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