MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE D’ORAN ES-SENIA
MAGISTER
EN
BIOLOGIE
ECOSYSTEMES AQUATIQUES CONTINENTAUX : CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA
QUALITE PHYSICO-CHIMIQUE DES EAUX
DU BARRAGE DE CHEURFA
Dr IDDOU Abdelkader Co-rapporteur U.S.T.Oran
Pr BOUAZZA Mohamed Examinateur Université de Tlemcen
Dr HASSANI Moulay Idriss Examinateur Université d’Oran
" Tu es la plus grande richesse qui soit au monde, et tu es aussi
la plus délicate,
toi si pure au ventre de la terre "
Antoine de SAINT-EXUPERY
(Terre des hommes).
" Il y a d’extraordinaires beautés dans la source et les eaux qui
filtrent sous la
terre "
(Les nourritures terrestres).
" L’eau reste la plus grande dénonciatrice des secrets de la terre
et la plus belle
source n’est qu’une trahison de ses entrailles "
Jean GIRAUDOUX
REMERCIEMENTS
Ce travail a été réalisé au laboratoire d’Ecologie sous la
direction de Mr
HADJADJ AOUL Seghir, Maître de Conférences à l’Université d’Oran
Es-Sénia. Je le
remercie d’avoir suivi sa progression avec une attention constante.
Je le prie de bien
vouloir agréer l’expression de ma gratitude et de ma respectueuse
reconnaissance.
Mes plus vifs remerciements vont à Mr IDDOU Abdelkader, Maître
de
Conférences à l’Université des Sciences de Technologie Mohamed
Boudiaf d’Oran,
pour ces précieux conseils et encouragements qui m’ont aidé à
réaliser ce travail.
Mes sincères remerciements vont aussi à Mr BELKHODJA Moulay,
Professeur
à l’Université d’Oran Es-Sénia et Directeur du Laboratoire
d’Ecophysiologie Végétale,
pour m’avoir encouragé tout au long de ce travail, et qui m’a fait
l’honneur de présider
ce jury et d’examiner ce travail.
Je voudrais remercier Mr BOUAZZA Mohamed, Professeur à
l’Université
Abou Bakr Belkaid de Tlemcen pour avoir accepté d’examiner mon
travail et faire
partie du jury.
Je remercie Mr HASSANI Moulay Idriss, Maître de conférence à
l’Université
d’Oran Es-Sénia d’avoir également accepté d’examiner mon travail et
faire partie du
jury.
Je tiens également à remercier tout ceux qui m’ont aidé
(responsables et
personnels), Mr le Directeur de l’ANRH (Agence Nationale des
Ressources
Hydrauliques), Mr DEKKICHE, Mr le Directeur de l’ABH (Agence de
Bassin
Hydrographique), Mr BENZEGUIR, Mr le Directeur de l’ONM (Office
Nationale de
la Météo), Mr le Directeur du Barrage et le Chef de Département de
Chimie
industrielle de l’USTO-Mohamed Boudiaf, Mr BENHAMOU Abdelallah à
réaliser ce
travail.
Et je n’oublie pas également de remercier ma famille, mes amis et
mes
camarades de promotion de post-graduation pour leurs encouragements
et leur soutien
moral. Je tiens à leur exprimer ma profonde gratitude.
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………1
CHAPITRE 1 : BIOLOGIE DES ORGANISMES VIVANTS DANS LES MILIEUX
AQUATIQUES
1. Types de pollutions des eaux……………………………………………………….34
1.1 Pollution physique……………………………………………………………....34
1.2 Pollution chimique…………………………………………………………........37
1.3 Pollution biologique……………………………………………………………..50
CHAPITRE 1: PRESENTATION DU BASSIN DE LA MEKERRA-MEBTOUH :
ASPECTS PHYSIQUES ET ANTHROPIQUES
2. Climatologie……………………………………………………………………… …61
4. Hydrographie…………………………………………………………………...........64
5. Géologie………………………………………………………………………...........64
6. Hydrogéologie………………………………………………………………………..71
8. Activités anthropiques………………………………………………………………..76
CHAPITRE 2 : MATERIELS ET METHODES
1. Mode de prélèvement et conservation des
échantillons………………………………83
2. Méthodes de dosage…………………………………………………………………..82
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
1. Facteurs physiques…………………………………………………………................98
2. Matières azotées……………………………………………………………………...102
3. Matières phosphorées
…………………………………………………......................106
5. Matières minérales…………..……………………………………………………….108
Fig.1 : Types d’algues caractéristiques des eaux courantes
(Bourelly, 1985-1990).
Fig.2 : Exemples de peuplement de macrophytes commun dans les
rivières à courant
rapide propres aux écosystèmes lotiques d’Europe tempérée
(Montegut, 1987).
Fig.3 : Distribution des végétaux dans un écosystème d’eau courante
(Barbe, 1994).
Fig.4 : Exemples de zonation transversale des végétaux dans les
cours d’eau
(Arrignon, 1976).
Fig.5 : Distribution des végétaux dans un écosystème d’eau
stagnante (Barbe, 1994).
Fig.6 : Exemples de protozoaires (Gaujous, 1995).
Fig.7 : Principaux groupes constituant le zooplancton (D’après
Reid, 1961).
Fig.8 : Exemples de lamellibranches (Gaujous, 1995).
Fig.9 : Exemples de gastéropodes (Gaujous, 1995).
Fig.10 : Exemples d’insectes - larves aquatiques (Gaujous,
1995).
Fig.11 : Profil schématique d’un cours d’eau : zonation d’après
Huet (1949).
Fig.12 : Poissons de la zone à truites (Gaujous, 1995).
Fig.13 : Poissons de la zone à ombres (Gaujous, 1995).
Fig.14 : Poissons de la zone à barbeaux (Gaujous, 1995).
Fig.15 : Poissons de la zone à brèmes (Gaujous, 1995).
Fig.16 : Chronologie approximative des principales sources de
pollution des eaux
continentales dans les régions industrialisées (Lévêque,
1996).
Fig.17 : Incorporation et bioamplification du mercure dans des
biocœnoses limniques
en Suède (Ramade, 2005).
Fig.18 : Evolution de l’emploi d’engrais dans le monde, en
kilogramme par habitant,
de 1950 à 1994 (Barbault, 2003).
Fig.19 : Schéma des phases successives de la dystrophisation d’un
lac (Ramade,
2002).
Fig.20 : Impact de l’eutrophisation sur les chaînes trophiques
(Dévaux, 1975-1976).
Fig.21: Représentation schématique des effets de la pollution
organique sur la teneur
de l’eau en oxygène dissous et sur l’abondance de divers organismes
(Dajoz, 2003).
Fig.22 : Effets de la pollution des eaux par suite de la décharge
dans une rivière d’un
émissaire d’égout chargé de matière organiques fermentescibles sur
la biocœnose
aquatique (Ramade, 2005).
Fig.23 : Carte des sous bassins du Nord de l’Algérie (in Baahmed,
2005).
Fig.24 : Situation du bassin de la Macta (ABH, 2003).
Fig.25 : Situation géographique du bassin de la Mekerra (in ABH,
1999).
Fig.26 : Situation du bassin de la Mekerra (espace administratif)
(ABH, 2004).
Fig.27 : Diagrammes ombrothermiques respectifs des stations de Sidi
Bel Abbès
(1990-2005) et du barrage Cheurfa (1990-1998).
Fig.28 : Couverture végétale du bassin versant de la moyenne
Mekerra (in Lebid,
2001).
Fig.29 : Représentation du réseau hydrographique et des sous
bassins de l’Oued
Mekerra-Mebtouh (ABH, 2003).
Fig.30 : Ressources souterraines dans le bassin de la Mekerra (ABH,
2003).
Fig.31 : Carte pédologique du bassin versant de la moyenne Mekerra
(in Lebid, 2001).
Fig.32 : Variation du pH des eaux du barrage de Cheurfa durant
l’année 2005.
Fig.33 : Variation des MES 105°C des eaux du barrage de Cheurfa
durant l’année
2005.
Fig.34 : Variation de la turbidité des eaux du barrage de Cheurfa
en 2005.
Fig.35 : Variation des teneurs en NO3 - des eaux du barrage de
Cheurfa en 2005.
Fig.36 : Variation des teneurs en NH4 + des eaux du barrage de
Cheurfa durant l’année
2005.
Fig.37 : Variation des teneurs en NO2 - des eaux du barrage de
Cheurfa en 2005.
Fig.38 : Variation des concentrations en PO4 3-
des eaux du barrage de Cheurfa durant
l’année 2005.
Fig.39 : Variation de la DBO5 des eaux du barrage de Cheurfa
(2005).
Fig.40 : Variation de la DCO des eaux du barrage de Cheurfa en
2005.
Fig.41 : Variation des teneurs en chlorures et en sulfates des eaux
du barrage de
Cheurfa (2005).
Fig.42 : Variation des teneurs en calcium et en magnésium des eaux
du barrage de
Cheurfa en 2005.
Tableau 1 : Principaux radio-isotopes d’importance écologique
(Ramade, 2000).
Tableau 2 : Concentrations de mercure dans des échantillons de
l’environnement
(Harris, 1971).
Tableau 3 : Caractéristiques du réseau hydrographique du bassin de
la Mekerra
(ABH, 1998).
Tableau 4 : Stratigraphie de la plaine de Sidi Bel Abbès (in
Baahmed, 2005).
Tableau 5 : Unités hydrogéologiques dans le bassin de la Mekerra
(ABH, 1998).
Tableau 6 : Désignation des agents polluants des grandes industries
(ABH, 1999).
Tableau 7 : Déchets solides urbains (ABH, 1999).
INTRODUCTION GENERALE
L’eau est devenue une denrée de moins en moins accessible dans
plusieurs
régions du monde et les réserves en eau continuent de baisser
depuis les 50 dernières
années (Remini, 2005). La quantité d’eau douce disponible est
passée de 17 000
m 3 /hab. en 1950 à 9700 m
3 /hab. en 1995 et devrait tomber à 5100 m
3 /hab. en 2025
selon plusieurs experts (Remini, 2005).
En Algérie, la problématique de l’eau sera sans doute une
préoccupation
majeure durant ce siècle. Qu’elle soit souterraine ou
superficielle, l’eau subit depuis
une trentaine d’années une dégradation sensible et tend à se
raréfier dans l’ensemble
du pays. Tout le monde est pourtant d’accord pour reconnaître que
la rareté croissante
de l’eau douce et le mauvais usage que l’on en fait menace
gravement le
développement durable. La concurrence que se livrent l’agriculture,
l’industrie et les
villes pour avoir accès à des disponibilités limitées en eau gêne
aujourd’hui les efforts
de développement de nombreux pays. Au fur et à mesure que les
populations
augmentent et que les économies se développent, la concurrence pour
des ressources
finies ne pourra que s’intensifier, et les conflits entre les
usagers de l’eau ne feront
qu’augmenter (Remini, 2005).
L’accès à l’eau est un enjeu vital pour tous car c’est un facteur
de
développement social et économique. C’est pourquoi le stockage
d’eau dans des
barrages pour différents usages: régularisation du cours d’eau afin
de prévenir des
inondations catastrophiques, production d’hydroélectricité,
irrigation et alimentation
en eau potable est important (Ramade, 2000). De plus, les
écosystèmes aquatiques sont
des milieux sensibles pourvus d’une grande et importante diversité
des espèces
vivantes tant animales que végétales qui se voient menacées par la
pollution et par les
effets des changements climatiques. L’Homme responsable en partie
de la dégradation
de l’environnement dans lequel il vit, met sa vie en péril par les
effets directs ou
indirects de la pollution qu’il provoque.
Ces dernières années, le phénomène de sécheresse qui a touché
l’ensemble du
territoire de notre pays (ABH, 2005), a aggravé le problème de
l’eau, auquel vient
s’ajouter le problème de pollution. Ce qui montre combien il est
indispensable
d’accorder la plus grande attention à l’eau.
Dans une situation aussi préoccupante, il est primordial de trouver
un moyen
pour localiser, quantifier et protéger les ressources en eau de
façon à pouvoir les
exploiter d’une manière rationnelle et les garder en bonne
qualité.
C’est pourquoi les eaux du barrage de Cheurfa ont fait l’objet de
notre étude. Ce
barrage se trouve dans un bassin versant (bassin de la
Mekerra-Mebtouh) fragile,
caractérisé par un climat semi-aride à pluviosité irrégulière et
sujet à des crues
importantes surtout en automne, dont les effets se font ressentir
dans les zones
comprises entre Boukhanefis et l’agglomération de Sidi Bel Abbès
(ABH, 1999).
Nous nous sommes intéressées, alors aux eaux du barrage de Cheurfa,
en
essayant de contribuer à l’étude du problème de pollution, qui
affecte la qualité de ses
eaux, grâce aux données de l’ANRH (Agence Nationale des
Ressources
Hydrauliques), de l’ONM (Office Nationale de la Météo) et de l’ABH
(Agence de
Bassin Hydrographique) et au dosage de quelques paramètres
physico-chimiques et
indicateurs de pollution que nous avons effectués au laboratoire de
Chimie des eaux,
du Département de Chimie Industrielle de l’USTO-MB, tels que : le
pH à l’aide d’un
pH-mètre portatif, la turbidité par turbidimètrie, la DCO par la
méthode de bichromate
de potassium, la DBO par respiromètrie, les nitrates par la méthode
de Brucine, les
nitrites par la méthode du réactif de Zambelli, les phosphates par
spectrophotomètrie,
etc. Ces paramètres nous permettront de déterminer le seuil de
pollution du milieu
étudié.
Ce travail doit nous permettre de voir à quelle classe de qualité
ces eaux
appartiennent ? A quels usages elles conviennent ? Et comment on
peut suivre l’étude
de ces eaux à l’avenir, afin de permettre une utilisation plus
efficace ?
Notre travail est divisé en deux parties. Dans la première partie,
nous avons
décrit quelques uns des organismes caractéristiques des milieux
aquatiques et la
pollution qui peut affecter ces milieux. Dans la deuxième partie,
nous avons présenté
le bassin versant dans lequel se trouve ce barrage, les méthodes et
le matériel qui nous
ont permis d’effectuer ce travail et enfin les résultats que nous
avons obtenus et leur
lecture.
CONTINENTALES
AQUATIQUES
L’eau est un milieu riche en êtres vivants. Cependant, ces derniers
peuvent être
responsables de phénomènes de pollution, car ils peuvent avoir des
effets
pathologiques tels que les bactéries, les virus, les parasites ou
désagréables
(prolifération d’algues…). Ils peuvent également être menacés
d’extinction qui est, en
elle-même, une dégradation du milieu (perte pour la pêche, le
tourisme, le cadre de
vie…).
Les êtres vivants peuvent aussi être considérés comme indicateurs
du niveau de
pollution (bioindicateurs).
En outre, ils peuvent servir à évaluer la toxicité des substances
(bioessais) en
écotoxicologie.
1. Virus
Ce sont des agents pathogènes nombreux et divers ayant pour cible
l’homme,
l’animal, la plante et la bactérie, tels que les entérovirus (virus
de l’hépatite, ex. :
hépatite à virus A., maladie transmissible par l’eau ou par les
aliments souillés). Les
hépatites sont des maladies graves, généralement mortelles, surtout
dans les pays en
voie de développement.
Les virus sont des ensembles macromoléculaires complexes formés de
protéines
et d’acide nucléique. Cependant, ce ne sont pas de véritables êtres
vivants, car ils ne
peuvent se reproduire qu’en parasitant la cellule-hôte. En échange,
ils reçoivent
l’énergie nécessaire et les moyens qui leur permettent de
synthétiser et d’assembler
leurs matériaux de structure et leur message génétique (Beytout et
Laveran, 1994).
Les virus peuvent se maintenir longtemps dans le milieu extérieur.
En effet, ils
sont capables de rester longtemps virulents dans le milieu hydrique
; non seulement
dans les eaux de surfaces mais également se retrouver dans les eaux
d’alimentation,
d’où des risques de contamination humaine au niveau des eaux de
baignade,
d’aquaculture, d’alimentation et lors d’utilisation des boues en
agriculture (Beytout et
Laveran, 1994).
Les bactéries aquatiques sont très nombreuses et variées. Les
bactéries
autochtones sont spécifiques des eaux. Cependant, il y en a
beaucoup qui proviennent
du sol. D’autres ont pour origine les plantes, les animaux, les
hommes et l’air
environnant. Les facteurs dont dépend la composition de la flore
bactérienne sont
multiples : température, turbidité, pH, charges organiques et
minérales. La plupart des
bactéries aquatiques sont hétérotrophes pour le carbone. Beaucoup
d’entre elles sont
saprophytes, mais certaines sont photo ou chimioautotrophes.
2.1 Bactéries des eaux douces
Parmi, les bactéries qu’on peut trouver dans les eaux douces, nous
citerons
quelques exemples (Larpent, 1994).
Dans les sources, se développent des bactéries telles que:
Gallionella
ferrrugina, Leptothrix ochracea et Crenothrix polyspora, lorsque
l’eau contient
beaucoup de fer. Lorsqu’elle est riche en soufre, on trouve des
bactéries incolores du
soufre et des bactéries pourpres (Chromatiaceae).
Dans les eaux de surface, les bactéries sont en général beaucoup
plus
nombreuses. Les bactéries gram - dominent dans les cours d’eau
pauvres en substances
nutritives : Pseudomonas, Flavobacterium, Acinobacter, etc. Dans le
cas où il y a
eutrophisation, les populations de Flavobacterium et d’Acinobacter
diminuent, par
contre celles de Pseudomonas fluorescens, Bacillaceae,
Entérobacteriaceae
augmentent.
Beaucoup de bactéries du sol se retrouvent dans les eaux courantes
telles que:
Nitrosomonas europea, Nitrobacter vinogradskyi, Azotobacter
chroococcum,
Azotobacter agile. De plus, des bactéries comme Vibrio, Spirilles,
Thiobaciles,
Microcoques, Streptomycètes, etc., se trouvent fréquemment dans les
eaux de rivières.
Des bactéries telles que les Coliformes (dont Escherichia coli
pouvant être
responsable de la colibacillose : gastroentérite infantile), les
Salmonelles (comme le
genre Salmonella comprenant de nombreuses espèces pathogènes,
causant par exemple
la fièvre thyphoïde), etc. sont entraînées vers la rivière par les
eaux d’égouts.
3. Champignons
Ce sont des organismes qu’on trouve dans toutes les eaux (eaux
douces ou
marines, eaux usées ou potables). Ce sont des eucaryotes formés
d’un thalle qui peut
être unicellulaire, dissocié et bourgeonnant (levures) ou
filamenteux constitué d’un
mycélium ramifié sans cloisons (Siphomycètes) ou avec cloisons tels
que les
Septomycètes.
Les Phycomycètes peuvent produire des cellules nageuses flagellées
(zoospores,
zoogamètes) qui leur permettent de s’adapter à la vie
aquatique.
Les espèces dulcicoles ou marines de champignons sans cellules
nageuses, telles
que les Zygomycètes, Ascomycètes ou Basidiomycètes sont peu
nombreuses. Il existe
des espèces terrestres caractéristiques, qui deviennent des
aquatiques occasionnelles,
quand le milieu est favorable à leur multiplication (présence de
pollution organique par
exemple). Toutes ces espèces peuvent être pathogènes pour l’homme
(candidoses,
dermathophytoses), les animaux et les végétaux (Breton,
1994).
Les espèces aquatiques vivent en parasites, ou en saprophytes aux
dépens de la
matière organique d’origine animale ou végétale (Breton,
1994).
3.1 Ecologie des champignons aquatiques
Absents dans les eaux souterraines, les champignons se limitent
dans les eaux
potables chlorées à quelques hyphomycètes et levures probablement
en survie et
témoins de contamination (Hinzelin et Block, 1985). Par contre, les
eaux douces de
surfaces sont riches en espèces très variées. Dans les lacs et
autres eaux calmes, se
trouvent divers Phycomycètes parasites ou saprophytes, des
Ascomycètes et
Hyphomycètes.
Des espèces fongiques comme Olpidium endogenum et Micromyces
mirabilis
parasites d’algues Desmidiales (algues vertes), se trouvent souvent
dans les lacs
dystrophiques et oligotrophiques. Cependant, dans les lacs
eutrophiques, où vivent
Euglènes et Chlamydomonas, le genre Polyphagus euglenae est plus
abondant. Dans
les eaux de rivières, existent des Sapromyces et des Hyphomycètes.
Il se trouve aussi
beaucoup de Phycomycètes saprophytes ou parasites d’algues et de
petits animaux tels
que les Olpidium, Achlya, Pythium, etc. (Sparrow, 1960 ; Suzuki,
1960).
La diversité des champignons diffère selon la qualité chimique des
eaux. Dans les
eaux calcaires, existent certains hyphomycètes (Tetracladium
marchalianum,
Tricladium angulatum, etc.); dans les eaux douces, vivent des
espèces comme
Tetrachaetum elegans, Tricladium splendens, etc. D’autres espèces
sont indifférentes :
Clavariopsis aquatica, Lemonniera aquatica (Bärlocher et Rosset,
1981 ;
Woodeggenschwiller et Bärlocher, 1983 ; Rosset et Bärlocher,
1985).
4. Végétaux
Les végétaux possèdent généralement de la chlorophylle leur
permettant, grâce à
la photosynthèse de produire des matières organiques et de
l’oxygène nécessaire aux
animaux et à la plupart des êtres vivants, selon le schéma :
Ils représentent les producteurs primaires, du point de vue
écologique dans la
chaîne alimentaire.
Certains végétaux constituent un risque de pollution par leur
croissance excessive
"bloom d’algues", et caractérisent ainsi les milieux eutrophes
(eutrophisation).
Les plantes supérieures peuvent jouer un rôle écologique important
et intervenir
dans l’autoépuration.
4.1 Algues d’eaux douces
Les algues appartiennent au règne végétal en raison de la présence
constante de la
chlorophylle (a) dans leur appareil plastidial. Ils possèdent des
tissus peu différenciés.
Ce sont des Thallophytes chlorophylliens. Ils se reproduisent par
un mode végétatif
(scissiparité, bourgeonnement…), ou par voie asexuée ou sexuée,
seulement ou par
alternance chez certaines espèces.
Les algues sont représentées par les trois groupes principaux: les
Phéophycées ou
algues brunes, les Rhodophycées ou algues rouges et les
Chlorophycées ou algues
vertes et (ex. fig.1).
Dans les milieux aquatiques, la sursaturation en oxygène est due à
l’augmentation
de la photosynthèse par rapport à la respiration chez les
algues.
4.2 Autres végétaux aquatiques (fig.2)
4.2.1 Différents types de végétaux
Végétaux libres flottants
CO2
Ce sont des végétaux de petite taille (1 mm à 5 cm) dotés de tissus
à structure
aérée leur permettant de flotter. Leur développement se fait
exclusivement en milieu
lentique (Barbe, 1994). C’est l’exemple des Ptéridophytes
(fougères) : ex. Azolla sp.
et des Spermaphytes: ex. Lemna sp.
Végétaux benthiques
- Hépatiques
Elles sont constituées d’un appareil végétatif sous forme d’une
lame verte
plus ou moins large (hépatiques à thalle : ex. Riccia fluitans à
thalle en forme de lame
bifide) ou possédant une tige et des feuilles en deux rangées
(hépatiques à feuilles telle
que Chilosciphus polyanthus qui est une espèce des sources et des
ruisseaux
indicatrice de la fraîcheur de l’eau (espèce sténotherme d’eau
froide)) (Barbe, 1994).
- Mousses
Elles sont caractérisées par la présence d’une tige et des feuilles
disposées
en 3 rangées au moins. Leur fixation au substrat se fait grâce à
des rhizoïdes, les aidant
à résister à de fortes vitesses de courant.
Elles sont souvent groupées en peuplements très denses leur
permettant de
garder la légère humidité nécessaire à leur survie. Pour beaucoup
d’invertébrés
benthiques, les mousses représentent un habitat favori. Dans les
marais, milieux
tourbeux, se rencontrent de larges colonies de sphaignes qui
participent à la formation
de la tourbe (Barbe, 1994).
.
Les mousses peuvent être utilisées comme indicateurs de pollution
(Gaujous, 1995).
- Amphiphytes (Phanérogames de bordure)
Ce sont des végétaux qui ont un appareil racinaire en permanence
dans
l’eau, tandis que l’appareil végétatif croît plus ou moins hors de
l’eau.
Ce sont des espèces semi-aquatiques ou amphibie, ex : parmi les
espèces
communes : Phragmites communis, Typha latifolia, Carex riparia,
etc. (Barbe, 1994).
- Hydrophytes flottantes
Ces phanérogames sont fixées au substrat. Le limbe de leur feuille
(feuille
de grande taille avec stomates au niveau de la face supérieure)
apparaît à la surface de
l’eau. Elles se développent en faciès lentique à des profondeurs
assez grandes (1 à
7m). Comme espèces de ce type d’hydrophytes, il y a: Nuphar luteum,
Nymphaea
alba, Potamogeton natans, etc. (Barbe, 1994).
- Hydrophytes submergées
Ce sont des espèces aquatiques qui sont fixés au substrat et dont
l’appareil
végétatif est complètement immergé, et l’appareil reproducteur
(fleurs, reproduction
sexuée) se présente à la surface de l’eau. C’est l’exemple de
Ranunculus fluitans,
Potamogeton pectinatus, etc., dont les feuilles et les tiges grêles
sont peu résistantes ;
et Potamogeton densus, P. lucens, ou Callitriche obtusangula
(hydrophyte des cours
d’eau) etc., dont les feuilles sont étalées et bien
développées.
4.2.2 Groupements végétaux aquatiques
La répartition des végétaux dans les écosystèmes aquatiques se fait
en
associations lorsqu’ils présentent sensiblement les mêmes exigences
écologiques.
- Ecosystèmes d’eau courante (fig.3)
La distribution des végétaux se fait longitudinalement selon le
mode
d’écoulement et les variations de certains paramètres corrélés
comme la pente, la
vitesse du courant ou la granulométrie des fonds.
Il existe aussi une zonation transversale des cours d’eau, et les
conditions
d’habitats variant d’une rive à l’autre selon la vitesse de courant
(plus importante au
centre le plus souvent), la hauteur d’eau… Ainsi, la végétation
aquatique va se répartir
différemment en fonction de ces critères (fig.4).
- Ecosystèmes d’eau dormante (fig.5)
Trois zones sont nettement différenciées par la nature et la taille
des
peuplements végétaux. Nous distinguons une zone littorale colonisée
par des
macrophytes disposés en ceintures plus ou moins nettes, pouvant
d’ailleurs se
rejoindre dans les étangs peu profonds, une zone pélagique, bien
éclairée, domaine du
phytoplancton et une zone profonde, obscure, où n’existent que des
bactéries et des
champignons et quelques cyanophycées.
Incapables de photosynthèse, ces organismes effectuent leur
métabolisme par
l’oxydation de matières organiques, selon le mécanisme de la
respiration suivant le
schéma :
Beaucoup d’animaux vivent dans l’eau (herbivores : consommateurs
primaires ;
carnivores : consommateurs secondaires ; autres carnivores :
consommateurs tertiaires,
etc.), les plus évolués tels que insectes, oiseaux, mammifères
étant généralement
dépendant du milieu aquatique.
Les animaux benthiques (larves d’insectes en particulier) sont des
bioindicateurs.
Les poissons, les mollusques et les crustacés, peuvent avoir un
rôle économique
important (pêche).
Ce sont des organismes unicellulaires eucaryotes qui ingèrent, soit
des bactéries,
soit directement de la matière organique.
Les protozoaires se trouvent essentiellement dans les eaux marines,
où ils
forment une part importante du plancton et dans les eaux douces,
spécialement dans
les eaux riches en matières organiques.
Parmi ces êtres vivants nous distinguons (fig.6):
Flagellés
Ce sont les premiers à apparaître après les bactéries pendant la
décomposition
des matières organiques. Il existe des flagellés tels que par
exemple, Bodo présent dans
les boues activées, et Giardia de plus en plus rencontré dans les
pays industrialisés, y
compris en réseau de distribution. On estime à plus de 500 000 cas
de giardase
(diarrhée aiguës) dans le monde (Gaujous, 1995).
Ils peuvent se déplacer grâce à un ou plusieurs flagelles en
mouvement
spiralés ou ondulés. Ils sont en général de petite taille
(inférieur à 20 μ) et peuvent
former des colonies de plusieurs milliers d’individus (ex :
Uroglena volvox) (Duchêne
et Camus, 1994).
Rhizopodes
Parmi ceux-ci, les amibes capables de déformer leur corps en
formant des
pseudopodes qui leur servent de locomotion et de prédation.
Deux genres sont particulièrement importants : les genres Naegleria
et
Acanthamoeba qui peuvent être retrouvés dans tous les milieux
(Pussard et al., 1980 ;
Simitzis- Le Flohic, 1984).
méningites ; Entamoeba de dysenteries tropicales avec complications
hépatiques, etc.
(Gaujous, 1995).
Ciliés
Ils possèdent une ciliature qu’ils utilisent, au moins dans un de
leur stade de
vie pour se déplacer et véhiculer la nourriture vers une structure
buccale (entonnoir
buccal …).
Ils sont souvent présents dans les eaux stagnantes (espèces
saprophiles) et en
épuration. Ils regroupent les euciliés (holotriches : Paramecium ;
hypotriches :
Apidisca ; péritriches : Vorticella) et les tentaculifères
(Acineta).
Ils jouent un rôle important dans l’épuration biologique.
5.1.1 Ecologie des protozoaires
La présence des protozoaires dans les eaux courantes naturelles est
faible et les
espèces sont rares. La nourriture représente le facteur écologique
le plus important
dans la répartition de ces organismes.
Lorsqu’il y a une multiplication de la flore bactérienne engendrée
par une
pollution organique, on trouve des protozoaires périphytiques ou
benthiques dans le
plancton. Le développement de certaines espèces comme Didinium
nasutum est inhibé
par excès d’ammoniaque, d’hydrogène sulfuré, voire par insuffisance
de
concentrations d’oxygène dissous. Chez les protozoaires
bactériophages le minimum
de densité de bactéries nécessaires à leur survie est souvent de
l’ordre de 10 4 à 10
7 par
Le zooplancton constitue l’ensemble des animaux microscopiques
vivant en
pleine eau et dont la nage ne permet pas de s’opposer aux
mouvements de courants,
(Dussart, 1966).
L’essentiel du zooplancton est formé par trois groupes essentiels :
les Copépodes,
les Cladocères (Crustacés) et les Rotifères (fig.7). Il existe
d’autres organismes qui
font partie du zooplancton tels que : les larves de Diptère
Chaoborus épisodiquement
planctoniques, les protozoaires (ciliés testacés), etc.
Copépodes
Leur taille est comprise entre 0,5 et 3,5 mm (Duchêne et Camus,
1994). Ils
sont abondants dans le plancton marin (Calanus) et d’eau douce
(Cyclops) (Gaujous,
1995).
Cladocères
Ils sont très importants dans le plancton d’eau douce.
Les plus abondants appartiennent au genre Daphnia. Prédateurs
du
phytoplancton, ils peuvent l’être aussi des coliformes des
défécations (Gaujous, 1995).
Daphnia est un cladocère utilisé pour les tests de toxicité
(Gaujous, 1995).
Rotifères
Ils sont caractérisés par une taille allant de 0,1 à 1 mm (ex.
Brachionus), un
appareil rotateur ciliaire et un organe masticateur (Fuller et al.,
1977 ; Gamon et
Stemberger, 1978 ; Hutchinson, 1967 ; Patalas et Patalas, 1966 ;
Sladecek, 1983).
Ce sont des organismes dominants dans le plancton d’eau douce. Ils
se
nourrissent de bactéries, de protozoaires et d’algues.
Certaines espèces algivores suivent l’apparition des fleurs d’eau
(Hayane,
1996).
5.2.1 Répartition
Pour certaines espèces le développement s’effectue dans la zone
benthique
(Chaoborus, Cyclops strenuus). Lorsque la densité des individus
s’accroît (Bosmina
longirostris), certaines espèces ont tendance à coloniser la zone
littorale (Pourriot,
1982). Les peuplements zooplanctoniques des zones littorales sont
le plus souvent plus
abondants et plus diversifiés que ceux de la zone pélagique.
La qualité et la disponibilité des ressources nutritives ont une
influence sur la
composition des peuplements zooplanctoniques. La densité des
peuplements est liée à
la productivité du milieu et varie de quelques individus par litre
d’eau dans des lacs
oligotrophes, à plusieurs dizaines de milliers dans les lagunes
d’épuration (Pizay-
Parenty, 1985 ; Cemagref, 1985).
Des facteurs tels que la luminosité par exemple, l’environnement
physico-chimique et
les comportements nutritionnels jouent un rôle dans les mouvements
du planton
animal (migrations verticales nycthémérales). Pour la luminosité
par exemple,
la plupart des organismes se maintiennent en profondeur pendant le
jour et migrent
vers la surface durant la nuit (Duchêne et Camus, 1994).
5.3 Métazoaires
Ce sont des animaux pluricellulaires. Le passage de l’état
unicellulaire à l’état
pluricellulaire est une étape importante de l’évolution des
espèces. L’état
pluricellulaire permet à l’animal de croître. Il permet aussi la
formation d’ensembles
de cellules spécialisées en organes ayant chacun une fonction
déterminée.
Ces organismes sont très variés et peuplent différents milieux
aquatiques (milieux
marins, eaux douces…) et terrestres.
Annélides
Les annélides (vers annelés) occupent une place importante parmi
les espèces
peuplant les fonds meubles (sable et vase) en eau douce et en eau
marine, exemple:
- Les achètes tels que les sangsues sont fréquentes dans les
eaux
stagnantes.
Elles sont prises en compte dans le calcul des indices
biotiques.
- Les oligochètes sont fréquents en eau douce et peuvent servir
de
bioindicateurs (Gaujous, 1995).
Mollusques
Ce sont des invertébrés dont l’embranchement qui se situe entre les
annélides
et les arthropodes (crustacés, insectes), se subdivise en deux
sous-embranchements :
les aculifères dépourvus de coquilles qui sont des organismes
primitifs principalement
marins, et les conchifères qui possèdent une coquille calcaire
secrétée par le manteau
et un pied locomoteur. Ce sous-embranchement comprend deux classes
uniquement
sur cinq (Lamellibranches ou Bivalves, et Gastéropodes),
représentées dans les eaux
douces, où une centaine d’espèces ont été répertoriées en France
(Faessel et al., 1994).
- Lamellibranches
Ce sont des organismes filtreurs : Ils peuvent filtrer de grandes
quantités
d’eau (ex.: Unionidae 300 ml/ind./h). Ils peuvent concentrer de
nombreuses
substances : métaux lourds, pesticides, radionucléides…qui seront
ensuite éliminées à
la surface du sédiment. Ces organismes jouent un rôle important
dans les phénomènes
de sédimentation et d’épuration des eaux (De Bruin et David, 1970 ;
Stanczy-Kowska
et al., 1975, 1976). Ils peuvent également concentrer des bactéries
et présenter
occasionnellement un risque à la consommation (Gaujous,
1995).
Les Lamellibranches sont de bon bioindicateurs de pollution des
écosystèmes
limniques ou marins (Ramade, 1998).
Parmi les exemples de lamellibranches : nous citerons Dressenia
polymorpha,
la moule d’eau douce qui a envahi la France au XIX siècle (fig.8 ;
Gaujous, 1995).
- Gastéropodes (escargots)
Ces organismes en général benthiques, sont bien représentés en eau
douce.
Dans les rivières, Limnea est fréquent dans les eaux propres.
Certaines
espèces telles que les planorbes : mollusques gastéropodes vivant
dans les eaux douces
et calmes sont des hôtes de parasites (fig.9).
o Données biologiques et écologiques
Chez de nombreux mollusques le cycle annuel semble être la
règle.
Cependant, la durée du cycle de développement dépendant des
facteurs de
l’environnement tels que la température, les conditions trophiques
…, chez les
Gastéropodes et les Sphaeridae, peut pour certaines générations,
être plus courte
(quelques mois), ou plus longue (deux à trois années), formant
ainsi pour ces
organismes un véritable moyen d’adaptation au milieu (Hunter, 1961
; Meier- Brook,
1970 ; Calow, 1978).
Souvent les Gastéropodes ne vivent pas plus d’une année, parfois
même
seulement quelques mois. Par contre, chez les Bivalves, la
longévité est généralement
plus grande. Elle atteint 1 à 4 années chez les Sphaeridae, 5 à 10
ans chez les
Dreissenidae, 10 à 30 chez les Unionidae et peut même dépasser 1000
ans chez les
Margaritiferidae (Hendelberg, 1960).
Le caractère euryèce général des Mollusques (Mouthon, 1981b),
montre
qu’ils existent à toute les altitudes et dans des écosystèmes aussi
variés que les cours
d’eau, les lacs, les étangs, les zones estuariennes, etc. (Faessel
et al., 1994).
Insectes
La classe des insectes constitue une partie importante de
l’embranchement
des Arthropodes qui se caractérisent par un tégument rigide
chitinisé, et un corps
segmenté et articulé. Un insecte est donc un arthropode aérien
respirant à l’aide de
trachées. Son corps est formé d’une tête portant une paire
d’antennes, d’un thorax
formé de 3 segments portant une paire de pattes (Hexapodes) et
généralement 2 paires
d’ailes et d’un abdomen segmenté (Faessel et al., 1994).
Les insectes sont très importants en eau douce, surtout par la
présence des
larves aquatiques. Les larves aquatiques, benthiques, sont
utilisées pour le calcul
d’indices biotiques. On rencontre, du plus ou moins sensible à la
pollution (Gaujous,
1995 ; fig.10) : les plécoptères (perles ou mouches de pierre), les
trichoptères
(phryganes…), les espèces à fourreau étant les plus sensibles, les
éphéméroptères, les
odonatoptères (libellules, demoiselles), les coléoptères, dont
certains adultes restent
aquatiques (dytiques, hydrophiles, gyrins), les mégaloptères dont
Sialis, les
hémiptères, dont les adultes vivent sur la surface et se
rencontrent en eau douce et en
mer, les diptères (mouches, moustiques…) et en particulier les
simulies, vivant fixées
sur les pierres des rivières rapides, et les chironomes vivant dans
les eaux abondantes
en matières organiques.
o Répartition des larves d’insectes
L’habitat des larves d’insectes dépend de facteurs qui sont
principalement la
nature et la dimension des éléments formant le substrat, la vitesse
d’écoulement, qui
est elle-même fonction de la pente et du débit, la température et
la composition
chimique de l’eau (Faessel et al., 1994).
Parmi, ces larves, nous citons deux exemples :
Plécoptères
Ce sont des organismes fréquemment rencontrés dans les eaux
courantes
et froides, occupant comme habitat de choix les pierres tel que
Setipalpia. Les larves
des Taeniopteryx, d’Isoperla, etc. se fixent en abondance dans les
mousses. Les amas
de feuilles mortes abritent des peuplements importants de
Nemouridae.
Coléoptères
Les Coléoptères colonisent tous les biotopes aquatiques. La plupart
des
familles ont un représentant dans tous les faciès, et leur habitat
peut changer en
fonction du stade de développement. Ainsi Orechtochilus est
rhéophile à l’état
larvaire, alors que l’adulte recherche les zones calmes (Richoux,
1982). Les Elmidae et
les Hydraenidae vivent principalement dans les zones de courant
relativement fort où
leurs griffes puissantes leur permettent de s’accrocher aux
pierres. Leur répartition et
leur densité dépendent de la végétation et de la nature du
substrat. La densité des
Elmidae, qui vivent sur les pierres, augmente proportionnellement à
l’importance de la
couverture bryophytique et à l’encroûtement du substrat. Elle
diminue de beaucoup si
les pierres sont lisses et/ou la couverture végétale est absente
(Faessel et al., 1994).
5.4 Poissons
Ce sont des animaux vertébrés aquatiques possédant des nageoires et
respirant
par des branchies.
En général, le groupe des poissons est divisé en deux ensembles :
les agnathes, ou
poisson sans mâchoires (lamproies et myxines) et les gnathostomes,
qui comprennent
tous les autres poissons, pourvus de mâchoires. Parmi les
gnathostomes il y a les
poissons cartilagineux (raies, requins et chimères) et les poissons
osseux (cœlacanthes,
dipneustes, téléostéens : poisson rouge, sardine, murènes ou
hippocampes).
5.4.1 Poissons d’eau douce
Les deux familles qui dominent sont les salmonidés et les
cyprinidés.
Les eaux courantes propres et vives sont caractérisées par la
présence des
salmonidés (truites, ombles, ombres), tandis que les eaux plus
calmes hébergent les
cyprinidés (barbeaux, brèmes, carpes).
Selon Huet 1949, la zonation longitudinale des cours d’eau définit
4 zones
piscicoles en fonction de la pente et de la largeur des cours d’eau
(fig.11). En effet, on
distingue, de l’amont vers l’aval (Ramade, 2003):
Le crénon et la partie moyenne et supérieure du rhithron qui
constituent
la région salmonicole des cours d’eau. C’est le domaine des
salmonidés (zone à truites
et zone à ombres) qui exigent des eaux fraîches et bien oxygénées.
Une partie
importante de leur nourriture provient des insectes tombés à
l’eau.
Le potamon où se trouvent de nombreuses espèces de cyprinidés,
famille
dominante des biocœnoses limniques dans les pays tempérés, des
ésocidés, cobitidés,
siluridés, etc. Il correspond de ce fait à la région cyprinicole
(zone à barbeaux et zone à
brèmes). Ces différents groupes taxonomiques sont plus tolérants à
la charge des eaux
en matières organiques et à leurs variations en oxygène.
Enfin, les estuaires ou les deltas qui constituent l’écotone entre
les
écosystèmes lotiques et marins, où se trouvent en plus des
migrateurs (ex. : aloses,
lamproies) différentes espèces de poissons euryhalins telles que
les pleuronectes (flets,
plie), les mugilidés, l’éperlan de la famille des osmeridés, les
gobiidés, les cottidés, qui
peuvent vivre indifféremment dans des eaux saumâtres ou
marines.
Différentes classifications mettent en évidence une succession
d’espèces de
l’amont vers l’aval des cours d’eau (Gaujous, 1995).
Les zones dominantes retenues sont les suivantes:
Zone à truites (fig.12)
Il existe, les truites, dont Salmo trutta fario et Oncorchyncus
mykiss, la
truite importée des Etats-Unis en France et qui supporte mieux la
pisciculture, le
chabot benthique de la famille des cottidés (Cottus gobio), le
vairon de petite taille de
la famille des cyprinidés (Phoxinus phoxinus), etc.
Zone à ombres (fig.13)
Dans cette zone, il y a l’ombre, Thymallus thymallus, qui est
microphage
et très sensible à la pollution et aux barrages. Le goujon (Gobio
gobio) est un poisson
comestible de la famille des cyprinidés. La vandoise (Leuciscus
leuciscus) est
omnivore jeune puis prédateur à l’âge adulte, etc.
Zone à barbeaux (fig.14)
Elle est caractérisée par la présence du barbeau commun (Barbus
barbus)
présent dans le nord de la France, qui fait jusqu’à 10 kg. Le
barbeau méditerranéen,
(Barbus méridionalis) est plus petit. Le brochet (Esox lucius) de
la famille des
ésocidés est un prédateur. C’est un poisson sensible à la pollution
et à la régularisation
des cours d’eau, etc.
Zone à brèmes (fig.15):
Dans cette zone, il existe la brème (Abramis brama) dont les états
bruyants
sont caractéristiques. Dans cette zone, nous citons également
:
- la tanche (Tinca tinca) de la famille des cyprinidés qui atteint
70 cm;
- le gardon (Rutilus rutilus) de la famille des cyprinidés qui fait
de 15 à
30 cm;
- la grémille (Acerina cernua) , petite perche de la famille des
percidés;
- le sandre (Lucioperca lucioperca) de la famille des percidés,
prédateur
mois sensible que le brochet;
- le silure (Silurus glanis) de la famille des siluridés, sorte de
poisson-
chat, benthique, qui atteint 3 à 4 m.
Conclusion
La structure et la composition de la biocénose diffèrent selon les
biotopes. Cette
biocénose est caractérisée par une biodiversité importante et
variée, représentée par les
bactéries, les végétaux microscopiques (phytoplancton) ou de plus
grande taille
(macrophytes), les animaux unicellulaires (protozoaires), les
invertébrés (rotifères,
vers, insectes à l’état larvaire ou adulte, mollusques,
microcrustacés du zooplancton et
du benthos, etc.) et les vertébrés (reptiles, batraciens,
poissons). D’autres espèces
interviennent dans le fonctionnement de l’écosystème aquatique, en
s’y nourrissant et
en y éliminant leurs excréments tels que les oiseaux.
Les organismes vivants sont capables de se développer dans
l’ensemble du milieu
aquatique en fonction de leurs exigences (lumière pour la
photosynthèse, besoins
respiratoires, ressources alimentaires), si les conditions sont
favorables.
Les organismes occupent de préférence la zone benthique, dans les
torrents et les
rivières, en s’accrochant à un support dans les zones d’eau vive,
où en se mettant à
l’abri du courant dans la couche limite. Cependant, dans un milieu
stagnant, les
végétaux et les animaux colonisent à la fois la zone littorale, la
pleine eau (plancton) et
les sédiments (benthos) (Balvay et al., 1999).
L’importance et la composition des groupements diffèrent selon la
nature des
milieux, par exemple, la végétation littorale généralement peu
développée dans les
lacs, croît d’avantage dans les étangs et atteint son développement
maximum dans les
marais et les tourbières. Le plancton, pratiquement absent dans les
cours d’eau rapides,
ne se développe que dans les eaux stagnantes ou les cours d’eau
lents. Il regroupe
l’ensemble des organismes animaux et végétaux de très petite
taille. Ces végétaux et
animaux planctoniques dont la densité est voisine de celle de
l’eau, flottent presque en
état d’apesanteur (Balvay et al., 1999).
Il est nécessaire de préserver cette biodiversité. S’il y a
pollution, l’équilibre est
rompu. C’est ce que nous avons défini dans le chapitre
suivant.
CHAPITRE 2:
POLLUTION DES EAUX
La pollution résulte de l’ajout, dans un écosystème, d’une
substance qui
perturbe l’équilibre.
S’agissant des eaux, la pollution se caractérise par des
déversements,
écoulements, rejets, dépôts directs ou indirects de matières de
toute nature et, plus
généralement tout phénomène susceptible de provoquer ou d’accroître
la dégradation
des eaux en modifiant leurs caractéristiques physiques, chimiques,
biologiques qu’il
s’agisse d’eaux superficielles, souterraines ou des eaux de mer
(Faurie et al., 2003).
La pollution des eaux est certainement l’un des aspects les plus
préoccupants de
la détérioration de l’environnement par l’action de l’homme
contemporain. La crise
de l’eau sévit, déjà depuis longtemps car la contamination des eaux
continentales et
océaniques exerce ces méfaits de façon accrue, depuis parfois plus
d’un siècle à une
échelle globale. Elle affecte aussi bien les pays industrialisés
que les pays en voie de
développement. Dans ces derniers en plus de la pollution chronique
des eaux
continentales, le manque d’eau dans ceux à climat aride limite la
production agricole
(Falkenmark et al., Postel, 2001).
La pollution des milieux aquatiques par des substances introduites
par
l’Homme, volontairement ou non, a des conséquences néfastes telles
que
l’accroissement de la mortalité de certaines espèces, l’altération
de leur capacité
physiologiques, la dégradation de la qualité de l’eau rendue
impropre à certains
usages, les risques majeurs pour la santé humaine, etc. Depuis le
XIX e les cours d’eau
ont servi à accumuler et à évacuer les eaux usées et les déchets,
et la pollution a connu
différentes phases : pollutions fécales et organiques d’abord, puis
phénomènes de
salinisation et pollutions métalliques. L’eutrophisation des
milieux aquatiques liée à
des apports excessifs de sels nutritifs date de la seconde guerre
mondiale, ainsi que les
rejets radioactifs (Lévêque, 1996).
Cependant, la pollution des cours d’eau dans les régions tempérées
et
industrialisées a pris une ampleur nouvelle et inquiétante dans la
seconde moitié du
XX e siècle, avec l’apparition des pesticides, les rejets d’origine
industrielle ou urbaine
qui vinrent saturer les capacités d’autoépuration des eaux
(Fig.16).
Les principaux types de pollution peuvent être répartis en trois
grandes
catégories : pollutions physiques, chimiques et biologiques.
1. Types de pollution des eaux
1.1 Pollution physique
1.1.1 Pollution thermique
La pollution thermique des eaux est due au rejet d’eaux chaudes par
les
circuits de refroidissement des centrales électriques et d’autres
installations
industrielles.
Une hausse ou une baisse des températures peut sévèrement affecter
la qualité
de l’eau et la vie aquatique. Les températures de l’eau sont
généralement beaucoup
plus stables que celles de l’air. Les organismes aquatiques ne
peuvent donc s’adapter à
des changements rapides de température.
En générale, la biodiversité des écosystèmes aquatiques diminue
énormément
avec la pollution thermique. Les cours d’eau y sont
particulièrement sensibles par suite
du volume relativement faible des masses d’eau dans lesquelles
s’effectue le rejet des
calories excédentaires. Le nombre d’espèces de Diatomées d’un
fleuve est divisé par
2,5 lorsque la température augmente de 10°C. De plus, une hausse de
la température
moyenne d’un cours d’eau, entraîne une modification dans la
phytocœnose. Les
Diatomées sont remplacées par les algues vertes au dessus de 25°C,
puis les
Cyanophycées s’y substituent au-delà de 32°C (Ramade,
1998-2000).
Une élévation de température, déclenche la ponte chez beaucoup de
poissons,
alors qu’elle est inhibée chez d’autres. Par exemple, la truite de
lac ne peut se
reproduire au-dessus de 10°C (Enger et Smith, 2000).
Une autre conséquence de cette pollution, se traduit par une
activité
bactérienne plus intense et donc une forte consommation d’oxygène
qui en périodes
très chaudes, provoque une mort des poissons par asphyxie.
1.1.2 Pollution radioactive
La radioactivité a pour origine la transformation d’un corps simple
en un autre
avec émission d’un rayonnement (tabl.1). Différents types de
rayonnements sont émis
par la croûte terrestre, notamment des rayons γ. A ces radiations,
s’ajoutent celles
d’origine cosmique (rayonnement de haute énergie d'origine solaire,
galactique ou
extragalactique, produisant des phénomènes d'ionisation dans la
haute atmosphère).
Dans les conditions naturelles, les êtres vivants sont soumis à
différentes sources
d’irradiation externe. Ils peuvent même absorber des radionucléides
naturels tels que le
potassium 40
K et le carbone 14
C, que l’on trouve dans le sol ou l’eau, et se trouver alors
exposés à une irradiation interne (Barbault, 2003).
Ces diverses radiations, en général faibles, exercent un effet
ionisant, qui
quand il se produit dans des cellules vivantes, entraîne des
transformations de la
structure des molécules suivies d’effets somatiques ou génétiques,
que le
développement de l’énergie nucléaire, à des fins militaires ou
industrielles, augmente
énormément. Ces radiations sont de trois types : les rayons γ,
constitués par des ondes
électromagnétiques de très haute fréquence, très pénétrants ; les
rayons β, composés
d’électrons dont la vitesse est proche de la lumière, qui peuvent
traverser les tissus
vivants sur plusieurs cm ; les rayons α, noyaux d’hélium, très peu
pénétrants puisque
les couches superficielles de la peau suffisent à les
arrêter.
Les radio-isotopes peuvent provenir des retombées radioactives,
qui
consistent surtout en produits de fission, le strontium 90
Sr et le césium 137
Cs. Ces
retombées sont plus abondantes à proximité des explosions
nucléaires, mais se
répartissent irrégulièrement et dépendent de la pluviosité (Ramade,
2005).
Chez les plantes, la liaison entre la dimension des chromosomes et
la
sensibilité des plantes aux irradiations, montre que les espèces à
gros chromosomes
sont tuées par une dose aiguë inférieure à 1000 rads, alors que la
dose létale pour les
espèces à petits chromosomes peut être supérieure à 50 000 rads.
Ceci montre que les
rayonnements ionisants interviennent sur la division cellulaire et
sur les synthèses
protéiques (Lemée, 1978).
Chez les bactéries, les doses mortelles sont comprises entre 20 000
et un million
de rads. Ce sont les organismes les plus résistants aux
radio-isotopes (Lemée, 1978).
Tableau 1 : Principaux radio-isotopes d’importance écologique
(Ramade, 2000).
Radio-isotope Période (*) Radiations émises (**)
Carbone ( 14
Phosphore ( 32
Fer ( 59
I) 8 jours ++ ++
B. Produits de fission et autres radio-isotopes libérés par
l’industrie nucléaire
Strontium ( 90
Argon ( 41
Xe) 5 jours +++
(*) On appelle période d’un radio-isotope le temps au bout duquel
sa masse aura diminué de moitié.
(**) + Énergie 0.2 MeV
+++ Énergie supérieure à 3 MeV
MeV : Symbole de mégaélectronvolt (un million d'électronvolts),
unité pratique d'énergie utilisée en
physique des particules.
1.2 Pollution chimique
1.2.1 Pollution par des micropolluants
Les micropolluants, représentés par les métaux lourds, les
pesticides et les
détergents sont des substances toxiques à très faible teneur dans
l’eau, de l’ordre du
microgramme (millionième de gramme), voire du nanogramme
(milliardième de
gramme) par litre (Castany, 1998).
Les cours d’eau sont contaminés par ces éléments directement, ou
par des eaux
de ruissellement ou par des retombées atmosphériques. Ils sont
difficiles à détecter à
cause de leurs très faibles concentrations.
Pollution par les métaux lourds
Les métaux lourds sont en générale subdivisés en deux familles
(Lévêque,
1996). Il existe les métaux lourds au sens strict, à masse atomique
élevée et à forte
toxicité, qui sont toxique pour l’homme tels que le cadmium, le
mercure et le plomb, et
les métaux à masse atomique moins élevée, qui sont des
oligo-éléments indispensables
au fonctionnement de certaines enzymes nécessaires à l’organisme
(cuivre, zinc,
molybdène, manganèse, cobalt). Ces oligo-éléments deviennent vite
toxiques quand
leur concentration augmente.
Parmi les métaux lourds les plus dangereux, il y a le mercure sous
forme de
composés solubles tels que le méthylmercure, le plomb (saturnisme),
le sélénium,
l’arsenic et le cadmium (dose mortelle pour l’homme : 2g) (Castany,
1998).
o Plomb
Il représente 0,014 % de la masse de la croûte terrestre. Il est
présent dans
l’eau de mer essentiellement sous forme de carbonates (PbCO3 : 40 à
80%) ou de
chlorures (PbCl2 :1 à 40 %) et PbCl + (2 à 19 %) (in Nehar,
2006).
L’empoisonnement au plomb est connu depuis le temps des romains.
Chez
l’Homme, l’ingestion régulière de doses de plomb (plus de 1 mg/j)
entraîne le
saturnisme qui s’accompagne de troubles intestinaux. L’eau de
boisson ne doit pas
contenir plus de 0,1 mg/l de plomb (Degrément, 1972).
Le saturnisme dû à la contamination des écosystèmes limniques par
les
plombs de chasse menace de nombreuses espèces essentiellement des
oiseaux d’eau
dont beaucoup sont rares ou en danger. Aux USA, à la fin des années
1980, 20 % des
individus du rare Cygne trompette (Cygnus buccinator) trouvés mort
étaient victimes
de saturnisme (Blus et al., 1989).
o Mercure
Le mercure représente un cas inquiétant de contamination des
eaux
continentales ou littorales. Dans les années 1970, de nombreux lacs
et rivières de
Scandinavie ont été pollués par les rejets de fongicides
organomercuriels par des
papeteries. La pêche a donc été interdite dans les lacs de 80
districts suédois (Ramade,
2000).
Le mercure présente un phénomène de bioamplification constant dans
les
réseaux trophiques des biotopes terrestres et aquatiques. Il est
absorbé sans limitation
par les êtres vivants, à cause de l’absence de régulation
biologique. De plus, les
animaux ont des difficultés à l’éliminer de leur organisme. Ce qui
explique que de
fortes concentrations soient atteintes (Ramade, 2005 ; fig.17).
Dans les lacs suédois, on
a trouvé une teneur de l’ordre de 0,1 ppb de CH3Hg + qui passait de
10 – 100 ppb dans
le phytoplancton, pour arriver à 1 à 10 ppm dans la chair du
brochet, qui est
l’extrémité de la chaîne trophique (Lemée, 1978 ; fig.17). Chez les
consommateurs de
poissons d’eau douce en Suède, des altérations de chromosomes ont
été observées
(Touchart, 2003).
En 1956, dans la baie de Minamata au Japon, plus de 1400 personnes
sont
décédés et des milliers d’autres ont été gravement intoxiqués
(Ferrari, 2004). Ce-ci est
du à la consommation de poissons contaminés par du mercure
provenant d’effluents
industriels (150 tonnes de mercure déversés au cours des années
1950-1960). La
concentration du mercure était 500 000 fois supérieure dans les
poissons par rapport
aux eaux de la baie (Lévêque, 1996).
En cas de contamination ou d’accidents ponctuels, le mercure se
transformant
en méthylmercure hautement toxique, franchit facilement la barrière
intestinale pour se
concentrer dans les hématies, le cerveau, le rein et le foie.
Lorsqu’il est accumulé par
des poissons, mollusques et crustacés, il peut déclencher chez le
consommateur de ces
organismes contaminés des intoxications alimentaires très graves et
irréversibles:
encéphalopathie entraînant des troubles locomoteurs et sensoriels,
cécité, surdité,
malformations fœtales (Vilaginès, 2003).
Le mercure et ses dérivés mercuriels ont un mécanisme d’action
toxique mal
connu. Cependant, cet élément est capable de changer la structure
et l’activité
fonctionnelle des protéines et des acides nucléiques (Vilaginès,
2003).
D’après Defranceschi (1996), la toxicité élevée du mercure est liée
à son
aptitude à se lier avec le soufre (l’état natif du mercure est
d’ailleurs le sulfure de
mercure). Lorsque le mercure est ingéré par les organismes vivants,
il se lie
naturellement au soufre des molécules présentes. Il peut alors
bloquer un site actif,
comme par exemple celui de la vitamine B12.
Les principales sources de pollution par le mercure proviennent des
usages
industriels, comme les pesticides, et également les combustions du
charbon et du
pétrole. A l’échelle globale, l’usage des combustions fossiles est
évalué à un minimum
de 4000 t/an de mercure dans l’atmosphère (Ramade, 2005). Le
mercure est utilisé
dans la production du chlore qui rejette 0,2 kg Hg/tonne de chlore
produit. Il est
également utilisé dans la production de la soude caustique. Ces
rejets se retrouvant
dans les effluents industriels et les eaux de ruissellement, sont
entraînés vers les lacs et
le littoral (tabl. 2).
Il est le 65 ème
élément le plus abondant dans la croûte terrestre. A l’état
naturel, il est presque toujours associé à d’autres métaux (zinc et
plomb) (in Nehar,
2006). Le cadmium est un sous-produit de la métallurgie du zinc et
dans une moindre
mesure de celle du plomb. Les minerais de zinc en renferment de 100
à 500 ppm
(Genin et al., 1997).
Cet élément est très utilisé au niveau industriel, en
électronique,
électrotechnique, galvanoplastie, industrie de peintures. Les
composés cadmiés sont
assez peu recyclés (à peine 5 % de la quantité produite). Ils
représentent une source
importante de pollution des eaux et des sols, car la majorité des
usages du cadmium
sont dispersifs. Une importante source de pollution diffuse par le
cadmium résulte de
sa présence à l’état d’impuretés dans des engrais chimiques, les
superphosphates. Ces
derniers renferment de 0,05 à 170 ppm de cadmium selon leur origine
(Genin et al.,
1997).
Normalement, les eaux naturelles ne renferment que quelques μg/l au
plus de
cadmium.
Etant donnée, la toxicité de cet élément et de son évolution mal
connue dans le milieu
aquatique, il est important de faire attention aux contaminations
d’origine industrielle.
Il présente une toxicité aiguë pour les organismes supérieurs et
les algues à partir de
0,1 mg/l. Les bactéries y sont moins sensibles (Gaujous,
1995).
Le cadmium, a provoqué au Japon de nombreux cas d’une maladie
dénommée
« itai-itai » (Vilaginès, 2003). Cette maladie se manifeste par des
troubles
neurologiques et osseux, ainsi que des lésions rénales. Le cadmium
est même
soupçonné d’être cancérigène chez l’Homme (Genin et al.,
1997).
Pollution par les détergents
Les détergents sont formés par des agents de surface (le plus
souvent
anioniques (alkylsulfates, alkylsulfonates…) dont l’action est
complétée par des
adjuvants (polyphosphates, carbonates, silicates) (Angelier, 2000).
Ils sont doués de
propriétés tensioactives grâce auxquelles ils éliminent facilement
les graisses et autres
salissures à la surface de matériaux divers (Ramade, 2000).
Certaines études ont
estimé à plus de 5 g/j la quantité de tensioactif rejeté par
habitant. Ces tensioactifs sont
accompagnés par une quantité équivalente de polyphosphates utilisés
comme agents
anti-calcaires qui à long terme ont des conséquences néfastes sur
le milieu naturel
(eutrophisation) (Bontoux, 1983).
Les détergents synthétiques se sont répandus dans les usages
domestiques à
partir de 1950. Il existe quatre grands groupes : les détergents
anioniques, non
ioniques, cationiques et amphotères selon la partie de la molécule
douée de propriétés
détergentes (Ramade, 2005).
Les polyphosphates participent à la dystrophisation des eaux. Les
agents de
surface limitent la dissolution de l’oxygène à l’interface
eau-atmosphère. Leur toxicité
est faible : 10 mg/l sont nécessaire pour inhiber la flore
bactérienne, 50 mg/l pour
inhiber le phytoplancton (Angelier, 2000).
Tableau 2 : Concentrations de mercure dans des échantillons de
l’environnement
(Harris, 1971)
dans les échantillons
3
Eau :
Sédiments de lac 1 0,06 ppm 0,08-1,800 ppm
Matériels biologiques
Sang humain
0,02 ppm
0,0008 ppm
0,5-17 ppm
0,001-0,013 ppm
1 La concentration du mercure dépend de la teneur de la matière
organique.
Pollution par les pesticides
Les pesticides sont des composés chimiques utilisés pour contrôler
le
développement des organismes vivants, considérés par l’homme, comme
nuisibles
dans les domaines suivants, en agriculture, contre les insectes,
les parasites, les
champignons, les mauvaises herbes et le traitement des locaux ;
dans les industries
(protection de la laine, industrie du papier) ; dans la
construction des bâtiments et les
travaux publics (protection du bois et des matériaux).
Selon les cibles visées, il existe plus de 15 familles de
pesticides, dont les plus
connus sont les insecticides, les acaricides, les nématicides, les
fongicides, les
rodonticides, les herbicides, etc. (Jamet, 1999).
L’usage croissant des pesticides dans divers domaines, s’est
accompagné d’un
développement important du nombre de substances utilisées. Environ,
800 matières
actives sont connues et utilisées aujourd’hui. Elles rentrent dans
la composition de plus
de 7000 préparations commerciales (Boussahel et al., 2003).
Actuellement, en Algérie, environ 400 produits pesticides ont été
autorisés.
Une quarantaine de produits phytosanitaires sont utilisés par les
agriculteurs. Les
pesticides les plus utilisés en Algérie dans le milieu agricole,
sont le probinèbe et le
manèbe (fongicide), le lannate (insecticide), le 2,4 D (herbicide),
etc. (Bouziani,
2006).
La pollution des eaux superficielles peut être due au déversement
accidentel
de produits pesticides dans une rivière, à l’apport par des
effluents urbains ou
industriels (industries textiles, du papier, de la fabrication de
pesticides) ainsi que le
ruissellement des eaux pluviales dans les rues. D’autres sources
sont impliquées telles
que l’introduction directe dans le milieu aquatique des pesticides
provenant du
désherbage de berge ou de campagne de démoustication, et l’apport
par ruissellement
sur les sols à partir des zones de cultures agricoles soumises à
des traitements.
Le premier usage intensif d’un pesticide, le DDT
(dichloro-diphényl-
trichloréthane) remonte à la seconde guerre mondiale pour enrayer
la propagation des
poux, de l’épidémie de typhus, de la malaria, de la fièvre jaune…
Cependant, l’usage
excessif du DDT au début des années cinquante est devenu,
aujourd’hui plus restreint
et parfois même interdit dans certain pays en raison de sa trop
grande persistance, car
il reste actif pendant une dizaine d’années (Defranceschi, 1996).
Au Japon, cette
persistance a été prouvée par le fait qu’en 1990, vingt ans après
son interdiction, le
DDT a été retrouvé dans les lacs (Vernier, 2001).
Un des exemples les plus connus de catastrophes écologiques qu’a
provoqué
l’utilisation d’insecticides persistants est celui du Clear Lake en
Californie. Dans les
années 1950, ce lac a été traité au TDE (tétrachlorophényl éthane)
au moment des
campagnes d’éradication des larves de Chaoborinae. Il y a eu une
forte mortalité dans
la colonie de grèbes occidentaux (Aechmophorus occidentalis) due au
phénomène de
bioamplification de cet insecticide. Ce dernier s’observe dans les
chaînes alimentaires.
Ainsi, dans l’eau la concentration de cet insecticide est de 0,014
ppm. Dans le
phytoplancton, elle est de 5 ppm. Dans le zooplancton, elle n’a pas
été dosée. Dans les
poissons mangeurs de plancton, elle est de 7 à 9 ppm. Dans les
poissons
consommateurs d’autres poissons, elle est de 22 à 25 ppm. Dans le
poisson chat, elle
est de 22 à 221 ppm pour l’ensemble du corps et 1700 à 2375 ppm
pour les graisses
seules. Dans les grèbes trouvés morts, elle arrive jusqu’à 2500 ppm
dans les graisses.
Le facteur de concentration est dans ce cas de 2500/0,014 = 180 000
(Dajoz, 2003).
Chez l’homme, des études épidémiologiques ont montré la présence
d’un lien
entre l’exposition aux insecticides organochlorés et la prévalence
de divers cancers,
principalement, ceux du poumon, du pancréas, ainsi que de lymphomes
et de
leucémies (Vilaginès, 2003).
1.2.2 Pollution par les nitrates et les phosphates
L’agriculture et l’élevage intensifs sont les principaux
responsables de la
pollution des eaux superficielles et des nappes par les nitrates et
les phosphates, par les
apports excessifs d’engrais chimiques tels que le nitrate
d’ammonium, le nitrate de
calcium, les superphosphates…, et les déjections animales. De 1950
à 1989,
l’agriculture mondiale a fait passer sa consommation d’engrais de
14 à 146 millions de
tonnes. A partir de 1990, l’usage des engrais a diminué de façon
régulière (Fig.18).
Les nitrates peuvent provenir des sources diffuses tel que le
lessivage des
engrais des sols, et des sources ponctuelles tels que les rejets
d’effluents d’industries
agro-alimentaires ou chimiques, et les rejets urbains ou
domestiques.
Dans l’eau potable, les nitrates ne doivent pas dépasser les
normes
internationales de 50 mg/l (Vernier, 2001).
Ces trois dernières décennies, ce seuil limite de potabilité, a
souvent été dépassé au
niveau des nappes et rivières constituant les sources principales
de l’alimentation en
eau, dans les zones d’agriculture intensive (Lévêque, 1996).
Les nitrates ont des effets néfastes sur la santé humaine, par le
biais des
nitrites qui transforment l’hémoglobine en méthémoglobine,
incapable de transporter
l’oxygène aux tissus et aux poumons.
Hémoglobine Méthémoglobine
(Fe 2+
) (Fe 3+
)
Cette méthémoglobine est toxique pour les ruminants chez lesquels
la réaction se
déroule dans le rumen, et pour les nourrissons (3 à 6 mois) qui
n’ont pas les mêmes
actions de régulation vis-à-vis des nitrites que les adultes. Des
eaux très chargées en
nitrates (> 100 mg/l), peuvent entraîner le syndrome des bébés
bleus. Il y a eu 2000 cas
avec une mortalité de 7 à 8 % qui ont été recensés, en 25 ans au
niveau mondial
(Robert, 1996). Les nitrites dans l’organisme ou hors de
l’organisme, dans les aliments
par exemples, peuvent se combiner avec certaines amines ou amides
et former des
composés « N-nitroso », nitrosamines ou nitrosamides qui sont
cancérigènes
(Vilaginès, 2003).
Les nitrates avec les phosphates peuvent entraîner un déséquilibre
biologique
des hydrosystèmes, par le phénomène d’eutrophisation. Les
principaux responsables
de l’eutrophisation en France et dans le monde sont les phosphates.
Ces derniers ont
pour origines, les sources agricoles et industrielles, les
déjections humaines et les
détergents de lessives phosphatées.
Dans les grandes rivières, l’eutrophisation est accentuée par la
construction de
barrages ou d’écluses qui ralentissent le courant, ce qui favorise
l’accroissement du
phytoplancton. Des concentrations élevées en chlorophylle ont été
observées ainsi
dans la Loire et le Rhin en France (Lévêque, 1996).
Le phénomène d’eutrophisation accéléré ou dystrophisation d’un lac,
passe
par plusieurs étapes (Fig. 19). La première étape comprend un
accroissement de la
concentration des eaux en sels minéraux nutritifs (Fig. 19, A). Ce
qui représente l’effet
NO2 -
direct de leur pollution, mais causé aussi par la biodégradation
des matières organiques
fermentescibles rejetées par les effluents urbains dans le
lac.
L’apport d’éléments nutritifs va conduire à une multiplication
massive des
algues (2 e stade) (Fig. 19, B). il y a apparition d’une DBO dite
primaire résultant de la
consommation des matières organiques fermentescibles (MOF) par les
bactéries
aérobies présentes dans les eaux lacustres. La charge de pollution
d’une eau par les
MOF s’évalue par la demande biologique d’oxygène en 5 jours (DBO5).
C’est la
quantité d’oxygène nécessaire aux microorganismes pour oxyder la
matière organique
d’un volume déterminé d’eau placé à l’obscurité et à 20 °C pendant
5 jours (Dajoz,
2003).
Au 3 e stade, il va se produire une baisse de la teneur en oxygène
dissous dans
les eaux profondes (DBO secondaire) due à la décomposition aérobie
de la matière
organique correspondant à la biomasse algale morte qui va se
déposer à la surface des
sédiments (3 e stade, Fig. 19, C).
Une oxycline (chimiocline) va apparaître qui séparera les eaux
superficielles
bien oxygénées des eaux profondes privées d’oxygène dissous et des
sédiments qui
deviennent réducteurs. Il va se produire à terme une disparition de
toute vie animale en
dessous de la zone euphotique à cause de la désoxygénation des
eaux.
A la dernière étape du processus, d