Chapitre 2
Quel est le risque d’eutrophisation de la Gironde ?
p. 113-116
Texte intégral
1L’estuaire de la Gironde ne présente pas de caractère eutrophe comme peuvent l’être épisodiquement ceux de la Loire et de la Seine. Pour cette raison, les données sont moins abondantes. Les concentrations en nitrate et phosphate à l’entrée de la Gironde sont moins élevées que pour les deux autres fleuves. L’eutrophisation du système est limitée par la lumière en amont, dans la zone où les concentrations en nutriments sont les plus fortes. Cette limitation est due au bouchon vaseux qui rend les eaux opaques. En aval, lorsque les eaux deviennent plus claires, les nutriments sont dilués par l’eau de mer. Le nitrate a un comportement d’élément conservatif : les profils en fonction de la salinité montrent une simple dilution entre l’eau douce et l’eau de mer. Cependant, la métropole de Bordeaux représente une source significative, jusqu’à 10 %, durant les périodes d’étiage. Le phosphore (P) a une forte interaction avec les particules en suspension. Une large fraction du P biodisponible est associé aux particules. Le P faiblement adsorbé et une partie du P organique sont libérés dans le gradient de salinité. Le P associé aux oxydes de fer, qui représente une fraction importante, n’est pas réactif dans l’estuaire.
I. Introduction
2L’eutrophisation apparaît quand les conditions nécessaires à la production biologique sont amplifiées. Une des conséquences de l’eutrophisation est l’apparition de fortes teneurs en matière organique labile dont la dégradation peut mener à des conditions anoxiques dans la colonne d’eau. Ce phénomène n’est pas connu dans l’estuaire de la Gironde, mais il est fréquemment observé dans l’estuaire de la Loire, par exemple. La production biologique des environnements aquatiques est contrôlée par les paramètres limitants que sont la lumière, le carbone, l’azote, le phosphore ou les micronutriments. La Gironde se caractérise par une zone turbide très étendue. Les eaux turbides reçoivent peu de lumière et c’est ce paramètre physique qui est le principal limitant à la production biologique de l’estuaire (Irigoien et Castel, 1997). Le bouchon vaseux représente toutefois un réacteur biogéochimique très efficace qui favorise la minéralisation de la matière organique et le recyclage des nutriments. La partie amont du système reçoit aussi les effluents traités de la métropole de Bordeaux qui sont une source potentielle d’azote et de phosphore. Les nutriments peuvent être utilisés pour la production primaire en aval de l’estuaire où les eaux sont en général moins turbides. Cependant, les eaux fluviales sont diluées en aval par l’eau de mer qui est appauvrie en azote et phosphore par rapport aux eaux douces. L’évaluation du risque d’eutrophisation de la Gironde nécessite donc de connaître les sources de nutriments, mais également les processus de transformation le long des gradients de l’estuaire.
II. Méthodes
3Les sources d’azote et de phosphore dans la Gironde sont multiples. Les principales sont le bassin-versant, les zones urbaines et le recyclage interne au système. Les données récentes sur la distribution des sels nutritifs dans la Gironde proviennent des suivis de l’Agence de l’Eau Adour Garonne, de suivis d’observation, tel que le SOMLIT, et de plusieurs programmes de recherche, essentiellement menés par l’Université de Bordeaux. Les données de l’Agence sont acquises avec une faible résolution temporelle. L’accès à ces données permettait toutefois d’avoir une idée sur les concentrations en azote et phosphore qui entrent dans le système par la Garonne et la Dordogne et de comparer ces données avec des mesures équivalentes réalisées sur d’autres estuaires français. Les données les plus pertinentes pour comprendre le comportement des nutriments dans la Gironde sont celles issues des programmes qui ont permis d’échantillonner les eaux à différentes périodes de l’année tout le long des gradients physico-chimiques entre La Réole ou Pessac-sur-Dordogne et le Golfe de Gascogne. Il s’agit en particulier des programmes européens Biogest et Mature des années 1990 et des programmes d’étude des contaminants métalliques des années 2000 menés par le laboratoire EPOC. L’influence de Bordeaux a fait l’objet du programme ETIAGE où l’effet des apports en ammonium par les stations de traitement des eaux polluées (STEP) a été quantifié.
III. Comportement de l’azote dans l’estuaire
4Les eaux douces qui entrent dans l’estuaire sont généralement oxygénées (Hermann et Heip, 1999). La forme d’azote minéral la plus stable dans ces conditions est le nitrate. L’ammonium, qui est la forme primaire de la minéralisation de l’azote organique et qui se trouve aussi dans les eaux usées, est rapidement nitrifié en présence d’oxygène dissous. L’ammonium est la forme stable de l’azote en absence d’oxygène.
5De nombreux auteurs ont montré que le nitrate avait un comportement conservatif dans l’estuaire. Ceci signifie que les concentrations évoluent de manière linéaire en fonction de la salinité. Étant donné que les eaux salées du Golfe de Gascogne ont des teneurs en nitrate plus faibles (Labry et al., 2001) que celles de la Garonne et de la Dordogne, le profil de concentration des eaux de surface de la Gironde en fonction de la salinité montre une droite décroissante quand la salinité augmente (figure 1). Ce comportement montre que dans l’estuaire même, l’utilisation du nitrate pour la production biologique ou l’ajout de nitrate via la minéralisation de la matière organique ne sont pas suffisants pour jouer significativement sur la forme du profil. Quelques nuances sont toutefois à apporter à ce schéma. Les mesures de flux de carbone ont montré que la dégradation de la matière organique était très efficace dans la zone de turbidité maximale de l’estuaire (Frankignoulle et al., 1998). Ce processus interne apporte nécessairement de l’azote dans le système. Les profils conservatifs indiquent que le nitrate issu de cette source est en quantité faible par rapport aux apports directs du bassin-versant. En d’autres termes, le bassin-versant apporte à la Gironde plus de nitrate que d’azote organique minéralisable.
6Certains profils mesurés durant les périodes d’étiage montrent une légère augmentation des concentrations en nitrate dans la zone des faibles salinités (Cabeçedas et al., 1999 ; Middelburg et Nieuwenhuize, 2000) échantillonnée près de Bordeaux. L’ajout de nitrate serait dû à des apports directs dans la Garonne d’azote minéral par les STEP de la métropole. Le programme ETIAGE a montré que les STEP de Bordeaux fournissaient près de 2,5 tonnes par jour d’ammonium (Lanoux, 2013). L’ammonium est rapidement oxydé en nitrate dans le bouchon vaseux de la Garonne (Abril et al., 1999). Le flux des STEP peut représenter 10 % des flux de nitrate de la Garonne amont en été quand le débit du fleuve est inférieur à 200 m3 s-1. En hiver, lorsque le débit est de 800 m3 s-1, le flux d’azote issu des STEP est fortement dilué.
7Il a été montré que la dénitrification, c’est-à-dire le processus de respiration anaérobie qui transforme le nitrate en N2 se produisait dans les sédiments et la crème de vase de l’estuaire quand les concentrations en MES étaient supérieures à 300 g l-1 (Abril et al., 1999). Ce processus qui élimine l’azote minéral du système ne se produit pas dans le bouchon vaseux qui reste le plus souvent oxygéné.
8L’ammonium ne représente qu’une faible proportion de l’azote minéral le long de l’estuaire. Hormis les apports des STEP au niveau de Bordeaux, les concentrations restent en général en dessous de 5 µM le long de l’estuaire. Ces faibles valeurs sont transitoires dans les eaux oxygénées. Elles sont entretenues par des flux issus des sédiments et l’excrétion des organismes hétérotrophes de la colonne d’eau.
IV. Comportement du phosphore dans l’estuaire
9Le phosphore dissous minéral est sous la forme de phosphates. La solubilité apparente des ions phosphates est limitée en milieu oxygéné, essentiellement en raison de l’affinité de ces ions avec la phase particulaire, en particulier les oxydes de fer et les phases argileuses. Le comportement du phosphore dans les eaux naturelles est donc en grande partie gouverné par les échanges entre les phases dissoute et particulaire. Étant donné que l’estuaire de la Gironde se caractérise par sa zone de turbidité maximale, les interactions eau-particules sont au cœur du comportement du phosphore dans cet environnement (Deborde et al., 2007).
10Les concentrations moyennes en phosphate qui arrivent de la Garonne et de la Dordogne étaient de 1,6 et de 1,0 µM dans les années 2000. Les concentrations dans les eaux de surface du Golfe de Gascogne sont en moyenne beaucoup plus faibles. La zone de mélange entre les eaux douces et les eaux salées devrait montrer un profil de concentration en phosphate similaire à celui du nitrate. En réalité, presque tous les profils réalisés entre Bordeaux et l’embouchure montrent un profil en cloche (figure 1) avec une augmentation des teneurs en phosphate dès que les eaux deviennent salines (Deborde et al., 2007), puis une diminution linéaire des concentrations pour les salinités supérieures à 15 (Michel et al., 2000). Ces profils indiquent clairement que la partie amont de l’estuaire représente une source interne en phosphate. Une étude sur le phosphore particulaire a montré que l’ajout de phosphate dissous provenait de la solubilisation de la fraction particulaire la plus réactive. Il s’agit du phosphate faiblement adsorbé sur les particules et du phosphore associé à la matière organique. Le premier est très rapidement désorbé des particules lorsque celles-ci passent de l’eau douce aux eaux salées. L’efficacité de la désorption dépend de la salinité, mais aussi de la concentration en particules en suspension. C’est pour cela que les eaux de la Gironde peuvent s’enrichir par ce biais en phosphate très en amont, dès que la salinité change, mais aussi plus en aval quand les particules du bouchon vaseux deviennent de moins en moins concentrées. Ce phénomène est une source majeure de phosphate dans la partie aval de l’Estuaire où la lumière cesse d’être le paramètre limitant pour la production biologique.
11Le phosphore peut aussi être libéré à partir du moment où les oxydes de fer riches en phosphate adsorbé sont dissous par réduction. L’absence d’oxygène ne suffit pas à réduire les oxydes de fer. Il faut un réducteur fort, tel que le sulfure ou de la matière organique labile. Il a été montré que les oxydes de fer et le phosphore associé étaient conservatifs tout le long de l’estuaire (Deborde et al., 2007). Les oxydes fer restent également intacts dans les conditions anaérobies de la crème de vase (Abril et al., 2010).
Figure 1. Profils caractéristiques de concentration en phosphate (gauche) et en nitrate (droite) dans l’estuaire de la Gironde. Les données de 1995/1996 et de 2003 sont issues des programmes Biogest et Girox.

V. Évolution des concentrations entrantes et comparaison avec la Loire et la Seine
12Les concentrations en nitrate des eaux douces arrivant à la Gironde ont augmenté au cours des dernières décennies. Ainsi, la concentration moyenne en nitrate de la Garonne à La Réole était de 6,7 mg/L dans les années 1975-1984 (Probst, 1985), 8 mg/L entre 1984 et 1991 (Maurice, 1993) et autour de 9 mg/L à partir des années 2000 (données EPOC non publiées). Les concentrations en P-phosphate à La Réole ont diminué avec le temps, essentiellement en raison des efforts réalisés sur le traitement des eaux usées. Les valeurs moyennes étaient de 77 µg/L à la fin des années 1980 et de 50 µg/L au début des années 2000. Tel que cela avait déjà été noté dans le Livre Blanc de la Gironde de 1994, ces valeurs sont cependant bien inférieures à celles mesurées à l’entrée des estuaires de la Loire et de la Seine. Au cours des dernières années, les concentrations en nitrate à l’entrée de la Loire étaient entre 2 et 23 mg/L, avec une moyenne entre 10 et 15 mg/L (données GIP Loire). Pour la Seine aval, les concentrations moyennes sont proches de 20 mg/L pour la dernière décennie (Romero et al., 2016). Les données de phosphore sont plus difficiles à comparer parce que le P des phosphates dissous interagit très fortement avec la phase particulaire et les mesures de P total (dissous + particulaire) sont difficilement comparables d’un estuaire à un autre, puisqu’elles vont dépendre de manière importante de la teneur en matière en suspension (MES), et donc de la teneur en P lithogénique. Cette fraction lithogénique n’est pas réactive et n’intervient pas dans le risque d’eutrophisation. Les eaux de l’estuaire de la Gironde ont des concentrations en P-total élevées comparées à celles de la Loire ou de la Seine (Livre Blanc 1994), mais ceci est dû aux teneurs élevées en MES.
VI. Bilan et perspectives
13Étant donné que l’estuaire de la Gironde ne présente pas de signes d’eutrophisation, on peut s’en réjouir, peu d’efforts sont déployés pour suivre régulièrement la distribution et la spéciation des composés azotés et phosphatés avec une bonne résolution spatiale (le long du gradient salin) et temporelle. De ce fait, il n’existe pas de chronique équivalente à celles obtenues sur l’estuaire de la Seine ou de la Loire. De telles chroniques seraient cependant intéressantes, en particulier en lien avec les données du programme MAGEST, afin de mieux cerner le rôle de la métropole de Bordeaux sur les flux de nutriment.
14En l’absence de chroniques détaillées, des programmes ponctuels ont toutefois permis de comprendre le comportement de l’azote et du phosphore dans ce type d’environnement. Cette connaissance a été diffusée à la communauté scientifique internationale. Ainsi, au cours des deux décennies qui viennent de s’écouler, l’estuaire de la Gironde a servi de modèle pour mieux comprendre les processus biogéochimiques dans les estuaires hyperturbides.
Ce qu’il faut retenir
L’estuaire de la Gironde n’est pas touché par le phénomène d’eutrophisation. C’est en partie dû à la limitation par la lumière de la production primaire, en raison de la présence du bouchon vaseux. Le bouchon vaseux est un bioréacteur qui permet la minéralisation de P et de N organique. Cela représente peu de nitrate et beaucoup de phosphate par rapport à ce qui arrive de l’amont.
Évolutions récentes
Comme dans la plupart des cours d’eau, les concentrations en nitrate de la Garonne et de la Dordogne ont augmenté alors que celles en phosphate ont diminué au cours des dernières décennies.
Perspectives
Des suivis réguliers des concentrations en composés azotés et phosphorés le long du gradient de salinité manquent. Ceci est dû au fait que l’eutrophisation n’est pas un problème en Gironde (forte turbidité des eaux). Ces composés, peu consommés dans l’estuaire, sont à la base de la production phytoplanctonique du panache estuarien, dans le Golfe de Gascogne. Cette production conditionne les flux de matière vers le fond et vers le Bassin de Marennes-Oléron (flux de contaminants par exemple).
La dynamique des apports et de la consommation de ces nutriments est très dépendante des changements globaux actuels (usages sur le bassin-versant, débits, température…). Un suivi périodique permettrait de mieux suivre l’évolution des flux de N et P au cours du temps et de leurs conséquences sur les flux de matière.
Le phosphore total n’est pas le bon paramètre à mesurer pour comprendre la dynamique de cet élément et pour comparer les systèmes estuariens entre eux.
D’un point de vue plus fondamental, la chimie du phosphore étant complexe, il reste à l’aborder en particulier en étudiant la spéciation solide de cet élément, en Gironde, et en comparaison avec d’autres estuaires moins turbides.
Auteurs
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2017
