EUTROPHISATION: PROCESSUS, CAUSES, CONSÉQUENCES, SOLUTIONS - ENVIRONNEMENT - 2024

L' eutrophisation est un excès de nutriments apporté à une masse d'eau, créant une explosion démographique d'algues, de cyanobactéries et de plantes aquatiques. Ce phénomène, à son tour, provoque la diminution de l'oxygène dissous dans l'eau et, par conséquent, affecte la vie sous-marine.

L'oxygène dissous diminue en raison de la photosynthèse réduite par les algues et les plantes submergées. Cela se produit à la fois en raison du blocage de la lumière du soleil dû à la prolifération des plantes de surface et en raison du taux plus élevé de consommation d'oxygène par ces populations.

Accumulation d'algues par eutrophisation.

L'eutrophisation peut se produire en raison de causes naturelles lorsque la taille ou le débit d'une masse d'eau est réduite ou des pluies exceptionnelles qui transportent des charges nutritionnelles dans les plans d'eau. Cependant, dans la plupart des cas, l'eutrophisation résulte de causes d'origine humaine (anthropiques).

Le problème de l'eutrophisation se développe dans le monde entier et plus de la moitié des lacs du monde en souffrent à un certain niveau. De même, les zones mortes prolifèrent dans les mers du fait de la survenue de ce phénomène, identifiant plus de 700 d'entre elles.

Le processus de

L'eutrophisation commence par la contribution à l'eau de quantités inhabituelles de nutriments, en particulier l'azote (N) et le phosphore (P). Ces contributions peuvent provenir à la fois de sources naturelles et humaines (anthropiques), mais dans tous les cas elles sont le produit et la cause d'un déséquilibre écologique.

Les organismes favoris

L'apport exceptionnel de nutriments essentiels à la croissance des plantes favorise le développement des plantes aquatiques envahissantes et des algues. Il peut s'agir à la fois de phytoplancton et de macroalgues et la prolifération de cyanobactéries se produit également.

Prolifération des algues par eutrophisation. Source: Felix Andrews (Floybix)

Ces organismes ont des taux de reproduction élevés et ont une croissance rapide, donc avec suffisamment de nutriments, ils ont des avantages compétitifs. Ils poussent à la surface de la masse d'eau et couvrent toute la surface.

La lumière

Les algues flottantes et les plantes aquatiques qui recouvrent la surface empêchent la lumière du soleil de pénétrer dans les couches inférieures de l'eau. Pour cette raison, les algues et les plantes submergées ne peuvent pas photosynthétiser et commencent à mourir.

Oxygène dissous

Le blocage de la photosynthèse sous-marine par cette prolifération superficielle de la masse végétale implique également la diminution de l'oxygène dissous dans l'eau. De plus, d'autres sources d'oxygène dissous, telles que les échanges avec l'atmosphère, sont limitées du fait du blocage exercé par la masse végétale superficielle.

Demande d'oxygène

Sous la surface, l'activité des organismes en décomposition, en particulier les bactéries et les archées, augmente. Cela implique une augmentation de la demande en oxygène dissous, qui est réduite.

L'augmentation de l'activité de décomposition est une conséquence de l'approvisionnement plus important en matière organique du fait de l'explosion démographique de surface. L'augmentation de la mort des organismes sous-marins influence également.

L'apport interne de matière organique et externe par les effluents contaminés nécessite plus d'oxygène pour sa stabilisation biochimique (demande biochimique en oxygène). Lorsque l'oxygène est rare, la matière organique semi-décomposée s'accumule, tout l'écosystème entre en crise et la vie disparaît.

Les causes

L'eutrophisation est causée par un apport en nutriments supérieur à l'équilibre habituel de l'écosystème. Ce qui peut arriver à la fois par des causes naturelles et artificielles, bien que les premières soient rares.

- Causes naturelles

Dans la mer

Les courants profonds d'eau froide peuvent provoquer des explosions de population de phytoplancton en attirant les nutriments du fond de l'océan vers la surface (upwelling). De la même manière, les efflorescences ou efflorescences algales sont des phénomènes naturels causés par différents facteurs qui favorisent la croissance du phytoplancton.

Dans ces conditions favorables, des augmentations inhabituelles de population de dinoflagellés et de diatomées se produisent. Certaines espèces de microalgues sont inoffensives et bénéfiques, mais d'autres sont des algues toxiques, comme les dinoflagellés du genre Alexandrium.

Cette toxicité est due à l'émission par les microalgues de toxines telles que la saxitoxine, la ciguatoxine et les gonyatoxines.

En eau douce

Les rivières dans leur dérivation le long du chenal génèrent des méandres ou des courbes marquées, qui restent parfois isolées. De cette manière, des lagunes en fer à cheval sont produites, qui sont alimentées par l'eau de pluie, le ruissellement ou les débordements périodiques de la rivière.

Dans ces réservoirs d'eau, il y a une concentration de nutriments plus élevée que la rivière, car il n'y a pas d'écoulement. Par conséquent, des phénomènes naturels d'eutrophisation se produisent avec la prolifération d'algues et de végétation aquatique.

- Causes anthropiques

La cause la plus importante d'eutrophisation aujourd'hui est la contamination des plans d'eau par les activités humaines. Surtout les eaux usées sans traitement adéquat et la pollution diffuse provenant de l'agriculture, qui est la plus importante au monde.

Engrais et pesticides

Les engrais chimiques sont constitués de composés spécialement formulés pour fournir des nutriments essentiels à la croissance des plantes. La principale formule d'engrais comprend l'azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K).

Eutrophisation. Source: F. lamiot (travail personnel)

Dans les systèmes agricoles, l'application de ces produits est inefficace, de sorte que près de 60% sont lavés par les eaux de ruissellement. Ces nutriments se retrouvent dans les plans d'eau tels que les rivières ou enfin les lacs et les océans, transportés par les eaux de ruissellement.

Effluents urbains

Les eaux usées des maisons, des bureaux et des usines fournissent une grande quantité de matière organique et de substances inorganiques qui favorisent l'eutrophisation. Les eaux usées domestiques transportent une charge élevée de matière organique qui, si elle n'est pas traitée, atteint les plans d'eau.

Les savons et détergents utilisés dans l'hygiène personnelle, le ménage et d'autres installations comprennent également les phosphates et les nitrates.

Pluie acide

Les industries émettent des gaz contenant des oxydes d'azote parmi d'autres composés dans l'atmosphère. Ces gaz, lorsqu'ils réagissent avec la vapeur d'eau, produisent des acides qui précipitent et atteignent les plans d'eau.

Ces composés sont des sources supplémentaires de nitrates qui sont l'un des principaux nutriments favorisant la croissance des plantes.

Le réchauffement global

La hausse des températures mondiales favorise l'eutrophisation, car les eaux chaudes favorisent la prolifération d'algues et de plantes aquatiques. D'autre part, la quantité d'oxygène dissous diminue proportionnellement à l'augmentation de la température de l'eau.

- Facteurs contributifs

D'autres facteurs contribuent au développement de l'eutrophisation, notamment le manque de mobilité de l'eau, la faible profondeur, le faible débit et les températures élevées de l'eau. Moins il y a d'eau dans l'écosystème aquatique ou plus son taux de renouvellement est lent, plus vite il atteint la saturation en nutriments.

Conséquences

L'eutrophisation est un problème grave qui affecte principalement les écosystèmes d'eau douce, mais elle se produit également dans les écosystèmes marins. Dans le monde, environ la moitié des lacs ont un certain niveau d'eutrophisation et de nombreuses rivières ainsi que les zones côtières ont des zones mortes à cause de cette cause.

- La disparition de la vie dans l'écosystème

La principale conséquence de l'eutrophisation est la diminution de la biodiversité dans l'écosystème et enfin la disparition de la vie aquatique. Dans les premiers stades, l'excès de nutriments favorise la prolifération d'organismes envahisseurs qui montrent une croissance et une reproduction rapides dans ces conditions.

Eutrophisation dans la rivière Potomac (États-Unis). Source: Alexandr Trubetskoy

Comme ces espèces prédominent, elles déplacent le reste des espèces de l'écosystème, réduisant leur diversité biologique. À mesure que l'eutrophisation se poursuit, les conditions au niveau sous-marin deviennent défavorables à la vie et les organismes meurent.

De cette manière, les poissons, algues et plantes submergés disparaissent, ainsi que d'autres organismes aquatiques en raison du manque d'oxygène et de lumière. La destination finale, si l'eutrophisation se poursuit, est la disparition presque totale de la vie aquatique.

Gaz toxiques

L'activité des bactéries anaérobies produit des gaz toxiques tels que le sulfure d'hydrogène, provoquant de grandes morts d'organismes aquatiques.

Impact dans toute la zone

L'impact s'étend aux écosystèmes terrestres, puisque les êtres vivants qui dépendent de la masse d'eau périssent ou migrent également. Cela est dû à la fois à la perte de la source de nourriture et à la dégradation de la qualité de boisson de l'eau.

- Diminution de la production alimentaire

Dans les zones eutrophiées, la production alimentaire diminue à mesure que la pêche diminue car les premiers organismes touchés sont les poissons. Ceux-ci, dans le cas des rivières et des mers, sont contraints de quitter la zone, tandis que dans les lacs ils finissent par disparaître.

- Perte de sources d'eau potable

L'eau potable doit répondre à des conditions de qualité, notamment le niveau d'oxygène dissous, le pH et l'absence d'impuretés organiques et inorganiques. En cas d'eutrophisation, l'eau de l'écosystème réduit sa teneur en oxygène dissous et accumule de grandes quantités de matière organique en décomposition.

Ceci à son tour est nocif pour la santé et provoque de mauvaises odeurs et des changements de couleur, incompatibles avec son utilisation comme eau potable. Le pH de l'eau est modifié, devenant plus acide en raison de la présence d'acides organiques.

Conditions de santé

La santé publique peut être affectée par la consommation d'eau non potable provenant de plans d'eau eutrophes. De plus, la prolifération de certaines microalgues apportent des toxines à l'eau et aux organismes qui la consomment.

De même, l'augmentation des bactéries anaérobies génère l'émission de gaz toxiques tels que le sulfure d'hydrogène et le méthane.

- Diminution de l'activité touristique

Les écosystèmes aquatiques sont des pôles importants d'attraction touristique, générateurs de travail et de développement local. Ces avantages sont menacés par l'eutrophisation, car elle affecte à la fois la biodiversité et les valeurs paysagères de la zone.

- Pertes économiques

En conséquence de tout ce qui précède, l'eutrophisation entraîne de grandes pertes économiques en termes de diminution de la pêche, des revenus du tourisme et de l'utilisation de l'eau.

Solutions

Les solutions au problème de l'eutrophisation doivent être abordées dans la perspective de la prévention du phénomène et de son remédiation.

- La prévention

Le point de départ de la prévention de l'eutrophisation est la conscience citoyenne de son existence, de ses causes et de ses conséquences. De cette manière, les citoyens peuvent faire pression pour que les mesures nécessaires soient adoptées.

Évitez la contamination de l'eau

La solution fondamentale au problème de l'eutrophisation due à des causes anthropiques est la réduction de la pollution de l'eau. Pour cela, il est nécessaire de mettre en œuvre un traitement adéquat des eaux usées domestiques et industrielles avant leur rejet dans les plans d'eau.

Il est également nécessaire de contrôler d'autres sources indirectes de pollution de l'eau, telles que les émissions de gaz qui génèrent des pluies acides.

Nouveau modèle agricole et d'élevage

La pollution de l'eau causée par les activités agricoles et d'élevage est diffuse, c'est-à-dire que les sources polluantes ne peuvent être identifiées avec précision. De telle sorte que la solution au problème de la contribution des polluants par ces activités est de changer les schémas technologiques de production.

Il faut une agriculture qui utilise moins d'intrants, en particulier des engrais et des herbicides, des composés qui contribuent aux nitrites et aux phosphates à l'eau. Ainsi, les systèmes agricoles à circulation fermée de nutriments comme la culture hydroponique sont moins polluants en termes de contributions aux écosystèmes.

Une attention particulière est également requise pour la gestion des déchets organiques, la collecte et le traitement des eaux usées dans les systèmes de production animale.

- Remédiation

Une fois le processus d'eutrophisation d'une masse d'eau en cours, il existe plusieurs alternatives pour remédier au problème.

Extraction de la masse végétale

Compte tenu de la prolifération de plantes aquatiques flottantes telles que la lenna (Lennaceae), la bora (Eichhornia crassipes) ou autres, il est possible de mettre en place des programmes de collecte. Cela consiste à retirer massivement les plantes de la surface du plan d'eau à l'aide de mayas traînantes.

Purification de l'eau

Dans les cas graves de contamination, l'eau peut subir des traitements de purification par recirculation du plan d'eau vers les stations d'épuration.

Contrôle biologique

Certains organismes consomment les algues et les plantes aquatiques qui prolifèrent lors de l'eutrophisation. Des protistes de pâturage hétérotrophes ont été utilisés, c'est-à-dire qu'ils consomment des microalgues pour réduire les populations qui prolifèrent lors de l'eutrophisation.

De même, le champignon Cercospora piaropi a été utilisé pour lutter contre Eichhornia crassipes, un angiosperme flottant qui prolifère dans des conditions eutrophiques.

Contrôle chimique

Provoquer la floculation et la précipitation des microalgues est une alternative, en particulier en cas de prolifération d'algues toxiques. Ceci est réalisé en ajoutant des produits tels que l'hypochlorite de sodium (NaOCl), des argiles (kaolinite) ou des combinaisons telles que le chlorure de polyaluminium avec la bentonite. Ces produits attirent et adhèrent aux microalgues, formant des flocs ou des masses qui précipitent ensuite au fond.

Exemples de zones d'eutrophisation

Eutrophisation dans la mer Caspienne. Source: Jeff Schmaltz, équipe d'intervention rapide MODIS, NASA / GSFC

- Zones ou zones marines mortes

Le Programme des Nations Unies pour l'environnement indique l'existence de plus de 700 zones mortes dans les océans du monde. Ces zones mortes sont dues à une faible concentration d'oxygène dissous due à l'eutrophisation et leur superficie estimée est supérieure à 240 000 km².

La zone morte du golfe du Mexique

L'une des zones marines mortes les plus étendues au monde est la soi-disant zone morte du golfe du Mexique. Ce sont plus de 20 700 km² de mer qui souffrent de graves problèmes d'eutrophisation, avec la prolifération de macro et microalgues flottantes.

La cause principale de l'eutrophisation de cette région est les eaux polluées du fleuve Mississippi qui a son embouchure dans le golfe. Le Mississippi traverse une grande partie de la zone agricole de l'Amérique du Nord, étant un bassin versant avec une charge élevée de polluants agricoles.

- La mer Noire

Dans cette mer intérieure située entre l'Europe et l'Asie, une augmentation des proliférations d'algues est signalée depuis les années 1970. Cela a entraîné une diminution des populations d'espèces d'eau peu profonde.

Selon les informations de l'Agence européenne pour l'environnement, des phénomènes hypoxiques et anoxiques se produisent chaque été en raison de l'activité des algues. Tout cela en raison de l'eutrophisation par les nutriments fournis par les activités agricoles et industrielles dans le bassin de cette mer.

Sensibilité à l'eutrophisation

Étant une mer intérieure dont la seule connexion indirecte à l'océan est le canal du Bosphore, le renouvellement des eaux est très lent. Ceci, combiné aux niveaux élevés de contamination dans les bassins qui l'alimentent, le rend particulièrement vulnérable à l'eutrophisation.

En fait, les concentrations moyennes de nitrates et de phosphates ont été multipliées par 18 entre 1960 et 1992. Les plus grandes contributions de polluants proviennent des bassins du Danube, du Dniepr et du Dniestr.

- Le lac de Valence

Ce lac, également appelé lac Los Tacariguas, est situé dans le centre nord du Venezuela avec une superficie de 344 km². Il forme un bassin endoréique, c'est-à-dire clos, de 3 140 km². Beaucoup de ses affluents traversent des villes du centre du pays telles que Valence et Maracay, à forte population et zones industrielles.

Bassin du lac de Valence (Venezuela). Source: Fev

La majorité des eaux usées urbaines et industrielles est rejetée dans les rivières converties en canaux de drainage sans traitement adéquat. Cela a entraîné l'accumulation d'énormes quantités de polluants au cours des décennies, y compris des nutriments organiques et inorganiques.

Depuis 1974, les concentrations d'azote ont doublé et le phosphore a triplé dans le lac. Se situant au-dessus de ce qui est admis à 146% pour l'azote et 250% pour le phosphore. Tout cela a provoqué un vaste phénomène d'eutrophisation qui est maintenant bien avancé.

Références

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