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Le réchauffement climatique et l’absence de traitement des eaux usées aggravent le risque d’eutrophisation en zone tropicale

par webmaster - 26 août 2015

En l’absence de politiques efficaces de gestion de l’eau, l’urbanisation rapide des pays émergents de la zone tropicale exacerbe la dégradation de la qualité des milieux aquatiques. Les perspectives de réchauffement climatique, notamment la hausse des températures, vont augmenter le risque d’eutrophisation des milieux aquatiques.

Fig. 1 : Présentation de l’état d’eutrophisation du réservoir de Cointzio par la commission nationale de l’eau mexicaine (CONAGUA) (1apLana.mx, 24 octobre 2014)

Après plusieurs années d’observation et de modélisation, des chercheurs du LTHE ont rendu leur diagnostic concernant l’état écologique du réservoir de Cointzio au Mexique. Leurs conclusions soulignent un état d’eutrophisation critique de ce réservoir qui alimente en eau potable environ 700 000 habitants de la ville de Morelia (capitale de l’état du Michoacán) : les concentrations en biomasse algale dépassent 70 µg de chlorophylle a L-1 et la zone hypolimnique est en anoxie ( 0 mg O2 L-1) durant six mois de l’année (Figure 2). L’eutrophisation du réservoir de Cointzio est ainsi devenue un problème majeur qui a couté 235 k€ aux pouvoirs publiques en 2014 pour extraire les algues accumulées en surface (Figure 1).

Figure 2 : Evolution temporelle a) de la concentration en chlorophylle a et b) de la concentration en oxygène dissous dans le réservoir de Cointzio durant l’année 2009

Les travaux menés sur le bassin versant amont montrent que la dégradation de la qualité de l’eau du réservoir de Cointzio est la conséquence directe d’un apport massif de nutriments (azote et phosphore) qui proviennent du rejet des eaux usées non traitées (Némery et al, 2015). En effet dans cette région du Mexique aucun système de collecte et de traitement des eaux usées n’est mis en place. Les concentrations en phosphore total dans le réservoir atteignent des valeurs alarmantes supérieures à 200 µgP L-1.

Pour anticiper les effets du réchauffement climatique et accompagner les décideurs dans leur choix de gestion, un couplage du modèle hydrodynamique k-ε et du modèle biogéochimique Aquasim a été mis en œuvre sur le réservoir de Cointzio (Doan 2014). Le modèle a été calé et validé sur une période intensive d’observation entre 2007 et 2009 (Doan et al, 2015). Il reproduit de façon très satisfaisante la dynamique de la température, des concentrations en chlorophylle a et en oxygène dissous, ainsi que les concentrations en ammonium et en phosphate. Différents scénarii de hausse de température et de réduction des apports de nutriments dans le réservoir ont été simulés. Dans cette région, les scénarii climatiques prédisent pour la fin du siècle une hausse de la température moyenne de l’air de 4,4 °C (Gratiot et al, 2010). D’après les résultats de la modélisation et dans l’hypothèse où aucune mesure ne serait prise pour réduire les apports en nutriments, cette hausse de température pourrait conduire à une augmentation des concentrations algales jusqu’à 94 µg L-1 et à une dégradation des conditions d’oxygénation (période d’anoxie plus longue et épaisseur plus importante de la couche hypolimnique anoxique) (Figure 3).

Les simulations de limitation des rejets d’eau usées indiquent qu’une réduction drastique des apports en nutriments (jusqu’à 90%) est nécessaire pour diminuer de manière significative la concentration en chlorophylle a (Figure 3). Si de telles mesures étaient adoptées, le pic maximum de chlorophylle a serait alors réduit de 55% après une période minimum de cinq années, avec un effet positif sur les concentrations d’oxygène dissous. Ce résultat met en évidence la restauration très lente des milieux aquatiques fortement eutrophisés.

Bien que cette région reste peu étudiée, ce travail apporte des informations originales qui aideront les décideurs à adopter des stratégies appropriées pour la gestion des réservoirs en zone tropicale. Sans occulter le rôle majeur des hommes dans la bonne gestion des systèmes aquatique, les résultats soulignent l’impact négatif potentiel à long terme de la hausse de température sur le fonctionnement biogéochimique des réservoirs. Ils alertent sur l’absolue nécessité de gérer les eaux usées dans les bassins versants amont pour une restauration efficace des milieux aquatiques dégradés.


Figure 2 : Scénarii d’évolution décadaire de la concentration du pic maximal de chlorophylle a dans le réservoir de Cointzio. Scenario climatique : P1 = température actuelle ; P4 = température + 4,4 °C. Scenarii de réduction des apports en nutriments : P5 et P8 (réduction de 50 %) ; P6 et P9 (réduction de 90 %) ; P7 et P10 (réduction de 100%).

Ce travail a reçu le soutien financier du projet ANR-Blanc Streams (Sediment TRansport and Erosion Across MountainS) et du Projet Européen DESIRE Desertification Mitigation and Remediation of Land ainsi que l’aide logistique de l’IRD au Mexique et la Universidad Nacional Autónoma de México à Morélia.

Références :

Doan TPK (2014) Fonctionnement biogéochimique d’un barrage tropical : modélisation du système turbide de Cointzio (Mexique). Thèse de doctorat de l’Université Grenoble Alpes 226p

Doan TKP, Némery J, Schmid M, Gratiot N (2015) Eutrophication of turbid tropical reservoir : modelling the case of Cointzio Mexico. Ecological Informatics doi : 10.1016/j.ecoinf.2015.01.006

Némery J, Gratiot N, Doan TPK, Duvert C, Alvarado-Villanueva R, Duwig C (2015) Carbon, PhosphorusNitrogen and sediment sources and retention in a small tropical reservoir. Aquatic Sciences doi : 10.1007/s00027-015-0416-5

Gratiot, N, Duvert C, Collet L, Vinson D, Némery J, Saenz-Romero C (2010) Increase in surface runoff in the central mountains of Mexico : lessons from the past and predictive scenario for the next century. HESS (14) 2:291-300

Contact : julien.nemery@grenoble-inp.fr et Nicolas.gratiot@ird.fr