La «fenêtre biologique» de l’eau SPACE Rennes 2010 Les «Marées Vertes» Problématique et préconisations Que dit la chimie? La «fenêtre biologique» de l’eau

Formation et prolifération des algues Gaz carbonique Oligo-Éléments (Soufre,..) Nutriments (Azote, Phosphore) Energie solaire EAU Chloro- phylle Formation et prolifération des algues Matières organiques (MO) = [ C, H, O, N, P, S…] La prolifération «excessive» est une conjonction : De l’excès de nutriments De la sensibilité du milieu

Formation et prolifération des algues Problématique actuelle Aspect curatif (lutte contre les nuisances des algues vertes) Aspect préventif (limitation des apports de nutriments par les rivières) Point commun : phénomènes de biodégradations des matières organiques intervenant dans l’eau ou grâce à l’eau

Acidité-Basicité (pH) Oxydo-Réduction (EH) Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau 2 notions fondamentales H2O = H+ + OH- = H2 + 1/2 O2 Acidité-Basicité (pH) Zone privilégiée d’activité biologique : entre 6 et 8 Oxydo-Réduction (EH) Zone de stabilité de l’eau : entre – 400 et + 800 mV

Définition de la « Fenêtre biologique » de l’eau Trois états du milieu Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau EH + 800 mV - 400 mV - 200 mV 0 mV + 200 mV + 400 mV + 600 mV - 600 mV - 800 mV Réduction - Oxydation Aérobiose Avec O2 dissous et NO3 [C] → CH4 [S] → H2S [N] → NH4 Anoxie Sans O2; avec NO3 O2 7 pH 6 8 Acide Basique H+ OH- H2 Anaérobiose Sans O2 dissous ni NO3 Définition de la « Fenêtre biologique » de l’eau Zone pH/EH dans lesquelles se produisent dans l’eau les réactions d’oxydo-réduction de nature biologique Trois états du milieu Aérobiose (présence d’oxygène dissous et de nitrates) Anoxie (absence d’oxygène dissous, présence de nitrates) Anaérobiose (absence d’oxygène dissous et de nitrates)

Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau EH + 800 mV - 400 mV - 200 mV 0 mV + 200 mV + 400 mV + 600 mV - 600 mV - 800 mV Réduction - Oxydation Aérobiose Avec O2 dissous et NO3 [C] → CH4 [S] → H2S [N] → NH4 Anoxie Sans O2; avec NO3 O2 7 pH 6 8 Acide Basique H+ OH- H2 Anaérobiose Sans O2 dissous ni NO3 Où trouve-ton ces conditions ? Rivières, sols aérés, nappes (milieux riches en oxygène) Procédés « Boues activées » (périodes avec aération), de filtration ou de compostage (zones aérées) Milieux «humides» avec matières organiques ou zones du sols moins aérées (= milieux «réducteurs») Procédés «Boues activées» (périodes sans aération) ou procédés de compostage (zones non aérées) Accumulation de matières organiques (algues, lisier, fumier, eaux usées, …) Vasières, marécages, tourbières Procédés de méthanisation

EH 7 pH 6 8 Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau + 800 mV - 400 mV - 200 mV 0 mV + 200 mV + 400 mV + 600 mV - 600 mV - 800 mV Réduction - Oxydation Aérobiose Avec O2 dissous et NO3 [C] → CH4 [S] → H2S [N] → NH4 Anoxie Sans O2; avec NO3 O2 7 pH 6 8 Acide Basique H+ OH- H2 Anaérobiose Sans O2 dissous ni NO3 Quelles biotransformations y observe-t-on? Oxydation des matières organiques en gaz carbonique (CO2) Oxydation l’ammoniaque (NH4) en nitrates (NO3) qui restera sous forme dissoute dans l’eau Réduction des nitrates (NO3) en azote gazeux (N2) qui dégazera dans l’atmosphère Réduction des matières organiques en méthane (CH4); potentialité de valorisation énergétique Formation de sulfures (H2S); risques de nuisances à gérer Conservation et minéralisation des composés azotés [N]; forme ammoniaque prédominante (NH4)

Et les composés phosphorés ?? Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau Et les composés phosphorés ?? Les phosphates (PO4) forment des sels précipitables avec les ions aluminium (Al), fer (Fe) ou calcium (Ca) qui restent bloqués en surface du sol et sont éventuellement entraînés avec le ruissellement de l’eau Les phosphates (PO4) sont susceptibles de «relargage» dans l’eau à partir de fonds vaseux anaérobies, comme l’ammoniaque (NH4)

Prévention des «marées vertes» Trois catégories de mesures préventives Mesures de rétention de la pollution «à la source» : Proscrire les rejets directs, agricoles et urbains, dans le milieu naturel sans traitement adapté et performant au préalable (la biodégradation des nitrates dans les cours d’eau riches en oxygène est très lente) Mise en place de mesures en continu d’ammoniaque et de nitrates dans les stations d’épuration importantes et les points stratégiques des rivières Mesures mettant le sol à contribution : Limitation les pertes d’azote dans le sol grâce à la végétation (compromis fertilisant-cultures; limitation des engrais minéraux; contrôle des pertes d’azote dans le sol; lutte contre les sols nus). Préservation de la capacité des sols à éliminer les nitrates et limitation des entraînements de Phosphates et Matières Organiques par érosion (talus, haies, prairies humides,…) Mesures de «traitements hors sol» : Méthanisation, traitement qui produit de l’énergie et conserve l’azote, notamment sous la forme ammoniaque (si épandage local possible) Autres traitements (Compostage, boues activées,…) qui permettent en outre d’éliminer ou exporter ce que le sol ne peut accepter localement

Prévention des «marées vertes» Deux enseignements de la chimie En chimie, les réactions de biodégradation sont indissociables de la notion d’énergie Sur le terrain, la problématique de la dépollution est fortement liée à celle de l’énergie (énergie électrique générée ou consommée par les biotransformations; pétrole pour transporter les effluents ou exporter les coproduits) En chimie, le cycle du carbone inclut une phase de synthèse et une phase de biodégradation Sur le terrain, les activités traditionnelles de l’agriculture et celles de dépollution deviennent de plus en plus interdépendantes (les collectivités font de la phyto-épuration pour les effluents, de la valorisation agricole pour leurs boues; les agriculteurs préservent la capacité « épuratrice » des sols, produisent de l’énergie, fabriquent des amendements et des fertilisants, etc…)

Merci de votre attention SPACE Rennes 2010 Les marées… sans excès d’algues Merci de votre attention