Environnement et biodiversité

L’eutrophisation, c’est quoi ? (… et quelles sont les solutions)

eutrophisation

L’eutrophisation n’est pas un phénomène nouveau et existe à l’état naturel. 

Parfois vulgairement qualifié de “vieillissement de l’eau”, l’eutrophisation est une surabondance de nutriments dans un milieu naturel (quels nutriments et pourquoi ? Nous allons le voir un peu plus loin…), entraînant la prolifération d’algues et d’un certain types de bactéries jusqu’à asphyxie (voir mort) de ce milieu naturel.

Facilement identifiable à l’oeil nu, ces formes de pollution “naturelles” s’installent en principe sur des siècles, voir des milliers d’années.

A la surprise générale (un peu d’humour…), cela se gâte lorsque le phénomène est induit par des activités humaines. Comme on le dit bien souvent, l’échelle de temps humaine et l’échelle de temps de la nature sont des échelles très différentes.

L’eutrophisation débarque ainsi en seulement quelques années, se multiplie à une vitesse alarmante et altère différents milieux jusqu’à provoquer des problèmes environnementaux, sanitaires et économiques de plus en plus important.

Mais au fait, lorsqu’on parle de pollution, de quoi parle t-on exactement ?

Définition de la pollution (mise au point importante…)

La pollution peut être d’origine humaine (anthropique) ou non-humaine, comme une éruption volcanique par exemple.

éruption volcanique
Une éruption volcanique… est une pollution et rejette des « polluants », autrement dit des intrus indésirables !
(Source : http://www.besafenet.net/fr-fr/natural-hazards-volcanic-eruptions#faq359)

La pollution se matérialise par des polluants que l’on peut appeler des agents altéragènes, autrement dit un agent d’origine extérieure puisqu’il y a altération d’un milieu.

Terme normalisé, le polluant est considéré comme tel si, au-delà d’un certain seuil et parfois sous certaines conditions, il va développer un impact négatif sur tout ou partie d’un écosystème.

La pollution implique donc un effet indésirable sur l’environnement.

Si l’on constate la présence d’agents biologiques, physiques ou chimiques sans ces effets indésirables, on parle alors de contamination.

Une contamination n’implique pas nécessairement une perturbation du milieu (pollution) et ces deux expressions ne sont pas interchangeables.

Une pollution est donc un excès d’agents extérieur qui altèrent un milieu… vous aurez peut-être remarqué que je n’ai pas parlé d’agents fondamentalement néfastes. 

C’est bien la pollution qui nous intéresse dans cet article puisque l’eutrophisation… est un excès de nutriments ! Autrement dit, un excès de bonnes choses.

Comment fait la nature sans nous ? Introduction au problème

Les plantes ont naturellement besoin de CO2, de lumière (photosynthèse avec le CO2 pour créer de la matière organique) ou encore de minéraux présents dans leurs sols.

Tous ces éléments, dans leur milieu naturel, sont dans un équilibre cyclique constant. Une plante qui meurt va se décomposer et rendre à la terre les minéraux, le carbone organique, ainsi de suite.

Les cycles biogéochimiques… très largement simplifiés
(source: http://www.jeanduperrex.ch/Site/Cycles.html)

Ce sont les cycles des minéraux (ou biogéochimiques) comme le célèbre cycle du carbone. Aucune intervention extérieure n’est utile, comme l’utilisation de fertilisants, car il n’y a pas (ou presque pas) de pertes dans un système cyclique qui peut ainsi durer pendant une très longue période.

Parmi ces minéraux, deux grands acteurs nous intéressent : Le phosphore et l’azote.

D’où viennent ces excès de bonnes choses ? En majeure partie, de l’agriculture.

Enjeux de l’agriculture moderne, azote et phosphore

Lorsqu’on prélève une plante pour la cultiver ailleurs en grande quantité, le système est altéré et il y a des pertes en minéraux qui doivent être compensées.

Schématiquement et pour aller à l’essentiel sur cette question, une monoculture (la culture d’une seul espèce, donc l’hyper-spécialisation d’une culture pour maximiser les coûts) implique :

  1. un appauvrissement progressif des sols (aucune biodiversité, baisse de matière organique…)
     
  2. qui se traduit par des rendements décroissants qu’il va falloir compenser ne serait-ce que pour des raisons économiques
monoculture
Une monoculture est l’exacte opposé d’une biodiversité…

ses rendements fragiles (d’où l’utilisation de plus en plus abondante de pesticides, fongicides, fertilisants…) mais néanmoins optimisés ont permis à l’humanité d’être bientôt 8 milliards
(Source: https://innovationsvertes.com/2018/06/07/polyculture-ou-monoculture/)

L’agriculture moderne a donc recours à des fertilisants, avec un accent mis sur le phosphore (P) et l’azote (N), les engrais appelés NPK (K pour potassium).

L’azote N (et la pollution azotée)

L’azote compose les protéines et se révèle indispensable à la vie. Il est l’un des principaux constituant des engrais NPK.

L’azote constitue également une grande partie de l’air que nous respirons, près de 80%, mais les plantes ne sont pas capable de s’en nourrir (ou plutôt de “fixer” l’azote), à l’exception des légumineuses. 

De plus, 95% de l’azote est disponible sous forme organique tandis que les plantes le consomment sous forme minérale. 

Il faut donc un apport en azote important par les sols, un enjeu majeur pour une agriculture intensive à grande échelle puisqu’en apports importants, l’azote accélère la croissance de la plante.

Il y a deux sources d’azote principales pour les fertilisants. 

  • L’azote minérale synthétisé par l’industrie chimique à partir de l’azote de l’air.
  • L’azote organique disponible par exemple dans le fumier, le compost et autres biomasses.

    Celui-ci se minéralise à des vitesses variables en fonction des PRO (Produits Résiduels Organiques), les PRO types fientes et fumiers de volailles en quelques semaines / mois de 30 à 80% tandis que le compost se minéralise très lentement, 5 à 10% en un an seulement.
fumier, azote organique
Il y a aussi de l’azote dans le fumier… d’où une valorisation de certains agriculteurs pour les engrais naturels contre les engrais de synthèse.
(Source: https://www.gammvert.fr/conseils/conseils-de-jardinage/les-meilleurs-fumiers-pour-le-potager)

L’azote minérale de synthèse étant une ressource pilotable et une forme de dopage à priori pratique, il est largement adopté. 

Très soluble dans l’eau et peu retenu par les sols, il est rapidement dissout et emporté dans des cours d’eau ou nappes phréatiques car présent en trop grandes quantités. Cet “excès de bonnes choses” pour la nature porte ici un nom, la pollution azotée.

Vous connaissez certainement le nom de l’azote dissous dans l’eau, ou bien vous en avez entendu parler : il s’agit des nitrates.

Le phosphore P (et la pollution phosphorée)

Extrait principalement des roches phosphatées, le phosphore est également un élément vital des plantes. Il les rends plus résistantes et participe également à leur croissance (particulièrement des racines).

Une carrière de roches phosphatées
(Source: https://fracademic.com/dic.nsf/frwiki/1443880)

Moins soluble tout de même, le phosphore se dissout dans l’eau pour donner du phosphate.


Cette pollution phosphorée et azotée, pour ne citer que les deux polluants principaux, sont les briques de bases de l’eutrophisation anthropique. 

Cet excès de nutriments provoquent une hyper fertilisation de milieux naturels, propices au développement d’organismes envahisseurs : les algues et cyanobactéries.

L’eutrophisation : définition et enjeux environnementaux

Un milieu enrichi par rapport à son état naturel est donc un milieu appelé eutrophe, où l’on y observe une prolifération d’algues et cyanobactéries, ces derniers sont parfois appelés “algues bleues” bien que rarement bleues.

Les cyanobactéries ressemblent beaucoup à des algues mais sont en fait des colonies de bactéries agrégées entre elles.

Ces envahisseurs indésirables, produits d’une pollution locale, se nourrissent massivement des nitrates et phosphates avec un cycle de vie très court.

Le phénomène d’eutrophisation
(Source: https://www.lacdesiles.info/tout-savoir-sur-leutrophisation/)

Ils perturbent largement leur environnement de différentes façons :

  • Ils posent des problèmes de potabilité de l’eau.
  • Certaines de ces bactéries libèrent des toxines, dangereuses pour la faune, la flore et l’Homme. Certaines sont des neurotoxines puissantes et n’ont aucun antidote connu.
  • Leur prolifération massive et rapide recouvre une surface d’eau et perturbe toutes les formes de vie alentours, elles empêchent la lumière de pénétrer l’eau, consomment beaucoup d’oxygène et meurt rapidement.

    Toute cette matière organique morte se décompose très lentement (avec libérations de toxines) et obstrue la vie, végétale comme animal.

Les surfaces d’eau à faible débit (voir stagnantes) sont propices à l’eutrophisation car elles laissent les nutriments et algues/bactéries se concentrer, de même que l’augmentation de la température dans un milieu.

Eutrophisation naturelle et eutrophisation anthropique
Eutrophisation naturelle Vs eutrophisation anthropique
(Source: https://ecotoxicologie.fr/eutrophisation-milieux-aquatiques)

On est donc en présence d’un envahisseur qui prive la faune et la flore de lumière, d’oxygène, s’accumulent partout et libères des substances toxiques.

Eutrophisation, dystrophisation et zones mortes

Ce phénomène d’eutrophisation peut rester superficiel et endommager son écosystème, mais il peut aussi s’aggraver, on parle de dystrophisation.

Dans les cas les plus extrêmes, ce phénomène engendre des zones mortes. Le milieu est alors tellement appauvris en oxygène que les animaux meurts par asphyxie. L’oxygène étant une mesure très importante de la qualité de l’eau et nécessaire à toutes les formes de vie, on en mesure la concentration en mg/L.

Quelques taux d’oxygène dissous en guise de repère :

1mg/L ou moins est considéré comme une zone morte

1 à 3mg/L est sous-optimal, la vie aquatique est en situation de stress, un poisson qui tente de fuir un prédateur n’aura pas la capacité métabolique de le faire

3mg/L est acceptable (notez la nuance d’acceptable et non normal…)

5mg/L peut-être considéré comme normal, les taux dépendent ensuite de la température de l’eau (ici, pour une eau entre 20 et 25°C)

Parmis les zones mortes les plus étendues à ce jour on trouve le delta du Mississippi, où des précipitations records ont déversés des tonnes d’engrais et d’eaux usées dans l’océan, ou le célèbre cas de la mer Baltique.

zones mortes mer baltique
« Vous ne sauriez probablement même pas que vous êtes en présence d’une zone morte, à moins d’avoir un compteur d’oxygène dissous » Citation de MICHELLE MCCRACKIN, image de le mer Baltique
(Source : https://balticeye.org/en/eutrophication/elemental/dead-zones/)

La mer Baltique est relativement fermée et ses eaux mettent des décennies à se renouveler, ce qui la rend très vulnérable au phénomène d’eutrophisation déjà naturellement présent. Ses zones hypoxiques (déficit en oxygène) se sont multipliées par 10 au XXe siècle.

Il existe de plus en plus de zones mortes et les conséquences environnementales sont assez claires de prime abord, puisqu’il y a destruction d’habitat et de biodiversité, mais elles ont également des conséquences économiques sur les stocks de poissons par exemple.

Causes anthropiques (activité humaine) d’eutrophisation

Principal responsable de l’eutrophisation dans nos sociétés, nous avons déjà largement discuté de l’Agriculture, son utilisation de fertilisants et la surabondance de nutriments qu’elle entraîne dans certains milieux, cours d’eaux, étangs, lacs ou encore régions côtières.

L’Agriculture est loin devant les autres responsables mais il existe aussi d’autres sources riches en azote et phosphore d’origine humaine comme les rejets industriels ou encore les eaux usées.

eaux usées eutrophisation
Une station d’épuration des eaux usées
(Source : http://www.cu-arras.fr/station-epuration/)

On trouve effectivement d’importantes quantité d’azote et phosphore dans nos excréments. Les stations d’épurations dites vétustes (en mauvaise état) contribuent donc au phénomène.

On peut omettre, dans le contexte de cet article, le réchauffement climatique qui contribue également à l’apparition progressives de zones mortes mais que je n’ai pas encore étudié.

Les océans sont les premières “éponges” à chaleur et chaque degré supplémentaire raréfie l’oxygène.

Les solutions pour lutter contre l’eutrophisation

Assez parlé des problèmes, parlons des solutions.

Comment peut-on lutter contre cette pollution ? Voici quelques solutions, pistes de réflexions et même quelques startups qui contribuent directement ou indirectement à cette lutte !

Pour celles et ceux qui le souhaitent, vous pouvez également vous pencher sur les mesures législatives en France et en Europe comme la directive européenne sur les Nitrates par exemple. Je ne les abordent pas ici.

Les solutions en agriculture

L’autonomie en N (azote) est déjà un sujet parmi les agriculteurs et ceux-ci s’organisent (de manière asynchrone, comme tous les changements…) pour être moins dépendant des engrais azotés ne serait-ce que pour réaliser de larges économies.

légumineuses
Les produits des légumineuses… des cultures fixatrices d’azote !
(Source: https://www.femmeactuelle.fr/sante/alimentation-equilibree/legumineuses-la-liste-des-principaux-legumes-secs-2096351)

Plusieurs solutions existent. Sans pour autant rentrer dans les détails, il est par exemple possible de :

  • Favoriser le développement de cultures fixatrices d’azote comme les légumineuses (seules plantes qui “capturent” l’azote présent dans l’air), elles produisent une biomasse d’excellente qualité, peuvent être utilisé lors de rotation de culture ou directement en association avec d’autres cultures.
  • Valoriser davantage les déchets comme le fumier ou le compost et utiliser cet azote naturel sur certaines parcelles. Toujours dans un objectif de bonne fertilité des sols, d’autonomie en N et d’économies substantiels des intrants (engrais chimique).
  • Dans un même temps, limiter les pertes car il n’est pas rare pour un agriculteur de mettre trop d’azote dans ces terres. Ce trop-plein fini par être lessivé par la nature.

    Des solutions logiciels se développent pour une bien meilleure gestion de la fertilisation.
  • Modifier ses assolements (diviser ses cultures en différentes parcelles) et sa rotation, par exemple planter des poids sur une parcelle et faire une rotation vers le colza pour profiter de l’azote minérale naturel présent dans la culture précédente.

    Certaines cultures sont également moins consommatrices comme le tournesol ou l’orge de printemps.
rotation des cultures
Le principe de rotation de cultures sur différentes parcelles
(Source: https://www.montremoicomment.com/jardinage/la-rotation-des-cultures-de-legumes-au-potager.html)

Sur ce dernier point, on ne parle donc plus de monoculture mais bien de polyculture.

Les solutions individuelles : « Qu’est-ce que je peux faire en tant que citoyen ? »

Par simple biais personnel, je n’ai pas pour habitude de réfléchir aux actions individuelles qui permettent de faire une différence car je n’ai pas toujours été convaincu par ces toutes petites actions isolées à l’échelle d’une société, d’un pays et du monde.

Moi-même, j’ai conscience de ce qu’il est possible de faire individuellement sans implémenter quoique ce soit (à date, été 2020…). 

Pourtant, je comprend aujourd’hui que dans l’étude d’un système complexe, je ne peux pas chercher à isoler quelques causes et conséquences et décider arbitrairement si c’est utile ou non. 

Comment savoir quelles réactions en chaîne produisent une poignée de gens suffisamment motivé, qui incarnent leurs valeurs avec passion ? 

C’est pourquoi, pour réaliser un article plus complet, je vais parler de l’action individuelle qui me semble avoir le plus d’impact sur les questions de pollution azotée et phosphorée.

Elles sont (indirectement) responsables…. de 80% de l’azote de synthèse utilisé en agriculture
(Source: https://magazine.laruchequiditoui.fr/dans-les-entrailles-du-methaniseu
r/)

Cette action est celle de consommer moins de viande, tout simplement. Ce “néo-végétarisme” (j’ai lu dans un article l’expression de “végétarien à temps partiel”, ça m’a fait sourire… alors pourquoi pas vous ?) porte le nom de flexitarisme. 

80% de l’azote utilisé en agriculture sert à produire de l’alimentation pour l’élevage bovin. 

Le constat est sans appel. 

On peut faire preuve de cynisme ou non à l’égard de cette tendance du flexitarisme (beaucoup ne s’en privent pas), il faut admettre qu’à une échelle individuelle, cela semble bien être la meilleure action possible pour lutter contre cette pollution.

3 Startups qui luttent directement ou indirectement contre l’eutrophisation

Voici à présent un concentré d’émerveillement, de solutions technologiques (potentielles) et d’initiatives qui ne représentent qu’une minuscule fraction de ce qui se passe dans le monde, pourvu que l’on prenne au moins autant temps à chercher des solutions aux problèmes que de parler des problèmes. 🙂

Au programme : 

  • Des solutions microbiologiques innovantes venues des US qui donnent des super pouvoirs aux plantes (… et ce ne sont pas des organismes génétiquement modifiés).
  • Une startup française qui voit en l’urine l’avenir des engrais : un parfait exemple d’économie circulaire !
  • L’émulsion agrotech de l’Inde qui produit un bijou technologique pour l’environnement, la productivité des agriculteurs et… le profit.
Pivot Biot

PivotBiot : Le pouvoir des légumineuses qui sommeille en vous…

PivotBiot est une startup américaine pionnière d’une agriculture dite probiotique. 

Le vrai pouvoir des légumineuses est en réalité de s’associer à des bactéries un peu spéciales (ces fameux probiotiques). Ces micro-organismes qui vivent dans leurs racines confère la capacité symbiotique (une symbiose, l’association de la plante + ces bactéries) à la plante de fixer l’azote atmosphérique. 

Cette startup fait tout bêtement le pari d’identifier ces bactéries et les rendre disponibles dans une solution, leur fertilisant naturel probiotique (ce n’est pas un OGM !), pour donner la capacité à n’importe quelle culture de fixer l’azote atmosphérique, ce qui constituerait une révolution agricole et la mort des engrais azotés

Leur solution est déjà disponible pour le Maïs et ils s’attaquent désormais à d’autres céréales.
Plus d’informations dans cet article en français. Vous pouvez également vous renseigner davantage sur d’autres innovations ou startups assez similaires.

Toopi Organics

Toopi Organics : 1% de l’urine des français pour remplacer tous nos engrais ?

Toopi est une startup française qui s’attaque à la fois aux engrais de synthèse NPK et à l’épuration de l’eau rendue ardu en présence d’urine.

Ils n’ont pas vocation à réduire directement et drastiquement l’eutrophisation anthropique mais sont un bel exemple de projet d’économie bleue.

Elle part d’un constat simple : l’urine est très riche en NPK, Azote, Phosphore et Potassium, soit les trois éléments chimiques massivement présent dans nos engrais de synthèse importés.

L’urine est pourtant une ressource disponible localement, en très grande quantité et à moindre coût.

Ni une ni deux, Toopi propose leur propre biofertilisant (suite à une transformation, l’urine n’est pas directement utilisé comme tel…) qu’ils n’hésitent pas à déclarer comme meilleur que les engrais traditionnels, preuves et chiffres à l’appuis.

Toopi a déjà conquis un grand nombre de partenaires, une levé de fonds réussie à hauteur d’un million d’euros, un approvisionnement sécurisé d’une grande quantité d’urine et un réseau de collecte qui se déploie.

Ils ont l’ambition d’ouvrir près de 300 stations de traitement rien qu’en France dans un seul but : utiliser 1% de l’urine des français pour produire suffisamment de biofertilisant, ne plus avoir besoin d’engrais de synthèse importés et s’inscrire dans une économie circulaire.

Distinct Horizon : L’un des trésors de l’agrotech Indienne !

L’agriculture est le secteur qui emploie le plus de personnes en Inde.

70% des populations en milieu ruraux vivent de l’agriculture malgré une baisse constante de sa part dans le PIB du pays.

L’agriculture en Inde est en effet parasité par de nombreux facteurs, 

fragmentation problématique des parcelles entre propriétaires, 

semences de mauvaise qualité, 

mauvaise irrigation, 

problèmes d’accès au matériel de mécanisation agricole et bien entendu : une utilisation excessives d’engrais et pesticides qui font baisser la qualité aussi bien que la quantité.

Dans le milieu des startups Indienne, l’agrotech est donc un secteur en pleine effervescence avec de nombreuses propositions et innovations, motivés non seulement par la préservation de l’environnement mais aussi en large partie par les contraintes socio-économiques actuelles et le potentiel de croissance (comme toute bonne startup).

Parmi elles, une startup Indienne appelé Distinct Horizon s’est donné pour mission de doubler les profits des agriculteurs marginalisés dans les pays en voie de développement tout en préservant davantage l’environnement.

Ils ont breveté une solution appelée DH Vriddhi, une machine qui utilise une technologie baptisée UDP pour Urea Deep Placement, ou encore l’acronyme plus évocateur de FDP pour Fertilizer Deep Placement.

Simple et efficace : placer les fertilisants plus en profondeur dans les sols, environ 8 cm. 

Cette technologie permet simultanément de :

  1. Réduire les intrants de 30 à 40%, des gains importants sur les plans économique et écologique
  2. Augmenter la productivité des cultures de près de 25% (ou comment en faire plus… avec moins)
  3. Augmenter la productivité de l’agriculteur : leur machine permet de couvrir 0,4 hectare en 30 à 45 min, 60 fois plus efficace par rapport aux méthodes conventionnelles.
  4. Réduire significativement l’impact de l’agriculture sur l’environnement en empêchant la transformation des produits azotés en surface du sol en protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre près de 300 fois plus puissant que le CO2 (dont les ¾ sont émis par l’agriculture en France).
  5. Réduire significativement l’impact de l’agriculture sur l’environnement en empêchant le rinçage des terres et ses excès de nutriments qui conduisent à l’eutrophisation… puisqu’ils ne sont plus en surface !

Pour citer l’un de ses fondateurs :

“In terms of global warming reduction, DH’s technology reduces it by five times in comparison to solar panels, and in just 40 percent of the time.”

Il compare donc leur technologie comme étant bien plus impactante que le photovoltaïque pour l’environnement. Je n’ai rien vérifié et je n’ai aucune ordre de grandeur sur ces affirmations et sa méthode de calcul, je pense simplement que la positivité se transmet… 🙂

Distinct Horizon a déjà des géants industriels en soutien, le gouvernement Indien, des démonstrations très concluantes sur le terrain et des milliers d’agriculteurs qui souhaitent être accompagné dans le déploiement de leur solution.

N’hésitez pas à vous renseigner sur leur feuille de route et comment DH est en train (j’espère) de changer le monde !

Conclusion

Si cette dernière partie vous a intéressé, sachez que vous pouvez effectuer de nombreuses recherches de votre côté pour trouver beaucoup d’autres startups dans l’agriculture, qui peuvent régler en majeure partie l’eutrophisation anthropique.

L’eutrophisation est une pollution sérieuse (les zones mortes d’autant plus) mais des tas de solutions sont sur le banc d’essai, voir même commercialisées ici et là. L’innovation (et une révolution agricole) prend du temps à être adoptée, quand bien même elle existe peut-être déjà.

Je ne dirai pas pour autant que les zones mortes seront directement l’affaire d’une licorne (startup dont la valorisation dépasse le milliard), ce sont des enjeux écologiques complexes avec des conséquences importantes, parfois dramatiques, à long terme.

La nature a beau panser ses blessures un jour ou l’autre, il est tout à fait possible de créer des déserts stériles pour des milliers d’années si on s’en donne un peu trop les moyens.

Ce qui est clairement un problème majeur à l’échelle du temps humain.

N’hésitez pas à me contacter en cas d’inexactitudes, de startups qui méritent d’être présente dans cet article ou pour toute autre raison. 🙂

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