Eutrophication

L'eutrophisation est la modification et la dégradation d'un milieu aquatique, lié en général à un apport exagéré de substances nutritives, qui augmentent la production d’algues et de plantes aquatiques.

Un milieu aquatique eutrophe (du grec eu : « bien, vrai » et trophein : « nourrir »), tel que cours d'eau ou mares, décrit originellement sa richesse en éléments nutritifs, sans caractère négatif. À partir des années 1970, le terme eutrophisation a été employé pour qualifier la dégradation des grands lacs comme le lac d'Annecy, le lac du Bourget ou le lac Léman par excès de nutriments. Il a aujourd'hui un sens proche de dystrophie et vient souvent comme qualificatif de sens négatif pour des milieux aquatiques d'eau douce ou marins.

Un milieu aquatique pauvre en éléments nutritifs est dit oligotrophe ; dans le cas intermédiaire, on qualifie le milieu de mésotrophe. Étant donné que les facteurs naturels produisent des milieux plus ou moins chargés en nutriments en dehors de toute intervention humaine, l'état d'eutrophisation d'un milieu aquatique doit être apprécié en fonction de sa nature et ne peut pas se baser sur des indicateurs absolus.

L'eutrophisation est aussi une des étapes du processus naturel qui transforme lentement les lacs peu profonds en marais, puis en prairie ou en mégaphorbiaies et finalement en forêt. Le comblement d'une mare ou d'un marais est très accéléré par la présence de nutriments artificiels, par la proximité d'arbres (Cf. feuilles mortes), mais aussi par l'absence de faune se nourrissant dans l'eau tout en exportant les nutriments (Ex : amphibiens, canards ou élan mangeant des algues, des invertébrés, et des plantes aquatiques, par dizaines de Kg par jour dans le cas de l'élan). L'atterrissement d'une petite mare en sous-bois peut se faire en quelques décennies, alors que les lacs naturels se comblent eux en dizaines de milliers voire en millions d'années.

Les causes de l'eutrophisation

Le lac Valencia (Venezuela) recueille des effluents agricoles, industriels et urbains. Les blooms alguaux sont détectables par satellite.

L'eutrophisation est l'expression du déséquilibre qui résulte d'un apport excessif de nutriments : azote (des nitrates par exemple), carbone (carbonates, hydrogénocarbonates, matières organiques...) et phosphore notamment. Le phosphore étant généralement le facteur limitant dans les milieux aquatiques naturels (loi de Liebig), ce sont ses composés, en particulier les phosphates (orthophosphates, polyphosphates) qui permettent l'emballement du processus. Ce milieu déséquilibré, dystrophe, devient alors hypertrophe.

Ce processus a comme principales origines :

• des épandages agricoles excessivement riches en engrais ( azote et phosphore)
• des rejets industriels ou urbains riches en nitrates, ammonium, matière organique non traitée, la présence de polyphosphates dans les lessives font de l'eutrophisation un processus fréquent, atteignant même les zones océaniques, pouvant provoquer l'extension de zones mortes), ou le développement d'algues toxiques, telles Dynophysis, sur les littoraux, par exemple en Bretagne (France). Algues toxiques étant principalement dues au rejet du lisier provennant des élevages de porc, très nombreux en Bretagne.

Dans l'acception courante, l'eutrophisation est donc souvent synonyme de pollution, bien que cette dernière puisse revêtir bien d'autres aspects : contamination biologique (bactéries, parasites...), chimique (pesticides, métaux, solvants...) ou physique (chaleur, radionucléides...).

La pêche en milieux fermés ou cours d'eau très lents (canal..) est une cause d'eutrophisation lorsque les réempoissonnement sont excessifs et que des boules d'amorce sont jetées dans des étangs fermés, canaux ou cours d'eau à courant lent. Une étude récente a montré que la pêche en mer est aussi à l'origine d'un impact important sur le cycle marin de l'azote.

Faibles doses d'azote et biodiversité

Une étude^[1] longue (sur 20 ans) a montré que les engrais azotés agricoles ont aussi un impact négatif sur la biodiversité même utilisés en faible quantité. Les chercheurs ont comparé la biodiversité de parcelles agricoles fertilisées avec de faibles doses d’azote, à d'autres non fertilisées servant de témoin, et ceci durant 20 ans. Le nombre d’espèces végétales des parcelles ayant reçu de faibles doses d’azote a chuté de 17 % par rapport aux parcelles-témoins. Cet effet semble toutefois réversible, puisque sur les parcelles où l’apport d’azote a été interrompu après 10 ans, un redressement significatif du nombre d’espèces a été observé.

Milieux touchés

En grande quantité, Spirodela polyrhiza et Lemna minor sont des indicateurs d'eutrophisation.

L'eutrophisation peut atteindre les eaux douces, saumâtres et salées, le milieu marin comme les milieux continentaux, les eaux profondes comme les eaux superficielles, et en particulier :

• Les eaux dormantes (mares riches en feuilles mortes ou collectant des eaux usées, des eaux polluées par des engrais, étangs, lacs, lagunes..)
• Les cours d'eau ayant un débit faible ou qui accueillent des effluents trop riches ou en trop grandes quantités issus par exemple, d'exploitations agricoles, humaines ou industrielles ;
• Les estuaires, golfes, baies et autres étendues semi-fermées sont particulièrement touchés, car situés en aval des bassins versants. Ainsi l'ONU alertait en 2003 dans son rapport GEO 3 sur le fait qu'en 1998, plus de 60 % des estuaires et baies des États-Unis étaient « modérément ou gravement dégradés par la contamination causée par les éléments nutritifs », en particulier à cause des apports d'azote principalement^[2]. Une centaine de zones mortes sont apparues en mer, en aval des estuaires. La plus grande mesure plus de 20 000 km², en aval du Mississipi.

Le processus

L'eutrophisation peut se décomposer en quelques étapes :

1. des nutriments, notamment les phosphates d'origines diverses et les nitrates issus de l'agriculture, sont déversés en grande quantité dans le milieu aquatique ;
2. les eaux ainsi enrichies permettent la multiplication rapide des végétaux aquatiques, en particulier la prolifération d'algues, (efflorescence algale, ou bloom) ;
3. le stock d'oxygène étant très limité dans l'eau (environ 30 fois moins que dans le même volume d'air), celui-ci est rapidement épuisé lors des périodes pendant lesquelles la respiration des organismes et la décomposition des matières produites excède la production par photosynthèse et les échanges possibles avec l'oxygène atmosphérique.

Le développement éventuel de plantes flottantes — telles les lentilles d'eau (Lemna sp.), empêche le passage de la lumière donc la photosynthèse dans les couches d'eau inférieures, et gêne également les échanges avec l'atmosphère ;

1. le milieu devient alors facilement hypoxique puis anoxique, favorable à l'apparition de composés réducteurs et de gaz délétères (thiols, méthane) ;
2. il peut en résulter la mort d'organismes aquatiques aérobies — insectes, crustacés, poissons, mais aussi végétaux —, dont la décomposition, consommatrice d'oxygène, amplifie le déséquilibre.

Effets

Les eaux lentes polluées par les nitrates sont propices au développement des lentilles

Par forte chaleur un voile d'algues et de bactéries peut couvrir l'eau stagnante et piéger les bulles de gaz. Ce type de bloom ne dure généralement pas plus de deux semaines.

L'algue Kalodinium micrum peut couvrir la totalité de la surface de l'eau et bloquer la pénétration de la lumière (Canning River, Australie).

Les inconvénients principaux de l'eutrophisation sont la diminution de la biodiversité et de la qualité de l'eau en tant que ressource. Elle a des effets négatifs sur le tourisme (avec souvent comme conséquences visibles la perte de transparence, développement d'odeurs et envasement), qui sont des indices de problèmes :

• augmentation du volume d'algue ;
• augmentation de la biomasse du zooplancton gélatineux ;
• dégradation des qualités organoleptiques de l'eau (aspect, couleur, odeur, saveur) ;
• envasement plus rapide, et apparition de vase putride, sombre et malodorante.
• développement de phytoplancton toxique ;
• développement de pathogènes par diminution de la pénétration des UV qui ont un pouvoir désinfectant.
• diminution de l'indice biotique ;
• diminution de la biodiversité (animale et végétale) ;
• diminution du rendement de la pêche (quoique l'effet puisse être contraire) ;

Parfois les algues peuvent boucher les prises d'eau, les filtres, entraver le fonctionnement d'écluses voire du moteur de petits bateaux pour les algues filamenteuses

Coûts économiques

Outre le gaspillage d’argent dû au lessivage des engrais chimiques, une évaluation porte à 2,2 milliards de dollars (1,75 milliards d’euros) le coût annuel de l’eutrophisation par l’azote et le phosphore aux USA, ceci pour les seules eaux douces et hors coûts induits par la dégradation des ressources halieutiques et zones mortes liée aux blooms planctoniques et pullulations d’algues (qui n’ont pu être chiffrés). Dans ce pays, 90% des rivières dépassaient pour leur taux d’azote et de phosphore les seuils de l’EPA en 2007; et toutes les éco-régions étaient touchées. Les valeurs-seuil ont été dépassées en 2007 dans 12 des 14 écorégions. Les couts pris en compte sont ceux des perte d’usages récréatif et de valeur immobilière des berges de lacs et eaux eutrophes, ainsi que les coûts d’épuration, de gestion et restauration des milieux et des coûts liés la perte de biodiversité ^[3].

Le cas des grands lacs

Dans les années 1950 à 1970, les Grands Lacs d'Amérique du Nord étaient devenus les déversoirs naturels d'égouts des villes environnantes. Riche en azote et phosphore, l'urine des habitants suffisait à fortement dégrader la qualité du milieu aquatique. À cela s'ajoutaient d'autres pollutions comme celles des nombreux engins à moteur de l'époque, très polluants, qui pouvaient contaminer les eaux par le lessivage de leurs fumées et leurs rejets d'huile.

Le remède

L'eutrophisation est un révélateur témoignant de la limite des capacités épuratrice des milieux aquatiques. Des moyens de lutte sont nécessaires et existent :

• diminuer l'utilisation de polluants eutrophisants dès l'amont du bassin versant ;
• diminuer l'utilisation de pesticides et leur arrivée dans les cours d'eau où, en tuant de nombreux organismes, ceux-ci peuvent contribuer à l'eutrophisation ;
• utiliser rationnellement les engrais en agriculture (analyser la valeur agronomique des sols et privilégier les engrais naturels) ;
• aménager des bassins versants reconstituant des réseaux de bocage, talus, haies, et bandes enherbées, suffisants en taille et cohérents avec le relief et la pédologie ; le ruissellement des eaux pluviales peut favoriser l'entrainement de nutriments comme le phosphore qui seront mieux retenus si les capacités d'infiltration du sol sont restaurées ;
• remplacer les phosphates des lessives par des agents anti-calcaires sans impact sur l'environnement, tels les zéolites ;
• mieux éliminer l'azote et le phosphore dans des stations d'épuration (qui peuvent être équipées de procédés de dénitrification et de déphosphatation).

Références

Voir aussi

Articles connexes

• Bloom planctonique
• Dystrophisation, zone morte

Liens externes

• Exposé sur l'eutrophisation du bassin de la seine
• Carte des forêts françaises touchées par l'eutrophisation (INRA)
• Lacs en danger
• Agissons pendant qu'il en est temps!
• (en) page d'accueil atlas paneuropéen sur les eutrophisants (en anglais)
• (fr) Qu'est-ce que l'europhisation ? Les lacs du Québec et l'eutrophisation. Vidéos de lacs du Québec.

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