Phosphore et eutrophisation des rivières

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.

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.

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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.

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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.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com