Eutrophisation

L'eutrophisation est la modification et la dégradation d'un milieu aquatique, lié en général à un apport excessif de substances nutritives (azote provenant surtout des nitrates agricoles et des eaux usées, et secondairement de la pollution automobile, et phosphore, provenant surtout des phosphates et des eaux usées), qui augmentent la production d’algues et d'espèces aquatiques.

Un excédent d'azote est relevé partout en Europe (ici pour 2005, selon les données disponibles de la Commission européenne et de l'Agence européenne de l'environnement

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. Au début du XXI^e siècle, il a 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 (par exemple feuilles mortes), mais aussi par l'absence de faune se nourrissant dans l'eau tout en exportant les nutriments (par exemple, amphibiens, canards ou élan mangeant des algues, des invertébrés et des plantes aquatiques, par dizaines de kilogrammes 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 est généralement le facteur limitant dans les milieux naturels d'eau douce, tandis que l'azote est limitant en milieu marin (loi de Liebig). Ce sont ces composés, en particulier les phosphates (orthophosphates, polyphosphates) qui permettent l'emballement du processus. Ce milieu déséquilibré, dystrophe, devient alors hypertrophe.
C'est dans les années 1960 avec la subite et rapide dégradation des lacs en aval de zones fortement urbanisée qu'on a pris conscience de ce phénomène^[1]

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 réempoissonnements 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^[2] 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. Ceci s'explique notamment par la prolifération en conditions non limitantes des plantes nitrophiles, qui gagnent alors un avantage compétitif sur les autres espèces végétales (meilleur développement racinaire, augmentation de la surface foliaire nécessaire à la photosynthèse). 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^[3]. 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 Mississippi.

Le processus

L'eutrophisation peut se décomposer en quelques étapes :

1. des nutriments phosphorés et azotés, notamment des orthophosphates et nitrate, sont déversés en grande quantité dans le milieu aquatique ;
2. les eaux ainsi enrichies permettent la multiplication rapide d'espèces aquatiques (efflorescence algale, ou bloom), en particulier la prolifération d'algue ou de Cyanobactéries^[4]. Ces espèces sont difficilement éliminées par les organismes présent dans l'écosystème^[5]. Ils vont donc se minéraliser et tomber au fond du milieu aquatique  ;
3. La décomposition de la matière organique morte favorise la croissance des bactéries hétérotrophes qui consomment de l'oxygène dissout. Le dioxygène étant très limité dans l'eau (environ 30 fois moins que dans le même volume d'air), celui-ci est rapidement épuisé.

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. La consommation d’O₂ devient supérieure à la production d’O₂. ;

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 milliard d’euros) le coût annuel de l’eutrophisation par l’azote et le phosphore aux États-Unis, 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 coûts pris en compte sont ceux des pertes 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^[6].

Selon une autre étude, européenne, le coût des effets de la pollution azotée sur l'air, les sols et les écosystèmes, et la santé environnementale en Europe serait compris entre 70 et 320 milliards d’euros par an ; soit entre 150 et 735 euros par personne et par an ; C'est plus que le double du bénéfice estimé apporté à l'agriculture ^[7]. L'étude conduite par 200 experts, issus de 21 pays d'Europe, estime aussi que « Réduire notre consommation de protéines animales -qui dépasse de 70% les recommandations nutritionnelles- aurait un impact significatif. 80% de l'azote utilisé en agriculture sert en effet à produire de la nourriture pour l'élevage » et moins se déplacer en véhicule polluant, et changer les pratiques agricoles permettrait d'importants progrès.

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.

Prospective

L'azote met jusqu'à plusieurs décennies pour passer du sol aux nappes phréatiques, et il peut diffuser horizontalement dans les nappes sur des centaines de kilomètres.
La dénitrification et le cycle de l'azote seront influencés par la productivité végétale, par les changements de température de l'air de l'eau et du sol et par de probables changements dans les précipitations (force et distribution)^[8].
Les teneurs du sol en matière organique et les taux atmosphériques de dioxyde de carbone auront aussi une incidence sur la persistance ou le lessivage des nitrates agricoles, via les modes de travail du sol (agriculture sans labour ou avec labour..., avec ou sans bandes enherbées ou zones-tampon. Les modifications pédologiques (y compris via les populations de vers de terre par exemple affectées par les pesticides ou métaux lourds). Nombre de ces facteurs seront contrôlés en partie par un probable dérèglement climatique^[8] qui aura indirectement un impact sur la dénitrification des sols. La production urbaine d'émissions azotées pourrait aussi augmenter (transport, chauffage). Certains scenarii tendanciels prévoient une augmentation du lessivage des nitrates avec des conséquences allant d'une augmentation limitée à un doublement possible des taux de nitrates dans les aquifère en 2100. Ces changements peuvent être en partie masqués par des réductions de nitrate permises par des améliorations des pratiques agricoles^[8]. Les chercheurs invitent à envisager des mesures d'adaptation^[8].

Les remèdes

L'eutrophisation est un révélateur témoignant de la limite des capacités épuratrice des milieux aquatiques. Des moyens de lutte et d'atténuation (déseutrophisation) 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 ;
• Protéger et restaurer des zones-tampon (idéalement combinant une ripisylve et des bandes enherbées) entre les champs et les cours d'eau ;
• remplacer partout 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) et de lagunage tertiaire ou fonctionner sur le principe du lagunage naturel.

Références

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• Exposé sur l'eutrophisation du bassin de la seine
• Carte des forêts françaises touchées par l'eutrophisation (INRA)
• Lacs en danger
• (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.

Bibliographie

• Timstit C., 1997, Le traitement du phosphore constitue-t-il une bonne réponse aux risques d’eutrophisation ? ENGREF, Montpellier, 9 p.

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