II. PROLIFERATION DES ULVES ET RAPPORTS AUX FLUX AZOTES

II . 1 - Le cycle de l'azote

L'atmosphère est la principale source d'azote, sous forme de diazote N2, puisqu'elle en contient 79 % en volume. L'azote a différents cycles :

- Sur Terre: en se propageant dans l'air, il entre en terre pour créer des bactéries fixatrices de diazote qui est ainsi transformé en ammoniac NH4+ par une réaction d'ammonification; l'ammoniac est par la suite, utilisé par les végétaux et animaux lors de leur alimentation qui le rejettent ensuite par leurs détritus organiques puis, grâce à la nitrification, est transformé en nitrate NO2- par une réaction de nitrification. Ces nitrates sortiront de terre et grâce à la dénitrification, se transformeront en diazote. Les activités humaines elles aussi créent de l'azote par les rejets de gaz.
-Dans la mer: le diazote passant dans la mer se fixe, se nitrifie (créé ainsi des nitrates NO3-) dans l'eau puis en resort dénitrifié pour redevenir du diazote.
C'est ainsi que nous pouvons en conclure que le diazote est l'un des principaux facteurs de formation des nitrates par le processus de nitrification.



II . 2 - Expérience :

Objectif de l’expérience :
Nous avons étudié la prolifération de l’algue en créant de l’eau de mer à l’aide d’une solution d’eau de mer artificielle et en faisant varier les taux de nitrate de calcium ainsi que de nitrate de potassium, le but étant de voir si les concentrations en nitrate de chacune des solutions accélèrent ou n’ont aucun effet sur la prolifération de l’algue. Par faute de moyen, nous utilisons une algue différente de la ulva lactuca mais dont les besoins nutritifs sont les mêmes.
Matériel utilisé :
- algue colerpa taxifolia (algue d’eau de mer)
- eau distillée
- une cuillère
- 6 béchers (500mL)
- sel de mer synthétique
- nitrate de calcium
- nitrate de potassium
- une balance

Manipulation :
-Nous commençons par remplir les 6 béchers par 500mL d’eau distillée.
-Nous ajoutons 5 g de sel de mer synthétique dans chacun des béchers afin de recréer de l’eau de mer.
-Nous introduisons du nitrate de calcium avec des concentrations différentes:
dans le premier bécher (S1) c=0,0 g/L,
dans le deuxième bécher (S2) , c=0,2g/L ,
dans le troisième (S3), c=0 ,4g/L,
dans le quatrième (S4) c=0,6g/L ,
dans le cinquième c=0,8g/L (S5) et
dans le sixième (S6) c=1g/L.

- Puis nous ajoutons du nitrate de potassium dans chaque solution à des concentrations différentes dans :
S1, c= 0,00g/L
S2 c= 0,05g/L
S3 c= 0,10g/L
S4 c= 0,15g/L
S5 c= 0,20g/L
S6 c= 0,25g/L.

Les solutions terminées, nous coupons l’algue en 6morceaux de masses respectives m1=O,4g, m2=0,6g, m3= 0,9g, m4=1,5g, m5=1,6g et m6=2 ;5g et nous plaçons un morceau dans chaque bécher, le morceau avec la plus petite masse dans le bécher avec une concentration en nitrate nulle, et dans l’ordre croissant en fonction des concentrations.
Observations :
Après 5 jours d’attente, elles avaient perdus toute leur matière, et leur couleur verte. En essayant de les attraper, elles se décomposaient.

Interprétation :
En effet, le sel de mer synthétique, le nitrate de calcium et le nitrate de potassium étant de masse conséquente, se sont au départ mélangés avec l’eau distillée puis se sont déposés dans le fond de chaque bécher, ce qui a tué les algues. Dans l’eau de mer, l’algue est confrontée à un milieu agité où le sel et les nitrates sont en mouvement et non au fond d’un bécher comme ici.



II . 3 - Etude dans une baie de Bretagne


Objectif : A partir de l’étude d’IFREMER*, mettre en relation les volumes ou biomasses d’ulves et les flux azotés relevés dans une baie de Bretagne puis trouver la courbe représentant l’évolution du volume d’ulves observées en fonction des flux azotés et la courbe représentant la biomasse d’ulves ramassées en fonction des flux azotés.

- *L’IFREMER est l’Institut Français de Recherche pour l’Exploitation de la Mer. Ils sont un des rares instituts à s’être intéressé de près au problème des algues vertes en Bretagne dès les années 1990 et ont réalisé plusieurs études en Bretagne, notamment « Biomasses d’ulves et flux de nutriment en baie de Douarnenez » sur laquelle cette partie est en partie basée.


1/ Localisation

Nous allons étudier la prolifération des ulves constituant une marée verte dans la baie de Douarnenez en Bretagne, à la pointe du Finistère. Dans cette baie se jettent plusieurs rivières, la plus importante, la rivière Kerharo (bassin d’environ 45km² essentiellement agricole), le Pentrez, le Lestrevet, le Trezmalaouen, le Kersampen et le Névet.


2/ Prélèvements
- Flux azoté:

En baie de Douarnenez, comme ailleurs en Bretagne, l'azote est le facteur influençant le plus la prolifération des ulves. Le phosphore est souvent disponible en abondance dans les sédiments marins, à partir desquels il est relargué dans l'eau sus-jacente au fur et à mesure de sa consommation. En conséquence, seuls les flux d'azote minéral ont été mesurés.
Les prélèvements se font en eau douce dans les différentes rivières, hors de l’influence marine mais le plus près possible de l’embouchure, et pendant la période de pousse des ulves c’est-à-dire entre avril et mi-juillet.
On mesure aussi la vitesse du courant au courantomètre à moulinet OTT.
On en déduit le flux de nitrate c’est-à-dire le produit du débit par la concentration en nitrate des eaux des rivières.


- Biomasse d’algue
La quantification des ulves doit concerner à la fois le stock offshore et le stock littoral. Du fait de leur mobilité et des probables échanges entre ces deux stocks, ils doivent impérativement être mesurés simultanément.

-stock littoral :
Les biomasses d’ulves sur l’estran et dans les premières vagues sont estimées en croisant les surfaces couvertes d’algues obtenues à partir de photographies aériennes avec des pesées d’algues collectées sur des surfaces unitaires et réalisés le jour même du survol.

-stock offshore :
A chaque station, positionnée par GPS différentiel, une caméra vidéo a été traînée pendant quelques minutes pour déterminer la présence ou l'absence d'ulves posées sur le fond. En cas de présence significative, des plongeurs ont collecté les algues sur une distance de 10 m à l'aide d'un mini chalut. L'ouverture du filet était de 1 m de largeur sur 0,20 m de hauteur. Chaque prélèvement a été tripliqué. Les échantillons récoltés ont été essorés durant une minute et pesés immédiatement. Les biomasses mesurées par unité de surface à chaque station ont été multipliées par des aires centrées sur chaque station.

3/ Flux azotés
- Evolution printanière, exemple de l’année 1998:
Le schéma ci- dessous représente l'évolution printanière en 1998 des flux azotés des trois principaux cours d'eau : le Névet, le Lapic et le Kerharo. Durant la première quinzaine d'avril des précipitations tendent à augmenter les débits (surtout celui du Kerharo) qui diminuent durant le reste de la période. Les concentrations de nitrate, généralement comprises entre 30 et 60 mg/l, croissent jusqu'au 6 mai, comme il est normal en fin d'épisode de fort débit. Elles diminuent ensuite très lentement.
Les flux de nitrate des cours d'eau sont compris entre 2 et 7,5 t NO3/j en début de période et s'abaissent ensuite pour arriver autour de 1 t/j à partir de fin mai. Les débits constituent
visiblement le facteur principal de leur variation. L'évolution printanière des débits, des teneurs en nitrate et des flux suit chaque année une tendance similaire.


- Apports totaux entre 1995 et 1998 à la période de pousse


4/ Biomasses d’ulves
- Ulves observées

-Ulves ramassées




5/ Relation entre les flux azotés et les biomasses d’ulves ramassées et le volume d’ulves observées entre 1995 et 1998 (courbes d’actions)


- Graphique 1 : biomasse d’ulves ramassées (en t) en fonction des flux moyen de nitrate (en t/j)



- Graphique 2 : volume d’ulves observées (en m3 x 100) en fonction des flux moyen de nitrate (en t/j)





- Interprétation :

On ne peut pas savoir quelle valeur de la quantité d’ulves est la plus fiable, car à elles deux, elles forment un tout. C’est pour cela qu’il faut prendre en compte les deux résulats.
Sur le deuxieme graphique, on n’observe pas vraiment de relation linéaire entre la biomasse d’ulve ramassés et les flux en nitrate. Or on sait que les tonnages d’algues varient des jours selon l’orientation du vent : localement, il est connu, que les vents d'est favorisent les échouages d'ulves sur les plages, et les vents d'ouest leur disparition des plages et leur retour en mer dans la mesure où le coefficient de marée le permet. On peut penser que de tels facteurs environnementaux influent sur cette relation. Ou on peut penser que cette retombée soudaine des tonnages correspond à un flux azoté trop important pour la bonne prolifération des algues, fait démenti sur le premier graphique.

Cependant sur le premier graphique on observe une certaine linéarité. Cela peut s’expliquer par le fait qu’en mer, le facteur du vent n’intervient pas de la même façon, et d’une façon plus directe on observe que plus les flux azotés sont élevés, plus la biomasse d’ulve observée est importante.


- Equation de courbe
Les vrais valeurs de flux azotés varient entre 1,74 et 11,32. Nous traçons une courbe de tendance a la courbe initiale du graphique 1, de façon à obtenir une fonction linéaire car il est intéressant de voir comment évolue la prolifération des algues au-delà de ces valeurs.
On cherche l’équation de la courbe de tendance à partir des points C(2 ;1628,02) et D(10 ;3170,9).
On obtient le système a deux inconnues suivant :


yc = a*xc + b


yd = a*xd + b

1628,02 = a*2 + b
3170,9 = a * 10 + b

1628,02 = a*2 + 3170,9 – a*10
b= 3170,9 – a*10

1628,02 = a(2-10) + 3170,9
b= 3170,9 – a*10

a = (3170,9 – 1628,02) / (2-10)
b= 3170,9 – a*10

a ~ - 192,86
b = 3170,9 - 192,86*10

a= -192,86
b=1242,3

La relation entre les flux azotés et la biomasse d’ulves ramassés sans tenir compte des valeurs pour lesquelles l’algue ne peux pas proliférer (valeurs introuvables) est donc à peut près définie par la fonction F :
F(x)= 192,86x + 1242,3



- Tableau de valeurs :

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