Archives de l’auteur : Emile Netter

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Nous avons vu que la Bretagne est propice au développement des algues grâce à ses baies mais aussi à cause des rejets en azote dans les rivières des agriculteurs. Ainsi, le surplus d’azote et par la même occasion de nitrates entraînent un développement excessif des algues vertes qui viennent s’échouer sur les plages Bretonnes provoquant les marées vertes. C’est en séchant que les algues forment des gaz très toxiques et révèlent par la même occasion leur véritable identité : elles sont en réalité extrêmement dangereuses pour l’homme. En effet, le sulfure d’hydrogène ainsi créé entraîne la mort à partir d’une certaine concentration.

C’est donc la succession de plusieurs éléments, qui combinés les uns aux autres, rendent les plages de Bretagne mortelles.
C’est pourquoi on retrouve, en été, des animaux morts sur les plages bretonnes.

 

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Définition générale d’une algue :

Une algue est un être vivant et un végétal. Les algues vivent en eau douce et, ou salée. Les algues chlorophyliennes, notamment l’Ulva armoricana, sont capables de réaliser la photosynthèse : elles synthétisent de la matière organique grâce à la lumière du soleil. Ce processus s’accompagne de l’absorption de dioxyde de carbone (CO2) et de production de dioxygène (O2).

L’Ulva armoricana :

L’Ulva armoricana, aussi appelée ulva rigida sur les côtes méditerranéennes, est une algue verte de la famille des ulvaceae, faisant partie du genre ulva, que l’on appelle plus communément « laitues de mer ».

L’Ulva armoricana est très fine (moins d’un dixième de millimètre d’épaisseur). Sa taille varie entre 5 et 60 cm. Elle est fragile et préfère donc les endroits calmes tels que les baies et les lagunes, les ports… Son développement est favorisé en l’été lorsque l’eau atteint une température idéale (18-20°C) mais aussi lorsque les nitrates d’origine agricole sont entraînés dans les cours d’eau puis dans la mer.

 

 

Le cycle de l’azote

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Dans l’atmosphère, l’azote se trouve sous sa forme diatomique (N2). En effet, l’atmosphère est composé à 79 % de cette molécule. Les organismes vivants ont besoin d’azote pour fabriquer des protéines et des acides nucléiques. Or ils ne peuvent pas l’utiliser sous cette forme. Ces organismes ont besoin de ce qu’on nomme l’azote fixé. Dans la molécule d’azote fixée, les atomes d’azote sont liés à d’autres atomes comme par exemple l’hydrogène dans l’ammoniac (NH3 ) ou encore l’oxygène dans les ions nitrates (NO3–).

En mer, le cycle de l’azote se caractérise par trois processus de base qui sont impliqués dans le recyclage de l’azote:

  • La fixation de l’azote diatomique N2. La fixation de l’azote correspond la conversion de l’azote atmosphérique en azote utilisable par les plantes et les animaux. Elle est possible grâce à certaines bactéries présentes dans l’eau appelées aussi cyanobactéries. Elles sont capables d’assimiler l’azote diatomique N2.
    Dans les sols où le pH est élevé, les ions ammonium se transforment en ammoniac.

  • La nitrification. La nitrification transforme les produits de la fixation en NO2–  puis en NO3– . C’est une réaction d’oxydation qui est effectuée par des bactéries.
    puis : 
  • La dénitrification. Elle permet à l’azote de retourner sous sa forme moléculaire N2 . Elle est réalisée par des bactéries. Elle émet du CO2 et aussi du protoxyde d’azote (N2O), gaz à effet de serre 200 fois plus puissant que le CO2.
Cycle de l’azote en mer

Nous pouvons voir que l’azote interagit avec le milieu aquatique sous forme de cycle. Ainsi, la concentration en nitrates de la mer est constante si on ne considère pas les activités humaines.
Mais justement, l’homme vient déséquilibrer ce cycle par ses activités. Les activités agricoles, notamment de l’épandage d’engrais azoté d’origine minérale ou organique, rejettent des nitrates. En Bretagne, un tiers de l’azote épandu est de l’engrais azoté minéral, les deux tiers restants proviennent d’engrais organiques issus des déjections des animaux ( vaches 57%, porcs 31%, volailles 12%).

Ainsi, la mer est plus riche en nitrates et la dénitrification ne parvient pas à rééquilibrer ce cycle. En conséquences, les algues captent ce surplus de nitrates et prolifèrent de façon exponentielle.

 


La prolifération des algues vertes

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Les marées vertes qui touchent les côtes bretonnes correspondent à un développement massif d’algues du genre Ulva. Elles se développent surtout au printemps et en été lorsque toutes les conditions sont réunies.

La prolifération des algues vertes est due à un dysfonctionnement environnemental appelé 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).(cf. Cycle de l’azote)

Les nutriments

En temps normal, la croissance des algues est limitée au printemps et en été car la disponibilité en nutriments diminue du fait de la présence du phytoplancton. Cependant, actuellement en Bretagne, les apports continentaux sont élevés ce qui permet aux algues de proliférer même dans cette péridode de l’année. Ces apports en nutriments, principalement agricoles (azote) et urbains (phosphore), sont généralement amenés par les rivières à la mer.

Le lieu de développement

La Bretagne a des côtes faîtes de baies qui favorisent la croissance des ulves. Ce sont surtout les baies « semi-ouvertes », où l’eau y est peu profonde et où aboutissent un ou plusieurs cours d’eau, qui sont les principales victimes de la prolifération incontrôlable des algues vertes. En effet les eaux de ces baies sont assez calmes et retiennent les algues et leur nutriments. De plus avec les marées, les algues s’échouent et sèchent, créant des « tapis verts » d’algues. L’eau y est aussi assez chaude (environ 16°) pour les ulves, du fait de la stagnation des eaux dans ces baies.

La lumière

Les algues se développent beaucoup dans les eaux peu profondes qui laissent passer plus de lumière. La lumière est très importante pour leur développement (comme la plupart des plantes) car elles utilisent l’énergie lumineuse pour fabriquer de la matière organique (la photosynthèse). Au printemps, les conditions d’éclairage sont optimales puisque l’intensité  ainsi que la durée d’éclairement sont les plus élevées.

D’autres facteurs peuvent aussi entrer en compte dans cette prolifération : la surpêche, qui a réduit le nombre d’espèces herbivores qui limitaient les ulves sur le littoral français (les algues sont à la base de la chaine alimentaire dans la plupart des milieux aquatiques) ; l’immersion de dépôts de munitions (immergés avec leur douilles remplies de nitrate), datant de l’après-première guerre mondiale, qui après érosion auraient pu libérer ces nitrates dans l’océan Atlantique et la Manche : entre la Belgique et le golf de Gascogne et au niveau du Bassin d’Arcachon (où ont eu lieu des marées vertes) ; le réchauffement climatique et le réchauffement des océans pourraient aussi être des facteurs. Néanmoins ce sont des hypothèses qui restent à confirmer.

 

 


 

De l’ulva armoricana aux marées vertes

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Sur les côtes bretonnes, pendant la période estivale, toutes les conditions environnementales sont optimales pour le bon développement des algues : l’apport en azote est important (il est stable toute l’année), l’eau est chaude et le soleil est plus « puissant » (En été, le soleil est plus haut qu’en hiver et ses rayons sont par conséquent plus verticaux : ils touchent ainsi une surface plus petite, et délivrent donc plus d’énergie sur cette surface).
De plus, la Bretagne comporte de nombreuses baies qui facilitent la phénomène de marées vertes : les pentes sont douces et il y a peu de mouvements de l’eau.
Ainsi, l’ulva armoricana prolifère abondamment dans les baies et s’y accumule. Avec les marées, ces algues s’échouent sur les plages et les recouvrent.

Schéma de synthèse sur la formation des marées vertes.

 

Vue aérienne de marée verte sur la plage de Saint-Efflam (Côtes d’Armor).

Composition en gaz des marées vertes

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L’INERIS (Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques), a analysé les composés gazeux émis par les marées vertes en Bretagne.

Quand les algues sont fraiches, l’air aux alentours contient très peu de H2S (sulfure d’hydrogène) et du diméthylsulfure en quantité moyenne (200 à 300 partie pour million). Si les algues se décomposent en dehors de la mer pendant plusieurs jours, elles sèchent et se forme alors une croute qui contient des gaz : de l’H2S en grande quantité (environ 1000 ppm), peu de diméthylsulfure et beaucoup de méthane. Ce sont des bactéries qui en sont à l’origine : elles décomposent la matière organique et émettent du H2S à partir de la réduction du sulfate de l’eau de mer en sulfure.

Culture de lentilles d’eau

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But de l’expérience :

Nous allons étudier l’évolution des lentilles d’eau dans différents milieux afin de mettre en évidence les conditions favorables au développement de l’algue.

Pour cela, nous allons compter le nombre de lentilles d’eau de chaque milieu pendant un mois

Liste du matériel nécessaire :

  • 7 cristallisoirs
  • Des lentilles d’eau
  • 1 lampe
  • Du papier d’aluminium
  • De l’eau distillée
  • Des solutions

Knop complet
– 1g de nitrate de calcium
– 0.25g de nitrate de potassium
– 0.25g de sulfate de magnésium
– 0.25g de phosphate de calcium
– 0.001g de sulfate ferrique
q.s.p 1L d’eau distillée

Knop sans phosphate
– 1g de nitrate de calcium
– 0.25g de nitrate de potassium
– 0.25g de sulfate de magnésium
– 0.001 de sulfate ferrique
q.s.p 1L d’eau distillée

Knop sans potassium
– 1.8g de nitrate de calcium
– 0.25g de sulfate de magnésium
– 0.25 g de phosphate de calcium
– 0.001g de sulfate ferrique
q.s.p 1L d’eau distillée

Knop sans azote
– 1.85g de chlorure de potassium
– 0.25g de phosphate de calcium
– 0.25g de sulfate de magnésium
– 0.001g de sulfate ferrique
q.s.p 1L d’eau distillée

Remarque : Il ne s’agit pas de la composition d’origine de Knop. Nous avons modifié les proportions afin qu’il y ait la même quantité de chaque espèce chimique dans chaque solution, ce qui est nécessaire pour réaliser une étude comparative.

Mise en place de l’expérience :

Nous préparons 7 cristallisoirs constituant 7 milieux différents.

  • N°1 : Eau distillée + lentilles d’eau
  • N°2 : Knop complet + lentilles d’eau (témoin)
  • N°3 : Knop sans phospate + lentilles d’eau
  • N°4 : Knop sans azote + lentilles d’eau
  • N°5 : Knop sans potassium + lentilles d’eau
  • N°6 : Knop complet sans lumière + lentilles d’eau
  • N°7 : Knop complet avec une forte exposition lumineuse (lampe) + lentilles d’eau

Le jour n°13, les milieux contenants les algues ont été renouvelés.
Les cristallisoirs ont été placés en intérieur, à environ 2 mètres derrière une vitre. La lampe a été allumée chaque matin, et éteinte chaque soir, afin de reproduire les conditions naturelles.

 Résultats de l’expérience :

Jour 0 Jour 3 Jour 6 Jour 13 Jour 34
Tube 1 Eau distillée 10 10 10 11 13
Tube 2 Knop 10 10 10 15 36
Tube 3 Knop – P 10 10 10 11 16
Tube 4 Knop – N 10 10 10 12 23
Tube 5 Knop – K 10 10 10 15 38
Tube 6 Knop sans lumière 10 10 10 10 10
Tube 7 Knop avec forte luminosité 10 11 12 23 Non évalué *

*  À cause des vacances scolaires, nous n’avons pas pu aller au lycée, et donc pas pu étudier ce milieu sur une plus longue durée. Néanmoins, il est possible d’en tirer des conclusions.

Remarques de fin d’expérience :
– Tube n°1 : Les lentilles sont petites et décolorées
– Tube n°2 : Certaines lentilles sont légèrement noircies
– Tube n°5 : Certaines lentilles sont légèrement noircies, plus que celles du tube n°2
– Tube n°6 : Aucun changement entre le Jour 0 et le Jour 34.

Interprétation des résultats :

Les résultats du tube n°1 (eau distillée) révèlent que sans nutriment, les lentilles ne se développement quasiment pas. Leur petite taille et leur décoloration suggèrent qu’elles sont malades. La couleur ?
En revanche, le tube n°2 (Knop complet) montre qu’en présence de nutriments, les lentilles se reproduisent rapidement.

Les tubes n°6 et n°7 permettent de mettre en évidence l’importance de la lumière dans le développement des algues. En effet, plus les lentilles reçoivent de lumière, mieux elles se multiplient

Les tubes n°3 (Knop -P), n°4 (Knop -N) et n°5 (Knop -K) servent à déterminer avec précision de quels nutriments ont besoin les lentilles. Pour cela, on compare les résultats avec le Tube n°2 (Knop complet).

Les résultats des tubes n°2 (Knop complet) et n°5 (Knop -K) sont sensiblement les mêmes. On peut en déduire que le potassium n’est pas un élément indispensable pour les algues. Cependant, les lentilles du milieu sans potassium sont plus noircies. On pourrait donc penser à une maladie liée au manque de potassium.

Le tube n°3 (Knop -P) ne recense que 16 lentilles à la fin de l’expérience, contre 36 pour le tube témoin. Les phosphates sont donc essentiels pour obtenir une multiplication rapide.

Le tube n°4 (Knop -N) comporte 23 lentilles en fin d’expérience. On pourrait donc penser que l’apport d’azote est favorable au développement des lentilles, mais pas indispensable. Mais des bactéries ont pu transformer le diazote de l’air en nitrates. (voir Cycle de l’azote).

Tous ces résultats sont en accord avec nos recherches : l’azote et le phosphate sont essentiels et l’intensité de la source lumineuse participe énormément sur le développement des algues.