Archives mensuelles : janvier 2012

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.

Les dangers 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 parties pour million). Si les algues se décomposent en dehors de la mer pendant plusieurs jours, elles sèchent et se forme alors une croute qui retient des gaz formés par la décomposition : 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.

Il y a danger lorsque cette croute est percée (il suffit de marcher dessus).
Voici un tableau sur les symptômes liés à l’exposition du sulfure d’hydrogène.

PPM Effets
0,13 C’est le seuil de l’odeur. L’odeur est désagréable et les yeux piquent.
4,6 Forte odeur intense mais tolérable. Une exposition prolongée peut annihiler l’odorat.
10 à 20 Yeux douloureux, irritation du nez et de la gorge, maux de tête, fatigue, irritabilité,
insomnie, troubles gastro-intestinaux, perte de l’appétit, étourdissement.
L’exposition prolongée peut cause la bronchite et la pneumonie.
30 à 100 Odeur écœurante.
50 Peut causer une fatigue musculaire, l’inflammation et l’assèchement du nez, de la gorge et des voies respiratoires. Une exposition d’une heure ou plus à des niveaux
supérieurs à 50 ppm peut causer de graves dommages aux tissus oculaires. Une
à long terme peut entrainer des maladies pulmonaires
100 à 150 Perte de l’odorat, irritation des yeux et de la gorge. Mortel au bout de 8 à 48 heures
d’exposition continue.

200 à 250 Dépression du système nerveux (les symptômes sont : maux de tête, étourdissement et nausées). L’exposition prolongée peut causer une accumulation des fluides dans
les poumons. Mortel au bout de 4 à 8 heures d’exposition continue.
250 à 300 Oedème des poumons (poumons remplis de fluide, bave, dommage chimique aux poumons).
350 à 500 Peut causer des crampes musculaires, la basse tension et l’inconscience au bout de 20 minutes.
Une concentration de 300 à 500 ppm peut être mortelle après 1 à 4 heures d’exposition continue.

500 La mort survient après 30 à 60 minutes d’exposition : l’appareil respiratoire est paralysé et la
Victime succombe presque instantanément.
700 Paralysie du système nerveux.
1000 Mort immédiate.