ZANOAGA Marta Janvier 2014

Université Paris Diderot - Paris 7

Article de synthe se

Pollution aux nitrates des eaux bretonnes et

isèriennes

Tuteurs : Éric VIOLLIER, Roselyne FERRARI et Catherine QUIBLIER

1

Sommaire

RÉSUMÉ ...........................................................................................................................................................2

MOTS – CLÉ ....................................................................................................................................................2

INTRODUCTION ............................................................................................................................................2

I. PRÉSENTATION DES NITRATES ET DE LA RÉGLEMENTATION QUI LES CONCERNENT

1.1. Cycle de l’azote.......................................................................................................................................3

1.2. Réflexions sur l’origine des nitrates dans les eaux .................................................................................4

1.3. Les mécanismes de transport des nitrates ...............................................................................................5

1.4. Règlementation en vigueur .....................................................................................................................6

II. POLLUTION AUX NITRATES - Cas de la Bretagne et de l’Isère .....................................................9

2.1. État des milieux aquatiques ....................................................................................................................9

2.1.1. Eaux superficielles .....................................................................................................................9

2.1.2. Eaux souterraines ......................................................................................................................12

2.2. Impacts et enjeux .................................................................................................................................14

2.2.1. Effets des nitrates sur l’environnement ...................................................................................14

2.2.1.1. Les phénomènes d’eutrophisation...............................................................................15

2.2.1.2. La prolifération des algues et de cyanobacteries ........................................................16

2.2.2. Effets des nitrates sur la santé ...................................................................................................18

III. DISCUSSION ...........................................................................................................................................19

3.1. Les solutions proposées ........................................................................................................................19

3.1.1. La réduction des nitrates d’origine agricole ..............................................................................19

3.1.2. La dénitrification des eaux qui proviennent des stations d'épuration .......................................21

3.1.3. Propositions pour lutter contre les marées vertes ......................................................................23

3.2. La combinaison des gains écologiques et économiques - bonne idée pour les nitrates? ......................24

CONCLUSION ...............................................................................................................................................25

REMERCIEMENTS ......................................................................................................................................25

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES .....................................................................................................26

2

RÉSUMÉ

Cet article fait la synthèse de l'évolution de concentration des nitrates dans les eaux bretonnes et isèriennes.

Pour suivre l’état des milieux aquatiques plusieurs analyses et réseaux de surveillance ont été mise en œuvre.

Les teneurs élevées des eaux en nitrates amènent de fortes nuisances environnementales, sanitaires et

économiques. Il est donc aujourd’hui essential de réalizer de tels analyses sur plusieurs stations suivies. Tel

est l’objectif du présent travail lequel vise à préciser les effets des nitrates sur l’environnement et sur la

santé.

MOTS – CLÉ : nitrates, l’agriculture, les phénomènes d’eutrophisation, la prolifération des algues, la

dénitrification, Directive Nitrates, impact sur l’environnement

INTRODUCTION

Les nitrates sont des composés chimiques naturellement présents dans l’environnement, notamment dans les

eaux et dans les sols.

Ces dernières décennies, des concentrations croissantes de nitrates ont été observées dans les eaux suite à des

pollutions anthropiques, principalement d’origine agricole: pratiques intensives, modes de culture et

d’élevage avec épandage massif d’effluents, d’engrais, etc.

Les nitrates sont aujourd'hui une cause majeure de la pollution des eaux en France : ils sont très solubles,

facilement drainés par les eaux de pluie, de ruissellement, et d'infiltration. Les nappes phréatiques, les

réservoirs d'eau, les lacs, les rivières regorgent de nitrates, dont les conséquences sont multiples : risques

pour la santé humaine, eutrophisation des écosystèmes aquatiques, voire dystrophisation et destruction de

leur équilibre biologique. Il est donc aujourd’hui essentiel de réaliser d’analyses sur plusieurs sites différents

pour savoir la concentration en nitrates.

La France a été condamnée en 2008 par la Cour de justice Européenne pour la non application des règles

européennes en matière de lutte contre la pollution de l’eau aux nitrates : la Vendée, les Deux-Sèvres, la

Charente-Maritime, et la Bretagne sont concernés.

Des mesures préventives de lutte contre la pollution azotée sont mises en place, en particulier en matière de

pollution diffuse agricole. Toutefois, la limitation des apports en surface n'aura un effet sur les teneurs dans

les nappes qu'avec un retard correspondant au temps de transfert des nitrates, or celui-ci est souvent long.

Des solutions curatives doivent donc être proposées aux populations concernées.

Cette étude est une synthèse de qualité des eaux bretonnes et isèrienne et de différents moyens de traitement.

Nous analysons d’abord les origines des nitrates dans l’eaux souterraines et de surface. Ensuite nous verrons

quelle sont les conséquences et l'impact que celles-ci ont sur l’environnement et sur la santé. Enfin nous

réfléchirons à d’éventuelles solutions.

3

I. PRÉSENTATION DES NITRATES ET DE LA RÉGLEMENTATION QUI LES CONCERNENT

1.1. Cycle de l’azote

L'azote est un élément chimique très répandu dans la nature et très essentiel de la matière vivante. Dans

l'eau, l'azote se trouve en solution sous forme combinée : nitrates (NO3-), nitrites (NO2

-), azote ammoniacal

(NH3, NH4+), azote organique.

Les principales étapes du cycle de l'azote sont la fixation, l'assimilation, l'ammonification, la nitrification et

la dénitrification (figure 1)

Figure 1. Le cycle de l’azote (source: ecosociosystemes.fr)

La fixation correspond au passage de l'azote atmosphérique (N2) en azote combinésous l'action de certains

organismes.

2N2(g) + 3[CH2O] + 3H2O + 4H+ → 4NH4

+ + 3CO2

azote matiére eua ammonium dioxyde

(gaz) organique de carbon

L'assimilation est la transformation de matière azotée minérale ou organique inerte en matière vivante.

L'ammonification est la libération d'ammoniac à partir de matières azotées organiques.

La nitrification est l'oxydation de l'azote ammoniacal en nitrate par l'intermédiaire de bactéries nitrifiantes

2NH4+ + 3O2 → 2NO2

- + 2H2O + 4H

+ ; 2NO2

- + O2 → 2NO3

-

ammonium oxygène nitrite eau hydrogène nitrite oxygène nitrate

La dénitrification est la réduction des nitrates en azote gazeux par l'intermédiaire de bactéries dénitrifiantes.

4NO3 + 5[CH2O] + 4H+

→ 2N2(g) + 5CO2(g) + 7H2O

nitrate matière hydrogène azote dioxyde eau

organique (gaz) de carbone

4

1.2. Origine des nitrates dans les eaux

Les nitrates proviennent majoritairement de l'agriculture. Ils entrent dans la composition des engrais

chimiques (l’urée CO(NH2)2 et l’ammonitrate NH4NO3) et de ceux d'origine animale (fumiers, purins). Ils

sont utilisé dans les champs et sur les prairies pour nourrir les végétaux. Dans le tableau 1 sont présentés les

principales sources de pollution par les nitrates qui varient en fonction de type de pollution et de type

d’eaux (superficielles ou souterraines).

La pollution des eaux par les nitrates de l’agriculture est un exemple de pollution diffuse : elle se produit sur

tout le territoire, d’année en année et affecte grandement la qualité des eaux et les écosystèmes.

Tableau 1. Principales origines des NO3-, NO2

-, NH4

- dans l’environnement (source : Ratel, 1992)

Les autres causes de pollutions par les nitrates sont certaines stations d'épuration qui libèrent souvent de

fortes concentrations d'ammoniaque et de nitrite dans les masses d'eau, qui peuvent ensuite y devenir des

nitrates par oxydation (cycle de l'azote).

Les nitrates sont également utilisés dans diverses applications industrielles telles que photographie,

fabrication du verre, gravure, explosifs, colorants textiles, conservation des aliments et matière première

dans la production d'acide nitrique.

5

1.3. Les mécanismes de transport des nitrates

Toutes les formes d'azote libérées dans les eaux de surface peuvent se transformer en nitrates sous l'action

des bactéries et par la transformation des nitrites en nitrates par l'action chimique. La principale voie de

disparition des nitrates au cours de leur transfert est la dénitrification qui est une sorte de respiration

pratiquée par certains microbes quand l'oxygène vient à manquer.

Il existe deux formes de la dénitrification :

- hétérotrophe - ces bactéries réalisent la réduction des nitrates en l’absence d’oxygène. Se produit

essentiellement dans les zones humides, là où l'humus est important et l'engorgement prolongé ;

- autotrophe - peut intervenir dans les nappes profondes quand le sous-sol contient certains minéraux

particuliers (pyrite, par exemple), et peut aboutir à la production d'eau riche en fer et en sulfate, et

pauvre en nitrate.

Ces réactions conduisent à des pertes d'azote qui peuvent être extrêmement variables selon les milieux.

Les nitrates sont très stables et très solubles dans l'eau ce qui permettent de mieux comprendre l’évolution

des teneurs dans les nappes.

Les temps de transfert des nitrates sont très variables en fonction du circuit emprunté :

- dans le réseau hydrographique la vitesse de transfert des nitrates de la source à la mer est rapide, de

l'ordre d'une semaine ;

- dans la nappe, le temps de parcours des nitrates est beaucoup plus long, de l'ordre de plusieurs années. Il

est fortement conditionné par les processus hydrologiques de transfert, liés à la vitesse de déplacement de

l'eau dans les porosités du sol et dans la nappe. D'autre part, les nitrates peuvent être stockés dans le sol

avant qu'ils ne soient infiltrés par l'eau.

Figure 2. Le ruissellement de surface et transformation d’azote associées dans un bassin versant

(source : ecosociosystemes.fr )

6

Les nitrates d'origine agricole atteignent les cours d'eau par deux circuits distincts :

par le lessivage - grâce à leur forme soluble dans l’eaux, les nitrates des sols sont lessivés par l'eau de

pluie. Sur les versants cultivés, les nitrates sont ainsi transférés par écoulement vertical (infiltration,

percolation), des sols vers les nappes. Les écoulements de nappes transfèrent ensuite les nitrates vers les

cours d'eau(figure 2). Pour finir, les cours d'eau transfèrent les nitrates vers les estuaires et la mer ;

par le ruissellement de surface et les écoulements de subsurface, c'est-à-dire dans les premiers centimètres

du sol, peuvent également être des vecteurs de transferts horizontaux des nitrates des sols vers les rivières

(figure 2).

1.4. Règlementation en vigueur

Depuis les années 1970, la politique publique de l’eau s’inscrit dans un cadre européen. La qualité de l’eau a

toujours été une préoccupation dans la politique de l’Union européenne. La législation européenne comprend

environ une trentaine de directives sur l’eau.

La directive cadre sur l’eau (DCE)

La directive cadre sur l’eau (DCE) du 23 octobre 2000 (directive 2000/60) vise à donner une cohérence à

l’ensemble de la législation avec une politique communautaire globale dans le domaine de l’eau. Elle définit

un cadre pour la gestion et la protection des eaux par grand bassin hydrographique au plan européen avec

une perspective de développement durable.

En France, le plan de gestion hydrographique est constitué par le schéma directeur d’aménagement et de

gestion des eaux (SDAGE ).

Le SDAGE représente un outil pour atteindre le bon état des eaux prévu par la DCE en 2015. Il comprend un

ensemble de dispositions construites autour de 15 orientations fondamentales et nommément: repenser les

aménagements de cours d'eau, réduire la pollution par les nitrates, réduire la pollution organique etc.

Cette directive fixe en effet des objectifs ambitieux pour la préservation et la restauration de l’état des eaux

superficielles et pour les eaux souterraines, comme la non dégradation de l’état des eaux, ou encore la

réduction du rejet dans l’eau de certaines substances (nitrates, phosphates).

Le principal outil de mise en oeuvre de la DCE et de l’atteinte des objectifs environnementaux concernant le

paramètre nitrates est le programme d’actions directive « Nitrates ».

La directive Nitrates

Cette directive vise à protéger la qualité de l’eau en Europe en empêchant les nitrates d’origine agricole de

polluer les eaux souterraines et de surface, et en encourageant l’utilisation des bonnes pratiques agricoles.

La directive « Nitrates » fixe des obligations aux États membres dont :

7

désigner des « zones vulnérables » : ces zones sont des territoires où l’on retrouve, dans l’eau, des

taux de nitrates supérieurs à 50 mg/l, ou supérieurs à 40 mg/l avec une tendance à la hausse, ou des

zones côtières soumises à des phénomènes d’eutrophisation;

mettre en oeuvre dans ces zones des programmes d’actions permettant de réduire la pollution par

l’application du code de bonne pratique agricole adapté au contexte local (limitation des périodes

d’épandages, de gestion des sols, de réduction des quantités d’azote épandue).

Les zones vulnérables ont été révisées en 2012 sur la base des résultats de concentrations des eaux

souterraines et superficielles observés en 2010-2011 (figure 3).

Figure 3. Les zones vulnérables aux nitrates en France (source: developpement-durable.gouv.fr)

Aujourd’hui, environ 55 % de la surface agricole de la France est classée en zone vulnérable, cela

correspond aux régions où l’activité agricole est la plus importante (Bretagne par exemple). Cette révision

s’est traduite par le classement de 1 440 communes supplémentaires aux quelque 18 400 communes déjà

concernées, essentiellement localisées dans les bassins Adour Garonne, Loire Bretagne, Rhône Méditerranée

(Isère) et Seine Normandie.

De nombreux textes concernent directement ou indirectement cette directive et ses objectifs. Les principaux

sont :

Le décret du 27 août 1993, relatif à la protection des eaux contre la pollution par les nitrates d’origine

agricole, qui impose en particulier de délimiter sur carte des « zones vulnérables » (définies par la

directive).

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Le décret du 4 mars 1996 et l’arrêté du 6 mars 1996 et suivants qui lancent et cadrent les programmes

d’action (qui doivent être évalués avant et pour leur révision, correction et mise à jour)

L’arrêté du 2 novembre 1993, appliquant la loi sur l’eau de 1964 et l’accord avec la profession

agricole, prescrit des programmes de résorption dans les cantons en Zones d’Excédent Structurel

(ZES).

Le décret du 10 janvier 2001 (modifié par le décret du 30 mai 2005 et l’arrêté du 6 mars 2001

modifié), qui transposent la directive pour ce qui concerne la mise en œuvre des programmes

d’action.

Dans le cadre de la directive « Nitrates», la France doit élaborer et implanter des programmes d’actions, afin

de réduire la pollution d’origine agricoles des masses d’eau superficielles, souterraines et marines par les

nitrates et de prévenir toute nouvelle pollution de ce type.

Les programme d’action ont été mis en place en France à partir de 1997 à 2000, avec un second programme

(de 2001 à 2004), un troisième initié fin 2004 mais révisé en novembre 2005 imposant une fertilisation

azotée respectant les principes d'une fertilisation équilibrée et un total d'apport annuel en azote organique

inférieur à 170 kg d’azote/ha épandable.

Le 4ème programme d’action à mettre en œuvre dans ces communes en vue de la protection des eaux

contre la pollution par les nitrates d’origine agricole a été approuvé par arrêté préfectoral du 29 juin 2009 :

Tout agriculteur est tenu de le respecter pour la partie de son exploitation située en zone vulnérable.

Enfin un cinquième programme d'action « directive nitrates », qui sera arrêté au niveau régional, est en

préparation et entrera en vigueur à la suite du programme d'action départemental au prochemement.

Teneurs limites

Alors qu'en l'absence de contamination anthropique la teneur en nitrates des eaux souterraines est de l'ordre

de 0,1 à 1 mg/l, les valeurs dépassent désormais 50 mg/l en de nombreux points du territoire français.

Dans les eaux de surface continentales, les teneurs en nitrates atteignent actuellement 100mg/l dans certaines

régions ce qui dépasse essentiellement les valeurs réglementaire prévus en guide technique de mars 2009

(tableau 2).

Tableau 2. Valeurs guide pour les eaux de surface (source: Guide technique mars 2009)

Paramètres par élément de qualité

Limites des classes d’état

très bon bon moyen médiocre mauvais

Ammonium NH4+ (mg NH4

+ .l

-1) 0,1 0,5 2 5

Nitrites NO2- (mg NO2

- .l

-1) 0,1 0,3 0,5 1

Nitrates NO3- (mg NO3

-.l

-1) 10 50 * *

9

II. POLLUTION AUX NITRATES - Cas de la Bretagne et de l’Isère

2.1. État des milieux aquatiques

Le but de cette synthèse est de savoir quelle est la concentration en nitrates dans les eaux souterraines et de

sourface concernant les régiones bretonnes et isèriennes et en quelle mesure l'environnement de ces régiones

est affecté de pollution par les nitrates.

2.1.1. Eaux superficielles

Bretagne

Les eaux de surface continentales sont caractérisés d’un réseau hydrographique très dense et de nombreux

très petits bassins versants qui débouchent directement dans la mer.

La longueur des cours d'eau sont faible ce qui limite le pouvoir auto-épurateur des rivières et aggrave la

pollution littorale. D’autre part, la répartition de la ressource en eau dans l’espace et dans le temps n’est pas

homogène et l’eau peut venir à manquer en période d’étiage.

L’état des masses d’eau est évalué par le réseau de contrôle et de surveillance (RCS) comportant 87 points

de suivi (2011).

Figure 4. Percentile moyen de la concentration en nitrates (source : Agence de l’eau Loire-Bretagne )

10

Le diagramme ci-dessus présente l’évolution interannuelle de la moyenne des percentiles 90 des

concentrations relevées sur chacune des stations suivies. La croissance des concentrations en nitrates dans

les eaux des rivières, constatée à partir des années 70, s’est accentuée au début des années 90. On observe un

palier, de 1993 à 1999, à niveau très élevé de pollution suivi d’une baisse jusqu’en 2002 et d’une remontée

jusqu’en 2006. La baisse de la moyenne des quantiles 90 observée sur les stations du RCS à partir de 2007

s’est poursuivie en 2012.

Figure 5. Concentrations en nitrates (Q90) dans les eaux superficielles (source: bretagne-

environnement.org)

Cette carte montre la répartition des plus fortes concentrations en nitrates mesurées dans les cours d'eau

bretons. Elle est établie avec 5 classes de qualité afin de disposer d’une vision plus fine de la répartition

géographique des concentrations en nitrates (arrêté du 25 janvier 2010).

L’évolution 2011-2012 est marquée par une baisse des valeurs du quantile 90 sur la majorité des stations du

RCS. Parmi les 313 stations suivies en 2012, 93 % ont une concentration en nitrates (Q90) inférieure à 50

mg/l. Cependant, 74% sont considérées en état médiocre, 17 % en état moyen et à peine 1,6 % en bon état.

Les concentrations les plus élevées, dépassant 50 mg/l, sont observées sur des rivières côtières du nord ouest

de la région (Guillec, Horn) et sur l’Evel, un affluent de la rive gauche du Blavet.

On peut donc conclure que les cours d’eau bretons restent très chargés en nitrates.

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Isère

En Isère les cours d’eau d’importance qui concernent la zone vulnérable sont le Rhône (borde le

département), ainsi que l’Isère (11 800 km2, Longueur 286,1 km; débit moyen de 333m3/s). Les autres

principaux cours d’eau en zone vulnérable sont, du nord au sud (figure 6):

- la Bourbre - bassin versant de 750 km2(territoire de la Bourbre) ;

- le Rival – bassin versant de 431 km2 (territoire de la Bièvre) ;

- la Fure - bassin versant de 109 km2 (territoire Fure-Morge-Paladru) ;

- la Gère – bassin versant de 380 km2 ;

- la Varèze – bassin versant de 130 km2.

Figure 6. Zone vulnérable aux nitrates en Isère (source: Agence Régionale de Santé Rhône-Alpes)

Les principaux lacs en zone vulnérable sont (figure 6) :

- lac de Paladru (capacité de 97 millions de m3) ;

- lac de Laffrey (capacité 28 millions de m3) ;

12

- lac de Petichet (capacité de 9 millions de m3) ;

- lac Mort.

4ème programme d'action de lutte contre les pollutions liées aux nitrates d’origine agricole mention :

« Dans l'Isère, le choix a été fait dès l'origine de délimiter une vaste zone vulnérable dans laquelle les teneurs

en nitrates des eaux, sans être nécessairement supérieures au seuil réglementaire, sont néanmoins

préoccupantes (teneur en nitrates supérieure ou égale à 25 mg/L). Les choix opérés en terme d’évolution du

zonage entre 2002 et 2007 (retrait de 58 communes et ajout de 8 communes) s’appuient sur une prise en

compte plus fine de certaines problématiques locales que lors de la définition du zonage antérieur. »

2.1.2. Eaux souterraines

Bretagne

Les eaux souterraines présentent une qualité souvent bien meilleure que celles des eaux de surface. Le sous-

sol breton est très différent des autres régions de France en constituant un type de réservoir aquifère de

petites dimensions aux capacités modestes mais appréciables.

Figure 7. Concentrations en nitrates (Q90) dans les eaux souterraines

(source: bretagne-environnement.org)

13

Depuis l’année 2000 la qualité des eaux souterraines est suivie par le réseau de suivi qualitatif des eaux

souterraines du bassin Loire-Bretagne en se composant de 54 stations.

En 2009, 39 % des stations présentaient une concentration supérieure à la norme (50mg/l). Une dégradation

plus importante est observée dans le nord-ouest (figure 7).

Est-il donc permis d’espérer voir les taux de nitrates baisser à moyen terme ?

Compte tenu de la durée du transit des nitrates vers les nappes, les mesures prises n’ont sans doute pas

encore produit tout leur effet. Mais, en dépit de signes positifs, il n’est pas encore certain que l’obligation de

résultat imposée par la directive-cadre sur l’eau pour 2015 sera satisfaite.

Isère

Au sein des massifs montagneux, des ressources en eaux souterraines importantes se situent au droit des

vallées, lorsque des dépôts suffisamment épais et perméables peuvent constituer des magasins aquifères. En

particulier les vallées de l'Isère, du Drac et de la Romanche disposent de ressources en eaux souterraines

importantes.

Figure 8. Carte de la qualité nitrates des eaux souterraines EN 2007 (selon la grille du SEQ-Eau « eaux

souterraines » VO.1 ) (Source :SIE Rhône-Méditerranée )

14

Pour vérifier si les eaux souterraines satisfont aux exigences environnementales et à celles des usages, elles

sont suivies régulier par differents réseaux :

les réseaux d'usage - le Réseau national de surveillance du contrôle sanitaire sur les eaux brutes : les

analyses de 1300 captages d'eau potable dans le département de l'Isère sont réalisées par l'Agence

Régionale de Santé (ARS), en étant complétées par les campagnes d'analyses complémentaires de

Conseil Général de l'Isère ;

les réseaux de connaissance - le Réseau patrimonial national de suivi qualitatif des eaux souterraines

et le Réseau de suivi nitrates des eaux souterraines de la région Rhône-Alpes ;

les réseaux de contrôle, servant à contrôler localement l'impact d'une activité polluante.

La carte ci-dessus présente la qualité des eaux souterraines concernant nitrates. Les teneurs en nitrates restent

relativement élevées dans les secteurs inclus en zone vulnérable (notamment au sud de l'Ile Crémieu), sans

être excessives (un seul point dépasse encore le seuil de 50 mg/l en valeur moyenne). On peut observer une

baisse en vallée de l'Isère, contrairement à la tendance sur la vallée Drac-Romanche, qui se dégrade. Les

teneurs maximales y sont significatives, surtout dans sa partie aval (parfois supérieures à 40 mg/l).

2.2. Impacts et enjeux

Les teneurs très élevées des eaux en nitrates amènent de fortes nuisances environnementales, sanitaires et

économiques : coûts élevés de production d’eau potable à usage domestique ou industriel, pollutions

microbiologiques des eaux marines, proliférations d’algues sur le littoral (marées vertes), etc…

Ces phénomènes peuvent avoir des effets indirects graves en matière de développement économique :

délocalisation d’entreprises agro-alimentaires, réduction de l’activité touristique, dégradation de l’image

régionale et de celle de ses produits dans l’esprit des consommateurs.

2.2.1. Effets des nitrates sur l’environnement

En Bretagne et en Isère, nitrates représentent les principaux polluants à l'origine de la dégradation de la

qualité des eaux. Les nitrates sont des matières nutritives qui permettent, dans les eaux douces le

développement des plantes macroscopiques, des microalgues ou des bactéries microscopiques qui peuvent

provoquer une asphyxie du milieu (dite eutrophisation). De nombreuses conséquences néfastes peuvent être

provoqués par ces déséquilibres :

- le développement de plantes ou de bactéries indésirables ou toxiques (cyanobactéries, phytoplancton) ;

- le colmatage accéléré des retenues ;

- l'asphyxie de poissons et la diminution de la richesse du milieu en espèces animales et végétales

(biodiversité).

15

2.2.1.1. Le phénomène d’eutrophisation

L'eutrophisation est un phénomène naturel qui résulte d’un enrichissement excessif en éléments nutritifs dont

l’azote (des nitrates par exemple) et le phosphore.

Le phénomène d’eutrophisation est favorisé des quatre facteurs :

l'enrichissement des eaux en éléments nutritifs (nitrate et phosphate) permet au phytoplancton, aux

algues et aux végétaux aquatiques de se développer.

Toutefois, certaines conditions physiques doivent être réunies dans le milieu aquatique pour permettre un

développement intense de la végétation :

une température de l'eau comprise entre 15 °C et 25 °C ;

une intensité et une durée d'éclairement importante qui procure aux végétaux l'énergie nécessaire au

processus de photosynthèse ;

un ralentissement local des courants.

En Bretagne et en Isère, comme ailleurs, le phénomène d’eutrophisation s’est développé dès le XIXe siècle

avec la croissance de l’urbanisation (distribution de l’eau potable suivie de l’augmentation des rejets et

l’usage des lessives aux phosphates), le développement des industries, essentiellement agroalimentaires et

l’augmentation de leurs rejets, et l’intensification des activités agricoles.

Figure 9. Eutrophisation des eaux superficielles en Bretagne (source: bretagne-environnement.org)

16

En Bretagne, les plus sensibles aux phénomènes d’eutrophisation sont les cours d’eau à écoulement lent,

situées principalement à l’est de la région.

Dans la carte ci-dessus sont présentés les données issues des 87 points mis en place pour pouvoir suivre le

phénomène d’eutrophisation. On constate que 93 % des stations se classent en bon état, tandis que l’état

moyen ou médiocre n’a été observé que sur 7 % des stations, principalement au printemps.

Quant à l’Isère, le 4ème programme d’action de la Directive Nitrates est mise en œuvre. Il limite le

phénomène d’eutrophisation des cours d’eau de la zone vulnérable, en réduisant les apports en matières

azotées et phosphorées.

De manière générale, les dernières études synthétiques disponibles (réseau d’observation de l’eutrophisation

des cours d’eau – Agence de l’Eau, résultats 1998-1999 et tendances en 2002) apporte les éléments suivants

pour le bassin versant Isère :

peu de points sont spécifiques à l’eutrophisation sur ce territoire ;

les rivières de haute à moyenne montagne, de par leur débit et la température des eaux sont peu

sensibles à ce phénomène ;

la Bourne présente des développements végétaux importants ; le contexte karstique aggrave l’impact

de la perturbation du régime hydrologique.

On peut conclure que l’ensemble des mesures du 4ème programme d’action a potentiellement un impact

réducteur fort sur le phénomène d’eutrophisation, par la limitation des pertes de nitrates et de phosphore.

Les inconvénients principaux de l'eutrophisation sont la diminution de la biodiversité et de la qualité de l'eau

en tant que ressource. Elle a des effets négatifs sur le tourisme avec souvent comme conséquences visibles la

perte de transparence, développement d'odeurs et envasement.

2.2.1.2. La prolifération des algues

Les algues verts – cas de la Bretagne

La prolifération des algues vertes sur les côtes bretonnes est conditionée par les flux de nitrates qui se

transforment en un bloom d’algues vertes sous l'influence des conditions environnementales et

géographiques. Ces conditions propices à la croissance des algues vertes sont:

une intensité et une durée d’éclairement importantes – optimales au printemps ;

une température de l’eau de mer au moins supérieure à 13-14°C ;

une grande transparence de l’eau ;

17

une turbulence suffisamment forte pour maintenir les algues en suspension ;

un estran étendu et plat ;

un confinement des masses d’eau et des sels nutritifs propices au développement de la biomasse et à son

maintien dans la zone favorable à sa croissance.

Les marées vertes qui affectent le littoral breton correspondent à un développement massif d’algues

macrophytes (végétaux aquatiques de grande taille) du genre Ulva. Elles se développent au printemps et en

été par croissance et multiplication végétative d’algues dérivantes (non fixées à un substrat). Les nitrates

sont le premier facteur en cause du développement des marées vertes parce que l’azote contrôle extension

actuelle des ulves.

En Bretagne, les zones à marées vertes sont dans tous les cas des sites côtiers très proches de l’estuaire des

rivières, soit sur les banquettes de vase, soit dans des fonds de baies sableuses étendues mais de faible pente,

où l’eau est peu profonde et facilement réchauffée et où la lumière pénètre bien (figure 10).

Figure 10. Les algues vertes en Bretagne (source : Les Echos)

Les algues bleu-vert (cyanobactéries) – cas de l’Isère

Ces algues jouent un rôle important dans le cycle de l'azote, en étant capable de transformer l'azote

atmosphérique en azote minéral type ammonium ou nitrates assimilables par les plantes. En mourant, elles

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libèrent des sels nutritifs produits par la fixation de l'azote et augmentent ainsi le rendement agricole. Ils

peuvent être utilisés parfois comme engrais «vert » pour amener un apport d'azote directement assimilable

par les plantes.

Des périodes de prolifération de cyanobactéries plus ou moins importantes sont observées chaque été sur le

plan d’eau de Condrieu les Roches (Isère).

Des analyses sur le paramètre « cyanobactérie » sont menées par l’Agence Régionale de Santé depuis la

saison 2008. Ces bactéries sont suivies en Isère car certaines d’entre elles émettent des toxines qui peuvent

être dangereuses pour la santé, notamment les microcystines. La présence des cyanobactéries est plus ou

moins marquée suivant la saison, mais malgré des populations parfois très importantes en cyanobactéries, la

concentration en microcystines est restée très faible, et cette prolifération n’a donc jamais conduit à une

interdiction de la baignade en Isère.

Le développement phytoplanctonique et la photosynthèse, liés à la turbidité de l'eau et à la pénétration de la

lumière reste un processus limité dans le cas du Rhône.

2.2.2. Effets des nitrates sur la santé

Les nitrates ne sont pas toxiques en eux-mêmes. C'est leur transformation en nitrites et composés nitrosés

(nitrosamines et nitrosamides) qui réduisent les capacités de transport de l'oxygène par l'hémoglobine du

sang. L'hémoglobine, oxydée en méthémoglobine, n'a plus la capacité de transporter l'oxygène.

Cet effet n'est pas observé lorsque l'exposition est inférieure à une dose seuil, ce qui justifie la limite de 50

mg dans les eaux de boisson prévue par la réglementation française et préconisée par l'organisation mondiale

de la Santé (OMS). A côté de cela, lors d'expositions répétées sur le long terme, les nitrates en participant à

la formation de nitrosamines sont suspectés d'induire des effets cancérigènes.

Enfin, les nitrates constituent un bon indicateur de qualité des eaux brutes. Considérant leur origine

anthropique : apport d'engrais, de déjection animale, ou rejets d'eaux usées, ils doivent faire suspecter la

présence d'autres contaminants biologiques ou chimiques.

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III. DISCUSSION

Durant cette synthese, nous avons pu mettre en évidence deux principales sources des nitrates dans les eaux :

l'agriculture et les stations d'épuration. Les solutions seront donc mettre en place en fonction des ces deux

sources.

3.1. Les solutions proposées

3.1.1. La réduction des nitrates d’origine agricole

Face à la dégradation de la qualité de l’eau, de nombreux programmes ont été mis en place tant dans le

domaine réglementaire qu’incitatif qui portent, soit directement sur la réduction des nitrates soit, plus

largement sur toutes les sources de pollution.

La protection des eaux contre la pollution par les nitrates d’origine agricole est realisé par la Directive

Nitrates qui impose un code des bonnes pratiques agricoles (fertilisation équilibrée, couverture des sols,

limitation des épandages d'azote d'origine animale à 170 kg d'azote/ha).

Figure 11. Zones d'excédent structurel en azote (source : bretagne-environnement.org)

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La carte ci-dessus représente les zones d'excédent structurel d'azote (ZES) en Bretagne. Il s'agit des cantons

où la quantité totale d'azote produite par le cheptel est supérieure à 170 kg par hectare épandable et par an.

Depuis 2002, 104 cantons bretons sont classés en Zes. Ces actions concernent :

la limitation des surfaces épandables,

le traitement ou le transfert hors Zes des surplus d'effluents produits,

l'interdiction d'extension du cheptel.

Le département de l'Isère n'est pas concerné par la présence de cantons en excédent structurel. Un

programme d’action (4ème programme d'action de lutte contre les pollutions liées aux nitrates d’origine

agricole) qui comporte les mesures et actions nécessaires à une bonne maîtrise de la fertilisation azotée et à

une gestion adaptée des terres agricoles en vue de limiter les fuites de composés azotés est mise en œuvre

dans ces zones. Ce programme impose à l’Isère :

- le respect de l'équilibre entre les besoins des cultures, les apports en fertilisants azotés et les fournitures

des sols ;

- l'établissement d'un plan de fertilisation et l'enregistrement des apports effectués ;

- la limitation des apports d'effluents d'élevage ;

- le respect de périodes d'interdiction d'épandage à proximité des eaux de surface, sur sols en forte pente,

détrempés, inondés, gelés ou enneigés ;

- le respect de durées réglementaires de stockage des effluents d'élevage ;

- l'obligation de couverture des sols et de maintien enherbé des berges de cours d'eau

Cependant, en Bretagne existe aussi des installations classées d'élevage (ICPE) qui a pour objet le contrôle

de certaines activités potentiellement nuisibles à l'environnement. Des programmes contractuels sont

également mis en place au niveau national ou régional dans le but d'agir dans les zones particulièrement

touchées par la pollution de ses eaux, notamment par les nitrates.

Le programme de maîtrise des pollutions d'origine agricole (PMPOA) permet d'accorder des aides

financières aux éleveurs afin de mieux gérer leur fertilisation azotée, notamment en améliorant le stockage

des effluents, l'épandage et la valorisation des déjections animales ainsi que la gestion des terres. Ces aides

permettent également d'encourager les exploitants agricole à mettre leurs bâtiments aux normes (ouvrages de

stockage des déjections, l'imperméabilisation d'aires bétonnées, la séparation des eaux pluviales et des eaux

souillées, etc.) et ainsi réduire les pollutions diffuses et supprimer les pollutions ponctuelles.

Toutes ces actions portent sur les changements de pratiques agricoles et la prise de conscience par les

agriculteurs des impacts des produits qu'ils utilisent sur l'environnement. Ces changements ressortent comme

la seule solution durable et efficace à long terme. Cependant, malgré les efforts réalisés, les réglementations

environnementales concernant l'agriculture, notamment la directive Nitrates, ne sont toujours pas respectées

en Bretagne.

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3.1.2. La dénitrification des eaux qui proviennent des stations d’épuration

Le traitement biologique conventionnel de l'azote des eaux usées par voie biologique se réalise en deux

étapes : oxydation de l'azote ammoniacal par une flore nitrifiante aérobie et réduction du nitrate en azote

moléculaire par une flore dénitrifiante en conditions anoxiques. Ces micro-organismes peuvent être utilisés

soit en culture libre (Procédés à biomasse libre ou système à boues activées), soit en culture fixé (Procédés à

biomasse fixée).

1. Les Procédés à Biomasse Libre

Les boues activées - ont été conçues pour éliminer successivement les pollutions carbonées et azotées

(figure 12)

Figure 12. Schéma général d'une boue activée (d'après Barnard et al., 1998)

Le Procédé Ludzack-Ettinger - ont proposé un système où la dénitrification utilise le carbone présent

dans l'effluent, qui passe successivement dans le bassin anoxique et le bassin aérobie (figure 13)

Figure 13. Configuration de Ludzack-Ettinger (d'après Andersson et al., 1994)

2. Les procédés à Biomasse Fixée

Le filtre a ruisseffement ou lit bacterien - L'azote des eaux usées admises sur un lit bactérien est

dégradé par ruissellement sur un matériau inerte, traditionnel ou « plastique », colonisé par un

biofilm. Ce biofilm est composé d'une pellicule superficielle aérobie de faible épaisseur, riche en

bactéries provenant de l'influent et d'une pellicule plus profonde anaérobie qui tend à s'épaissir.

L'élimination de l'azote s'effectue essentiellement via les processus d'assimilation par les bactéries et

la nitrification (figure 14)

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Figure 14. Schéma de la filière lit bactérien (source : memoireonline.com)

Lits d'infiltration-percolation sur sable - L'oxydation des composés azotés se déroule sous deux

formes :

- Nitrification directe de l'azote ammoniacal au cours de la migration dans le massif tant que

l'aération le permet localement.

- Nitrification décalée de l'azote réduit préalablement absorbé sur le biofilm qui s'opère

progressivement pendant la phase de repos. Elle se traduit par un important lessivage de nitrates avec

l'eau des premières bâchées, dont la concentration peut largement excéder la teneur moyenne des

eaux usées en azote réduit.

Enfin de phase d'alimentation, une dénitrification conjointe peut se produire simultanément dans des

zones du massif filtrant devenues anoxiques, sans qu'il soit cependant aisé de la quantifier.

Figure 15. Schéma de la filière Lits d'infiltration-percolation sur sable (source : memoireonline.com)

L'épuration des composés azotés des eaux usées est possible grâce aux processus de nitrification et de

dénitrification. Ces phénomènes sont à l'origine de flux de matière qui permettent de transformer les formes

minérales nuisibles de l'azote en formes inertes. Cette dépollution s'effectue par l'intermédiaire des bactéries

nitrifiantes et dénitrifiantes.

Ces deux processus sont influencés par plusieurs facteurs et paramètres qu'on doit prendre en compte pour

une bonne élimination des composés contenus dans les eaux usées.

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3.1.3. Propositions pour lutter contre les marées vertes

Les solutions « sur le terrain »

Avec un chiffre alarmant, qui est 90 000, c’est le nombre d’algues échouées enregistrer en 2009, les algues

prennent de plus en plus de place sur les plages. Pour y remédier, les Conseils généraux de Bretagne et le

reste par les communes concernées finance à 80% la collecte des algues.

Une fois ramassées, les algues sont traitées de différentes manières. Voici, ci-dessous, ces différentes façons

de traitées les algues.

Le traitement des algues

Le dépôt

Pour la Bretagne, le ramassage constitue un réel coût, ce qui fait que les manières dont sont traitées les

algues ne sont pas coûteuses. Cette première façon de traitées les algues ramassées est le dépôt. En effet, les

communes bretonnes, procèdent à la mise en dépôt des algues. Néanmoins, cette solution n'est pas efficace à

long terme en raison que les cours d’eau entraînent les produits issus de la décomposition des algues

jusqu’au littoral. Nous devons faire face à un cercle vicieux.

Le compostage

Le compostage est une technique qui consiste à convertir des matières organiques en un produit stabilisé,

hygiénique, semblable à un terreau, riche en composés humiques, le compost. En effet, une fois ramassées,

les algues vertes échouées sur les plages peuvent être compostées.

L’épandage

Figure 16. Exemple d’épandage de lisier (source : ecocito.eu)

L’épandage est une technique agricole consistant à répandre divers produits sur des champs de cultures. Ces

produits peuvent être des produits chimiques (herbicides, pesticides, ou engrais chimiques) ou des produits

naturels (excréments d’animaux, ou boues d'épuration urbaines ou d'origine industrielle).

Par conséquent, les algues, transformées en compost, peuvent être répandues sur les terres agricoles.

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3.2. La combinaison des gains écologiques et économiques - bonne idée pour les nitrates?

Un rapport officiel du ministère de l'Agriculture propose de remplacer progressivement les engrais azotés

chimiques par de l'azote organique issu du recyclage des effluents d'élevage via, notamment, la

méthanisation.

Le plan d'action relatif à une meilleure utilisation de l'azote en agriculture à pour objectifs d’assurer la

fertilisation des sols, de respecter la directive européenne Nitrates et d’améliorer l'autonomie des

exploitations.

L'utilisation de l'azote en France est trop importante et génère des problèmes environnementaux, compte

tenu des pertes dans les sols et les eaux (sous forme de nitrates) et dans l'air (sous forme d'ammoniac).

Parallèlement, les zones d'élevage intensif sont excédentaires en azote d'origine organique provenant des

effluents d'élevage, alors que simultanément le recours à l'azote minéral produit à partir de gaz naturel reste

important. C'est à partir de ce constat que le plan propose des gains environnementaux et économiques,

notamment grâce à une rationalisation de la fertilisation et au recyclage des effluents d'élevage par

méthanisation. Ce plan fixe :

de doubler le rythme actuel de 1,5% par an de baisse des utilisations d'azote minéral,

de réduire de 10% les pertes d'ammoniac,

d’augmenter de 50% les volumes de fertilisants organiques azotés commercialisés (dont la moitié

sous forme de digestats de méthanisation homologués)

de réduire de près de 25% les pertes sous forme de nitrates.

Au niveau d'utilisation de l'azote, il existe des pertes qui sont particulièrement importantes : sur ce total

d'environ 3,7 millions de tonnes, 900.000 tonnes disparaissent sous forme de nitrates dans les sols et les eaux

de surface ou souterraines et 600.000 tonnes sont perdues dans l'air sous forme d'ammoniac. Ces pertes

expliquent en grande partie les problèmes de conformité que rencontre la France par rapport à la directive

Nitrates.

Donc le rapport estime qu'une réduction des pertes, qui passe à la fois par la diminution des quantités d'azote

minéral utilisées et par une meilleure utilisation de l'azote organique, constitue un objectif essentiel.

Les mesures proposées pourraient être financées par une redevance pollution sur l'azote minéral qui pourrait

être de l'ordre de 30 euros par tonne d'engrais azoté, ce qui générerait un produit annuel de 60 millions

d'euros.

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CONCLUSION

Nous pouvons donc conclure que le département de l'Isère est moins concerné à la pollution des nitrates et à

la prolifération des algues que la région bretonne.

On peut donc dire que le problème de la pollution du littoral breton est un problème régional, du fait de la

détérioration de ce-dernier et des conséquences que cela entraine, mais aussi national, vu que l'État essai de

trouver des solutions. Il existe certaines solutions à ce problème, qui sont exploitées mais celles-ci ne sont

pas suffisantes. Les différentes pollutions pendant ce temps, affectent le littoral perdurent et détruisent peu à

peu le littoral et sa biodiversité.

Pour atténuer, et peut-être, au bout de plusieurs années, régler ce réel frein à la région Bretagne, il faudrait

tout d'abord changer les mœurs. Même si des lois ont été votées et que cela commence à changer, les effets

ne se font, pour le moment, pas réellement ressentir.

De plus, les personnes contre lesquelles doivent s'attaquer les partisans de l'antipollution du littoral breton

sont des personnages ayant souvent une importance politique ou économique, dans la région,voir dans le

pays et même quelques fois dans le monde. Car ce ne sont pas les petits exploitants qui polluent le plus et

qui sont les plus difficiles à convaincre, mais généralement, les multinationales sont plus poseuses d'ennuis

et donc de pollutions.

Mais à une époque où les soucis de pollutions de la planète, de respect de l'environnement et d'essayer de

préserver la biodiversité sont des sujets omniprésents, combien de temps les entreprises puissantes pourront

continuer à polluer les littoraux et les terres, pas seulement en France, mais dans le monde entier.

Cela pose une question, d'envergure internationale, qui est de savoir comment associer les besoins actuels

humains et le respect de l'environnement.

La prise de conscience collective du problème, la volonté de tous et de chacun de s’y attaquer,

accompagnant le savoir-faire technique, sont un des plus sûrs garant d’une action efficace et d’un

développement durable.

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier mes tuteurs : Éric VIOLLIER, Roselyne FERRARI et Catherine QUIBLIER qui m’ont

aidé à écrire cette synthèse dans le cadre de mon Master en Génie de l’Environnement à l’université Paris

Diderot.

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RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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