Problématique de la pollution azotée

Dans la nature l’azote représente le principal composant de la biosphère (environ 78%), ce dernier constitue paradoxalement à l’heure actuelle d’une part un élément principal de la productivité agricole et d’autre part une des substances principales de nuisance à l’environnement. Malgré son appartenance à un cycle naturel très complexe, il figure parmi les composés d’intérêt prioritaire des lois de protection de l’environnement de la plupart des pays (METAHRI, 2012).

Figure 1.1 : Principales causes de pollution (SEGHIR, 2008)

En effet, la pollution azotée sous toutes ses formes, se justifie par le déversement abusif, direct ou indirect, d’impuretés dérivées de l’azote dans l’atmosphère, dans les eaux naturelles et dans le sol. L’introduction accrue de cet élément dans les différents milieux récepteurs est préjudiciable à la santé humaine, nuisible aux ressources biologiques terrestres comme aquatiques et à l’ensemble des écosystèmes naturels.

Dans la plus part des rejets liquides et solides de ces activités potentielles de nuisance à l’environnement, l’azote existe sous deux formes bien connues :

- La forme organique non oxydée et peu soluble (azote organique) ;

- La forme minérale et soluble (azote ammoniacal NH3⁺ ou NH4⁺, nitrite NO2^-, nitrate

NO3^-).

Il est important de rappeler que l’azote sous sa forme NH3⁺ dite non dissociée ou

ammoniac libre représente la forme la plus toxique. Les concentrations polluantes de l’azote et/ou des ses dérivés couramment rencontrées dans les rejets varient selon les secteurs d’activités, le niveau de développement des populations et les conditions et les politiques environnementales en vigueur.

La prise en conscience de l’impact des rejets azotés sur la dégradation des milieux récepteurs notamment les eaux superficielles s’est relativement généralisées ces dernières années, elle a conduit les pouvoirs publics à renforcer les exigences.

On note généralement que :

- Son oxydation biologique (NH4⁺) par réaction de nitrification dans les eaux naturelles

s’accompagne d’une consommation accrue d’oxygène théoriquement estimée à 4.3 mg d’O2/

mg d’azote oxydé ;

- Une teneur en ammoniaque de l’ordre de 0.02 mg/l est toxique pour la vie piscicole ;

- Une charge supérieure à 25 mg/l de NO3^- entraine un développement indésirable

d’algues conduisant à l’eutrophisation du milieu ;

- Une charge importante (50mg/l) de NO3^- est susceptible de provoquer la

méthémoglobinémie chez le nourrisson par réduction du nitrate en nitrite et oxydation du fer ferreux de l’hémoglobine en fer ferrique ;

- La présence de NH4⁺ engendre une surconsommation du chlore dans le traitement de

l’eau potable (METAHRI, 2012). I.6.1. Cycle de l’azote

L’azote est un élément essentiel pour la croissance et le développement des végétaux. Il est naturellement présent dans l’environnement sous différents formes (Fig. 1.2) :

- les ions : nitrates (NO3^-), nitrites (NO2^-) et l’ammonium (NH4⁺) ;

- les gaz : ammoniac (NH3), diazote (N2), protoxyde d’azote (N2O), dioxyde d’azote

(NO2), monoxyde d’azote (NO) ;

- l’azote organique (ex : protéines).

Dans le sol, l’azote se trouve principalement sous forme organique. Les processus de minéralisation et de nitrification permettent la transformation de l’azote organique en azote inorganique, assimilable par les plantes (principalement sous forme de nitrates). Les sources de nitrates présents dans les eaux superficielles et souterraines sont multiples. Sa présence peut résulter de l’application directe d’engrais azotés, des dépôts atmosphériques, mais aussi de la nitrification de composés azotés et des rejets d’eaux usées (domestiques ou d’élevage) (BRIAND, 2014).

Figure 1.2 : Cycle de l'azote

(

La minéralisation correspond à la dégradation de la matière organique, conduisant à la

production d’ammonium (NH4⁺). La minéralisation est d’autant plus forte que les apports sont

importants, elle est maximale au printemps et à l’automne lorsque les températures sont douces et le sol humide (MARTIN, 2003).

I.6.1.2. L’organisation (ou immobilisation)

L’organisation correspond à l’assimilation d’azote, préférentiellement sous forme ammoniacale par les micro-organismes (MARTIN, 2003).

I.6.1.3. La nitrification

La nitrification correspond à l’oxydation biologique de l’azote ammoniacal en azote

familles de bactéries principalement présentes dans les sols : Nitrosomas pour la nitrification

(transformation de NH4⁺ en NO2^-) et Nitrobacter pour la nitratation (transformation de NO2^-

en NO3^-) (MARTIN, 2003).

I.6.1.4. La dénitrification

La dénitrification est la transformation de l’azote nitrique en azote gazeux (N2). La

dénitrification fait intervenir de nombreuses espèces bactériennes dont l’action est maximale dans des conditions d’anoxie, de présence de nitrate et d’une source de carbone assimilable.

L’ion NO3^- est utilisé comme accepteur final d’électrons à la place de l’oxygène. La

dénitrification conduit principalement à la libération d’azote gazeux N2 (MARTIN, 2003).

I.6.1.5. Pollution des nappes souterraines par les nitrates

L’infiltration des nitrates dans les eaux souterraines, que l’on peut également nommer lixiviation, se produisent en période d’excès hydrique lorsque la réserve en eau du sol est remplie.

La lixiviation des nitrates est un processus physique naturel, qui, peut être augmenté lorsque le cycle de l’azote est perturbe par certaines pratiques agricoles et certains changement d’occupation du territoire. Les processus du sol qui contrôlent le cycle de l’azote dans le sol, et donc les quantités d’azote, sont nombreux, mais les plus importants sont : l’absorption d’azote par les plantes, les apports d’engrais azotés (minéraux et organique), l’organisation et la minéralisation, ainsi que la nitrification et la dénitrification.

La lixiviation des ions nitrates ne dépend pas uniquement de la concentration en nitrates du sol. Un second processus hydrologique est nécessaire : la percolation de l’eau dans le profil sol. Cette percolation est un phénomène ponctuel qui a eu lieu principalement durant les mois de fortes précipitations et de faible évapotranspiration. Une bonne gestion de l’azote minéral du sol vise donc à minimiser les quantités d’azote du sol lorsque le risque de percolation est maximum. Pour que les pertes d’azote par lixiviation soient possibles, il faut donc réunir deux conditions : la présence de nitrates dans le sol et une situation d’excès d’eau qui conduit à un flux d’eau vertical dans le sol (GUILLAUME, 2008).

I.6.2. Les nitrates

I.6.2.1. Composition chimique

Les nitrates sont des composés inorganiques composés d’un atome d’azote (N) et de tris

mg/mol. L’azote constituant la molécule de nitrates est dénommé azote nitrique et est

généralement noté N- NO3^-. Ainsi un gramme d’ion NO3^- correspond à 0.22 gramme d’azote

nitrique.

Les nitrates sont des éléments minéraux nutritifs pour les végétaux et les micro-organismes. Pour cette raison, les sels de nitrates comme par exemple le nitrate de potassium

(encore appelé Salpêtre, de formule KNO3), ou le nitrate de sodium (NaNO3), le nitrate de

calcium (Ca(NO3)2) ou le nitrate d’ammonium (NH4NO3), sont utilisés pour la fabrication de

fertilisant azotés. Les nitrates sont également utilisés pour la composition d’explosifs ou de ciments spéciaux, comme additif et colorant alimentaire, pour la coagulation de latex, dans l’industrie nucléaire et pour le contrôle des odeurs et de la corrosion dans les systèmes hydrauliques.

I.6.2.2. Sources

La présence des nitrates dans l’eau de consommation est principalement attribuable aux activités humaines. L’utilisation de fertilisants synthétiques et de fumier, associée aux cultures et à l’élevage intensif, favorise l’apparition de nitrates dans l’eau. Les installations septiques déficientes, de même que la décomposition de la matière végétale et animale, peuvent aussi être une source de nitrates dans l’eau. Le risque de contamination est plus important si le sol recouvrant la nappe d’eau est vulnérable (puits de surface) (GROUPE SCIENTIFIQUE SUR L’EAU, 2003).

I.6.2.2.1. Dans l’organisme