Introduction
La jacinthe d’eau ou camalote (Eichhornia crassipes) est une plante aquatique aux fleurs bleues violacées avec un feuillage bien vert (Photo ci-après). Originaire du bassin de l'Amazone, la jacinthe d'eau a été introduite dans la plupart des pays chauds comme plante d'ornement.
Cette plante flottante peut mesurer de quelques centimètres à un mètre de haut. Elle est devenue un véritable fléau, notamment en Afrique, du fait de sa prolifération extrêmement rapide.
Introduite dans le lac Tchad en 1989, cinq ans plus tard, elle recouvrait déjà 80% de sa surface.
Cette envahisseuse est source de nombreux problèmes : elle bloque les voies d'eau et les ports, et paralyse les barrages hydrauliques. Le barrage du Kariba (à la frontière entre la Zambie et le Zimbabwe), qui fournit en électricité la ville d'Harare (capitale du Zimbabwe) en est directement victime.
La jacinthe d'eau provoque aussi des inondations : la couverture végétale est si dense qu’elle peut former une sorte de barrage qui bouche les rivières. Le débit du Nil au lac Victoria serait ainsi réduit d'un dixième à cause de la plante.
Enfin, elle serait responsable de la réduction de la biodiversité.
En Côte d’Ivoire, la jacinthe d’eau a fait son apparition en 1985 dans les milieux lacustres et lagunaires (carte).
La jacinthe d’eau est perçue d'abord comme une plante nuisible pour la lagune d’Abidjan : il faudrait donc s'en débarrasser mais l’élimination de cette plante n’est pas aisée. Par ailleurs, selon certaines études, la jacinthe serait capable d’absorber des composés polluants l’eau, comme les métaux lourds ou les nitrates. Ce potentiel pourrait peut-être être utilisé dans la lagune d’Abidjan pour lutter contre la pollution.
On sait en effet que la pollution de la lagune Ebrié est surtout d'origine organique, d'abord marquée au niveau d'Abidjan par les rejets urbains non traités qui s'y déversent directement. La pollution d'origine agricole, associée aux engrais, est également évoquée dans d'autres zones de la lagune Ebrié.
Mais si l'on parle de lagune, on parle forcément d'un milieu aquatique qui se situe entre le milieu marin et les eaux douces. Autrement dit, les lagunes sont salées, au moins une partie de l'année.
Alors que les jacinthes sont des plantes qui se développent dans les eaux douces, et qui ne sont pas forcément très résistantes à la salinité.
Ces deux questions sont au centre de notre TPE, que nous avons construit autour de deux expériences.
La première expérience concerne le potentiel de dépollution attribué aux jacinthes : nous avons mis en contact des eaux polluées par les nitrates et des jacinthes, et nous avons regardé si les jacinthes diminuaient les concentrations en nitrates.
La seconde expérience concerne la résistance des jacinthes à la salinité : nous avons mis en contact des jacinthes avec des eaux de différentes salinités, et nous avons regardé leur résistance.
A l'issue de ces expériences, nous pourrons tirer des enseignements qui nous permettront de dire si, oui ou non, les jacinthes peuvent contribuer efficacement à diminuer la pollution organique de la lagune Ebrié à Abidjan.
- I : La jacinthe d'eau peut-elle réduire la pollution ?
La jacinthe d’eau est gourmande en nitrate. Elle est d’ailleurs utilisée comme épuratrice dans les lagunages (Photo).
Bassin de lagunage utilisant des jacinthes d’eau en France
Des chercheurs ont montré qu’elle pouvait aussi accumuler des métaux lourds comme le cuivre et le cadmium. Ces métaux lourds sont stockés dans les tissus de la plante. Il est ensuite théoriquement possible de traiter la plante pour récupérer les métaux immobilisés mais de façon industrielle.
On sait que la lagune Ebrié reçoit des eaux contenants des engrais utilisés par les agriculteurs en amont de la lagune et les eaux usées des populations riveraines. L’eau de la lagune est donc polluée par les nitrates.
Compte tenu des propriétés d’adsorption des nitrates par la jacinthe d’eau, il pourrait donc y avoir un intérêt à utiliser la présence de cette plante pour épurer les eaux de la lagune.
Nous avons donc réfléchi à une expérience qui nous permettrait de mesurer la réduction de la quantité de nitrates par la jacinthe d’eau et de montrer ainsi son intérêt par rapport à la dépollution de la lagune.
- II : Intolérance de la jacinthe d'eau au milieu salé
La jacinthe est considérée partout autour du globe comme une plante nocive car elle se développe extrêmement rapidement et peut s'adapter à n'importe quel milieu.
Elle est très résistante et devient donc très invasive, elle peut aller jusqu'à menacer les écosystèmes aquatiques où elle se développe.
Les conditions nécessaires à la vie de cette plante sont peu nombreuses : eau, lumière et chaleur.
S'ajoute à cela, le fait qu'aucune espèce animale ne se nourrit de jacinthe d'eau, très peu de facteurs peuvent donc nuire à son développement.
Source : http://greenkeeperafrica.com/gksorb/
Au cours du temps, les plantes se multiplient grâce à des "stolons", et par accumulation de ses plans, elles en viennent a former une couche végétale comparable à un tapis a la surface de l'eau.
Cette couche bloque totalement les rayons du soleil et impacte donc la flore aquatique l'empêchant alors de vivre et de se reproduire.
Ces étalements de végétaux vont même jusqu'à perturber le traffic lagunaire (bateaux) utilisé de manière courante par les Abidjanais pour se déplacer.
Ils influencent aussi le rendement de la pêche car il arrive que le matériel des pêcheurs se coince dans la densité de feuillage des jacinthes.
Nous en arrivons ensuite à une baisse de la quantité de poisson pêchés.
L'accumulation de ces plantes peut aussi à reduire la circulation de l'eau dans des canaux étroits et favorise alors le développement d'espèces comme le crocodile, les serpents venimeux ou encore les moustiques qui peuvent être porteurs de maladies mortelles (paludisme par exemple).
Nous avons remarqué l'absence des jacinthes d'eau dans des milieux salés comme les mers et les océans.
Nous pouvons donc poser comme hypothèse que les jacinthes d'eau ne sont pas capables de vivre dans de l'eau contenant du sel.
Nous avons donc imaginé un protocole d'expérience pour démontrer cette hypothèse.
Conclusion
Ainsi, la jacinthe d'eau est un réel problème pour la lagune Ebrié. En effet, par sa prolifération rapide et sa densité, elle nuit à la biodiversité aquatique de la lagune mais aussi aux activités quotidiennes des Ivoiriens.
Avant notre première expérience, nous pensions que la jacinthe avait des vertus dépolluantes et donc, qu'elle pouvait être une solution contre la pollution de la lagune Ebrié. Mais après une semaine d'expérience avec du nitrate, nous avons remarqué qu'au lieu d'absorber le nitrate et donc d'avoir une action contre la pollution, elle rejetait des nitrites, agravant ainsi au contraire la pollution de l'eau. Ceci montre que la jacinthe d'eau contribuerait plutôt à la pollution de la lagune.
De plus, à la suite de notre deuxième expérience qui consistait à tester la résistance au sel des jacinthes, nous avons pu remarquer qu'à partir d'un certain taux de salinité, les jacinthes mouraient et se décomposaient en produisant de la matière organique qui va par la suite se déposer dans le fond de la lagune et donc participer à sa pollution.
En outre, lors des deux expériences, nous avons observé le développement de larves de moustiques. Après informations recherchées auprès de spécialistes, ces moustiques appartenaient aux espèces Aedes et Anopheles qui transmettent des maladies comme la dengue pour la prmière et le paludisme pour la seconde.
Nous pouvons donc dire à la suite des expériences que nous avons menées, que la jacinthe d'eau, en plus d'être invasive, est polluante. Elles favorisent aussi la prolifération de moustiques responsables de maladies. Il faut donc trouver des solutions pour stopper ce fléau au plus vite et limiter son extension.
Pour en savoir plus :
Simon G., « Évaluation de la prolifération de la Jacinthe d’eau du lac Ravelobe Ankarafantsika et plan de restauration », VertigO - 13 1 | 2013, mis en ligne le 16 avril 2013, consulté le 03 février 2018.
Dagno K et al, 2007, Synthèse bibliographique : problématique de la jacinthe d’eau, Eichhornia crassipes, dans les régions tropicales et subtropicales du monde, notamment son éradication par la lutte biologique au moyen phytopathogènes. Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 11, 4, p.p. 299-311.
Durand et al, 1994 Environnement et ressources aquatiques de Côte-d'Ivoire. Tome II, Les milieux lagunaires. Paris: Edition ORSTOM.
Les nitrates dans les milieux aquatiques et leurs conséquences. Qualité des eaux : pollution diffusée « L’eau au cœur des enjeux », France Nature Environnement.
http://lanatureauservicedeshommes.over-blog.com/2015/01/introduction.html
http://www.environnement.gouv.ci/actualite.php?rd=145
http://www.linternaute.com/science/biologie/dossiers/06/0604-especes-invasives/jacinthe.shtml
Première expérience : l'absorption des nitrates par les jacinthes
Cette expérience consiste à tester si les jacinthes peuvent être efficaces pour éliminer la pollution de l'eau associée aux engrais agricoles. Pour ce faire nous avons utilisé 5 bacs contenant chacun 40L d'eau, dans lesquelles des concentrations différentes d'engrais ont été placées. L'objectif est d'évaluer la consommation des engrais par les plantes en mesurant tous les jours la concentration en nitrates dans les différents bacs à l'aide de bandelettes habituellement utilisées en aquariophilie.
Matériel nécessaire :
5 bacs seront utilisés :
-1 bac avec eau + nitrates (62 mg/L) pour suivre l'évolution des nitrates sans jacinthes (témoin 'eau')
-1bac avec eau + jacinthe sans nitrates pour suivre la croissance des jacinthes en l'absence de nitrates (référence 'jacinthes')
-1 bac avec eau + jacinthe + nitrates (31 mg/L)
-1 bac avec eau + jacinthe + nitrates (62 mg/L)
-1 bac avec eau + jacinthe + nitrates (124 mg/L)
Pour qu'une eau soit de bonne qualité écologique, la norme internationale indique que la concentration en nitrates ne doit pas dépasser 50 mg/L (voir par exemple : http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/lessentiel/ar/2000/0/respect-normes-qualite-dce-nitrates-cours-deau-1.html). Au delà de ce seuil, l'eau est considérée comme polluée. Cette valeur correspond aussi à la norme de potablilité (https://www.lenntech.fr/applications/potable/normes/normes-oms-eau-potable.htm).
Nous avons donc choisi de travailler avec des concentrations du même ordre de grandeur.
I- Expérimentation 1
Les nitrates ont été choisis car ils sont un très bon indicateur des pollutions associées à l'agriculture en raison de l'utilisation de plus en plus massive d'engrais. Ils sont par exemple responsables des 'marées vertes' observées en Bretagne (https://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/oceanographie-maree-verte-nitrate-268/). Les nitrates peuvent aussi être liés aux pollutions urbaines (eaux rejetées sans traitements). La présence des nitrates dans la lagune Ebrié est connue depuis longtemps. On sait que les jacinthes sont capables d'accumuler les métaux, mais il n’était pas possible de doser leur présence par des techniques facilement accessibles à notre niveau. De plus, la pollution organique représente la principale menace pour la lagune. Elle est notamment responsable des mauvaises odeurs dans certaines baies.
Pour préparer l'expérimentation, nous nous sommes procurés directement de l'engrais chez un revendeur (Callivoire) où nous avons acheté un petit sac (2 kg) de nitrate de calcium. Nous avons ensuite préparé trois concentrations différentes : 800 mg/L, 400 mg/L et 200 mg/L d'engrais. Pour avoir 800 mg/L d'engrais dans notre bac de 40 litres, il a fallu peser 32 g d'engrais (800 mg x 40 litres = 32 g). Pour avoir une concentration de 400 mg/L dans 40 litres, nous avons pesé 16 g et pour avoir une concentration de 200 mg/L, nous avons pesé 8 g.
Quatre de nos bacs contiennent des nitrates : les trois traitements avec jacinthes et le témoin 'eau' sans jacinthe mais avec 400 mg/L d'engrais. Au total la quantité nécessaire était donc de 32 + (2x16) + 8 = 72 g d'engrais que nous avons dilué dans un litre d'eau.
ll est indiqué sur les sites techniques que le nitrate de calcium est très soluble dans l'eau (plus de 1200 g/L) et nous n'avons eu aucun problème pour préparer notre solution. Ensuite, nous avons fractionné ce volume en quatre parties que nous avons pesées pour les mesurer avant de les verser dans les bacs :
444 g correspondant à la concentration de 800 mg/L d'engrais, 2 x 222 g pour les deux bacs avec la concentration à 400 mg/L d'engrais, et enfin 111 g pour le dernier traitement avec 200 mg/L d'engrais. Nous avons utilisé une balance de cuisine pour effectuer ces pesées.
La notice du fournisseur indique que l'engrais est composé de 15,5 % d'azote (14,4 % de nitrates et 1,1 d'ammonium) et de 26,5 % de calcium. Les concentrations effectives dans nos différents traitements seront donc d'environ 124 mg/L de nitrates pour la concentration la plus élevée, d'environ 62 mg/L de nitrates pour la concentration intermédiaire et pour le témoin 'eau', et d'environ 31 mg/L de nitrates pour la concentration la plus basse. Ces valeurs encadrent parfaitement le seuil de qualité.
Le dispositif expérimental est décrit à la Figure 1.
Figure 1. Schéma expérimental
La concentration de nitrates est suive à l’aide des bandelettes qui mesurent également la concentration en nitrites et le pH (ainsi que d’autres éléments qui ne seront pas considérés). Les mesures sont réalisées chaque soir à la même heure, soit toutes les 24 heures. Nous avons fait aussi une mesure le premier jour, 12h après avoir mis en place l'expérience pour vérifier que les conditions prévues étaient bien réunies dans tous les bacs (Figure 2).
Figure 2. Lecture des bandelettes à J1, 12 heures après le démarrage de l’expérience (il s'agit du bac 'témoin eau avec nitrates et sans jacinthe').
Après neuf jours de suivi, plusieurs conclusions s'iimposent :
- la quantité de nitrates rajoutée dans le bac sans jacinthe n'a pas évolué et est restée élevée ;
- il ne s'est apparemment rien passé dans le bac contenant des jacinthes et où nous n'avions pas rajouté d'engrais ;
- la concentration en nitrates semble avoir très légèrement diminué au cours des 5 premiers jours dans les trois bacs avec jacinthes où nous avions rajouté de l'engrais : la coloration du témoin 'nitrates' des bandelettes (à l'extrême droite) semble s'être attenuée ;
- mais cette coloration semble ensuite s'être accentuée de J5 à J9, comme s'il y avait eu une production de nitrates dans les bacs contenant les jacinthes ;
- dans les bacs avec jacinthes et engrais, alors qu'il n'y avait pas de nitrites en début d'expérience, la coloration du témoin 'nitrites' s'est progressivement accentuée ;
- cette production de nitrites dans les bacs avec jacinthes a été d'autant plus forte (colorations plus prononcées) que la quantité d'engrais placée en début d'expérience était élevée.
Figure 3. Suivi de la qualité de l'eau dans les différents bacs avec les bandelettes.
Conclusion:
Au bout de une semaine et demi d'expérience, il est évident que les concentrations de nitrates n'ont pas baissé pas dans les bacs où se trouvent les jacinthes. Plus grave, des nitrites sont même apparu dans ces bacs :
La photographie montre les résultats fournis par les bandelettes le 5 février (après 8 jours) : la production de nitrites dans les bacs avec jacinthes où nous avions placé de l'engrais est évidente (trois bandes du bas).
Mais il est également visible que des nitrites sont apparus dans le bassin où nous avions placé des jacinthes mais qui n'avait pas été enrichi en engrais (deuxième bande en partant du haut).
Tout se passe donc comme si la seule présence des jacinthes, après quelques jours, se traduisait par une pollution de l'eau par les nitrites...
Les nitrites sont très toxiques pour la vie aquatique : il est indiqué sur la notice des bandelettes (destinées à l'aquariophilie) que dès l'apparition d'une coloration, l'eau doit être renouvelée pour ne pas mettre en danger la vie des poissons.
De toute évidence, les jacinthes en produisant des nitrites après quelques jours constituent une vraie menace.
Il est possible que la durée de notre expérience soit trop courte pour tirer des conclusions définitives.
Peut être que si cette expérience avait duré plusieurs semaines, des résultats plus convaincants auraient étés observés.
Dans notre cas, nous nous limiterons à dire que la jacinthe na pas de vertu dépolluante, bien au contraire.
La jacinthe reste avant tout une plante envahissante, non désirée.
Il est possible qu'on puisse lui trouver des avantages, mais elle reste en premier lieu une nuisance qui, nous venons de le montrer, n'est pas capable de diminuer la pollution organique de la lagune.
Nous avons même montré qu'à l'inverse elle l'accentuait en produisant des nitrites qui sont particulièrement toxiques pour la vie aquatique. Mais peut-être pas pour "toute la vie aquatique" !
Nous avons en effet observé que dans les bacs enrichis en engrais et où se trouvaient des jacinthes, après quelques jours, de nombreuses larves de moustiques étaient en train de se développer (alors qu'il n'y en avait pas dans le bac enrichi en engrais mais où nous n'avions pas placé de jacinthes) :
Légende : la photo de gauche montre des larves de moustiques dans le bac avec jacinthes contenant 400 mg/L d'engrais. La photo de droite montre ces larves grossies.
On peut donc s'interroger et se demander si la présence des jacinthes n'est pas un facteur d'attraction pour les moustiques. Ce qui renforcerait encore le côté nuisance de cette plante invasive ?