ecologie des cours d'eau

• Les nitrates sont des composés naturels présents dans tous les écosystèmes. Ils sont essentiels aux végétaux, mais peuvent devenir néfastes pour les plantes et les animaux s'ils sont trop abondants. Ils entrent aussi dans la composition des engrais chimiques et naturels (fumiers).
• Les cours d'eau, les lacs et les étangs peuvent renfermer des nitrates provenant de sources diverses : zones agricoles dans lesquelles on fait une forte utilisation d'engrais, parcs d'engraissement du bétail et pâturages, et zones de traitement des eaux usées.
• Les nitrates sont épandus dans les champs et sur les pelouses pour nourrir les végétaux, mais ils peuvent être entraînés par les pluies directement dans les étangs et les cours d'eau voisins par le ruissellement de surface, ou via les canalisations des réseaux de drainage.
• Les nitrates et l'ammoniac sont des composantes des fumiers, lesquels peuvent aussi être entraînés par le ruissellement de surface.
• Les zones de traitement des eaux usées libèrent souvent de fortes concentrations de nitrates dans les masses d'eau.
• L'association des nitrates et des ortho-phosphates (en quantité infinitésimale), provoque le développement algal.

Le système d'évaluation de la qualité des cours d'eau , dans sa méthode des altérations, donne les valeurs limites pour les différentes classes de qualité.

- Très bonne: bleu (inférieur à 2 mg/l ).

- Bonne: vert (de 2 à 10 mg/l ).

- Moyenne: jaune (de 10 à 25 mg/l ).

- Médiocre: orangé (de 25 à 50 mg/l ).

- Mauvaise: rouge supérieur à 50 mg/l.

Quand le lisier pollue.

Entre les années 1980 et 1993, on observe une croissance des fortes concentrations en nitrates dans les eaux de surface bretonnes, puis un pallier entre 1993 et 1999, suivi d'une baisse des concentrations jusqu'en 2002. Depuis la courbe montre une stagnation des valeurs. En 2008, la concentration annuelle régionale selon le percentile 90 moyen était de 38,2 mg/l de nitrates, soit légèrement inférieure l'année 2007 avec 39 mg/l.

Le percentile 90 (Q90) est l'indicateur retenu pour la caractérisation de l'état des masses d'eau, en application de la DCE. Le Q90 n'est pas une moyenne, il représente pour un point d'observation donné la concentration pour laquelle 90 % des mesures étaient inférieures. Dans ce graphique est représenté pour chaque année le Q90 moyen c'est-à-dire la moyenne des Q90 de tous les points suivis en Bretagne par le réseau de contrôle de surveillance de l'Agence de l'eau Loire-Bretagne.

Dans le cadre du SEQ eau (système d'évaluation de la qualité des cours d'eau), nous avons commencé par détailler les différentes familles de paramètres chimiques et physico-chimiques qui permettent d'apporter des informations sur la qualité des cours d'eau et sur l'usage que l'on peut en faire. Après les matières organiques et oxydables, nous allons parler des matières azotées( Ion ammonium: NH4 ; azote kjeldahl : NKJ et les Nitrites : NO2 ) qui contribuent au développement des algues par l'intermédiaire des nitrates. En dehors de toute influence humaine, ces différentes formes se succèdent et se transforment naturellement dans les milieux aquatiques, terrestres et aériens. Ainsi l'azote atmosphérique N2, est l'objet de nombreuses sollicitations par l'action de 3 processus: Sa fixation et sa transformation en ammonium NH4, par des organismes aquatiques et terrestres ( bactéries ). Sa nitrification en présence d'oxygène et de bactéries, sous une forme instable les Nitrites NO2, qui se stabilisent en Nitrates NO3. Sa dénitrification, phénomène inverse, qui consomme et réduit les nitrates.

 Les apports, en nitrates, de l'agriculture intensive (ex :porcheries) et d'ion ammoniacal  par l'activité humaine ou industrielle, ont perturbé ce cycle naturel . L'on recherche  ainsi dans les eaux de rivière, les différentes formes de l'azote: l'Azote kjeldahl, NKJ, association de l'azote organique et de l'ion ammoniacal, l'azote ammoniacal,NH4,qui est un traceur de l'urine, les nitrites, NO2,forme instable, indicateur chimique d'une pollution organique, qui se transforme rapidement dans l'eau en nitrates. 

Carte établie avant la mise en application de la nouvelle directive cadre européenne et des nouveaux réseaux de mesure .

Rappel des précédents articles:

Ecologie des cours d'eau: Le point sur la qualité des cours d'eau en PACA

Ecologie des cours d'eau: Le point sur la qualité des cours d'eau en PACA (1)

Ecologie des cours d'eau: Le point sur la qualité des cours d'eau en PACA (2)

Ecologie des cours d'eau: Qualité des cours d'eau en PACA (avant la directive cadre européenne)

Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique "l'oxygène dissous et le % de saturation".

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " le carbone organique dissous (COD)"

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " l'azote kjeldahl (azote organique+azote ammoniacal"

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " l'oxydabilité au permanganate"

Ecologie des cours d'eau : Le systeme d'évaluation de la qualité des eaux pour les matières organiques et oxydables.

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique "l'oxygène dissous et le % de saturation".

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " le carbone organique dissous (COD)"

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " l'azote kjeldahl (azote organique+azote ammoniacal"

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " l'oxydabilité au permanganate"

 Méthode par altération: 

Les paramètres chimiques représentatifs sont regroupés dans le tableau çi dessus, ce sont l'oxygène dissous et son taux de saturation, la DBO5 et la DCO, Le COD et l' oxydabilité et le cortège azoté composé de l'ion ammonium et de l'azote Kjeldahl. La fréquence de prélèvements sur un point de contrôle de la qualité d'un cours d'eau est bimensuelle (6 prélèvements annuel) ou mensuelle (12 prélèvements annuel). L'on ne conserve que 90% des valeurs en écartant après un an de prélèvements le résultat le plus dégradant parmi les 96 résultats (fréquence 12) ou les 48 ( fréquence 6), afin d'éviter une éventuelle erreur d'analyse. C'est alors la valeur la plus élevée parmi l'ensemble des paramètres qui sera retenue pour définir la classe de qualité.  

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique "l'oxygène dissous et le % de saturation".

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " le carbone organique dissous (COD)"

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " l'azote kjeldahl (azote organique+azote ammoniacal"

L'oxydabilité est une mesure similaire à la DCO, utilisée dans le cas de faible concentration en matière organique (DCO < 40 mg/l d'O₂). L'oxydant requis est le permanganate de potassium qui est un oxydant, très fort, puisqu'il est composé de 4 atomes d'oxygène. La réaction se fait à chaud durant 10 mns en milieu acide (sulfurique). Les particules organiques consomment le KMnO4, mais aussi les particules en suspension qui sont charriées par la rivière en période de fortes pluies . L'interprétation peut être erronée, si l'on se réfère au résultat brut. 

.

 L oxydabilité au permanganate à froid puis à chaud ont participé à la détermination du système d'évaluation de la qualité d'un cours d'eau ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité. De nos jours cette méthode est remplacée par la mesure du carbone organique dissous (COD).

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)". 

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".  

 Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique "l'oxygène dissous et le % de saturation". 

Ecologie des cours d'eau : un paramétre chimique " le carbone organique dissous (COD)" 

• L'azote organique, constituant les cellules vivantes végétales ou animales. C'est la première forme de l'azote non transformé.
• L'azote ammoniacal (NH₄)  provenant de la décomposition par des bactéries de l'azote organique ou des rejets directs d'animaux (urines, excréments: on le retrouve sous forme d'urée).
• Les nitrites (NO₂) toujours en quantité très faible étant donné leur forme instable et intermédiaire du passage de l'ion ammonium en nitrates par oxydation ; ils sont surtout gênants pour la production d'eau potable (provoquent des maladies chez les femmes enceintes et les nourrissons).
• Les nitrates (NO₃), forme très stable, dont la présence dans l'eau peut présenter une double gêne ; d'une part pour les mêmes raisons que les nitrites et d'autre part car il constitue un agent fertilisant, associé aux phosphates, susceptible de favoriser le développement excessif d'algues dans le milieu récepteur (phénomène d'eutrophisation).
• L'azote gazeux (N₂), très présent dans l'air (70% de N₂ pour seulement 20% d'oxygène), et peu soluble dans l'eau.

La quantité d'azote s'exprime en mg/l (milligrammes par litre)L L azote kjeldahl participe à la détermination du système d'évaluation de la qualité d'un cours d'eau ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité.

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Ecologie des cours d'eau: Qualité des cours d'eau en PACA (avant la directive cadre européenne)

Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)". 

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".  

 Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique "l'oxygène dissous et le % de saturation".  

Dans les eaux de surface, la matière organique se présente sous deux formes : dissoutes ou particulaires, entraînant des comportements de sédimentation différents.

Les matières organiques peuvent être :

-         autochtones (issues du milieu par l'intermédiaire de la dégradation des végétaux : production phytoplanctonique ou macrophyte ou encore des organismes morts et acheminés au milieu récepteur) ;

-         allochtones (issus de l'extérieur : lessivage des sols, rejets domestiques, industriels ou agricoles, débris du sol apportés par l'air…)

Toutes ces molécules subissent des transformations dans les cours d'eau (adsorbtion, dégradation chimique et bactérienne,  phytooxydation). Le CO2 étant la forme ultime de la minéralisation du carbone organique.

Les molécules organiques dissoutes dans les eaux participent au cycle externe du carbone, elles contrôlent la productivité des écosystèmes aquatiques mais peuvent être toxiques, lorsqu'elles sont liées à la composition de la molécule (pesticides ou métaux).

L'analyse du COD se caractérise par l'oxydation chimique ou thermique de la matière organique.

 Le carbone organique dissous participe à la détermination du système d'évaluation de la qualité d'un cours d'eau ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité.

- Très bonne: bleu (inférieur à 5 mg/l de C).

- Bonne: vert (de 5 à 7 mg/l de C).

- Moyenne: jaune (de 7 à 10 mg/l de C).

- Médiocre: orangé (de 10 à 15 mg/l de C).

- Mauvaise: rouge supérieur à 15 mg/l de C.

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)".

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " la demande chimique en oxygène (DCO)".

La teneur en oxygène dissous dans l’eau et sa solubilité est dépendante de la température, de la pression et de la salinité. La concentration en oxygène dans l’eau est le bilan d’activités de production (photosynthèse) et de consommation (respiration).

L'(O2) constitue un indicateur de l’activité biologique, plus particulièrement de la photosynthèse et permet d’évaluer les capacités auto épuratoire de la rivière (oxydation). Il varie avec les pluies, les chutes d’eau (barrages), l’activité biologique ou biochimique. Une pollution organique est consommatrice d'oxygène.

Les faibles températures favorisent la dissolution des gaz et à l’inverse les températures élevées la limitent. La teneur théorique maximale d’oxygène dissous dans l’eau est de : 11,25 mg/L à 10°C; 8,25 mg/L à 25°C. Il existe donc naturellement des variations annuelles et journalières importantes de ce paramètre. Pour avoir une référence, afin de comparer "différentes mesures , on utilise le % de saturation  qui tient compte du facteur "température de l'eau".

La teneur en oxygène commande fortement la vie aquatique. On considère que celle-ci est, d’un point de vue de la fonction biologique, perturbée dès que la concentration passe en dessous de 5 mg/L et des mortalités piscicoles sont à redouter en dessous de 3 mg/l. De plus, le processus de dégradation des matières organiques et de l’ammoniaque par autoépuration naturelle nécessite une teneur suffisante en oxygène dissous. Les chutes rapides en oxygène nécessitent une adaptation immédiate et provoquent un stress violent. Des variations  importantes d’oxygène dans l’eau, peuvent provoquer des mortalités de poissons.

 L'oxygène dissous et son pourcentage de saturation participent à la détermination du système d'évaluation de la qualité d'un cours d'eau ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité.

       Oxygène dissous en mg/l de O2:

- Très bonne: bleu (supérieur à 8 mg/l de O2 mesuré).

- Bonne: vert (de 6 à 8 mg/l de O2 mesuré).

- Moyenne: jaune (de 4 à 6 mg/l de O2 mesuré).

- Médiocre: orangé (de 3 à 4 mg/l de O2 mesuré).

- Mauvaise: rouge inférieur à 3 mg/l de O2 mesuré.

            % de saturation en O2 dissous: calculé à partir de l'oxygène dissous et de la température de l'eau.

- Très bonne: bleu (supérieur à 90%).

- Bonne: vert (de 70 à 90%).

- Moyenne: jaune (de 50 à 70%).

- Médiocre: orangé (de 30 à 50%).

- Mauvaise: rouge inférieur à 30% .

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

Ecologie des cours d'eau : un paramètre chimique " La demande biochimique en oxygène (DBO5)".

Les matières organiques consomment, en se dégradant, l’oxygène dissous dans l’eau. Elles peuvent donc être à l’origine, si elles sont trop abondantes, d’une consommation excessive d’oxygène, et provoquer l’asphyxie des organismes aquatiques. Le degré de pollution s’exprime en demande biochimique en oxygène sur 5 jours (DBO5) et en demande chimique en oxygène (DCO).
La DBO5 mesure la quantité d’oxygène consommée en 5 jours à 20°C par les microorganismes vivants présents dans l’eau.
La DCO représente quant à elle quasiment tout ce qui est susceptible de consommer de l’oxygène dans l’eau, par exemple les sels minéraux et les composés organiques. L'oxydation s'effectue à chaud, en laboratoire, en présence d'un oxydant fort, le bichromate de potassium, dont la formule chimique est K2CR2O7; il contient sept oxygènes, c'est un oxydant très actif. 
Plus facile et plus rapidement mesurable, avec une meilleure reproductibilité que la voie biologique, la DCO est systématiquement utilisée pour caractériser un effluent.

Elle participe à la détermination du système d'évaluation de la qualité d'un cours d'eau ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité.

- Très bonne: bleu de 0 à 20 mg/l de O2 consommé.

- Bonne: vert de 21 à 30 mg/l de O2.

- Moyenne: jaune de 31 à 40 mg/l de O2.

- Médiocre: orangé de 41 à 80 mg/l de O2.

- Mauvaise: rouge supérieur à 80 mg/l de O2.

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Ecologie des cours d'eau: Les paramètres chimiques utiles à l'interprétation de la qualité d'un cours d'eau.

  Les matières organiques consomment, en se dégradant, l’oxygène dissous dans l’eau. Elles peuvent donc être à l’origine, si elles sont trop abondantes, d’une consommation excessive d’oxygène, et provoquer l’asphyxie des organismes aquatiques. Le degré de pollution s’exprime en demande biochimique en oxygène sur 5 jours (DBO5).
En laboratoire, la DBO5 mesure la quantité d’oxygène consommée en 5 jours à 20°C par les micro organismes vivants présents dans l’eau. La quantité d'oxygène présente dans une eau en laboratoire, avoisine les 8 mg/l de O2 , donc pour des rivières polluées, qui consomment beaucoup plus d'oxygène, il faut effectuer des dilutions.
 

La DBO5 ou demande biochimique en oxygène, au bout de 5 jours est une analyse qui permet de retrouver, dans l'eau, les matières organiques et oxydables. Elle participe à la détermination du système d'évaluation de la qualité ou SEQ qui est divisé en 5 classes de qualité.

- Très bonne: bleu de 0 à 3 mg/l de O2 consommé.

- Bonne: vert de 3 à 6 mg/l de O2.

- Moyenne: jaune de 6 à 10 mg/l de O2.

- Médiocre: orangé de 10 à 25 mg/l de O2.

- Mauvaise: rouge supérieur à 25 mg/l de O2.