L’azote, du champ au cours d’eau

A l’heure où une grande partie des masses d’eau de surface et souterraines est polluée par les nitrates et où certaines côtes sont, tous les ans, recouvertes d’algues vertes, il devient urgent de diminuer les transferts d’azote vers les milieux aquatiques. Pour cela, des outils règlementaires et contractuels ont été mis en place. Mais les concentrations restent souvent trop importantes pour régler le problème et atteindre les objectifs de « bon état » de la Directive Cadre sur l’Eau. Ainsi il est actuellement important de rechercher et de mettre en œuvre des moyens techniques innovantes pour réduire la pression, notamment agricole, sur le milieu en matière de nitrates. Cette étude a pour but de démontrer l’intérêt apporté par les zones tampons humides artificielles à l’exutoire des réseaux de drainage agricole et de faire un bilan de la mise en place de cette technique en France. Des exemples concrets et une réflexion autour des perspectives de massification de l’implantation de ces ouvrages seront ainsi mis en avant.

La fertilisation et le surplus azoté 

Fertilisation

L’azote joue un rôle primordial dans le métabolisme des plantes. Il est un constituant important des protéines, composantes essentielles de la matière vivante. L’azote est donc un facteur de croissance, mais aussi de qualité (teneur en protéines des céréales par exemple) des plantes cultivées. A l’exception des légumineuses, il est indispensable d’apporter de l’azote aux plantes sous forme de fertilisants minéraux ou organiques afin de compenser l’azote exporté par la récolte. Les flux apportés varient selon les pratiques : nuls pour certaines cultures, ils peuvent atteindre 300 kg N/ha/an pour d’autres (Augeard, 2002).

Surplus azoté 

Dû généralement à une mauvaise gestion de la fertilisation ou à une production végétale inférieure aux prévisions, l’azote est souvent apporté en excès par la fertilisation. Il est possible de calculer le surplus d’azote apporté à une culture en faisant la différence entre les entrées d’azote sur la parcelle (effluents d’élevage, engrais minéraux, engrais organiques et matières organiques issues de déchets, fixation symbiotique, déposition atmosphérique) et les sorties (exportation par les  cultures, par les prairies, émissions d’ammoniac et de gaz azotés vers l’atmosphère). Au niveau national, le surplus d’azote était estimé à 1 106 471 tonnes en 2006, soit 40 kg/ha de SAU (Surface Agricole Utile) agricole (IFEN, 2006). Cet excédent est plus important dans certaines régions françaises et des variations importantes existent aussi à l’échelle de la parcelle. Ainsi Molénat (1999) a estimé des surplus à l’échelle de la parcelle compris entre 60 et 220 kg.ha/an (Augeard, 2002).

Transferts de l’azote vers les hydrosystèmes

Le surplus d’azote apporté à une parcelle est susceptible d’être drainé par les eaux ou se retrouver dans les eaux de ruissellement. Néanmoins, toutes les formes d’azote présentes dans le sol ne sont pas transférables par les mêmes voies.

Transfert des nitrates par lixiviation

Les nitrates sont très solubles dans l’eau, ils sont très peu fixés par le sol et sont donc essentiellement lixiviés, c’est à dire qu’ils sont entrainés en profondeur (hors de portée des racines) par les eaux de percolation. À l’inverse, l’azote organique (organismes vivants et morts, humus) est stockée dans la matière organique et l’ammonium est à 90% lié aux complexes argilo-humique selon Augeard (2002). Ils sont donc peu solubles dans l’eau. Le phénomène de lixiviation est généralement lent et peu dispersif : 0,5 à 1 mètre par an en craie champenoise selon l’occupation du sol et le bilan hydrique à 1,2 mètres par an en Bretagne selon les données recueillies par Augeard (2002). Les quantités d’azote entraînées par lixiviation dépendent de la quantité de nitrates dans le sol, sa répartition le long du profil de sol, la quantité d’eau drainée et la fréquence et la répartition des pluies dans l’année.

Transfert de l’ammonium et de l’azote organique par ruissellement érosif 

Le ruissellement de l’eau à la surface du sol apparaît lorsque l’intensité de la pluie est supérieure à la capacité d’infiltration de l’eau dans le sol. Les nitrates sont peu présents dans les écoulements ruisselants, sauf si ce ruissellement se produit après l’épandage d’engrais, de lisier, de fumier ou de boues selon Schvartz et al. (2005). L’azote organique et l’ammonium peuvent être adsorbés sur le complexe argilo-humique ou participent à sa constitution. Ils sont donc fortement liés aux particules de sol qui sont entrainées par le ruissellement de l’eau sur la parcelle.

Le transfert d’ammonium et d’azote organique vers les eaux de surface dépend essentiellement de la pente, de la cohésion des particules du sol et de la couverture du sol, mais surtout de l’intensité des précipitations à l’origine du ruissellement.

La pollution des eaux de surface 

En général, le transfert d’azote depuis les parcelles agricoles est essentiellement subsuperficiel et souterrain, et donc sous majoritairement sous forme de nitrates. Le flux d’azote dans le ruissellement restant faible par rapport à celui des deux voies précédentes selon le CORPEN (2007). Les zones intensives de cultures et d’élevage présentant un transfert d’azote vers les eaux plus important que les zones extensives (forêts, prairies).

L’azote dans les hydrosystèmes 

Des concentrations importantes 

La présence de chaque forme de l’azote dans les eaux de surface dépend de plusieurs facteurs, dont le pH, la concentration d’oxygène dissous et les communautés biologiques présentes. Néanmoins toutes les formes d’azote libérées dans les eaux de surface peuvent se transformer en nitrates sous l’action des bactéries ou par oxydation. La forme nitrate est donc en général très majoritaire et sa concentration donne une bonne approximation de la quantité d’azote totale dans le cours d’eau.

La concentration naturelle en nitrates dans les eaux souterraines varie entre 0,1 et 1 mg/l. Cependant, les concentrations actuelles en nitrates dans les eaux souterraines dépassent souvent les 50 mg/l (Figure 3), valeur correspondante à la norme de potabilisation des eaux brutes superficielles. Les concentrations en nitrates dans les eaux superficielles sont généralement inférieures à celles mesurées dans les nappes mais n’en restent pas moins importantes . Les eaux de surface ne contenant naturellement pas plus de 10mg/l de nitrates selon la D.R.A.S.S. d’Ile de France (2000).

Les perturbations liées à la présence de fortes concentrations de nitrates dans les eaux 

Les « marées vertes » 

Les nitrates sont généralement l’élément limitant de la croissance des végétaux en système marin. Un apport trop important en nitrates dans les estuaires peut donc causer un développement très important de micro-algues non-siliceuses au détriment du développement des diatomées qui sont essentielles à la croissance des poissons. La décomposition de ces micro-algues sur les plages peut amener à la libération de H2S qui est un gaz toxique.

Effets sur la santé 

Sous l’action d’une bactérie présente dans le corps humain, les nitrates se réduisent en nitrites. Ceux-ci oxydent l’hémoglobine du sang qui ne peut plus fixer l’oxygène ce qui, à une forte concentration en nitrites, perturbe la respiration cellulaire. Les nitrates peuvent de la même manière causer, chez les enfants, une méthémoglobinémie (syndrome du bébé bleu). De plus, les nitrates peuvent s’associer à certaines molécules pesticides et engendrer, à long terme, des cancers.

Législation 

La directive nitrate 

La « directive nitrate », directive européenne 91/676/CEE du 12 décembre 1991, est le principal outil réglementaire concernant la pollution azotée de source agricole. Cette directive a été transposée par plusieurs décrets dont celui du 27 août 1993, relatif à la protection des eaux contre la pollution par les nitrates d’origine agricole. Celui-ci impose de délimiter des « zones vulnérables ». Les zones vulnérables sont les zones où la concentration en nitrates dans les eaux superficielles destinées à l’alimentation en eau potable est supérieure à 50mg/l. Dans chaque zone, un programme d’action doit être défini et adapter, au niveau local, le code de bonne pratique agricole national.

La DCE 

La directive cadre sur l’eau (DCE) a pour objectif la protection des eaux de surface, des eaux de transitions, des eaux côtières et des eaux souterraines. Elle vise à un bon état des masses d’eau d’ici à 2015. Les nitrates font partie des paramètres définissants ce « bon état ».

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Table des matières

RESUME
INTRODUCTION
I. L’AZOTE, DU CHAMP AU COURS D’EAU
1. Le cycle de l’azote
2. La fertilisation et le surplus azoté
3. Transferts de l’azote vers les hydrosystèmes
4. L’azote dans les hydrosystèmes
5. Législation
II. LES ZONES TAMPONS
1. Définition des zones tampons
2. La limitation du transfert d’azote
III. LES ZONES HUMIDES TAMPONS ARTIFICIELLES
1. Le pouvoir tampon des zones humides
2. Le drainage et les transferts d’azote
3. Intérêts
IV. DESCRIPTION DES ZTHA, EFFICACITES ET COUTS
1. Généralités
2. Les facteurs d’efficacité
3. Les fossés d’épuration
4. Les mares
5. Autres types de ZTHA
6. Coûts
V. EXTENSION ET EXEMPLES
1. L’actualité de la recherche scientifique
2. Installation à grande échelle, en dehors de programmes scientifiques
VI. PERCPECTIVES
1. Comparaison entre les deux maitres d’ouvrage possibles
2. Réglementation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
LISTE DES FIGURES ET DES TABLEAUX
TABLE DES MATIERES

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