Écosystèmes lacustres : l’azote sous-estimé
Un déséquilibre écologique dans un lac peut généralement être attribué à un apport accru de nutriments. Le résultat : une croissance accrue du phytoplancton, un manque d’oxygène, des proliférations de cyanobactéries toxiques et la mort de poissons. Jusqu’à présent, les contrôles dans la gestion des lacs se sont concentrés principalement sur les apports de phosphore pour contrecarrer cet effet. Aujourd’hui, ce dogme est ébranlé par une étude réalisée par le Centre Helmholtz pour la recherche environnementale (UFZ) en collaboration avec l’Université d’Aarhus (Danemark) et l’Université des sciences de la vie (Estonie) et publiée dans Communication naturelle. Les chercheurs montrent que l’azote est également un moteur essentiel de la croissance du phytoplancton dans les lacs du monde entier.
L’apport de phosphore et d’azote provenant de sources agricoles et de stations d’épuration des eaux usées peut avoir un effet important sur la croissance du phytoplancton dans les rivières et les lacs. « Cependant, on supposait auparavant que la croissance du phytoplancton dans les lacs était principalement limitée et déterminée par la disponibilité du phosphore », explique l’auteur principal, le Dr Daniel Graeber de l’UFZ. La théorie sous-jacente : si seules de petites quantités de phosphore sont disponibles dans un lac, la croissance du phytoplancton est en conséquence limitée. En revanche, de grandes quantités de phosphore stimuleront massivement la croissance du phytoplancton. « Dans ce modèle explicatif, l’azote ne joue aucun rôle », explique Graeber. « Ceci est basé sur le fait que des cyanobactéries spécifiques présentes dans l’eau peuvent lier l’azote contenu dans l’air et l’introduire dans le lac. Cela empêcherait donc une carence en azote à long terme dans les lacs. » Un apport excessif d’azote ne pourrait pas non plus favoriser la croissance du phytoplancton – et ne pourrait donc pas, à terme, donner lieu à une eutrophisation. « Ce modèle constitue la base de la gestion des lacs dans le monde entier, où l’accent a été mis sur le contrôle des apports de phosphore pour lutter contre l’eutrophisation des lacs », explique le Dr Thomas A. Davidson, limnologue à l’Université d’Aarhus et dernier auteur de l’étude. « La réduction répétée des apports de phosphore ne parvient pas à empêcher l’eutrophisation. Cela soulève donc la question de savoir si l’équation de l’eau comporte encore une autre inconnue. » Dans sa présente étude, l’équipe de recherche a désormais clairement identifié l’azote comme un tel facteur et indique ainsi de nouvelles orientations pour la science des eaux intérieures (limnologie) et la gestion des lacs.
Environ 89 pour cent des lacs dans le monde sont des lacs dits peu profonds, avec une profondeur moyenne allant jusqu’à six mètres. Les chercheurs ont effectué leurs enquêtes statistiques avec des données de surveillance à long terme provenant de 159 lacs peu profonds d’Amérique du Nord, d’Europe et de Nouvelle-Zélande. Pour chaque lac, ils ont déterminé la relation entre le rapport entre l’azote total et le phosphore total et la concentration de chlorophylle-a comme mesure de la biomasse phytoplanctonique sur des périodes de 5 ans. « Nous voulions déterminer les relations à long terme entre le rapport des deux nutriments et la croissance du phytoplancton », explique Daniel Graeber. « L’idée de notre étude est née de plusieurs valeurs aberrantes dans une étude antérieure de l’écologie des lacs peu profonds. Dans certains lacs, nous n’avons pas vu de correspondance linéaire entre le nutriment mesuré et une concentration respective augmentée ou diminuée de chlorophylle-a. » dit le limnologue. « Nous nous sommes demandés : cela pourrait-il être dû au rapport nutritif entre le phosphore et l’azote ? Quelques études avaient déjà laissé entendre que l’azote pourrait potentiellement jouer un rôle plus important dans la croissance du phytoplancton dans les lacs qu’on ne le pensait auparavant. »
Les analyses statistiques de leur étude actuelle soutiennent la théorie de ces études et contredisent clairement le consensus limnologique traditionnel : 60 pour cent des plans d’eau étudiés présentent une très forte probabilité d’une limitation à deux nutriments. Cela signifierait que les deux nutriments – le phosphore et l’azote – auraient un effet limitant sur la croissance du phytoplancton dans la majorité des lacs. « Les relations étaient si claires que je ne pouvais même pas y croire au début. Elles correspondaient exactement à ce que l’on savait des expériences en laboratoire – c’était vraiment étonnant », déclare Graeber. « Le résultat a résisté à des tests approfondis des statistiques : les données étaient robustes. Nos résultats confirment l’hypothèse selon laquelle l’azote n’est pas un participant passif à l’écologie des lacs. Et nous avons pu prouver pour la première fois avec une large base de données que cela s’applique clairement à lacs du monde entier. » L’équipe de recherche mène désormais des recherches plus approfondies, tant sur le terrain que par modélisation, permettant de tester les résultats de l’analyse des données.
Avec leur étude, les chercheurs ont intégré l’azote dans l’équation de l’écologie des lacs. Ils recommandent que, dans la pratique, l’azote soit désormais davantage mis en avant dans la gestion des lacs. « Nous avons besoin d’une étude à long terme des ratios de nutriments pour garantir le succès d’une gestion efficace et efficiente de l’eutrophisation », explique Graeber. « Cela nécessite de se concentrer davantage sur les intrants agricoles, qui ont généralement une teneur élevée en azote. »