EUTROPHISATION ? DISTROPHIE ? DANS LES ANNéES 1960 AVEC LA SUBITE ET RAPIDE DéGRADATION DES LACS QU'ON A PRIS CONSCIENCE DE CE PHéNOMèNE !
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C'est dans les années 1960 avec la subite et rapide dégradation des lacs en aval de zones fortement urbanisées qu'on a pris conscience de ce phénomène13.
Le lac Valencia (Venezuela) recueille des effluents agricoles, industriels et urbains. Lesefflorescences algales sont détectables par satellite.
L'eutrophisation (du grec eu : « bien, vrai » tropein : « nourrir ») est le processus par lequel des nutriments s'accumulent dans un milieu et/ou un habitat (terrestre et/ou aquatique1,2).
Le degré d'eutrophisation décrit l'état trophique (agronomique ou écologique) d'un milieuterrestre ou aquatique ou d'un agroenvironnement où des êtres vivants sont exposés à un "excès" chronique de nutriments1. Quand elle a une origine anthropique, depuis les révolutions agricoles et industrielles, l'eutrophisation apparait généralement conjointement à une acidification du milieu, qui peut aussi rendre les espèces plus vulnérables à certaines pollutions et maladies2. Dans les cas extrêmes, on parle de dystrophisation.
Elle pose aussi des problèmes de Santé environnementale.
Dans les milieux aquatiques, l'eutrophisation peut être source de phénomènes épisodiques ou chroniques d'anoxie (eau) du milieu et d'étouffement puis de mort de nombreuses espèces, car dans l'eau, ces nutriments dopent la production de phytoplancton et de quelques espèces aquatiques, en augmentant la turbidité et la sédimentation, ce qui prive le fond et la colonne d'eau de lumière et peut causer l'anoxie périodique ou chronique du milieu, en favorisant des biofilms bactériens et des bactéries dont certaines (cyanophycées) pouvant sécréter des toxines.
L'eutrophisation a des coûts sociaux-environnementaux4 et juridiques et financiers5 importants.
Les nutriments concernés sont principalement l'azote (provenant surtout des nitrates agricoles et des eaux usées, et secondairement de la pollution automobile), et le phosphore, provenant surtout des phosphates agricoles et des eaux usées). L'ensoleillement et/ou la température de l’eau (qui tend à augmenter avec le dérèglement climatique) peuvent exacerber l'eutrophisation.
C'est dans les années 1960 avec la subite et rapide dégradation des lacs en aval de zones fortement urbanisées qu'on a pris conscience de ce phénomène13.
Ce processus a comme principales origines :
- des épandages agricoles de fumiers, lisiers ou engrais chimiques trop fréquents ou trop concentrés (en azote et phosphore). Une carence en potassium peut parfois aussi être en cause ;
- des rejets industriels et/ou urbains d'eaux usées ou de boues d'épuration trop riches en nitrates, ammonium, phosphore et matières organiques incomplètement traitées ;
- la déforestation et les coupes rases qui aggravent le ruissellement du phosphore (doublement ou triplement des teneurs de l'eau en aval après la coupe au Québec selon Carignan et al, 2000 et des nitrates (augmentation d'un facteur 6 au Québec), et les incendies de forêts qui sont suivis d'une augmentation des nitrates dans l'eau de ruissellement (jusqu'à 60 fois plus, selon des mesures faites au Canada)14,15,16 ;
- l'adjonction de polyphosphates dans les lessives...
La conjonction de ces phénomènes a fait 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). Dans certaines régions, comme en Bretagne, les marées vertes et certaines algues toxiques semblent principalement dues au rejet du lisier provenant de l'élevage porcins (densément implanté en Bretagne)17.
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 (canaux notamment) est une cause d'eutrophisation voire d'anoxie (eau) lorsque les réempoissonnements sont excessifs et/ou que des boules d'amorce riches en nutriments sont jetées dans des étangs fermés, canaux ou cours d'eau à courant lent (cause de turbidité). 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.
Certains scientifiques vont cependant plus loin et n'hésitent pas à parler d'une eutrophisation généralisée de la biosphère(Peterson, B. J., & Melillo, J. M. (1985). The potential storage of carbon caused by eutrophication of the biosphere. Tellus B, 37(3), 117-127), ce qui ne signifie pas qu'elle soit homogène (et dans un contexte général d'eutrophisation, il peut exister des sols dont les complexes argilo-humiques ont été dégradés qui se sont appauvris en nutriments).
L'eutrophisation des milieux aquatiques et des zones humides
Pour l’OCDE l'eutrophisation de l'eau est l' « enrichissement des eaux en matières nutritives qui entraîne une série de changements symptomatiques, tels que l’accroissement de la production d’algues et de macrophytes, la dégradation de la qualité de l'eau et autres changements symptomatiques considérés comme indésirables et néfastes aux divers usages de l'eau »21.
Elle peut concerner ou affecter les eaux douces (les plus concernées car proches des sources anthropiques de nitrates et phosphates), mais aussi saumâtres et salées (marines ou intérieures), le milieu marin (profond ou superficiel), des berges ou des sédiments, et en particulier :
- les eaux dormantes (mares riches en feuilles mortes ou collectant des eaux usées, des eaux polluées par des engrais,étangs, lacs, lagunes22..);
- 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 où l'eutrophisation est plus visible.
- Cette eutrophisation est en partie due au fait que ces milieux sont situés à l'aval des bassins versants qui drainent de grandes quantité de nutriments, surtout quand le ruissellement y a été accentué par les activités humaines (labour, drainage, déforestation, imperméabilisation, etc).
- 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 principalement23.
- 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.
L'eutrophisation des milieux terrestres
Un phénomène général d'« eutrophisation des sols » naturels et agricoles24 est constaté dans une grande partie du monde par les agronomes et pédologues25 dont en France par l'INRA25,26 et plus largement en Europe et dans tous les pays riches.
Dans le monde de la Recherche, les spécialistes du domaine, à l'INRA et à l'Irstea par exemple en France cherchent aussi à mieux comprendre les processus d'« eutrophisation des sols » 29 ; Des chercheurs alertent sur le fait que le développement de solutions présentées comme vertes (agrocarburants par exemple) peut aussi contribuer à aggraver l'eutrophisation24.
Les espèces qui profitent le plus de l'eutrophisation sont souvent aussi des « mange-lumière » (c'est-à-dire qu'elles inhibent le développement des autres espèces en les privant de lumière 30.
Des relations complexes existent entre l'azote et le phosphore31, avec des relations d'aggravation ou au contraire de pondération du phénomène d'eutrophisation (selon les conditions biogéochimiques 32 et édaphiques qui semblent également jouer un rôle atténuateur, neutre ou aggravant selon les cas 33.
- le milieu devient alors facilement hypoxique puis anoxique, favorable à l'apparition de composés réducteurs et de gaz délétères (thiols, méthane);
- des synergies aggravantes sont fréquentes avec l'acidification des océans, l'acidification des sols et le phénomène dit de pluies acides notamment observée dans les landes et en Forêt36.
- L'acidification, comme l'eutrophisation touche à la fois des milieux terrestres et aquatiques, parfois à longue distance via des apports aéroportés d'eutrophisants qui contribuent à des phénomènes d'eutrophisation transfrontaliers37, via les précipitations notamment (cf Galloway, J. N., & Cowling, E. B. (1978). The effects of precipitation on aquatic and terrestrial ecosystems: a proposed precipitation chemistry network. Journal of the Air Pollution Control Association, 28(3), 229-235.)
Il peut en résulter des processus listés ci-dessus la mort d'organismes aquatiques aérobies — insectes, crustacés, poissons, mais aussi végétaux —, dont la décomposition, consommatrice d'oxygène, amplifie alors le déséquilibre et entretient un cercle vicieux (Zone morte).
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).
Effets
Les effets d'un enrichissement en nutriments sont plus ou moins visibles et graves selon le milieu qu'elle affecte. Une partie de ces effets est réversible, et une autre définitive (c'est par exemple le cas pour le processus d'accélération de la transformation des zones humides ou lacs peu profonds en marais, puis en prairie ou en mégaphorbiaies et finalement en forêt ; Le comblement d'une mare ou d'un marais peut être fortement accéléré par l'apport de nutriments « artificiels », avec d'autres facteurs connexes à l'occupation humaine à prendre en compte ; dont par exemple la présence d'arbres au-dessus de l'eau (source de feuilles mortes) et/ou l'absence du spectre faunistiques naturel de l'eau et des berges qui se nourrissait dans l'eau tout en exportant les nutriments (par exemple, amphibiens, canards ou élan mangeant des algues, desinvertébrés 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).
La disparition d'une espèce si elle concerne toute son aire de répartition est également irréversible.
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 aussi indirectement des effets négatifs sur le tourisme (suite à la perte de transparence de l'eau, au développement d'algues filamenteuses et de blooms planctoniques dans l'eau, et d'une flore banale et peu diversifiée sur terre, avec souvent l'apparition d'odeurs putrides et de phénomènes d'envasement, qui sont quelques-uns des indices visibles de problèmes trophiques :
- augmentation du volume de microalgues et d'algues fixées ou en suspension38;
- 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 source de méthane;
- développement de phytoplancton ou bactéries cyanophycées éventuellement toxique;
- développement de pathogènes par diminution de la pénétration des UV solaires (qui ont un pouvoir désinfectant);
- diminution d'indice biotique;
- diminution de la biodiversité (animale, fongique et végétale) sur terre, et de la biodiversité marine en mer 39;
- 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
A titre d'exemple :
- une évaluation a porté 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 ;
- En 2007 dans ce pays, 90 % des rivières dépassaient pour leur taux d’azote et de phosphore les seuils de l’EPA et toutes les écorégions 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 biodiversité40).
- Une autre étude, conduite par 200 experts, issus de 21 pays d'Europe, a chiffré le coût des effets de la pollution azotée sur l'air, les sols et les écosystèmes, et la santé environnementale en Europe à 70 à 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'agriculture41.
- Selon les auteurs, « 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 riveraines et de l'amont et du ruissellement agricole des bassins environnant.
Riche en azote et en phosphore, l'urine des habitants suffisait à fortement dégrader la qualité du milieu aquatique. À cela s'ajoutaient d'autres pollutions comme celles liées au lessivage des intrants agricoles et celles issues 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 et de plomb tétraéthyle.
Détérioration d'un écosystème aquatique par la prolifération de certains végétaux, en particulier des algues planctoniques (on parle de bloom planctonique).
La cause peut être le rejet d'origine anthropique de nitrates (engrais azotés par exemple), de phosphates (lessives par exemples) et de matières organiques.
Les conséquences sont variables et nombreuses : prolifération des algues planctoniques et de certains types de zooplancton, modification des caractéristiques physiques et chimiques de l'eau, disparition ou forte réduction du nombre d'animaux et de certains végétaux, réduction de la teneur en oxygène, etc.
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