Réchauffement climatique : les algues prospèrent dans les lacs européens

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Le réchauffement climatique cause de nombreux problèmes au sein des mers, des océans... et des lacs européens. Ses effets seraient même vicieux. Il contrecarrerait plusieurs efforts de conservation entrepris pour restaurer ces milieux aquatiques d’eau douce et limiter la prolifération massive d’algues potentiellement toxiques.

Les lacs d’Europe centrale sont pollués par des arrivées d’eaux usées particulièrement riches en nutriments depuis des décennies. Ces apports, de composés phosphatés ou de nitrates, ont bien souvent été responsables de phénomènes d’eutrophisa-tion s’accompagnant d’importantes efflorescences algales et d’une diminution de la concentration en oxygène dans les eaux profondes.

Ayant pris conscience de ces problèmes, notre société entreprend, depuis quelques années, de nombreux efforts pour limiter au maximum les pollutions concernées. La quantité de phosphore présente dans le lac de Zurich (superficie de 66 km²) a ainsi été divisée par 4,8 en 40 ans, changeant le rapport entre les concentrations de phosphates et de nitrates qui, elles, n'ont presque pas diminué.

Cette modification du rapport phosphates/nitrates aurait, selon Thomas Posch de l’université de Zurich, particulièrement favorisé le développement d'une cyanobactérie photosynthétique produisant des toxines néfastes pour les animaux : Planktothrix rubescens. La population de cette algue planctonique au sein du lac de Zurich est bien suivie depuis de nombreuses années par la compagnie locale des eaux qui doit traiter le précieux liquide, lors de son captage, pour le rendre potable.

Mais une autre évolution restait à expliquer : sur plus de 40 ans et malgré les efforts pour diminuer les apports en nutriments, les efflorescences algales, ayant lieu en automne, tendent à devenir de plus en plus denses. Selon les auteurs de l'étude, le réchauffement climatique serait en cause. L'explication du phénomène vient d'être décrite dans la revue Nature Climate Change.

Au début de chaque printemps (entre mars et avril), les différentes masses d'eau du lac de Zurich, à un moment donné et en situation normale, présentent toutes la même température (phénomène d’homothermie) et donc la même densité. Le vent favorise alors leur mélange. Les eaux de surface sont entraînées vers le fond (jusqu'à 130 m), transportant avec elles de l’oxygène en quantité et surtout les cyanobactéries qui ont survécu à l’hiver. Ne supportant pas la pression de 14 bars, ces organismes meurent en grand nombre, ce qui explique que leur population soit minimale de mai à juillet. Lorsque le brassage est complet, le lac est dit holomictique.

Or, le réchauffement climatique a provoqué, au cours de ces quatre dernières décennies une élévation de la température moyenne des eaux de surface de +0,6 à +1,2 °C. À la suite d'hivers chauds, l’état d’homothermie n’est plus systématiquement atteint, une stratification thermique se met en place puisque les masses d’eau possèdent différentes températures et donc différentes densités.

Le brassage du lac ne peut plus, dès lors, être complet. Les cyanobactéries ne sont pas emportées vers le fond et survivent donc en plus grand nombre. Dès que les conditions environnementales le permettront, elles seront à la base d’une nouvelle explosion démographique.

Le réchauffement climatique s'opposerait donc aux efforts engagés pour restaurer la santé des lacs d’Europe centrale. Il n’existerait qu’une seule solution pour enrayer la prolifération massive de ces algues : avoir des hivers particulièrement froids et venteux, comme celui de 2011-2012.



Futura Sciences 19/07/2012

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Les cyanobactéries, communément appelées algues bleues, ont proliféré beaucoup plus rapidement que tous les autres types d'algues dans les lacs d'Amérique du Nord et d'Europe au cours des deux derniers siècles et, dans bien des cas, le taux d'augmentation de leur population s'est considérablement accéléré depuis le milieu du 20^ème siècle.


 Efflorescence de cyanobactéries. Lamiot CC BY-SA 3.0


Ce sont les résultats de travaux menés par une équipe internationale de chercheurs dirigée par des scientifiques de l'Université McGill, publiés aujourd'hui dans la revue scientifique Ecology Letters. Il s'agit de la première analyse à l'échelle continentale des changements historiques survenus dans les taux de cyanobactéries, terme scientifique désignant les bactéries photosynthétiques qui forment une mousse bleu-vert à la surface des étangs et des lacs pendant les mois d'été particulièrement chauds. Les grandes quantités de cyanobactéries qui flottent sur un plan d'eau, appelées fleurs d'eau, constituent une grave menace pour les sources d'eau potable, car certaines espèces contiennent des toxines nocives pour le foie ou le système nerveux.


 Pullulation avec apparition de taches bleues correspondant aux pigments bleus libérés par des bactéries mortes. Lamiot CC BY-SA 3.0


"Nous avons découvert que les populations de cyanobactéries ont augmenté considérablement dans de nombreux lacs depuis l'avènement des engrais industriels et l'accélération de la croissance urbaine", affirme Zofia Taranu, qui a dirigé l'étude à titre de doctorante au Département de biologie de l'Université McGill. "Si nous savions déjà que les cyanobactéries préfèrent les milieux chauds et riches en nutriments, notre étude a permis de montrer pour la première fois que les effets de ces nutriments, comme le phosphore et l'azote, surpassent ceux du réchauffement climatique".

 Exceptionnellement, le biofilm prend une couleur bleue, notamment sur les berges, là où le vent et/ou le courant poussent les algues mortes. Lamiot cc by-sa 3.0

Des chercheurs de la France, de l'Italie, de l'Espagne, du Royaume-Uni, de la Malaisie et de diverses régions du Canada ont participé à cette étude. Si l'augmentation du nombre de cyanobactéries dans les bassins hydrographiques des zones agricoles productives correspondait à leurs prévisions, les scientifiques ont été surpris de constater que les populations de cyanobactéries avaient également augmenté dans de nombreux lacs alpins retirés. À ces endroits, les températures supérieures et la charge en éléments nutritifs de source atmosphérique ont probablement joué un rôle plus déterminant que le lessivage direct des terres cultivées.

 Canard "broutant" une accumulation de plancton a priori constituée de cyanophycées (autrefois classées comme "algue bleue"). Dans ce cas, quelques heures (ici une quinzaine d'heure) après le début de l'épisode d'inflorescence, les taches bleues se sont étendues et elles s'accumulent sur les bords d'une pièce d'eau (bras d'ancien canal, aujourd'hui fermé). Les traces en forme de trainées sont des traces laissées par des poissons et des canards qui circulent sur l'eau, "cassant" le biofilm. La couleur bleue caractérise des zones d'accumulation de pigments bleus libérés par des bacéries mortes. Ici l'eau a une consistance de «soupe» sur les 5 à 10 mm, sous la surface. Lieu : quai du Vault à Lille, non loin du centre ville (France), après une longue période pluvieuse (non caniculaire, et même sous les moyennes saisonnières, mais avec des nuits inhabituellement douces). Le canal proche (Deûle) est également couvert d’une couche de plancton vert sur de vastes surfaces (centaines de mètres carrés), mais beaucoup moins épaisse. Les échantillons dégagent une forte odeur d'algue (type spiruline). Les fleurs d'eau importantes sont parfois le prélude à des intoxications directe ou secondaire (botulisme..), mortalité. Lamiot CC BY-SA 3.0

L'été, les fleurs d'eau extrêmement denses font souvent l'objet d'une vaste couverture médiatique - et constituent une source de préoccupation grandissante pour les propriétaires de maisons riveraines. Dans certaines régions, toutefois, il n'existait jusqu'à tout récemment aucune synthèse à long terme et à grande échelle de ce phénomène. Il était donc difficile de savoir si les fleurs d'eau nuisibles constituaient un phénomène à la hausse ou si les communautés étaient simplement mieux outillées pour les reconnaître et en signaler l'existence lorsqu'elles se produisaient.

L'augmentation rapide des populations de cyanobactéries observée dans le cadre de cette étude fait poindre une possible augmentation parallèle des concentrations de cyanotoxines nuisibles, affirme Zofia Taranu, maintenant boursière postdoctorale à l'Université de Montréal. Si les espèces potentiellement toxiques ne synthétisent pas toujours les toxines, des études ont néanmoins démontré que l'abondance totale des cyanobactéries est l'un des meilleurs facteurs prédictifs des concentrations de toxines dans les lacs.

Autre aspect possible d'une efflorescence cyanobactérienne. La couleur bleue correspond "a priori" à des zones d'accumulation de pigments bleus libérés par des bactéries mortes. Lamiot CC BY-SA 3.0

Les cyanobactéries peuvent produire des toxines susceptibles d'endommager le foie ou le système nerveux. Une exposition de courte durée à des fleurs d'eau nuisibles occasionne généralement les symptômes suivants: 

- éruptions ou irritation cutanées, 
- gastroentérite et détresse respiratoire. 
- Une exposition chronique à de faibles concentrations de cyanobactéries pendant toute une vie peut entraîner la formation de tumeurs hépatiques ou des perturbations endocriniennes. 
- Des études préliminaires suggèrent également que les concentrations d'une cyanotoxine isolée récemment pourraient augmenter le long de la chaîne alimentaire et être associées à la survenue de maladies neurodégénératives évolutives, comme la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique. Bien que ces travaux suscitent encore la controverse chez les scientifiques, "les résultats que nous avons obtenus soulignent l'importance de réaliser des études plus poussées dans ce domaine", conclut Zofia Taranu.

"Nos travaux montrent qu'à titre de société, nous devons déployer davantage d'efforts pour réduire la dispersion d'éléments nutritifs dans les eaux de surface", affirme Irene Gregory-Eaves, professeure agrégée de biologie à l'Université McGill et coauteure de l'étude. "Comme la charge en éléments nutritifs diffus (par rapport à l'effluent au point de rejet) constitue le principal enjeu, nous devons nouer des partenariats afin de nous attaquer à ce problème complexe. Nous assistons présentement à la création de partenariats entre spécialistes des eaux douces et agriculteurs, et ce type de collaboration doit devenir plus fréquent afin que nous puissions parvenir à un juste équilibre entre la maximisation du rendement des récoltes et la réduction de l'application excessive d'engrais".

 Autre aspect possible d'une efflorescence cyanobactérienne. Lamiot cc by-sa 3.0

Cette étude a été financée en partie par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies, et la Fondation canadienne pour l'innovation.



Techno sciences 3/3/2015