Les cours d'eaux n'en font qu'à leurs têtes !



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Une nouvelle arme pour combattre la pollution des eaux douces : l’agriculture et la qualité de l’eau peuvent-elles cohabiter ? Les chercheurs de l’OSUR répondent « oui ».

Plusieurs chercheurs de l'OSUR, dont Ben Abbott aujourd'hui à la Brigham Young University (USA), publie en janvier 2018 dans Ecology Letters un article sur la stabilité spatiale inattendue de la composition chimique de l'eau dans les réseaux de cours d'eau en tête de bassin.


Les activités humaines, en particulier l'agriculture, ont pollué les écosystèmes d'eau douce de la planète, causant des dommages écologiques et économiques considérables. En effet, l'excès d'éléments nutritifs – i.e. les « nutriments » - provenant des engrais et des énergies fossiles peuvent déclencher des efflorescences de cyanobactéries toxiques et de vastes zones en hypoxie, c’est-à-dire en manque d’oxygène, ce qui réduit de fait la capacité des écosystèmes à nous fournir la nourriture et l'eau pour subvenir à nos besoins. On estime ainsi que les dommages économiques causés par la pollution aux nitrates coûtent à eux seuls entre 0,2 et 2,3 milliards de dollars par an, soit près de 3 % du produit intérieur brut mondial. Et on sait par ailleurs que la pollution par l'azote et le phosphore devraient augmenter jusqu'au milieu du siècle avec la croissance démographique mondiale et la consommation de viande associée.

Des investissements substantiels ont été faits pour réduire ou inverser les tendances en matière de pollution par les apports de nutriments aux niveaux local, national et international. Force est de constater que les résultats restent mitigés. Une partie de notre incapacité à améliorer la qualité de l'eau peut s’expliquer par le fait que la plupart des cadres réglementaires, comme la Clean Water Act des États-Unis, la Directive-cadre sur l’Eau européenne et la Loi chinoise sur l'eau, se concentrent sur les flux annuels en fixant des taux (i.e. des limites maximales) ou s’intéressent aux concentrations moyennes dans les cours d'eau de taille moyenne à grande taille. Cela peut paraître a priori comme une stratégie séduisante, car la qualité de l'eau dans les grands cours d'eau intègre de fait de nombreux petits bassins versants. Cependant, c’est oublier que la plupart des nutriments excédentaires pénètrent dans les réseaux de cours d'eau très en amont. Or les concentrations d'éléments nutritifs dans ces cours d'eau varient considérablement dans l'espace et dans le temps, ce qui en complique le suivi et la gestion. En effet, la surveillance continue de milliers de petits cours d'eau est excessivement coûteuse, en particulier dans les pays en développement où la qualité de l'eau se dégrade le plus rapidement.

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Dans un article publié en janvier 2018 dans Ecology Letters, Ben Abbott et une équipe de chercheurs de l’OSUR, ainsi que des collègues américains, ont donc présenté une nouvelle approche pour aborder le problème de la qualité de l'eau dans les têtes de bassins versants : ces chercheurs ont analysé un ensemble de données historiques sur la composition chimique de l'eau dans 56 cours d'eau de têtes de bassins de l'ouest de la France, à proximité notamment du site du Mont-Saint-Michel. Ces cours d'eau hautement agricoles ont été échantillonnés près de 20 fois au début des années 2000, ce qui a permis aux chercheurs de quantifier la stabilité des sources et des puits de nutriments au fil du temps. Ils ont ainsi constaté que la chimie de chaque cours d'eau fluctuait considérablement au fil des mois en raison, entre autres, des changements de température et du débit de l'eau. Néanmoins, comme ces changements se produisaient de façon synchronisée pour la plupart de ces cours d'eau, les caractéristiques spatiales des éléments nutritifs étaient par conséquent stables tout le long de l'année. Ben Abbott précise : "Nous avons constaté qu'un seul échantillon de cours d'eau prélevé à n'importe quelle période de l'année fournissait beaucoup d'information sur la provenance des éléments nutritifs, ainsi que sur l'endroit où cibler les efforts de restauration."

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Les chercheurs ont étudié à nouveau ces sites il y a deux ans, fournissant un instantané de la qualité de l'eau 12 ans après l'échantillonnage initial. Ben Abbott constate : "Ce qui nous a vraiment surpris, c'est qu'en dépit des améliorations importantes apportées aux pratiques agricoles, nous avons observé les mêmes modèles spatiaux quant à la qualité de l'eau. Les mêmes cours d’eau étaient soit riches soit faibles en azote et en phosphore."

Cette étonnante stabilité spatiale sur le long terme pourrait provenir de deux facteurs connexes :
- premièrement, l'eau et les éléments nutritifs peuvent mettre des décennies à s'écouler dans ces petits bassins versants, de sorte qu'il peut simplement s'écouler beaucoup de temps avant que les changements dans la gestion ne se manifestent concrètement dans la qualité des cours d'eau ;
- deuxièmement, les bassins versants peuvent être différents dans leur capacité de résilience aux apports de nutriments, ce qui créerait des modèles de qualité de l'eau qui persisteraient malgré les changements - et les efforts consentis - dans la maîtrise de la pollution d’origine anthropique.

Ces résultats ressortent d’une étude locale : les chercheurs mettent donc en garde sur le fait que ces résultats doivent être testés dans différentes régions. Cependant, si la synchronisation temporelle et la stabilité spatiale étaient effectivement une caractéristique générale des cours d'eau de tête de bassin, cela pourrait constituer un point de départ intéressant pour tenter de démêler les modèles complexes de la qualité de l'eau dans les réseaux d'amont.

Par conséquent, si les activités humaines étaient réorientées sur la base de cette évaluation de la vulnérabilité des bassins versants aux perturbations anthropiques, cela permettrait la mise en place d’une politique de gestion de la qualité de l'eau qui pourrait être améliorée, tout en maintenant l’exigence de la production alimentaire.


Reference
Benjamin W. Abbott, Gérard Gruau, Jay P. Zarnetske, Florentina Moatar, Lou Barbe, Zahra Thomas, Ophélie Fovet, Tamara Kolbe, Sen Gu, Anne-Catherine Pierson-Wickmann, Philippe Davy, Gilles Pinay (2018), Unexpected spatial stability of water chemistry in headwater stream networks. Ecol Lett, 21

Contact
Ben Abbot (Brigham Young University - College of Life Sciences), ex-OSUR
Gilles Pinay (IRSTEA), ex-OSUR / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @





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