Les types de sources d’azote dans un bassin versant

Deux types de sources sont habituellement distingués selon leur mode de production : les sources ponctuelles (SP) et les sources diffuses (SD). En dehors de cette typologie très connue, certains auteurs ont récemment proposé de différencier les sources continues et les sources sporadiques/épisodiques/discontinues (Badruzzaman et al., 2012; Withers and Jarvie, 2008).

1.2.1.2.1 Sources ponctuelles

Les SP continues sont sujettes à de faibles variations dans le temps. C est le cas de l aquaculture (Amirkolaie, 2011; Phan et al., 2009; Sindilariu et al., 2009) et des STEP dans des conditions normales temps sec, population constante , dont les rejets sont relativement constants en débit et en concentration d azote total (Carey and Migliaccio, 2009; Graham et al., 2010; Igbinosa and Okoh, 2009).

Les émissions des SP discontinues dépendent quant à elles de nombreux paramètres. Un exemple en zone rurale est l accès des animaux à la rivière (défécation possible) qui peut représenter une source significative de N lors de la traversée (Collins et al., 2007; Davies-colley et al., 2004). En zone urbaine, les SP discontinues sont constituées par les débordements des réseaux unitaires (eaux de pluies et eaux usées combinées) qui émettent des eaux usées diluées directement dans la rivière lorsque le débit excède la capacité du système (évènements pluvieux) (Bernhardt et al., 2008; Kim et al., 2007). Bien que ces « by-pass » soient très limités voire interdit dans différents pays dont la France, ceux-ci peuvent arriver de quelques fois dans l année (Bremerton CSO Annual Report, 2014) à plus de 50 fois par an dans des villes o‘ aucune amélioration des réseaux na été effectuée (Edmonton CSO Control Strategy, 2000; USEPA, 2009). Des programmes ont été conduits pour réduire l impact de cette source depuis environ ans, mais elle reste importante dans beaucoup de zones urbaines étant donné les coûts engendrés par la modification des réseaux. Les connections illicites (notamment dans les pays en voie de développement), peuvent également court-circuiter les bénéfices d un système séparatif et créer des conditions de débordement similaires aux réseaux unitaires par temps de pluie (Li et al., 2013).

1.2.1.2.2 Sources diffuses

Les SD continues peuvent être transférées via des chemins hydrologiques très différents. C est le cas des rejets issus des systèmes d assainissement non collectif ANC et des systèmes d évacuation d eaux usées défectueux, pour lesquels les concentrations en nutriments ne sont pas ou peu traitées (Reay, 2004). Les quantités et la fréquence de rejet dépendent des rejets humains journaliers et de la consommation d eau, qui sont relativement constants. Cependant, Bernhardt et al. (2008) ont montré que le N produit par ces systèmes peut être retenu ou s accumuler dans les sols en temps sec, mais être directement transféré dans les réservoirs souterrains en temps de pluie, lorsque la connectivité hydrologique avec le cours d eau est élevée. Cette source peut donc être

considérée comme « semi-continue » car l export de N n est pas directement relié à un évènement pluvieux mais plutôt au niveau du réservoir souterrain et à l humidité du sol. Les SD discontinues sont les plus complexes à évaluer. D une part à cause de la grande variabilité temporelle de la production du N total (et donc de la disponibilité), d autre part à cause de la variabilité liée au transport de l azote disponible. C est le cas des épandages agricoles et des effluents rejetés par les animaux sur les prairies pâturées et dans la nature (vie sauvage). Les fertilisants minéraux, animaux, et provenant d effluents urbains boues de STEP sont épandus sur les parcelles agricoles à des périodes spécifiques de l année. En fonction du système agricole, des rotations de cultures, des pratiques de fertilisation ou de contraintes réglementaires, les quantités sont différentes (Sheriff, 2005; Thompson et al., 2007; Wei et al., 2009). Les fertilisants azotés minéraux sont directement utilisables par la plante mais peuvent également être facilement exportés en grande quantité, si un aléa climatique se produit, par le ruissellement de surface et de subsurface (Liang et al., 2011; Masetti et al., 2008). Les pertes d azote issues de fertilisants organiques ont des dynamiques différentes, car la minéralisation de la matière organique est un facteur limitant de l export d azote. Généralement, l azote dérivé de la matière organique s accumule dans le profil du sol pendant les périodes sèches et est exporté durant les périodes humides (Mantovi et al., 2006; Rimski-Korsakov et al., 2004). Enfin, les excréments animaux produits directement sur les prairies sont généralement considérés comme des fertilisants organiques, dont la quantité peut être estimée à partir de la densité de bétail et du temps passé sur les parcelles (Di and Cameron, 2000). Cependant, l impact du pâturage peut être localement supérieur aux épandages de fertilisants organiques, car le bétail a tendance à se concentrer en un même endroit contrairement à l épandage qui est réalisé de manière homogène sur une parcelle), et l apport de nutriments liés aux déjections peut se faire à un moment où les plantes en absorbe peu (Hubbard et al., 2004; McGechan and Topp, 2004).

Dans les décharges de déchets organiques non-imperméabilisées, le lixiviat peut varier en quantité et en qualité en fonction de nombreux facteurs comme l âge du site, les précipitations, l évapotranspiration, la température, le type de déchet et leur composition (Oman and Junestedt, 2008; Renou et al., 2008). Le lixiviat atteint les eaux souterraines lentement et affecte donc les eaux de surface avec un délai important dans des conditions normales. En temps de pluie, il peut cependant atteindre les eaux de surface rapidement lorsque des volumes importants de ruissellement sont observés (Mangimbulude et al., 2009; Marques, 2007). Sous climat humide, les lixiviats de décharge peuvent aussi être considérés

comme des SD continues, à l exception des décharges contrôlées imperméabilisées pour lesquelles les lixiviats sont collectés et traités.

Outre l export de nitrate issus des épandages agricoles et des lixiviats de décharge, des oxydes d azotes et de l ammoniac peuvent être émis dans l air par les écosystèmes naturels et les activités humaines (transport, agriculture, industrie et effluents) et transférés aux sols et aux rivière par dépôt atmosphérique (temps sec ou temps de pluie) (Asman et al., 1998; Carrillo, 2002; Paerl et al., 2002). Dans certaines zones, le dépôt d azote inorganique semble être le facteur primaire d eutrophisation (Bergstrom and Jansson, 2006). Le dépôt par temps sec est cependant une SD continue, car il y a toujours du dépôt, même si les quantités varient dans le temps. Enfin, la décomposition des organismes vivants après leur mort peut aussi être considéré comme une source non négligeable d azote (Duffy et al., 2007; Hättenschwiler et al., 2005).

1.2.1.2.3 Classification des types de sources dans un bassin versant

Sur la base de la classification proposée dans les deux sections précédentes (1.2.1.2.1 et 1.2.1.2.2), la Figure 1 propose d illustrer les différences entre les types de sources de N dans un bassin versant (Causse et al., in press).

Cette figure montre que les types de sources d azote dépendent de facteurs spatio-temporels comme les aléas climatiques, les dysfonctionnements d infrastructures, la mobilité des hommes et des animaux etc… Les sources urbaines génèrent des effluents en continu qui sont le plus facilement contrôlables si les investissements adéquats sont réalisés. A l opposé, les sources agricoles sont associées à des activités professionnelles et une voie logique pour réduire ces sources serait de baisser la pression azotée densité de bétail, épandages,… , mais la viabilité économique des exploitations doit être prise en considération. De plus, l export de N en provenance des sources agricoles est multifactoriel : la diversité des contextes en comparaison des zones urbaines implique que la recherche doit poursuivre ses efforts pour atteindre une bonne compréhension de la dynamique de N dans le paysage, et prioriser les actions de remédiation.

Les SP affectent directement la qualité de l eau de la rivière et leur impact peut être localement important en comparaison des SD, car elles ne bénéficient d aucune remédiation naturelle avant d atteindre le cours d eau. Les SD sont multifactorielles et leur impact peut être plus ou moins important en fonction de la variabilité climatique, des activités humaines et des caractéristiques du territoire. Elles peuvent éventuellement être atténuées dans le BV par des zones tampons, avant d atteindre la rivière.