TPE - Jacinthes d'eau

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 ?