ZONES MORTES Thomas Yannick Jennifer

LES ZONES MORTES
Causes, mécanismes et formation de ces zones ainsi que les
impacts écologiques et économiques
Mer et littoral
Janvier 2012
Yannick Dubouillon
Jennifer Kumaraswami
Thomas Piwowarczyk
INTRODUCTION
Une zone morte est une zone aquatique avec une très faible teneur en oxygène dissous
(hypoxie), qui provoque l'asphyxie de la faune et de la flore, et donc la mort de toute la
biodiversité marine présente dans cette zone. Elles peuvent être présentes dans les mers et les
océans, mais aussi dans les estuaires, les rivières, les lacs, les mares...
Au XXIe siècle, des zones mortes sont observées de plus en plus souvent, et sur des surfaces
de plus en plus grandes. La plus vaste zone morte repérée en 2003 (parmi 150 environ, et 450
en 2008) atteignait environ 70 000 km² selon l'ONU. Ces zones ont des impacts de plus en
plus importants sur la pêche et les écosystèmes.
Les études conduites en mer Baltique et aux États-Unis depuis la fin des années 1990
montrent que nombre de poissons, dont on pourrait penser qu'ils puissent facilement les fuir, y
perdent rapidement connaissance et meurent asphyxiés. En effet, dans certains cas, quelques
espèces de poissons semblent pouvoir échapper à la mort mais les crustacés tels que homards,
langoustes ou crevettes se déplacent trop lentement pour échapper à l’asphyxie. Quant aux
moules, huîtres et autres organismes fixés, ils sont condamnés. Les coraux et de très
nombreux animaux coloniaux meurent, et leur putréfaction contribue à accentuer le
phénomène.
Dans le passé lointain de la planète, lors des grandes catastrophes bio-géologiques marquées
par des extinctions majeures, des zones anoxiques semblent avoir été en jeu, mais à des
échelles bien plus vastes et durables (durant plusieurs millions d'années parfois), occasionnant
des pertes très importantes (jusqu'à plus de 80 % des espèces vivantes de la planète). Ils
semblent induits par des aléas météorologiques exceptionnels, de grands déboisements ou des
pics d’érosion après incendies.
I – LES CAUSES
A – LES APPORTS DE NUTRIMENTS ANTHROPIQUES
La zone morte est la dernière phase de l'eutrophisation de l'eau, provoquée par le rejet de
substances nutritives trop riches, provenant notamment des phosphates contenus dans les
lessives, ainsi que l'azote et les nitrates, contenus dans les engrais utilisés dans l'agriculture
intensive. La pollution de l'eau est provoquée également par les nombreux rejets industriels.
Dans un premier rapport pour l'ONU, les experts ont identifié comme première cause les
apports de fertilisants agricoles et les apports de nutriments et de matière organique induits
par la dégradation et l'érosion croissante des sols agricoles ou déboisés, dans un contexte
d'agriculture de plus en plus intensive.
Ces apports contribuent à augmenter la DCO (demande chimique en oxygène) et la DBO
(demande biologique en oxygène) bien au-delà de ce que le milieu peut fournir la nuit à partir
des réserves d'oxygène dissous dans l'eau, et parfois de jour tant l'eau est chargée de matières
consommant de l'oxygène.
Mais tout apport important de matières organiques (inondation/crues, boue de curage,
mobilisation de sédiments par exemple par la construction d'un port, par une carrière sousmarine, ou plus simplement par le chalutage) dans un milieu aquatique est susceptibles
d'entraîner une raréfaction de l'oxygène dans le milieu, d’autant plus que la mobilité
horizontale et surtout verticale (thermocline) de l’eau est basse, c’est-à-dire là où les masses
d'eau sont stratifiées (dans les fjords par exemple).
En mer, des phénomènes locaux et saisonniers d’appauvrissement en oxygène existent
naturellement localement à des périodes de l’année ou l’eau se stratifie (été, automne, lors de
la formation d’une thermocline), mais les apports anthropiques les aggravent
considérablement. C'est notamment la charge en azote qui a le plus d’impact sur ce
phénomène.
La zone morte est provoquée par les fertilisants et les nutriments tels que le nitrogène et le
phosphore qui s’écoulent des terres cultivées directement dans les eaux, conduisant à une
surproduction de petits organismes tels que des algues. Si les organismes ne sont pas mangés,
ils meurent et tombent au fond de l’océan où des bactéries les font pourrir, absorbant
l’oxygène présent dans l’eau. Cela va aggraver le phénomène.
B – LES AUTRES FACTEURS
Divers facteurs aggravent ces effets comme
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Les pollutions diverses, principalement industrielles, urbaines et automobiles.
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Le manque de réseaux de collecte et d'épuration des eaux usées dans les régions
densément peuplées participe sans doute aussi au phénomène, mais ne peut expliquer à
lui seul la répartition de ces zones.
Dans certaines régions du monde, les taux d’azote dissous dans les pluies augmentent
également fortement (notamment depuis l’usage de l’épandage d’engrais azotés
liquides sur les champs). De même, les pluies acides solubilisent plus de nutriments,
qui sont emportés à la mer ou dans les lacs. Les grandes inondations sont également
plus fréquentes, souvent pour des causes humaines (pratiques agricoles,
remembrements, perte de matière organique des sols et imperméabilisation croissante
des surfaces habitées). La combinaison de ces trois phénomènes accélèrent les apports
de matières eutrophisantes en mer.
La turbidité augmente alors, au point d'empêcher les rayons solaires de pénétrer l'eau.
La photosynthèse planctonique est inhibée et ni les rayons ultra-violets solaires, ni
l'oxygène ne jouent plus leur rôle de « désinfectant » naturel.
Diverses pollutions, par les pesticides, par les métaux lourds, par les hydrocarbures et
localement par des polluants chimiques issus de l'immersion de déchets, peuvent
exacerber le phénomène en inhibant également la photosynthèse et/ou en tuant un
grand nombre de plantes ou d'autres organismes.
Localement, un lien possible avec l'impact de fermes marines aquacoles a été évoqué.
L'utilisation de boules d'amorces riches en matière organique par les pêcheurs en eau
douce fermée ou à courant lent est également une cause majeure d'eutrophisation et
d'anoxie des eaux non superficielles.
Si l’hypothèse biologique et chimique est bien la plus consensuelle, le réchauffement
climatique joue aussi un rôle dans l’apparition de zones mortes. L’oxygène, en effet,
se dissout moins bien dans une eau réchauffée que dans une eau froide, une élévation
de température accélére donc la survenue d'une hypoxie.
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II – MECANISMES ET FORMATION
Les zones anoxiques peuvent se créer dans tous les types de milieux aquatiques, aussi bien
dans les milieux aquatiques fermés comme les lacs (lac Tanganyika, lacs du Canada …) que
dans les milieux aquatiques ouverts : mer et océans (mer Morte, mer Baltique…) ainsi
aujourd’hui on dénombre plus de 500 zones mortes à travers le monde et de tailles très
diverses : < 1 km ² à près de 70000 km ²
Cependant les zones anoxiques d’origine naturelle sont encore aujourd’hui peu connues car
peu abondantes par rapport à celles d’origine anthropiques. En effet la plupart des zones
anoxiques sont plus ou moins directement liées aux activités anthropiques (de l’homme):
les apports d’éléments nutritifs aux systèmes d'eau douce et marins, dues aux
activités humaines comme l'agriculture (apports d’azote, phosphores,
phosphates…) ;
industrielle (détergents, eaux usées industrielles et urbaines …) vont augmenter et
stimuler la croissance du phytoplancton (bactéries et algues qui sont les
fondements des réseaux trophiques aquatiques, à la base de la nourriture de la
plupart des organismes aquatiques).
Cependant, cette croissance va parfois être trop importante et entrainer des effets négatifs sur
les écosystèmes aquatiques comme l’apparition d’efflorescences algales (augmentation
relativement rapide de la concentration d'une ou plusieurs espèces de phytoplancton dans un
système aquatique) qui, par l’intermédiaire de 2 mécanismes vont entrainer des zones mortes :
soit en consommant de l'oxygène à un point tel que les autres plantes et les
animaux ne peuvent plus survire dans leur environnement.
soit dans le cas de quelques espèces de phytoplancton (principalement les algues
bleu-vert en eaux douces et les dinoflagellés en eaux salées), en formant des
efflorescences néfastes qui produisent des composés toxiques létaux pour d'autres
organismes.
Bien que l’apparition de certains tapis d’algues soient d’origine naturelle, notamment en été
où les plus fortes températures favorisent l’apparition de ces dernières ; ce sont bien souvent
les apports en nutriments qui provoquent de plus en plus fréquemment l’apparition
d’immenses tapis d’algues, qui, pour certaines sont toxiques. Ensuite, lorsqu’elles se
décomposent, les bactéries actives dans ce processus consomment l’oxygène dissout dans
l’eau, ce qui provoque une hypoxie du milieu aquatique (une diminution de la teneur en
oxygène) et pouvant conduire également jusqu’à l’anoxie et la disparition de la vie marine.
La température et/ou la salinité sont des co-facteurs qui jouent des rôles important dans
l’apparition des zones mortes ; d'abord parce que l'eau tiède perd naturellement son oxygène
et ensuite parce que les variations de température et de densité peuvent conduire à des
stratifications de couches de températures différentes, certaines pouvant durablement rester
très appauvries en oxygène. C’est donc pour cela que le nombre et la taille des zones mortes
augmentent lors des périodes chaudes comme l’été.
Ainsi en juillet 2010 on a pu constater que les températures record, les engrais agricoles et un
manque de vent ont donné naissance cet été à un gigantesque tapis d’algues qui a recouvert
377 000 km2 en mer Baltique lieu ou en une décennie s’est formée l’une des zones mortes les
plus grande du monde.
Le tapis d’algues en juillet 2010 constaté sur la mer baltique
Ce vaste tapis d’algue tient d’après les scientifiques, à l’usage excessif d’engrais sur les terres
agricoles, qui rejettent ensuite par ruissellement, de grandes quantités de phosphore et d’azote
dans les fleuves de la mer Baltique. Ils estiment qu’avec des conditions climatiques favorables
une recrudescence de ces algues est inévitable.
« La sur-fertilisation est le plus grand problème environnemental de la mer Baltique ; elle est
responsable de la propagation des zones mortes sur le fond marin, » déclare M. Lamp.
Une autre zone morte a été observée au nord du golfe du Mexique, de près de 25000kms² en
2010. Sa taille n’a jamais été aussi grande. Elle est due notamment aux apports d’azote et de
phosphore charriés par le Mississippi. Mais en avril 2010, suite à l’explosion de la plateforme
pétrolière BP «Deepwater Horizon» la compagnie pétrolière, pour contenir la marée noire
provoquée par cette catastrophe, a utilisée bon nombre de produits chimiques et dispersant qui
ont eu pour effet non seulement de détériorer la faune et la flore locale, mais aussi de faire
couler les nappes de pétrole vers les profondeurs empêchant toute vie de subsister. De plus, de
grandes quantités de méthane se sont échappées lors de cette catastrophe asphyxiant tout sur
leur passage. Ainsi les scientifiques craignent, que pour quelques années encore, suite à cette
catastrophe la zone morte du golfe du Mexique ne s’étende encore.
Autre exemple, ce phénomène de zone morte vaut aussi pour certains lacs. Par exemple, le lac
artificiel du barrage de Petit-saut en Guyane, qui a noyé des millions d'arbres présente une
couche superficielle d'eau douce normalement oxygénée (sur 3 m d'eau environ) où tout paraît
normal, au-dessus d'une masse d'eau très appauvrie où la vie est beaucoup plus réduite
Aujourd’hui l’apparition de ces zones, en forte augmentation, surtout depuis les années 90
traduisent de graves disfonctionnements des écosystèmes marins. Ainsi des formes de vies
marine peuvent complètement disparaitre en quelques années et avoir de graves conséquences
écologiques et économiques. Cependant le phénomène des zones mortes n’est pas un
problème irréversible : en effet pour les zones les plus petites c’est-à-dire celles ou la zone
anoxique ne dure que quelques mois dans l’année, il y a une certaine résilience écologique. En
effet l’écosystème a la capacité de retrouver son état normal, que ce soit naturellement (grâce
aux saisons) ou par le biais d’interventions humaines. Néanmoins, le « retour à la normale »
demandera du temps ; variable selon la richesse antérieure et la sensibilité du milieu, selon
l'ampleur et la durée du phénomène de zone morte, car une fois que la source de nutriments
est maîtrisée, il faut aussi le temps que les excès d'azote et de phosphore soient recyclés ou
dilués par l'écosystème, ce qui est long et problématique. Enfin, la réversibilité n'est possible
que quand on peut intervenir sur la source du problème.
Par ailleurs une hausse de la température est susceptible d’accélérer le processus dit
d’eutrophisation, notamment pour les milieux fermés comme les mers ou les lacs. Ce
phénomène se caractérise par une prolifération des algues de surface. Par la suite, cette
prolifération va empêcher la lumière de parvenir aux couches les plus profondes, bloquant
ainsi la photosynthèse de la flore dans les couches profondes et précipitant une chute de
l’offre en oxygène. Cependant cette hausse des températures va néanmoins favoriser,
l’activité photosynthétique des algues en surface ce qui va avoir pour effet d’accélérer le
phénomène d’eutrophisation du milieu. Ainsi une température trop élevée va donc être
possiblement une double cause d’accroissement de la demande en oxygène et donc une
double cause pour l’eutrophisation du milieu.
L’abondance des algues en surface va aussi favoriser la réduction de la luminosité, on assiste
alors à une baisse de l’activité photosynthétique précipitant la chute de l’offre en oxygène,
entrainant en retour, une réduction de la production biologique du milieu. La zone devient
alors peu à peu anoxique bouleversant profondément les équilibres, remettant en cause la
structure biologique du milieu.
III – IMPACTS ECOLOGIQUES ET ECONOMIQUES
A – LES IMPACTS ECOLOGIQUES
Il existe une forte interaction entre les caractéristiques du milieu naturel et le type de vie qui
s'y développe. Deux grands types de facteurs peuvent influer sur le développement de la vie :
- les facteurs abiotiques : ils sont répartis en plusieurs sous catégories dont :
o les facteurs chimiques : qui comprend la concentration en en élément chimique
du milieu, dans le cas qui nous intéresse la concentration en dioxygène dissous
dans l’eau.
- les facteurs biotiques. Qui sont répartie en eux aussi en plusieurs sous catégories dont :
o les relations interspécifiques : ce sont toutes les relations entre les membres
d’une même espèce.
o les relations intra spécifiques : ce sont toutes les relations entre individus
d’espèces différentes.
Comme décrit précédemment, la concentration en dioxygène de l’eau est un facteur abiotique,
qui affecte tout particulièrement les êtres vivants par le biais de la respiration :
-
La respiration (échanges gazeux) permet aux êtres vivants de transformer la biomasse
extérieure (nourriture) et l'oxygène en dioxyde de carbone et en eau en gagnant de
l'énergie. Le dioxyde de carbone et l'eau sont libérés, autrement dit « expirés ». la
respiration forme un cycle fermé.
Toutes les espèces vivantes sont donc affectées par la diminution du taux de dioxygène
dissous avec un impact plus ou moins grand suivant leur résilience à ce facteur abiotique.
Cependant quantité de dioxygène dissous dans l’eau varie suivant d’autres facteurs abiotiques
tel que :
-
La salinité et la température : les fluctuations de température et de salinité provoquent
des variations dans la capacité de l’eau à capter de l’oxygène. Par exemple, une eau
qui peut théoriquement contenir, à 5°C et à une salinité de 0,5%, 12,3 mg/l d’oxygène,
ne peut en contenir que la moitié à 30°C avec une salinité de 3,5%, alors que dans les
deux cas on parle d’une saturation de 100%.
-
La température : voici la courbe du taux de saturation en oxygène de l’eau en fonction
de la température.
On raisonne donc en fonction du pourcentage du taux de saturation de l’eau, on peut donc
définir l’impact sur l’écologie du milieu marin de la disparition progressive de l’oxygène de
l’eau comme suit :
-
-
A partir de 80% jusqu’à 50% certaines espèces dites « supérieures » commencent à
être affectées et peuvent disparaitre.
De 50% à 30% du taux de dioxygène dissous la majorité des formes de vie
naturellement présente dans un milieu oxygéné sont alors en péril, on observe de
troubles chez certaines espèces comme la réduction de la taille des organes
reproducteurs.
De 30% à 1% on dit qu’il y a hypoxie, la totalité des espèces fuient la zone quand elles
le peuvent ou meurent. Les troubles sur la reproduction s’amplifie : L'hypoxie favorise
la surexpression de deux gènes impliqués dans la production d’une protéine produite
en conditions légèrement asphyxiantes ((en) hypoxia-inductile factor, HIF). En
condition hypoxique, la HIF s’apparie chez ces poissons avec une autre protéine
(l’ARNT). Ensemble, elles se lient à l'ADN cellulaire pour y activer certains gènes
qu’on suppose utiles pour une meilleure survie de l’animal. Lorsque la teneur de l’eau
en oxygène est normale, l’ARNT se combine avec l'œstrogène pour activer certains
gènes. Or, des cellules cultivées en conditions hypoxiques en tubes à essai ne
réagissent plus à l'œstrogène ; la HIF semble rendre l’ARNT indisponible. Il ne peut
plus interagir avec l’œstrogène, ce qui inhibe le processus normal de la reproduction.
Le phénomène s’amplifie suite à la décomposition des cadavres des espèces qui
(selon les statistiques officielles), depuis 1990, après un pic de 46,9 millions de kg, les
débarquements de crevette brune en Louisiane et au Texas ont régulièrement décliné,
au fur et à mesure que la zone d'hypoxie augmentait. Dernièrement le nombre de
pêcheurs de crevettes a, dans cet État, chuté de 40 % de 2001 à 2007.
CONCLUSION
L'homme n'a pas inventé l'eutrophisation, la Mer Morte est un exemple de ce phénomène,
avec une interruption quasi complète des échanges verticaux entre le fond et la surface. Mais
les cas de ce genre ont clairement augmenté en taille et en nombre près des côtes et semblent
en rapport avec l'activité humaine, industrielle et agricole. La surveillance par satellite permet
aujourd'hui de bien détecter ces phénomènes de zones mortes, simplement par la couleur de
l'eau.
Quelles sont les solutions et alternatives ?
L'Agence danoise de protection de l'environnement a calculé qu’une diminution de 50 % de la
charge réelle d'azote aboutirait à une diminution de près de 50 % de la durée des phénomènes
d'anoxie dans ces zones.
Réduire l'hypoxie d'un littoral est un processus long et complexe. Seuls la maîtrise des rejets
agricoles et industriels polluants, la réduction de l'utilisation des engrais et pesticides dans
l'agriculture et le bannissement des phosphates dans les lessives pourraient permettre
d'améliorer la situation.
Les différentes réglementations agricoles tendent notamment à réduire ces phénomènes.
Ainsi, il faudra attendre plusieurs décennies pour constater les conséquences des efforts
actuellement faits.
BIBLIOGRAPHIE
Actu-environnement : « Le phénomène de ''zones mortes'' augmente dans les eaux côtières
américaines »
http://www.actu-environnement.com/ae/news/zones-mortes-eaux-cotieres-ameriqueEPA-10958.php4
Actu-environnement : « La ''zone morte'' du golfe du Mexique est l'une des plus grandes
jamais observées »
http://www.actu-environnement.com/ae/news/zone-morte-golfe-mexique-10815.php4
Agence Européenne pour l’Environnement : « Des poissons en eau trouble - La gestion
marine dans le contexte du changement climatique »
http://www.eea.europa.eu/fr/articles/des-poissons-en-eau-trouble-la-gestion-marinedans-le-contexte-du-changement-climatique
Biodivcanada.ca : « charge en éléments nutritifs et efflorescences algales »
http://www.biodivcanada.ca/default.asp?lang=Fr&n=BAE730481&offset=2&toc=hide
Bulletins-électroniques.com : « Le réchauffement climatique risque de faire mourir les
océans »
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/60139.htm
ContreInfo : « Juillet 2010 : La mer Baltique recouverte d’un tapis d’algues vertes de la taille
de l’Allemagne »
http://contreinfo.info/article.php3?id_article=3073
Eauvergnat : « Les zones mortes des océans »
http://www.eauvergnat.fr/les-zones-mortes-des-oceans
Futura-Environnement : « Inquiétante prolifération des zones mortes dans l'océan mondial »
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/oceanographie-1/d/inquietanteproliferation-des-zones-mortes-dans-locean-mondial_9912-1/
Greenpeace : « Algues vertes : le risque de zones mortes »
http://ogm.greenpeace.fr/algues-vertes-le-risque-de-zones-mortes
Nasa earth observatory : « Aquatic Dead Zone »
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=44677
OASE Water Gardens : « Le taux d’oxygène »
http://old.oase-livingwater.com/wg/fr/mondes-aquatiques/clear-watersystem/principes-fondamentaux-de-la-biologie/le-taux-doxygene.html
Oilprice : « Government Insiders: Get Ready for the Gulf "Dead Zone »
http://oilprice.com/Environment/Oil-Spills/Government-Insiders-Get-Ready-forthe-Gulf-Dead-Zone.html
Science et vie : « le retour de la mer morte »
http://mondedurable.science-et-vie.com/2009/07/le-retour-de-la-mer-morte
Verdura : « Puits de carbone »
http://www.vedura.fr/economie/quotas-carbone/puits-carbone
Wikipedia : « Zone morte »
http://fr.wikipedia.org/wiki/Zone_morte
Wikipedia : « Dead zone (ecology) »
http://en.wikipedia.org/wiki/Dead_zone_%28ecology%29