Causes, effets et solutions au problème écologique de l’eutrophisation
L’eutrophisation est l’un des problèmes écologiques les plus graves des sources d’eau libre telles que les lacs, les océans et les réservoirs. Elle se caractérise par une croissance dense des algues et des plantes en raison de l’enrichissement en phosphore et en azote des nutriments nécessaires à la photosynthèse. Par conséquent, elle contribue souvent à la formation de vastes tapis de plantes flottantes. Parmi les plantes, on peut citer la prolifération d’algues, le chou du Nil et les jacinthes d’eau.
Les nutriments proviennent des déchets animaux, des engrais et des eaux usées, qui sont entraînés par la pluie ou l’irrigation dans les masses d’eau par le biais du ruissellement de surface. L’eutrophisation peut également se produire naturellement au cours de milliers d’années, lorsque les lacs vieillissent et se remplissent de sédiments.
Les activités humaines sont en tête de liste des facteurs qui accélèrent le degré et le rythme de l’eutrophisation par le biais de rejets ponctuels et non ponctuels de nutriments chimiques (phosphates et nitrates) dans les systèmes d’eau.
Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des sources, des types, des causes, des effets et des solutions de l’eutrophisation.
Sources de l’eutrophisation
1. Pollution ponctuelle
Pollution par des contaminants qui pénètrent dans un cours d’eau à partir d’une source unique identifiable, comme des lieux fixes ou des installations fixes.
Exemples : Rejets d’une station d’épuration ou d’installations industrielles et piscicoles.
2. Pollution diffuse
Pollution provenant d’un grand nombre d’activités, y compris les activités humaines, sans point spécifique identifiable de rejet ou d’entrée dans les cours d’eau récepteurs.
Exemples : Les composés azotés lessivés des terres agricoles fertilisées et les pertes dues aux dépôts atmosphériques.
Trois sources principales d’apport de nutriments :
- L’érosion et le lessivage des zones agricoles fertilisées.
- Les eaux usées des villes et les eaux usées industrielles.
- Dépôt atmosphérique d’azote (provenant de l’élevage et des gaz de combustion).
Types d’eutrophisation
1. Eutrophisation naturelle
Le processus d’accumulation, de flux et d’ajout de nutriments dans les masses d’eau, qui entraîne des changements dans la production primaire et la composition des espèces de la communauté, est appelé eutrophisation naturelle. Il se produit depuis des millénaires.
2. Eutrophisation culturelle
Le processus qui contribue à accélérer l’eutrophisation naturelle déclenchée par l’activité humaine est appelé eutrophisation culturelle. Le défrichement a accéléré le ruissellement des terres et davantage de nutriments tels que les phosphates et les nitrates sont apportés aux lacs et aux rivières, puis aux estuaires côtiers et aux baies.
En outre, des nutriments supplémentaires sont également apportés par les engrais utilisés dans les exploitations agricoles, y compris les piscicultures, les terrains de golf, les stations d’épuration et les eaux usées non traitées.
Le processus d’enrichissement de l’eau en nutriments peut également avoir une origine naturelle (eutrophisation naturelle). Cependant, il arrive souvent que les activités humaines l’augmentent considérablement (eutrophisation anthropique ou culturelle).
Causes de l’eutrophisation
1. Engrais (nitrates et phosphates)
L’eutrophisation est principalement due à l’action de l’homme, qui est tributaire de l’utilisation d’engrais à base de nitrates et de phosphates. Les pratiques agricoles et l’utilisation d’engrais sur les pelouses, les terrains de golf et d’autres champs contribuent à l’accumulation de phosphates et de nitrates.
Lorsque ces nutriments sont entraînés par les eaux de ruissellement dans les lacs, les rivières, les océans et d’autres eaux de surface lorsqu’il pleut, le plancton affamé, les algues et d’autres plantes aquatiques sont bien nourris et leur activité de photosynthèse est accrue. Il en résulte une croissance dense des algues et des plantes, telles que les jacinthes d’eau dans les milieux aquatiques.
2. Opérations d’alimentation animale concentrée
Les exploitations d’alimentation animale concentrée (CAFO) sont également les principaux contributeurs de phosphore et d’azote responsables de l’eutrophisation.
Les exploitations d’alimentation animale concentrée rejettent normalement de grandes quantités de nutriments qui se retrouvent dans les rivières, les ruisseaux, les lacs et les océans où ils s’accumulent en fortes concentrations, provoquant ainsi une prolifération récurrente de cyanobactéries et d’algues dans les masses d’eau.
4. L’aquaculture
L’aquaculture est une technique qui consiste à élever des coquillages, des poissons et même des plantes aquatiques (sans terre) dans de l’eau contenant des nutriments dissous. Pratique très répandue ces derniers temps, elle est également l’un des principaux facteurs d’eutrophisation.
Si l’aquaculture n’est pas correctement gérée, les particules de nourriture non consommées ainsi que les excrétions des poissons peuvent augmenter de manière significative les niveaux d’azote et de phosphore dans l’eau, entraînant une croissance dense de plantes flottantes microscopiques.
5. Les événements naturels
Les événements naturels tels que les inondations et l’écoulement naturel des rivières et des ruisseaux peuvent également entraîner un excès de nutriments de la terre vers les systèmes aquatiques, provoquant ainsi une prolifération excessive d’algues.
En outre, lorsque les lacs vieillissent, ils accumulent naturellement des sédiments ainsi que des nutriments phosphorés et azotés qui contribuent à la croissance explosive du phytoplancton et à la prolifération des cyanobactéries.
Effets de l’eutrophisation
1. Abondance de substances indésirables
L’eutrophisation provoque une abondance de substances particulaires telles que le phytoplancton, le zooplancton, les bactéries, les champignons et les débris dont dépendent la turbidité et la coloration de l’eau.
Elle augmente les substances chimiques inorganiques telles que l’ammoniac, les nitrites, le sulfure d’hydrogène, etc. qui induisent la formation de substances nocives telles que les nitrosamines soupçonnées d’être mutagènes dans les stations de traitement de l’eau potable.
2. Menace la survie des poissons et autres formes de vie aquatique
Lorsque les écosystèmes aquatiques sont soumis à une augmentation des nutriments, le phytoplancton et d’autres plantes photosynthétiques se développent de manière explosive, ce que l’on appelle communément la prolifération d’algues.
En conséquence, la prolifération des algues limite la quantité d’oxygène dissous nécessaire à la respiration des autres espèces animales et végétales présentes dans l’eau. L’appauvrissement en oxygène se produit lorsque les algues et les plantes meurent et se décomposent.
Lorsque l’oxygène dissous atteint des niveaux hypoxiques, les espèces animales et végétales présentes dans l’eau, telles que les crevettes, les poissons et autres biotes aquatiques, meurent par asphyxie. Dans les cas extrêmes, les conditions anaérobies favorisent la croissance de bactéries qui produisent des toxines mortelles pour les mammifères marins et les oiseaux.
La croissance du phytoplancton entraîne également une réduction de la pénétration de la lumière dans les profondeurs de l’eau. Cela peut entraîner des zones mortes aquatiques, une perte de la vie aquatique et une diminution de la biodiversité.
3. Détérioration de la qualité de l’eau et accès limité à l’eau potable
Les efflorescences algales sont hautement toxiques et, une fois que l’eau atteint des conditions anaérobies, la croissance de bactéries plus toxiques est favorisée. Les substances organiques en grande quantité donnent à l’eau des odeurs ou des goûts désagréables qui peuvent à peine être masqués par la chloration lors de l’utilisation en tant qu’eau potable.
Ces substances forment des composés chimiques complexes qui non seulement empêchent les processus de purification normaux, mais se déposent sur les parois des tubes d’entrée du purificateur d’eau, accélérant la corrosion et limitant le débit.
La conséquence est une détérioration importante de la qualité de l’eau et une diminution de la disponibilité de l’eau potable. La prolifération d’algues et de bactéries photosynthétiques dans les eaux de surface peut également bloquer les systèmes d’approvisionnement en eau, limitant ainsi la disponibilité de l’eau courante.
À cet égard, la prolifération d’algues toxiques a entraîné la fermeture de nombreux systèmes d’approvisionnement en eau dans le monde entier. Au cours de la dernière décennie, par exemple, plus de 2 millions d’habitants de Wuxi, en Chine, n’ont pas pu avoir accès à l’eau potable pendant plus d’une semaine en raison d’une grave attaque par la prolifération d’algues sur le lac Taihu.
4. Empoisonnement et impact sur la santé humaine
Les cyanobactéries, également appelées dinoflagellés, qui sont à l’origine de la marée rouge, libèrent des toxines très puissantes dont la concentration dans l’eau est élevée, même si elle est très faible. Les conditions anaérobies créées par la croissance explosive des plantes dans l’eau entraînent également un doublement des composés toxiques.
L’ingestion d’eau potable peut également entraîner la mort chez l’homme et les animaux, même à la plus faible concentration. En outre, les proliférations d’algues en eau douce peuvent menacer la santé du bétail. Les composés toxiques peuvent également remonter la chaîne alimentaire et contribuer à divers effets négatifs sur la santé, tels que les cancers.
Les biotoxines sont liées à l’augmentation de l’incidence des intoxications neurotoxiques, paralytiques et diarrhéiques par les mollusques chez l’homme, qui peuvent entraîner la mort.
Les mollusques accumulent le poison dans leurs muscles et empoisonnent ensuite les humains lorsqu’ils sont consommés. Une forte concentration d’azote dans l’eau potable est associée à la capacité d’inhiber la circulation sanguine chez les nourrissons, une condition connue sous le nom de syndrome du bébé bleu.
5. Menace pour la pêche
L’une des principales caractéristiques de l’eutrophisation est la croissance accrue de minuscules plantes flottantes telles que les algues et les bactéries photosynthétiques et le développement de tapis étendus et denses de plantes flottantes telles que le chou du Nil et les jacinthes d’eau.
Chaque fois que cela se produit sur un plan d’eau, la pêche est menacée. Il devient tout simplement difficile de placer les filets de pêche dans l’eau, et les plantes flottant sur l’eau limitent également la mobilité des bateaux et autres navires de pêche.
6. Dégradation des possibilités de loisirs
Le principal problème de l’eutrophisation est la prolifération d’algues et d’autres plantes aquatiques qui flottent sur une grande partie de la surface de l’eau. Elles réduisent la transparence et la navigation dans l’eau, ce qui diminue les valeurs et les possibilités récréatives des lacs, en particulier pour la navigation de plaisance et la natation.
Le chou du Nil, les efflorescences algales et la jacinthe d’eau peuvent s’étendre sur une vaste zone le long des rives et peuvent parfois flotter sur toute la surface jusqu’à la terre ferme.
Solutions préventives à l’eutrophisation
1. Le compostage
L’eutrophisation est principalement due à l’utilisation d’engrais à base de nitrates et de phosphates. Pour tenter de remédier à ce phénomène, le compostage peut être utilisé comme solution. Le compostage est la pratique qui consiste à transformer les matières organiques telles que les résidus alimentaires et la végétation en décomposition en fumier de compost.
Les nutriments présents dans le fumier de compost sont déficients en raison de la forte concentration de nitrates et de phosphates qui nourrissent les algues et d’autres microbes dans les masses d’eau.
Dans l’engrais de compost, tous les éléments essentiels sont décomposés et synthétisés par les plantes, ce qui ne crée pas de cycle d’eutrophisation. Cette méthode de contrôle de l’eutrophisation est appelée limitation des nutriments.
2. Réduire la pollution
Tout comme le compostage, la limitation de la pollution est une méthode simple et efficace pour réduire les quantités d’azote et de phosphates déversées dans les systèmes aquatiques.
Les grandes entreprises manufacturières et les municipalités devraient réduire la pollution et cesser de déverser des déchets dans les réseaux d’eau afin de réduire la quantité de toxines et de nutriments qui aboutissent dans les eaux et nourrissent les algues et d’autres organismes microscopiques.
Si les industries et les municipalités peuvent limiter leurs rejets de déchets et leur pollution à un niveau inférieur, la teneur en nutriments sera réduite dans les systèmes d’eau, ce qui permettra de contrôler l’eutrophisation.
3. Renforcer les lois et règlements contre la pollution diffuse
Le renforcement des lois et des réglementations contre la pollution diffuse des sources d’eau peut permettre de lutter efficacement contre l’eutrophisation. Selon l’EPA, la pollution diffuse représente le défi le plus important dans la gestion de l’entrée des nutriments dans les systèmes d’eau. Le contrôle des sources de nutriments se traduit donc par une diminution de l’eutrophisation.
En minimisant la pollution diffuse, nous réduisons essentiellement la quantité de nutriments qui pénètrent dans les écosystèmes aquatiques. Les lois devraient viser à renforcer les normes de qualité de l’eau et la tolérance zéro à l’égard de la pollution diffuse. Avec le soutien des décideurs politiques, des citoyens, des autorités de régulation de la pollution et du gouvernement, il est facile de contrôler l’eutrophisation.
4. Irradiation par ultrasons
Le monde est constamment à la recherche de méthodes avancées pour résoudre certains problèmes environnementaux. En ce qui concerne l’eutrophisation, l’irradiation ultrasonique est l’un des mécanismes qui a été exploité comme solution alternative pour contrôler et gérer la prolifération des algues.
Le processus fonctionne en provoquant des cavitations qui produisent des radicaux libres détruisant les cellules des algues. Des recherches sont encore en cours pour déterminer le caractère unique de son utilisation dans la lutte contre le problème de l’eutrophisation.
Solutions curatives à l’eutrophisation
Lorsque la qualité de l’eau est déjà tellement compromise que toute initiative préventive est inefficace, des procédures « curatives » peuvent être mises en œuvre :
- Prélèvement et traitement des eaux hypolimnétiques, eaux profondes en contact avec les sédiments et riches en nutriments car en contact direct avec la source de rejet ;
- Drainage des 10 à 20 premiers centimètres de sédiments soumis à des réactions biologiques et présentant des concentrations élevées en phosphore ;
- Oxygénation de l’eau pour réduire les effets négatifs du processus d’eutrophisation et restaurer les conditions écologiques telles que l’absence d’oxygène et la formation de composés toxiques dérivant du métabolisme anaérobie ;
- Précipitation chimique du phosphore par l’ajout de sels de fer ou d’aluminium ou de carbonate de calcium à l’eau, ce qui entraîne la précipitation des orthophosphates de fer, d’aluminium ou de calcium, réduisant ainsi les effets négatifs découlant de la présence excessive de phosphore dans les sédiments.
