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"Les humains surchargent les volumes d’eau douce de la planète avec du phosphore. Les eaux usées mal traitées et le ruissèlement provenant des fertilisants utilisés en agriculture sont les principales sources de pollutions" par Carolyn Gramling

Traduction et compléments de Jacques Hallard
jeudi 12 avril 2018 par Gramling Carolyn



ISIAS Pollution Eau
Les humains surchargent les volumes d’eau douce de la planète avec du phosphore. Les eaux usées mal traitées et le ruissèlement provenant des fertilisants utilisés en agriculture sont les principales sources de pollutions
Ajout d’un complément sur l’eutrophisation des écosystèmes aquatiques
L’article d’origine de Carolyn Gramling a été publié le 07 février 2018 par Science News Ecosystems, Pollution le titre «  Humans are overloading the world’s freshwater bodies with phosphorus  » ; il est accessible sur ce site : https://www.sciencenews.org/article/humans-are-overloading-worlds-freshwater-bodies-phosphorus?utm_source=email&amp ;utm_medium=email&utm_campaign=latest-newsletter-v1

algal bloom

FEELING GREEN – Le verdissement des milieux aquatiques continentaux - Les masses d’eau douce sont très chargées en phosphore sur plus d’un tiers de la surface terrestre (à l’exclusion de l’Antarctique), ce qui peut entraîner des proliférations d’algues vertes comme sur la photo ci-dessus. Felix Andrews (Floybix)/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

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Les activités humaines conduisent à un point critique les teneurs en phosphore dans les lacs, les rivières et les autres plans d’eau douce à travers le monde. Les volumes d’eau douce sont trop enrichis en phosphore sur 38% de la surface de la Terre (sauf dans l’Antarctique), ce qui entraîne des proliférations d’algues potentiellement toxiques et une diminution de la quantité d’eau potable disponible, comme l’ont rapporté des chercheurs le 24 janvier 2018 dans la revue scientifique ‘Water Resources Research’.

Les eaux d’égout, l’agriculture avec emploi de fertilisants et d’autres sources humaines ajoutent environ 1,5 teragramme de phosphore aux eaux douces chaque année, selon les estimations de l’étude. C’est à peu près équivalent à environ quatre fois le poids de l’Empire State Building. Les scientifiques ont suivi les apports de phosphore humain de 2002 à 2010, en provenance des sources domestiques, industrielles et agricoles.

Le phosphore contenu dans les déchets humains représentait environ 54% de la charge mondiale, tandis que l’utilisation d’engrais agricoles représentait environ 38%. Par pays, la Chine a contribué à hauteur de 30% du total mondial, l’Inde de 8% et les États-Unis de 7%.

Surcharges en phosphore

Une nouvelle étude estime le niveau de pollution de l’eau pour le phosphore provenant des sources humaines dans les principaux bassins hydrographiques du monde, incluant les lacs et les cours d’eau, de 2002 à 2010. Ce niveau de pollution est un indice de la quantité d’eau nécessaire pour diluer le phosphore par rapport à la quantité d’eau reçue par le bassin. Dans 38% de ces bassins, l’indicateur est supérieur à un, indiquant un excès de phosphore.

https://www.sciencenews.org/sites/d...

M.M. Mekonnen and A.Y. Hoekstra/Water Resources Research 2018

Citations

M.M. Mekonnen and A.Y. Hoekstra. Global anthropogenic phosphorus loads to freshwater and associated grey water footprints and water pollution levels : a high-resolution global study. Water Resources Research. Vol. 53, January 24, 2018, p.1. doi : 10.1002/2017WR020448.

Further Reading – Lectures complémentaires

C. Gramling. Rising CO2in lakes could keep water fleas from raising their spiky defenses. Science News. Vol. 193, February 17, 2018, p. 14.

A. Witze. Lakes worldwide feel the heat from climate change. Science News. Vol. 191, May 13, 2017, p. 18.

C. Martin. Invasive species, climate change threaten Great Lakes. Science News. Vol. 191, March 18, 2017, p. 30.

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Compléments sur l’eutrophisation des écosystèmes aquatiques

L’eutrophisation d’après Wikipédia

L’eutrophisation (du grec eu : « bien, vrai » et trophein : « nourrir ») est le processus par lequel des nutriments s’accumulent dans un milieu ou un habitat (terrestre ou aquatique1,2).

L’eutrophisation des milieux aquatiques est un déséquilibre du milieu provoqué par l’augmentation de la concentration d’azote et de phosphore dans le milieu. Elle est caractérisée par une croissance excessive des plantes et des algues due à la forte disponibilité des nutriments3.

Les algues qui se développent grâce à ces substances nutritives absorbent de grandes quantités d’oxygène, lorsqu’elles meurent et se décomposent. Leur prolifération provoque l’appauvrissement, puis la mort de l’écosystème aquatique présent : il ne bénéficie plus de l’oxygène nécessaire pour vivre, ce phénomène est dit ’ Asphyxie des écosystèmes aquatiques’4.

Les causes de l’eutrophisation sont multiples et peuvent donner lieu à des situations d’interaction complexes entre les différents facteurs (phosphore, nitrates, température, fonctionnement morphologique des milieux, débit,...).

Le degré d’eutrophisation décrit l’état trophique (agronomique ou écologique) d’un milieu terrestre 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 existe localement dans la nature (dans les milieux dits eutrophes et mésotrophes), mais quand elle est anormalement active sur des milieux naturellement pauvres en nutriments elle est considérée comme un phénomène indésirable, voire dangereux pour la biodiversité car l’eutrophisation favorise quelques espèces des milieux « riches » et à croissance rapide (et souvent envahissantes5), au détriment de la biodiversité quand elle affecte des milieux naturellement non-eutrophe. Elle pose aussi des problèmes de santé environnementale. Dans les milieux aquatiques, l’eutrophisation peut être source de phénomènes épisodiques ou chroniques d’anoxie 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-environnementaux6 et juridiques et financiers7 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 ou la température de l’eau (qui tend à augmenter avec le dérèglement climatique) peuvent exacerber l’eutrophisation. Le processus inverse se ne nomme l’oligotrophisation

Voir une illustration pour l’azote - Un excédent classé significatif à important d’azote est relevé presque partout en Europe - (ici pour 2005, selon les données disponibles de la Commission européenne et de l’Agence européenne de l’environnement)

Article complet sur le site suivant : https://fr.wikipedia.org/wiki/Eutrophisation

Ecosystèmes aquatiques continentaux -  L’eutrophisationDocument CNRS

Photo - Marée verte en baie de Lannion en Bretagne. Baies et estuaires bretons sont envahis chaque été par une algue verte qui prolifère en raison d’un apport trop important de nutriments dû aux activités humaines.

L’eutrophisation est une forme singulière mais naturelle de pollution de certains écosystèmes aquatiques qui se produit lorsque le milieu reçoit trop de matières nutritives assimilables par les algues et que celles-ci prolifèrent. Les principaux nutriments à l’origine de ce phénomène sont le phosphore (contenu dans les phosphates) et l’azote (contenu dans l’ammonium, les nitrates, et les nitrites).

L’eutrophisation s’observe surtout dans les écosystèmes dont les eaux se renouvellent lentement et en particulier dans les lacs profonds.

Un lac reçoit en effet, de manière naturelle et continue, quantités de matières nutritives apportées par les torrents et les eaux de ruissellement. Stimulées par cet apport substantiel, certaines algues croissent et se multiplient de manière excessive. Cette croissance s’effectue dans les couches d’eaux superficielles car les végétaux ont besoin de lumière pour se développer. Ces algues en excès conduisent, lorsqu’elles se décomposent, à une augmentation de la charge naturelle de l’écosystème en matières organiques biodégradables. Dans les profondeurs du lac, là où les algues mortes viennent se déposer, les bactéries aérobies qui s’en nourrissent prolifèrent à leur tour, consommant de plus en plus d’oxygène. Or en l’absence d’une circulation suffisante des eaux, ce qui est souvent le cas dans un lac profond, le fond du lac est peu oxygéné et les bactéries finissent par épuiser l’oxygène des couches d’eaux profondes. Elles ne peuvent plus dégrader toute la matière organique morte et celle-ci s’accumule dans les sédiments. On dit que le lac vieillit. Une telle situation, lorsqu’elle se produit, s’aggrave encore lorsqu’il fait chaud car la solubilité de l’oxygène dans l’eau (comme celle de tous les gaz) diminue lorsque la température augmente.

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dose...

© CNRS - Le CNRS en ligne : Sagascience@cnrs-dir.fr – Source : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/ecosys/eutrophisat.html

Phosphore et eutrophisation des rivières - Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com - Natura-Sciences | Mis à jour le 02/06/2017 à 18:47 - Publié le 25/02/2011 à 09:39 2

La présence excessive de phosphates et de nitrates, en particulier, favorise le phénomène d’eutrophisation. Celui-ci consiste en une prolifération anarchique d’algues. Ce phénomène qui touche les lacs, les rivières, les réservoirs et les côtes d’Europe pose l’un des plus sérieux problèmes de pollution aquatique de ces dernières années.

Photo - L’eutrophisation consiste en une prolifération anarchique d’algues.

Le phosphore contaminant les eaux de surface provient principalement de l’activité humaine et industrielle. D’après les estimations du Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie, l’activité agricole comptait, en 2004, pour 25 % du phosphore rejeté, l’activité humaine pour 50 %, le reste étant réparti entre l’activité industrielle et les sources naturelles. Au niveau régional ou local, ces proportions varient fortement en fonction de l’activité et du degré d’urbanisation.

Une étude réalisée en France en 2001 attribue environ la moitié du phosphore contenu dans les eaux usées domestiques aux déjections humaines, 30 % aux détergents et 20 % aux déchets et additifs alimentaires. Il existe tout de même des sources naturelles variées : érosion des sols, décomposition des feuilles et retombées de poussières.

Lire aussi : Phosphore : ne plus gaspiller pour mieux produire

Des impacts majeurs sur le milieu

L’eutrophisation se caractérise par une prolifération excessive et anarchique d’algues et de plantes aquatiques qui affecte l’équilibre des écosystèmes. Ce phénomène conduit à l’asphyxie du milieu. En effet, les végétaux produisent de l’oxygène par photosynthèse et en consomment par respiration. La nuit, seule la respiration se poursuit. Si la masse de végétaux présents est trop importante, tout l’oxygène dissous peut être consommé.

Du fait de la photosynthèse, le pH prend des valeurs élevées durant la journée. Si la température s’élève également, l’équilibre NH4+/NH3 se déplace vers la forme ammoniacale très toxique pour les poissons. Les végétaux colmatent également les fonds des cours d’eau détruisant ainsi les milieux de vie des invertébrés et les zones de frais des poissons.

L’ensemble de ces phénomènes peut provoquer des mortalités spectaculaires de poissons. Les différents usages de l’eau s’en trouvent affectés : production d’eau potable, usages récréatifs et esthétiques, usages industriels (eaux de refroidissement) et usages agricoles (irrigation et eau pour le bétail). Les conséquences de l’eutrophisation ont alors également un impact économique.

Comment fabriquer une belle eutrophisation ?

L’eutrophisation est régie par des conditions physiques particulières – température élevée, éclairement important, écoulement lent – associées à la présence en excès de nutriments. Il n’est pas possible de modifier les conditions de température, d’éclairement et d’écoulement en milieu naturel, nous en conviendrons aisément. Le seul moyen pour lutter contre l’eutrophisation est d’éliminer au moins l’un des nutriments indispensables à leur développement pour en faire le facteur limitant.

Les nutriments peuvent être séparés entre les macronutriments et les micronutriments. Les premiers sont nécessaires en quantités relativement importantes. Il s’agit de carbone, hydrogène, azote, oxygène et phosphore. Les micronutriments sont présents à de faibles concentrations. Parmi ceux-ci, on compte par exemple le manganèse et le zinc.

Les micronutriments limitent rarement la croissance des végétaux aquatiques. Des sources non maîtrisables de macronutriments telles que le dioxyde de carbone et le dioxygène atmosphériques ou les molécules d’eau existent. Celles-ci fournissent le carbone, l’hydrogène et l’oxygène. Certaines bactéries sont également capables de fixer l’azote atmosphérique ayant ainsi accès à un réservoir inépuisable. Ne reste alors que le phosphore pour jouer le rôle d’élément limitant.

Le phosphore est essentiel à la croissance de tout organisme vivant. Il entre dans la composition des parois membranaires et de chaque unité de base du matériel génétique ne présente pas de composante atmosphérique significative. Une part importante du phosphore déversé dans les cours d’eau a pour origine des rejets ponctuels bien identifiés. Il est donc possible d’agir pour combattre l’eutrophisation des eaux de surface.

Lire aussi : Lisier de porc et eutrophisation bretonne

Le rôle des stations d’épuration

La réduction des flux de phosphore apportés aux milieux aquatiques par les rejets de stations d’épuration est un point clef de la lutte contre l’eutrophisation. Le phosphore est extrait des eaux usées à différentes étapes des filières conventionnelles de traitement. La réglementation française impose des normes de rejet strictes en termes de concentration en phosphore, soit 2 mg/L. Deux types de procédés sont utilisables afin de satisfaire cette norme : la déphosphatation chimique ou la déphosphatation biologique.

La déphosphatation chimique est la plus pratiquée en France. Elle requiert des sels de fer ou d’aluminium pour faire précipiter les phosphates. Il s’agit d’une précipitation des phosphates par des sels de fer ou d’aluminium. Ou encore par de la chaux produisant des précipités insolubles de phosphates métalliques. Facilement mise en œuvre, insensible à la température et ajustable en fonction des fluctuations occasionnelles de la charge en phosphore, cette technique est fiable et les rendements obtenus sont supérieurs à 80 %. Des concentrations inférieures à 1 mg/L peuvent être obtenues. En revanche, elle conduit à une surproduction en boues qui n’est en général pas économiquement envisageable pour des stations d’épuration de grande capacité. Elle est donc principalement utilisée dans les stations d’épuration de faible charge.

La déphosphatation biologique fait appel à des bactéries. Il a en effet été mis en évidence une surassimilation du phosphore suite à un stress de la biomasse. Exposée à une alternance de conditions aérobies et anaérobies, la biomasse assimile du phosphore plus qu’elle n’en consomme. Il suffit alors de soutirer la biomasse pour éliminer le phosphore. Cette méthode est plus délicate à mettre en œuvre et les rendements obtenus ne sont pas aussi fiables en raison des fluctuations de la charge en phosphore. En outre, les rendements envisageables ne sont que de l’ordre de 50 à 60 %. Ceci conduit en général à entreprendre un procédé mixte de déphosphatation, associant procédé biologique et précipitation chimique.

La déphosphatation biologique représente environ 1 à 2 % des coûts totaux d’exploitation, alors que la précipitation en représente 15 %. L’utilisation d’un procédé mixte permet de réduire cette part à 7,5 %. Cependant, les normes ne sont à ce jour pas toujours respectées. Par exemple, en 2007, seulement 75 % des stations bretonnes respectaient le bon état selon la Directive cadre sur l’eau pour le paramètre phosphore.

Et la méthanisation ?

La méthanisation industrielle peut également participer à résoudre le problème de l’eutrophisation. Elle transforme les matières organiques des déchets et effluents agricoles ou d’industries agro-alimentaires, d’ordures ménagères ou de boues de stations d’épuration des eaux urbaines en biogaz et en digestat, épandable sur les terres comme engrais naturel. Elle permet ainsi de diminuer les apports en azote, sans qui, les algues vertes ne peuvent pas se développer.

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Source : http://www.natura-sciences.com/environnement/phosphore-et-eutrophisation.html

Eutrophisation des eaux : ça ne s’arrange pas - Par Loïc Chauveau le 21.09.2017 à 15h56 – Article ‘Science et Avenir’ – A lire à la source : https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/pollution/l-eutrophisation-des-eaux-est-en-augmentation-dans-le-monde_116574

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Traduction, compléments sur l’utrophisation et liens hypertextes ajoutés par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 27/03/2018

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