Pollution de l'eau par les nitrates

Épandage de fumier sur un champ.

Les nitrates sont formés par les activités biochimiques des micro-organismes ou ajoutés artificiellement dans la lithosphère et la biosphère sous forme chimiquement synthétisée[1]. Les nitrates sont très solubles dans l'eau[1]. L’augmentation des concentrations en nitrates dans les eaux superficielles et souterraines est principalement liée au développement de l’agriculture intensive à partir de la deuxième moitié du XX^e siècle[2]. Les déchets urbains, les rejets de stations de traitement des eaux usées et les effluents industriels sont également responsables de pollutions aux nitrates, mais ces dernières restent habituellement limitées aux abords des villes[3] et concernent davantage les eaux superficielles.

L’agriculture est en grande partie responsable de l’augmentation des nitrates par l'utilisation d’engrais (ammonitrate, urée, etc.) et la culture de légumineuses. Les nitrates NO₃^– sont un produit de la dégradation de l’azote par les bactéries. Les nitrates sont stables dans le sol et peuvent y rester très longtemps. La pollution aux nitrates résulte d’un effet cumulatif depuis le début de la fertilisation des cultures par l'apport massif d'amendements organiques (fumier, lisier, résidus de récoltes, etc.) et d'engrais minéraux[4].

Cycle de l'azote.

Grâce notamment à l’utilisation de lysimètres, différentes études menées entre autres par l’INRA ont permis d’étudier le devenir des apports d’azote de synthèse sur les surfaces agricoles[5].

Les nitrates non consommés par les plantes sont dans un premier temps soit lixiviés soit absorbés par la biomasse du sol. La matière organique que constitue la biomasse se minéralise progressivement puis est nitrifiée ainsi sont libérés des nitrates dans la solution du sol. L'azote peut entrer dans des compartiments organiques plus stables que la biomasse qui sont susceptibles de libérer des nitrates par minéralisation par des bactéries nitrifiantes à des échelles de temps très variables. L’activité de ces bactéries dépend de la température mais peut avoir lieu toute l’année. Ces cycles sont très longs et un seul apport d’azote peut entraîner une production de nitrates pour de nombreuses années[6]. Ainsi les apports répétés de fertilisants se cumulent, enrichissent les différents compartiments de matière organique du sol et accroissent la pollution[7]^,[5]. Le cycle de l’azote dans le sol est un processus complexe qui implique de nombreux facteurs. Il est supposé à terme qu’un équilibre soit atteint mais il n’est pas clairement établi jusqu’à quel niveau de concentration en nitrates les eaux souterraines vont s'enrichir avant d'atteindre cet équilibre. Dans certaines régions agricoles comme les régions crayeuses du bassin parisien s’ajoute la lenteur de la progression des nitrates vers la nappe en raison de la nature du sous-sol. L’évolution des pollutions par les nitrates est un système présentant une très grande inertie et il est difficile de mesurer les effets des politiques de protection de l’eau à court terme[8].

Lac eutrophe.

Les nitrates se diffusent progressivement dans les réserves d'eau planétaires. Par exemple, les concentrations en nitrates dans les glaces du Groenland ont triplé depuis 1750[4].

Sur les eaux superficielles

Marée verte en raison de pollutions en nitrates des eaux de ruissellement.

Les eaux superficielles peuvent être contaminées par ruissellement, déversement par exemple d'une station d'épuration ou indirectement par les eaux souterraines. La contamination aux nitrates des eaux superficielles entraîne généralement une eutrophisation importante de ces eaux par le développement de la biomasse. Les marées vertes en Bretagne directement liées aux fuites de nitrates en sont un exemple frappant[9]^,[10].

Économiques

Système de production d'eau potable avec résines échangeuses d'ions (cations et anions).

L’eau contaminée par les nitrates doit être traitée avant de pouvoir être bue. Les traitements chimiques et bactériens permettant d’éliminer les nitrates sont coûteux même pour les pays développés[3]. Ces traitements se font par exemple à l'aide de résines échangeuses d'ions (chlorure/nitrate).

Les agriculteurs ont appris à maîtriser les épandages d’engrais pour réduire les pertes. On estimait en 1998, les pertes à environ 11,5 % de la quantité totale d’engrais azoté utilisé en France. Le contrôle des pertes ne peut pas être amélioré[6]. Diverses techniques permettent de fixer l'azote dans le sol notamment en hiver pour éviter le lessivage de l'azote (voir CIPAN).

Les zones humides ont une capacité importante de rétention des teneurs en nitrates des eaux superficielles eutrophes[13].

Le rôle des bactéries denitrifiantes dans la dépollution des nitrates est primordial. Ces bactéries consomment en milieu anaérobie l’oxygène contenu dans l'ion nitrate NO₃^– et libère l’azote sous forme gazeuse, diazote N₂, et de protoxyde d'azote N₂O[14]. Il est possible d’améliorer l’efficacité de ces bactéries en ajoutant dans les nappes du carbone sous forme d'alcools par exemple[15].

Le développement de variétés de plantes ou de bactéries symbiotiques OGM capables de fixer l’azote atmosphérique à la manière des légumineuses permettrait de supprimer complètement le besoin en engrais azoté[16]. Cependant, le besoin de filière d'élimination des boues d'épuration ou des lisiers entre autres reste toujours existant.

En raison de la grande inertie de la pollution aux nitrates, même avec l'arrêt complet des intrants d'azote, les concentrations en nitrates mettraient probablement de nombreuses années avant de décroître significativement.