INTRODUCTION
I - ETUDE DE L'ULVA ARMORICANA
- Domaine Eukaryota (dont les cellules contiennent des noyaux)
- Division : chlorophyta (ce qu’on appelle les « algues vertes »)
- Classe : Ulvophyceae (une sous-partie de la division chlorophyta dans laquelle on place les ulves)
- Ordre : Ulvales (algues en thalles formée de lamelles en deux couches cellulaires)
- Famille : Ulvaceae (algue verte en fine « feuilles »)
On trouve cette ulve en suspension dans l’eau. Elle n’est attachée à aucun substrat. À l’échelle macroscopique, on voit que l’ulva armoricana est organisée en thalles. Un thalle adulte a une taille qui varie entre 15cm et 60cm à la belle saison et entre 10cm et 15cm en hiver. Les lames d’un thalle sont dentelées sur le rebord et d’un vert plus ou moins foncé. Elles sont très fines : une épaisseur qui varie entre 30µm et 40µm. Ainsi, elles se déchirent facilement et sont très fragiles. Elles sont constituées de deux couches de cellules accolées.
À l’échelle cellulaire, on remarque qu’elle possède des cellules de forme géométrique séparées par une lamelle moyenne assez épaisse. On y observe un chloroplaste en bout de cellule (voir schéma). Elle diffère des autres ulves par son nombre de pyrénoide : chaque cellule en contient en général un ou deux. Selon leur position dans l’algue même, les cellules auront un chloroplaste plus ou moins grand contenant toujours peu de pyrénoides.
I.2 - Les conditions environnementales propices au phénomène de « marées vertes »
1) L’éclairement
Il faut d’abord que les ulves, très photophiles, aient accès à suffisamment de lumière. En effet, d’octobre à février, on observe une un arrêt de la prolifération des ulves. Cette période correspond au moment où le jour est le plus court et l’éclairement plus faible. Par contre, au début du printemps, quand la durée et l’intensité d’éclairement redeviennent suffisantes, les ulves reprennent leur croissance très rapidement (voir figure 4). Aussi, on ne peut avoir d’ulves accrochées à un substrat ou disposées en épaisses couches au fond de l’eau car celles entassées au-dessus feraient de l’ombre à celles en-dessous. On appelle ce phénomène « l’auto-ombrage ». Ainsi, on observe que les thalles sont détachés du fond, en suspension dans l’eau. Par conséquent, ils peuvent occuper un volume d’eau important et bien éclairé. Ils ont aussi besoin de se trouver dans une zone côtière de moins de 2 mètres de profondeur avec une turbulence suffisante pour les maintenir en suspension dans une eau bien éclairée. Ainsi on observe une biomasse d’algue très importante sur la zone de déferlement des vagues sur le sable (voir figure 3) et dans les lagunes. Toutefois, on remarque dans certaines baies bretonnes, comme celle de Douarnenez, que la zone de croissance des ulves s’étend jusqu’à 15 mètres de profondeur. On peut expliquer ce contre-exemple par la forte houle, par les sables purs qui réverbèrent la lumière et par la transparence de l’eau qui permettent la dispersion des algues en restant dans des fonds sous-marins bien éclairés.
1) La richesse en nutriments du milieu
La prolifération des algues vertes résulte, comme dit en introduction, d’une modification envirronementale puisqu’on observe ce phénomène que depuis les années 50. Dans le cas de la Bretagne, on parle d’eutrophisation côtière c’est-à-dire l’enrichissement en nutriments des côtes. Pour se développer, les ulves ont besoin d’azote et de phosphore.
Les algues vertes sont nitrophiles, c’est-à-dire qu’elles ont besoin de beaucoup de nitrates pour assurer le développement,entre autres, de leur appareil chlorophyllien. On trouve peu d’azote inorganique dissous en mer c’est pourquoi les côtes, alimentées continuellement en azote, sont propices aux « marées vertes ». On a observé dans les thalles eux-mêmes une chute de leur teneur en azote en fin de printemps jusqu’à devenir insuffisante en Août. En effet, l’azote déversé par les rivières et l’eau du large ne suffit plus aux tonnes d’algues qui se sont développées. Pour le phosphore, on observe une légère baisse de la teneur au même moment (voir graphique).
Baisse du pourcentage du poids sec d’azote des ulves entre les mois d’avril et juillet 1991 :
((0.8-4.5)/4.5)*100=82%
Baisse du pourcentage du poids sec de phosphore des ulves entre les mois d’avril et de juillet 1991 :
((0.32-0.49)/0.49)*100=35%
flux d’azote et de phosphore en juin 1996 et la biomasse d’ulves atteinte en juillet dans le sud de la Baie de Saint-Brieuc
Pour déterminer l’équation de la droite représentant l’évolution de la biomasse maximale d’ulves en fonction du flux d’azote :
1.3cm sur l’axe des ordonnées représente 5000t d’ulves. (5000*0.1)/1.3=385
Ainsi, sur la courbe, 0.1cm 385t sur l’axe des ordonnées.
1.6cm sur l’axe des abscisses représente 1000kg d’azote par jour. (1000*0.1)/1.6=62.5
Ainsi, sur la courbe, 0.1cm 62.5kg sur l’axe des abscisses.
On prend deux points A(1625 ; 15000) et B(2000 ; 18095).
Y=mx+p
m=(yB-yA)/(xB-xA)
m=(18095-15000)/(2000-1625)
m=3095/375
m=619/75
p est l’ordonnée à l’origine soit 385
Ainsi, on a une courbe définie par y=619/375*X+385
(cet aspect de la relation entre les flux azotés et la biomasse d’ulve sera précisé dans la deuxième partie)
Ce graphique fait apparaître la relation qu’il y a entre les apports d’azotes et la biomasse d’ulve selon les années. En 1986, ils étaient tous les deux très élevés en raison de fortes pluies et donc d’un lessivage important des terres agricoles entraînement un flux important d’eau de rivière riche. On observait l’inverse en 1989 et 1990 : peu de pluies donc moins d’azote issu de l’agriculture apporté par les rivières.
On voit sur le graphique que le phosphore ne joue aucun rôle dans la prolifération des ulves.
De plus, si on supprime les apports en nitrates par les rivières dans les baies, cela réduit la marée verte de 95%.
Pour conclure, après des années de recherche on a réussi à identifier précisément le mécanisme entraînant les marées vertes. Si on en a identifié les causes, on est encore en recherche de solutions durables et efficaces.
I . 3 - La décomposition des algues vertes
L’ulva armoricana est constituée, comme tous les êtres vivants, de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de souffre, de phosphore,… Lorsque les ulves sont entassées sur les plages, soumises aux changements climatiques, elles entrent en décomposition. À ce moment là, elles dégagent des gaz qui viennent de la combinaison des éléments qui la composent comme le méthane, CH4 composé du carbone et de l’hydrogène, l’ammoniac NH3, composé de l’azote et de l’hydrogène, des oxydes d’azotes, composé d’azote et d’oygène, ou encore du sulfure d’hydrogène, H2S, composé du souffre et de l’hydrogène. Ce dernier n’est pas dégagé en continue : il est stocké dans des poches qui éclatent lorsque l’on marche dessus, par exemple. De plus, il dégage une odeur nauséabonde.
L’ammoniac est toxique : il irrite les voies respiratoire. Mais c’est le sulfure d’hydrogène le plus dangereux : il bloque la respiration cellulaire. L’organisme tolère 10ppm pendant huit heures. Dès 200ppm, le sulfure d’hydrogène peut entraîner une perte de connaissance et une exposition prolongée la mort.
II. PROLIFERATION DES ULVES ET RAPPORTS AUX FLUX AZOTES
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.
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
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 :
CONCLUSION
Or ces apports en azote, sont dus à l’agriculture, très présente en Bretagne. Le principal moyen d’arrêter la prolifération des algues, qui a une conséquence désastreuse sur l’environnement et l’économie de cette région, serait de changer les modes d’agriculture.
De plus le ramassage régulier des masses d’algues et leur stockage massif devient problématique car les lieux de stockage ne sont pas toujours réglementaires. Nous sommes donc face à une réelle menace sur les écosystèmes des côtes et sur les hommes.
Ouverture
D’après les études menées sur les algues vertes depuis plusieurs années, il apparaît de plus en plus clairement que les activités agricoles dans les régions côtières, qui sont à l’origine du rejet de nitrates dans l'eau par l'agriculture intensive (engrais et épandage de lisier) favorisent la prolifération des algues vertes.
Récemment, la polémique sur les algues vertes, a été relancée après la mort en juillet 2009 d'un cheval sur une plage des Côtes-d'Armor. Un rapport réalisé à la suite de la mort du cheval a mis en évidence que l'hydrogène sulfuré, un gaz qui émane des algues en décomposition, pouvait être "mortel" en cas de concentration importante.
La responsabilité de l'Etat dans la prolifération des algues vertes en Bretagne est à nouveau considérée après un premier procès perdu en 2007 face à des associations environnementales.
L'Etat avait été jugé responsable de la prolifération des algues vertes sur le littoral breton en octobre 2007 par le tribunal administratif de Rennes qui avait pointé du doigt sa "carence" en matière de protection de l'eau mais aussi son retard dans l'application des normes européennes dans ce domaine.
En 2007, la Commission européenne avait traduit la France devant la Cour européenne de justice pour l'insuffisance de ses réponses face à la pollution par les nitrates des points de captage d'eau potable en Bretagne.
La Commission européenne, qui réclamait une amende supérieure à 28 millions d'euros, avait ensuite accepté de suspendre sa plainte devant un nouveau plan d'action annoncé par l’état français, jusqu'à un nouvel examen de la situation fin 2009. En septembre 2009, 300 plaintes ont été déposées contre le préfet des Côtes d'Armor pour mise en danger de la vie d'autrui du fait des algues vertes.
A l’issue de ce travail de groupe nous considérons que la prolifération des algues vertes devient un danger de santé publique. Il nous parait important de mettre les efforts nécessaires pour changer le type d’agriculture, afin de passer d’une agriculture intensive à une agriculture durable qui privilégie la responsabilité de l’agriculteur vis-à-vis de l’environnement.
LEXIQUE
Sus-jacente : placé au dessus
Estran : c’est la partie du
Offshore : qualifie une activité se déroulant en mer
Dénitrification : c’est un processus bactérien de respiration alternatif. Ce phénomène biologique s'opère généralement, mais pas exclusivement, dans le sol, sous l'action de bactéries spécifiques, satisfaisant leur besoin en oxygène en sol hypoxique ou anoxique, par une désoxygénation des ions nitrates.
Nitrification : processus, contrôlé par l'action de certains micro-organismes spécifiques, qui conduit à la transformation de l'ammoniac en nitrite puis à la transformation du nitrite en nitrate.
Biomasse : la biomasse est la masse totale des organismes vivants mesurée dans une population, une aire ou une autre unité.
Ammonification :production d'ammonium ou d'ammoniac du fait d'une activité biologique, à partir soit de matière organique en décomposition, soit par la réduction de nitrate.
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE
- Martine Valo « André Ollivro, l’Homme qu’une algue a fait vert » Le Monde magazine, 19 Septembre 2009 M00146-919 p53
- Gaëlle Dupont « Pollution en Bretagne : 700 millions d’euros engloutis » Le Monde, 11/09/2009
- Laurent Sacco, 20/08/09 consultation : 23/09/2009 Actualité > La toxicité des algues vertes confirmée http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/botanique-1/d/la-toxicite-des-algues-vertes-confirmee_20228/
- Wikipédia consultation : 30/09/2009 Ulva Lactuca http://fr.wikipedia.org/wiki/Ulva_lactuca
- Doris consultation : 30/09/09, 14/12/2008 Ulva Lactuca Linnaeus http://doris.ffessm.fr/fiche2.asp?fiche_numero=808
- Reportage de B. Bolzinger M Trégoriet J Prat 07/10/2009 Tf1 13h http://videostf1.fr/jt-13h
- Halte aux marées vertes consultation : 14/10/09 Projet Eutrophisation THQ 2005
http://halteauxmareesvertes.info/Archives/Documentations/lesmareesvertes.ppt#4
- Marées vertes et nitrate consultation : 25/11/2009 CNRS Photothèque J.-Y Pontailler
http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/oceanographie/r/bretagne/d/maree-verte-et-nitrate_268/c3/221/p2/
- Marées vertes ou ulves consultation : 25/11/2009 Alain Ménesguen http://www.ifremer.fr/francais/faq/tipe/marees-vertes.htm
- Association d’Alain Menesguen consultation : 25/11/2009
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- Les marées vertes en Bretagne, responsabilité du nitrate. Consultation : 02/12/09 Alain Menesguen Juin 2003 http://www.ifremer.fr/docelec/doc/2003/rapport-143.pdf
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- La Reproduction sexuée et asexuée des algues vertes Bernard Déry consultation : 09/12/2009 http://www.infovisual.info/01/022_fr.html
- Algues Vertes Gettyimages consultation : 09/12/2009 http://www.gettyimages.fr/Search/Search.aspx?contractUrl=2&assetType=image&family=creative&phrase=algues%20vertes#1
- L’utilisation de modèles écologiques dans la lutte contre l’eutrophisation des eaux côtières françaises consultation : 16/12/2009 http://www.ifremer.fr/docelec/doc/1999/rapport-144.pdf
- L’eutrophisation littorale par Alain Menesguen 2001 consultation : 7 janvier 2010-http://wwz.ifremer.fr/envlit/documents/dossiers/l_eutrophisation_littorale/version_francaise
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- Biomasse d’ulves et flux de nutriments par Ifremer, Alain Menesguenhttp://wwz.ifremer.fr/envlit/content/download/27424/222423/version/1/file/Ploufragan_biomasse_ulves.pdf