À force de regarder couler une rivière, on pourrait la prendre pour une simple canalisation qui transporte l’eau d’un point haut vers un point bas. La réalité est bien différente.
Au fil de leur parcours, les rivières s’épurent activement : elles éliminent une partie de l’azote excédentaire avant qu’il n’atteigne un lac ou le littoral.
De nouvelles recherches menées sur une rivière forestière du centre de la Chine montrent à quel point ce travail d’épuration est complexe. Il repose sur une combinaison changeante de microbes, de composition chimique de l’eau, d’altitude et d’utilisation des terres environnantes.
Les chercheurs ont étudié la rivière Jinshui en s’intéressant à deux mécanismes par lesquels les cours d’eau éliminent la pollution azotée. Le premier est la dénitrification.
Le second, moins connu, est appelé anammox, abréviation désignant l’oxydation anaérobie de l’ammonium.
L’épuration des rivières dépend de nombreux facteurs
« Nos résultats montrent qu’un seul facteur environnemental ne suffit pas à expliquer l’élimination de l’azote dans les cours d’eau », explique Hao Jiang, auteur correspondant de l’étude et membre du Jardin botanique de Wuhan.
« Les facteurs dominants changent selon les saisons. Pour être efficace, la gestion des bassins versants doit donc tenir compte à la fois des conditions paysagères à grande échelle et des processus microscopiques qui se déroulent dans les sédiments des rivières. »
Les excès d’azote peuvent atteindre les rivières par le ruissellement des engrais, les eaux usées et les déchets industriels.
Cette pollution favorise les proliférations d’algues, épuise l’oxygène présent dans l’eau et détruit progressivement la biodiversité en aval.
Les rivières opposent en quelque sorte une résistance grâce à des microbes qui transforment l’azote en un gaz inoffensif. Celui-ci se disperse dans l’air au lieu de rester dans l’eau et d’y causer des dégâts.
La rivière Jinshui étudiée au fil des saisons
Pour comprendre comment ces mécanismes se manifestent sur le terrain, les chercheurs ont prélevé de l’eau et des sédiments en 18 endroits de la rivière Jinshui. Une première série d’échantillons a été recueillie en été, puis une seconde en hiver.
Le bassin versant s’étend sur environ 730 kilomètres carrés. Il présente de forts écarts d’altitude et, sur la majeure partie de son cours supérieur, la couverture forestière dépasse 95 %.
Les scientifiques ont associé la télédétection au traçage isotopique à l’azote 15. Ils ont également analysé l’eau, la composition chimique des sédiments et les gènes microbiens afin de déterminer quels microbes participaient à l’épuration.
La dénitrification s’est révélée être de loin le principal mécanisme : elle représentait environ 90 % de l’élimination totale de l’azote en été et 95 % en hiver. Elle était aussi nettement plus rapide pendant les mois chauds.
De son côté, le processus anammox n’a jamais joué le premier rôle, sans pour autant disparaître. Il a assuré toute l’année une part plus modeste et constante de l’élimination de l’azote.
En été, les microbes prennent les commandes
L’un des résultats les plus marquants de l’étude concerne les facteurs qui pilotent ces processus : ils changent complètement selon la saison.
En été, la dénitrification était étroitement liée aux gènes microbiens et aux conditions immédiates dans les sédiments, notamment l’azote total, le carbone organique, le rapport carbone-azote et l’humidité.
La composition chimique de l’eau intervenait elle aussi, mais indirectement. Elle façonnait les conditions de vie des microbes dans les sédiments, sans agir directement sur le processus.
Le processus anammox dépendait davantage de la géographie, en particulier de l’altitude et de l’utilisation des terres, que des conditions présentes dans les sédiments situés juste en dessous.
La forêt semblait avoir un effet favorable : une couverture forestière plus importante correspondait à une activité anammox accrue. Les chercheurs pensent que cela tient à la moindre disponibilité du carbone organique dans les zones boisées.
Cette situation réduisait la concurrence des microbes dénitrifiants et laissait aux bactéries anammox davantage de possibilités d’agir.
L’hiver provoque un changement majeur
Avec l’arrivée de l’hiver, tout le système se réorganisait. La composition chimique de l’eau devenait le facteur dominant aussi bien pour la dénitrification que pour le processus anammox.
La température et les concentrations d’ammonium et de nitrate dans l’eau exerçaient une influence particulièrement forte.
L’eau froide ralentit les microbes et diminue l’efficacité du recyclage de l’azote au sein même des sédiments.
Ce recyclage interne étant freiné, l’eau qui traverse la rivière devenait la principale source d’azote alimentant les processus microbiens, un rôle qu’elle n’avait pas vraiment besoin de jouer en été.
Durant les mois estivaux, la nitrification et la dénitrification étaient par ailleurs étroitement liées : à la manière d’une course de relais, les sous-produits du premier processus alimentaient le suivant.
Ce passage de relais devenait beaucoup moins fiable en hiver. Le froid ralentissait l’ensemble des mécanismes et compliquait la circulation des composés chimiques entre les différentes zones de sédiments.
Pourquoi l’épuration des rivières varie sans cesse
Au-delà du cas particulier de la rivière Jinshui, l’étude montre qu’on ne peut pas comprendre la manière dont un cours d’eau traite la pollution azotée en examinant uniquement le paysage ou les microbes.
Il faut prendre en compte les deux, et leur importance respective dépend entièrement de la saison.
Les chercheurs estiment que leurs travaux pourraient rendre plus précis les modèles généraux du cycle mondial de l’azote.
L’étude pourrait aussi encourager une gestion des bassins versants adaptée aux saisons, plutôt que de supposer qu’une rivière s’épure de la même façon en hiver et en été.
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