et au traitement de l'eau varient selon la technique de traitement, les volumes de production annuelle et le type d'eau de source traitée. Dans la présente étude, nous analysons les données recueillies au moyen de l'enquête pour montrer la variation des coûts de F et E selon ces facteurs. Nous examinons deux types de systèmes de traitement de l'eau potable, à savoir les systèmes classiques, qui sont les principaux systèmes utilisés pour traiter l'eau de surface, et les systèmes sans filtre, utilisés pour traiter la plus grande partie de l'eau souterraine.
Ce que vous devriez savoir au sujet de la présente étude
Sources des données
Le présent article est fondé principalement sur les données de l'Enquête sur les usines de traitement de l'eau potable de 2007, une nouvelle enquête de Statistique Canada. L'enquête fournit de l'information nationale et régionale relative à la production d'eau potable. La population cible se compose de toutes les usines de traitement de l'eau potable desservant des collectivités de 300 personnes ou plus et des données sont recueillies sur les volumes d'eau prélevée et traitée, le type de traitement, les dépenses en immobilisations et les coûts d'exploitation ainsi que la qualité de l'eau. Les usines de traitement visées par l'enquête ont fourni de l'eau à environ 85 % de la population canadienne. Pour plus de renseignements sur la qualité des données, les concepts et la méthodologie, veuillez consulter : Enquête sur les usines de traitement de l'eau potable (no d'enquête 5149).
Traitement classique de l'eau de surface
Les eaux de surface, tels les lacs, les rivières et les ruisseaux, sont susceptibles à la pollution et doivent presque toujours être traitées par coagulation, floculation, sédimentation, filtration sur milieu granulaire et désinfection. On appelle « traitement classique » cette combinaison de processus 17 . Le tableau 2 montre qu'en 2007, plus de la moitié (53,5 %) du volume total d'eau de surface traitée dans les usines de traitement de l'eau potable (2 640 Mm3) a été traitée par des systèmes classiques. Cette eau a alimenté 13 millions de personnes 18 . L'analyse dans le présent article porte principalement sur les usines de traitement classiques en raison de leur rôle dominant dans le traitement des eaux de surface. Nous avons utilisé les données de l'enquête pour élaborer un modèle expliquant la variation des coûts de F et E selon les volumes de production annuelle pour les usines classiques de traitement des eaux de surface.
Systèmes sans filtre de traitement des eaux souterraines
Dans le cas de la plupart des sources d'eau souterraine, le sol protège l'eau de la contamination microbienne. Par conséquent, les méthodes de traitement diffèrent de celles utilisées pour l'eau de surface 19 . Le tableau 2 montre qu'en 2007, environ le tiers (34 %) du volume total d'eau souterraine traité (232 Mm3) a été produit par des systèmes utilisant la désinfection ainsi que d'autres procédés. Il s'agit des systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine 20 . Cette eau a servi à alimenter un million de personnes 21 . L'analyse dans le présent article porte principalement sur les systèmes sans filtre en raison de leur rôle dominant dans le traitement de l'eau souterraine. Nous avons utilisé les données de l'enquête pour élaborer un modèle servant à expliquer la variation des coûts de F et E selon les volumes de production annuelle pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine.
Modèles de coûts de F et E élaborés pour certains systèmes
Pour les usines classiques de traitement de l'eau de surface, nous avons utilisé la régression par les moindres carrés ordinaires pour produire un modèle permettant d'estimer les coûts de F et E annuels selon le volume d'eau traitée. Nous avons estimé le modèle de régression suivant :
Coûts de F et E annuels ($CAN) = exp(9,18727 + 0,55085*ln(volume de production annuelle en mégalitres))
Nous avons élaboré ce modèle en utilisant les données de 274 usines de traitement, pour 22 desquelles des données ont été imputées soit pour le total des coûts de F et E, soit pour le volume de production annuelle. Le coefficient de détermination (R2) pour le modèle était de 0,73, c'est-à-dire que le volume d'eau traitée explique 73 % de la variabilité du total des coûts de F et E.
Pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine, nous avons estimé le modèle de régression suivant en utilisant une procédure similaire :
Coûts annuels de F et E ($CAN) = exp(7,77325 + 0,71328*ln(volume de production annuelle en mégalitres))
Nous avons élaboré ce modèle en utilisant les données de 126 usines, pour 18 desquelles des données ont été imputées soit pour le total des coûts de F et E, soit pour le volume de production annuelle. Le R2 pour ce modèle était de 0,65, ce qui signifie que le volume d'eau traitée explique 65 % de la variabilité du total des coûts de F et E.
Note aux utilisateurs des données concernant les modèles de régression et les bandes de confiance
La variable d'intérêt dans la présente étude, soit le total des coûts annuels de F et E, est liée à la variable indépendante, le volume de production annuelle en mégalitres; toutefois, cette relation ne satisfait pas aux hypothèses nécessaires pour ajuster un modèle de régression linéaire. Ainsi, nous avons appliqué des transformations aux données et nous avons déterminé qu'il existe une relation linéaire entre ln(total des coûts annuels de F et E) et ln(volume de production annuelle) et que cette relation satisfait aux hypothèses pour l'utilisation d'estimations par les moindres carrés ordinaires des paramètres de régression. Nous avons ensuite élaboré des modèles de régression pour montrer le total des coûts annuels moyens de F et E estimés pour un volume de production annuelle donné.
Les bandes de confiance indiquées dans les graphiques ont été obtenues au moyen de sorties SAS PROC REG et elles sont les bandes de confiance à 95 % de Working-Hotelling pour la droite de régression réelle reliant les coûts de F et E de toutes les usines attendus au volume d'eau traitée annuellement par ces dernières. Aux fins de confidentialité, les coûts annuels moyens de F et E estimés et les bandes de confiance vont au-delà des valeurs minimales et maximales observées pour le volume traité utilisées pour élaborer le modèle. Les données présentées dans les graphiques résultent de l'application des modèles à des valeurs arbitraires de volumes d'eau annuels pour illustrer la relation entre les volumes de production annuelle et les coûts annuels de F et E.
Lorsque les modèles sont appliqués pour estimer le ln(coût) pour un ln(volume) donné, plus le ln(volume) se rapproche du ln(volume) moyen traité par les usines utilisé aux fins de l'élaboration du modèle, plus l'estimation est exacte. Les modèles estiment de façon plus exacte les coûts de F et E pour de petits volumes que pour de gros volumes.
L'Enquête sur les usines de traitement de l'eau potable est un recensement qui a été menée auprès des usines desservant au moins 300 personnes. Seules les données des usines qui ont participé à l'enquête ont été utilisées aux fins de la présente étude. Nous avons supposé que les usines qui ont participé à l'enquête ont été sélectionnées par échantillonnage aléatoire simple stratifié. Nous avons estimé le modèle au moyen d'une méthode fondée sur le plan d'enquête (procédure REGRESS dans le logiciel SUDAAN) ainsi que d'une méthode fondée sur un modèle (procédure REG avec une instruction WEIGHT dans SAS) et nous avons obtenu des résultats presque identiques.
Résultats du modèle pour les usines classiques de traitement de l'eau de surface
Le graphique 5 illustre les estimations du modèle des coûts de F et E associés à une gamme de volumes de production annuelle pour les usines classiques de traitement de l'eau de surface. Selon le graphique, les coûts annuels moyens de F et E estimés pour les usines produisant 100 mégalitres (Ml) s'établissent à environ 123 000 $. Les bandes de confiance supérieure et inférieure montrent que les véritables coûts annuels moyens de F et E pour toutes les usines produisant 100 Ml se situent entre 106 000 $ et 143 000 $ (confiance à 95 %). Pour les usines qui produisent des volumes plus élevés, les bandes de confiance pour les coûts annuels de F et E sont plus larges. Par exemple, les coûts annuels moyens de F et E pour les usines produisant 50 000 Ml s'établissent à 3,79 millions de dollars, le chiffre véritable se situant entre 3,13 millions de dollars et 4,59 millions de dollars (confiance à 95 %).
En utilisant le modèle, nous montrons dans le graphique 6 la relation envisagée entre les coûts moyens de F et E par Ml et le volume de production annuelle total pour les usines classiques de traitement de l'eau de surface. Selon le graphique, les coûts annuels moyens de F et E estimés par Ml pour les usines produisant 100 Ml s'établissent à 1 235 $/Ml, la valeur réelle se situant entre 1 063 $/Ml et 1 436 $/Ml (confiance à 95 %). Le coût par Ml baisse lorsque la quantité d'eau produite est plus grande. Les coûts annuels moyens de F et E par Ml estimés pour les usines produisant 50 000 Ml sont de 76 $/Ml seulement.
En 2007, l'usine classique moyenne au Canada a produit 5 706 Ml (15,63 Ml par jour) d'eau traitée et a desservi environ 26 000 personnes 22 . Selon le modèle, les coûts de F et E pour cette usine moyenne s'établiront à 204 $/Ml. Cette proportion augmente dans le cas des usines dont le volume annuel de production est la moitié du volume moyen, passant à 268 $/Ml, et diminue dans le cas des usines dont le volume annuel de production est le double du volume moyen, passant à 147 $/Ml.
Résultats du modèle pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine
Le graphique 7 montre les résultats du modèle appliqué à une gamme de volumes de production annuelle pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine. Selon le graphique, les coûts annuels moyens de F et E estimés pour les usines produisant 100 Ml s'établissent à 63 000 $, la valeur réelle se situant entre 52 000 $ et 76 000 $ (confiance à 95 %).
Le graphique 8 montre la relation envisagée entre les coûts de F et E par Ml et le volume de production annuelle total pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine. Les coûts annuels moyens de F et E estimés par Ml pour les usines produisant 100 Ml s'établissent à 635 $/Ml, la valeur réelle se situant entre 527 $/Ml et 764 $/Ml (confiance à 95 %).
En 2007, le système sans filtre moyen de traitement de l'eau souterraine au Canada a produit 817 Ml (2,24 Ml par jour) d'eau traitée et a desservi environ 5 000 personnes 23 . Selon le modèle, les coûts de F et E envisagés pour cette usine moyenne s'établiront à 350 $/Ml, proportion qui augmente pour les usines dont le volume annuel produit est la moitié du volume moyen, passant à 426 $/Ml, et diminue pour les usines dont le volume annuel de production est le double du volume moyen, passant à 287 $/Ml.
Coûts annuels de F et E associés au traitement de l'eau de surface par rapport au traitement de l'eau souterraine pour les systèmes de traitement sélectionnés
Le graphique 9 montre les bandes de confiance supérieure et inférieure pour les deux systèmes étudiés. Les modèles donnent à penser que les coûts de F et E par Ml pour le traitement de l'eau de surface sont plus élevés que ceux pour le traitement de l'eau souterraine pour les volumes de production annuelle inférieurs à 900 Ml, le point d'intersection de la limite supérieure pour l'eau souterraine et de la limite inférieure pour l'eau de surface (confiance à 95%).
L'application des modèles de régression montre la variation des coûts de F et E selon le processus de traitement utilisé et le type d'eau de source pour divers niveaux de volumes de production annuelle. Les résultats du modèle fournissent le contexte pour les données de l'enquête, qui indiquent que les coûts de F et E moyens pour toutes les usines de traitement classiques s'établissaient à 161 $/Ml 24 . Le modèle décrit dans le présent article montre que les coûts de F et E pour les usines classiques de traitement de l'eau de surface peuvent s'écarter fortement de cette moyenne, passant de 1 400 $/Ml à 35 $/Ml pour la fourchette des volumes de production annuelle de 100 Ml à 170 000 Ml, comme le montre le graphique 9.
De même, pour les systèmes sans filtre de traitement de l'eau souterraine, le modèle montre que les coûts de F et E peuvent aller de 764 $/Ml à 85 $/Ml pour la fourchette de volumes de production annuelle de 100 Ml à 19 000 Ml. Les coûts moyens de F et E dégagés des données d'enquête agrégées pour tous les systèmes sans filtre étaient de 128 $/Ml 25 .
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