Dynamique du phosphore dans les hydrosystemes des bassins versant

« L’eau pure est le plus beau cadeau que l’être humain peut offrir à son semblable » .

L’eau constitue un élément essentiel dans la vie et l’activité humaine. C’est une composante majeure des mondes minéral et organique. Dans le monde présent, l’eau participe à toutes les activités quotidiennes notamment, domestiques, industrielles et agricoles ce qui la rend un élément récepteur exposé à tous les genres de pollution. Celle-ci se présente sous plusieurs formes : pollution atmosphérique, des sols et aquatique. Cette dernière forme est particulièrement préoccupante puisque l’eau est absolument indispensable à tous les êtres vivants de la planète. A l’échelle mondiale, le volume d’eau exploitée a progressé plus de deux fois que le taux de croissance de la population. Un nombre grandissant de régions a atteint la limite audelà de laquelle il n’est plus possible de fournir des services fiables d’approvisionnement en eau (pour différents usages). La croissance démographique et le développement économique exercent une pression sans précédent sur les ressources en eau renouvelables, notamment dans les régions arides. Il est estimé qu’à l’horizon 2025, 1,8 milliard de personnes vivront dans des pays ou des régions disposant de moins de 500 m3 d’eau renouvelable par an et par habitant [Kerboub D. et al, 2014]. Dans les pays de la marge sud de la Méditerranée et notamment dans la région arabe, connue pour son climat aride à semi-aride, la pénurie d’eau sera un fait marquant. La totalité des pays de cette région tombent sous le niveau de pénurie de 500 m3 d’eau renouvelable par personne et par an [Hamoda M.F., 2004 ; Belaid N., 2010].

Dynamique du phosphore dans les hydrosystèmes des bassins versant 

Le phosphore est un élément fondamental pour les êtres vivants car il est le constituant de molécules riches en énergie (adénosine triphosphate) et en information génétique (nucléotides). Il est, après l’azote, l’élément fertilisant qui limite le plus souvent le développement des cultures. Le phosphore est pourtant largement répandu, étant le onzième élément dans l’ordre d’abondance dans la croûte terrestre. Cependant, il est en général peu bio-disponible dans les sols. C’est pourquoi il est nécessaire de fertiliser régulièrement les cultures pour obtenir des rendements élevés. En plus de son rôle en temps qu’engrais, le phosphore est utilisé dans une moindre mesure pour la fabrication d’aliments pour bétail ainsi que pour la fabrication de détergents. Les gisements de phosphore utilisables sont à 90% d’origine sédimentaire, le reste est d’origine métamorphique. Le phosphore est de ce fait une ressource non renouvelable.

Malgré cela, il est bien souvent gaspillé et les activités humaines en rejettent dans le réseau hydrographique des quantités considérables. Ces pollutions d’origine domestique, industrielle et agricole, sont responsables de problèmes écologiques et économiques qui présentent des risques d’altération de la qualité aquatique. Pour cela le contrôle du phosphore (P) en agriculture est apparu comme une préoccupation de nature environnementale dès la fin des années 1970 [Blais S. et al, 2002]. De plus en plus, la question de l’impact du phosphore rejeté directement dans le réseau hydrographique ou épandu sur les sols via les déjections animales et les boues résiduaires urbaines et industrielles se pose [Blandine L., 2003].

L’élément phosphore : essentiel à la vie 

Relativement simple et incomplet élément phosphore constitue par ailleurs un des composants essentiel de la matière vivante où il se rencontre à des taux relativement élevés : citons pour mémoire l’importance capitale au point de vue biologique de diverses molécules phosphoryles comme les nucléotides ou les phosphatidyl-lipides par exemple, c’est un nutriment nécessaire au développement des végétaux. Ainsi, il représente de 0.16 à 1.17 % du poids sec des végétaux aquatiques [Sawyer C.N., 1973]. Le stock de phosphore disponible pour les êtres vivants est entièrement contenu dans la lithosphère. Onzième élément dans l’ordre de leur abondance dans la croûte terrestre, son cycle est unique parmi les cycles biogéochimiques majeurs, puisque la composante gazeuse « phosphore d’hydrogène » est quasiment inexistante. De ce fait, il est lent et il faut des millions d’années pour aller de la roche à la roche. L’atome de phosphore passe par une centaine de voyages entre la surface des océans et les continents. Le voyage entre la surface des océans et les abysses dure environ 1600 ans et seulement 4 années d’activité biologiques dans les couches de surface de la terre.

Le phosphore est libéré lentement des roches sous l’effet de l’érosion naturelle, il s’introduit dans les écosystèmes d’eau douce par deux voies principales qui sont :
♦ Les sources diffuses, non collectables et non localisées par définition : Le phosphore d’origine diffuse provient des sols agricoles, naturels ou urbains, et de l’érosion des berges. II est mobilisé par les écoulements superficiels lors des épisodes pluvieux. Il entre donc dans le réseau hydrographique par intermittence, selon un rythme lié à celui des crues [Barroin G., 2003].
♦ Les sources ponctuelles : elles émettent le phosphore vers les eaux indépendamment des conditions météorologiques, selon un rythme correspondant à celui des activités humaines qui les provoquent. Les rejets ponctuels sont le fait des activités domestiques, agricoles ou industrielles. Le cas typique est celui des égouts déversés dans le réseau hydrographique, avec ou sans épuration préalable. Il s’agit de rejets toujours bien localisés dans l’espace (tuyaux), mais plus au moins bien répertoriés [Bouzid S., 2008].

Le phosphore dissous ou soluble
Il est présent dans l’eau et la solution du sol sous forme minérale ou organique :
♦ Formes minérales : ions orthophosphates (PO4 -3) libres ou associés à de la matière organique ou non sous forme de colloïdes, les différents anions de l’acide phosphorique H2PO4- et HPO4 2- et les polyphosphates.
♦ Formes organiques : trioses phosphates, acides nucléiques, phospholipides, acides phosphoriques de sucre et leurs formes dégradée.

Le phosphore particulaire 

Il regroupe toutes les formes de phosphore liées aux minéraux, à des débris divers ou incorporées dans les organismes. Les phytines ou phytates (inositols polyphosphates) constituent la principale forme de phosphore organique particulaire dans les sols [Tate K.R., 1984]. Selon Brookes P.C. et al, [1984], le phosphore microbien représenterait 2 à 24% du phosphore organique du sol. Le phosphore particulaire minéral peut être lié au calcium (apatite), au fer (strengite), à l’aluminium (variscite), ou encore aux argiles, mais il peut aussi être associé à un grand nombre de minéraux. Sa minéralogie est extrêmement complexe et encore peu connue : à part le phosphate tricalcique (apatite) dont la formule simplifiée est Ca3(PO4)2, les autres associations du phosphore sont très complexes. C’est un élément dont la spéciation solide est très mal connue, c’est pourquoi sa réactivité est difficile à évaluer [Blandine L., 2003].

Le cycle biogéochimique du phosphore

Le cycle du phosphore est unique parmi les cycles biogéochimiques majeurs car il ne possède pas de composante gazeuse. Par conséquent, il n’affecte pratiquement pas l’atmosphère. En milieu terrestre, le phosphore est, le plus souvent, sous forme de phosphate c’est-à-dire un atome de phosphore entouré de quatre atomes d’oxygène (PO4). Il est dérivé de l’altération des phosphates de calcium des roches de la surface de la lithosphère, de type volcanique comme l’apatite. Le phosphore est donc un élément limitant dans plusieurs écosystèmes terrestres, à cause de l’absence de réservoir atmosphérique et sa disponibilité est directement liée à l’altération superficielle des roches. Le cycle du phosphore se distingue aussi des autres cycles des éléments chimiques par le fait que le transfert du phosphore d’un réservoir à un autre n’est pas contrôlé par des réactions microbiennes, comme c’est le cas dans d’autres cycles biogéochimiques, car les bactéries « phosphorisantes » sont rares. Le phosphore circule dans les différents compartiments lithosphériques, en milieu aquatique et terrestre. Par ailleurs, des apports anthropiques de phosphore peuvent perturber son effet limitant et provoquer par conséquent des problèmes environnementaux dont l’eutrophisation est le plus prépondérant dans de nombreuses régions du monde [Lafforgue M., 1998].

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : DYNAMIQUE DU PHOSPHORE DANS LES HYDROSYSTEMES DES BASSINS VERSANT
Introduction
I. 1. L’élément phosphore : essentiel à la vie
I. 2. Les différentes formes de phosphore
I. 2.1. Le phosphore dissous ou soluble
I. 2.2. Le phosphore particulaire
I. 3. Le cycle biogéochimique du phosphore
I. 3.1. Cycle terrestre
I. 3.2. Cycle marin
I. 4. Dynamique des échanges du phosphore
I. 4.1. Equilibre dynamique du phosphore dans l’eau : les transferts entre phases dissoutes et particulaires
I. 4.1.1. Processus biologique
I. 4.1.2. Processus physique
I. 4.1.3. Processus d’adsorption et de désorption
I. 4.1.4. Processus chimique
I. 4.2. Les équilibres dynamiques du phosphore au sein des sédiments
I. 4. 3. Les équilibres dynamiques du phosphore SEDIMENT/EAU : les échanges de phosphore à l’interface EAU-SEDIMENT
I. 4.3.1. L’activité photosynthétique
I. 4.3.2. La remise en suspension des sédiments
I. 4.3.3. La diffusion
I. 4.3.4. La bioturbation
I. 5. Facteurs influençant les processus d’échanges à l’interface eau-sédiments
I. 5.1. pH et potentiel redox
I. 5.2. La température
I. 5.3. La granulométrie
I. 5.4. La concentration en suspension de sédiment
I. 5.5. Matière organique
I. 6. Les normes de qualité des eaux relatives au phosphore
CHAPITRE II : L’EUTROPHISATION
Introduction
II. 1. Définition
II. 2. Le processus d’eutrophisation
II. 3. Niveau de l’eutrophisation et état trophique
II. 4. Les différentes formes de l’eutrophisation
II. 5. Facteurs favorisant l’eutrophisation
II. 6. Conséquences de l’eutrophisation
II. 6. 1. Effets directs
II. 6. 2. Conséquences sanitaires, écologiques et économiques
II. 7. Problèmes généraux associés à l’eutrophisation
II. 8. L’état de l’eutrophisation dans le monde
II. 9. La lutte contre l’eutrophisation
II. 9. 1. Le changement des pratiques agricoles
II. 9. 2. Aménagements technologiques
II. 9. 3. Aménagements d’ordre biologique
II. 10. Le contrôle de l’eutrophisation des eaux en Algérie
Conclusion
CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES
III. 1. Présentation de la zone d’étude
III. 1.1. Situation géographique
III. 1.2. Aperçus socio-économiques
III. 1.2.1. Population
III. 1.2.2. La pêche
III. 1.2.3. Tourismes
III. 1.2.4. Forêts
III. 1.2.5. Agriculture
III. 1.2.6. L’industrie
III. 1.3. Les caractéristiques climatiques
III. 1.3.1. Présentation de la station de mesures
III. 1.3.2. Les facteurs climatiques
III. 1.3.3. Le diagramme Ombrothermique
III. 1.3.4. Calcul du bilan hydrique
III. 1.4. Le réseau hydrographique
III. 2. Situation géologique
III. 2.1. Description litho-stratigraphique
III. 3. Prélèvement d’eau de l’Oued Bounamoussa
III. 3.1. Méthodes et Techniques de prélèvements
III. 4. Prélèvements des échantillons de sol 57
III. 5. Paramètres physicochimiques analysés (eaux)
III. 5.1. Les paramètres enregistrés in situ
III. 5.2. Les paramètres mesurés au laboratoire
III. 6. Analyse du sol
III. 6.1. Préparation des échantillons
III. 7. Analyse statistique des résultats obtenus
CHAPITRE IV : RESULTATS ET DISCUSSION
Introduction
IV. 1. Statistiques descriptives pour la chimie des eaux
IV. 2. Analyse physicochimique des échantillons d’eau de l’Oued Bounamoussa
IV. 2. 1. Le potentiel d’hydrogène (pH)
IV. 2. 2. Conductivité Electrique (CE)
IV. 2. 3. La Température (T)
IV. 2. 4. La dureté totale (TH)
IV. 2. 5. Le titre alcalimétrique complet (TAC)
IV. 2. 6. L’ion chlorure (Cl-)
IV. 2. 7. Demande chimique en oxygène (DCO)
IV. 2. 8. L’orthophosphate (PO4-3)
IV. 2. 9. Le phosphore total (Pt)
Conclusion
IV. 3. Analyse des échantillons de sol prélevés dans le bassin versant de l’Oued Bounamoussa
IV. 3. 1. La granulométrie
IV. 3. 2. L’acidité du sol
IV. 3. 3. La conductivité électrique (C.E)
IV. 3. 4. Matière organique (M.O)
IV. 3. 5. Le phosphore assimilable
Conclusion
IV. 4. Traitement statistique des données physicochimiques des eaux de l’Oued Bounamoussa
IV. 4. 1. Méthode de traitement des données
IV. 4. 2. Période de basses eaux
IV. 4. 3. Période de hautes eaux
IV. 5. Traitement statistique relatif aux sols du bassin versant de l’O. Bounamoussa
IV. 5. 1. Projection des paramètres physicochimiques sur le plan factoriel (F1, F2)
CONCLUSION GENERALE
RECOMMANDATIONS ET PERSPECTIVES
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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