Activité de nitrification

L’activité de nitrification n’a pas été mise en évidence dans les biofilms colonisant les galets de la station de Sauveterre St Denis. Par ailleurs, les potentiels de nitrification réalisés sur des biofilms grattés restent faibles par rapport aux potentiels réalisés dans les mêmes conditions sur les dépôts de fines entre les galets et dans le biofilm associé aux macrophytes (périphyton au sens strict) piégeant les particules en suspension. Ce qui confirmerait l'idée communément admise selon laquelle les bactéries nitrifiantes et donc l'activité de nitrification, sont associées aux matières en suspension.

En opposition, l'activité de nitrification a facilement été mise en évidence en condition d’obscurité, à deux reprises sur le site de Gagnac (voir Tableau 72 page suivante).

Cette activité est principalement visualisée par une forte diminution du flux de nitrites après l’inhibition de la nitritation par l’injection de C2H2. La production de nitrite observée avant inhibition, évoluant nettement vers

une consommation à la suite de l’inhibition. Dans le même temps le flux d’ammoniaque reste stable ou évolue légèrement vers une augmentation du flux.

A la lumière, cette activité n'a pas été détectée par notre méthode. En l'absence d'expérimentations complémentaires sur des biofilms nitrifiants, les hypothèses suivantes sont envisageables pour expliquer ce résultat :

 Les bactéries nitrifiantes ne sont pas compétitives par rapport aux algues pour l'assimilation de NH4 +

,

 Les bactéries nitrifiantes sont inactivées par les conditions lumineuses, le pH élevé, la saturation en O2 pur

des couches externes du biofilm,

 Notre méthode n'est pas adaptée à la détermination de l'activité de nitrification en conditions lumineuses. Par ailleurs, des numérations des bactéries nitrifiantes colonisant les biofilms de la station de Gagnac sur Garonne ont été réalisées par la méthode NPP (nombre le plus probable) et confirment que ces biofilms abritent une forte biomasse de bactéries nitrifiantes. (Elena Caveda – Frédéric Garabétian - CESAC).

Ce tronçon contient 6 tonnes de biofilm en poids sec (répartition Thierry Améziane)

Sur la base des flux estimés à Sauveterre St Denis

En une journée de 13h jour et 11h de nuit, ce biofilm

produit 1,5 kg de NH₄+

produit 1 kg de NO2-

consomme 40 kg de NO₃-_{, en dénitrifie 2,5 kg soit 7%.}

Le tronçon produit dans le même temps 350 kg de biofilm en poids sec soit un taux de renouvellement de 6% par jour.

(Temps de colonisation d’un galet par un biofilm : 15 à 20 jours)

Quelques ordres de grandeur

Quelques ordres de grandeur

p ar d éc roch em en t d e bi ofilm 19 (25) 12 (53) 177 (786) 6 (19) 140 (620)

D én itr ific ation

Azote org an iq ue B io ma s se A lg ues Ba ct ér ies N2O NO2- NO3-O2 N2 Colonne d'eau Bi ofil m G al e t NH4+

P as de nit rifi cation a u s ein des biofilm s

As si milation des for me s mi nérales d e l ’azot e

140 (620)

1 maille du modèle

Tronçon de 500 mètres de longueur 100 mètres de large

colonisé à 100% par un biofilm

1,5 kg 1 kg Changement d’échelle

40 kg

Stations Distance de Toulouse (km) Date Résultat bactéries nitrifiantes NPP (cell dm-2) Amont Toulouse Pinsaguel -10 16/10/98 2,4.103 Pinsaguel -10 24/11/98 1,8.106 Aval Toulouse Gagnac 20 16/10/98 4,0.108 Gagnac 20 24/11/98 1,2.1010

Tableau 71 : résultats de dénombrement des bactéries nitrifiantes au sein de biofilms épilithiques par la méthode du nombre le plus probable sur 2 sites de Garonne (automne 98).

C1) Prise en charge du processus de nitrification par le modèle

La nitrification n'a été mise en évidence que sur le site de Gagnac en condition d'obscurité. La nitrification calculée à partir des flux de nitrites (le calcul à partir des flux de NH4

+

n'est pas possible à cause de la non linéarité des évolutions de concentration avant l'ajout d'acétylène) donne les résultats suivants :

Nitrification en µg de N/g MSSC/h à l'obscurité

Réacteur 1 78,6 Réacteur 2 38,4

A l'heure actuelle ces valeurs obtenues de manière ponctuelle ne sont aucunement intégrées dans le modèle sous forme d'une activité identifiée de nitrification. Au cours de l’été 1999, des investigations seront menées pour déterminer l’étendue des zones géographiques concernées par ces biofilms nitrifiants, afin d’intégrer leur activité dans le modèle avec une pondération convenable par rapport aux biofilms non nitrifiants.

C2) Provenance des bactéries nitrifiantes et devenir des populations

Nous n'avons pas de résultats de mesure de flux in situ concernant l'amont Toulouse. Cependant les arguments suivants peuvent être avancés :

1. Les biofilms naturels ne sont habituellement pas des substrats où l'on rencontre des populations de bactéries nitrifiantes, cette activité étant le plus souvent associée aux MES.

2. Les biofilms piègent une grande quantité de matières minérales et de matières en suspension.

3. La STEP de Ginestous (principal site de traitement des effluents de l'agglomération toulousaine) est distante de quelques kilomètres du site de Gagnac. Cette installation nitrifie une partie de ses effluents et donc rejette dans le milieu naturel MES et bactéries nitrifiantes. Il y aurait donc ensemencement continu des biofilms de la zone en aval du rejet.

On peut donc facilement imaginer que ce sont les bactéries nitrifiantes de Ginestous, de l'ensemble des petites STEP de moindre importance et des autres rejets de l'agglomération toulousaine qui sont piégées dans les biofilms de Gagnac, et cela quand bien même les numérations dans la pleine eau font état d'une faible biomasse de bactéries nitrifiantes par millilitre d'eau (voir plus loin).

C3) Arguments contre le développement et la persistance de populations de bactéries nitrifiantes au sein des biofilms épilithiques

 A la lumière :

- Certaines souches de bactéries nitrifiantes sont connues pour être inhibées par les radiations lumineuses. - L'activité de nitrification est en partie inhibée par les hautes teneurs en O2 dissous (les biofilms sont saturés

- Les algues produisent sous forme d'exsudats de grandes quantités de carbone. On sait que les bactéries nitrifiantes ne sont pas compétitives en terme de vitesse de croissance par rapport aux populations de bactéries hétérotrophes, et qu'en terme d'activité la présence de carbone dans le milieu n'est pas toujours favorable aux populations nitrifiantes

 A l'obscurité :

- Les profondeurs des biofilms sont rapidement proches de l'état d'anoxie (on détecte une activité de dénitrification) qui favorise également l'excrétion de nombreuses molécules carbonées (fermentations). La succession de conditions finalement assez défavorables aux bactéries nitrifiantes (cycle jour/nuit) ne plaide pas en faveur d’un maintien ni d'un développement de ces bactéries autotrophes caractérisées par une faible vitesse de croissance et généralement inféodées aux matières en suspension.

Dans l’état actuel de nos connaissances, un ensemencement continu semble donc être le facteur explicatif de la nitrification constatée dans les biofilms de Gagnac.

Les premiers résultats de travaux de dénombrement des bactéries nitrifiantes sur biofilm par NPP montrent une explosion de la biomasse des bactéries nitrifiantes après l’agglomération toulousaine (voir Tableau 71).

Le calcul des flux à destination du modèle en condition d'obscurité tient cependant compte indirectement de la nitrification observée dans 2 enceintes sur les 24 systèmes totaux, ces 2 systèmes représentant un 'poids' final de 2/18 pour le calcul des flux de NH4

+

, et 2/26 pour le calcul des flux de NO2 -

et de NO3 -

.