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SPACE Rennes - 15/09/[email protected]
Que dit la chimie?
La «fenêtre biologique» de l’eau
SPACE Rennes 2010
Les «Marées Vertes»Problématique et préconisations
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Matières organiques (MO) = [ C, H, O, N, P, S…]
La prolifération «excessive» est une conjonction : De l’excès de nutriments De la sensibilité du milieu
Gaz carbonique Oligo-Éléments (Soufre,..)
Nutriments (Azote, Phosphore)
Energiesolaire
EAU
Chloro-phylle
Formation et prolifération des algues
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Problématique actuelle
Aspect curatif (lutte contre les nuisances des algues vertes)
Aspect préventif (limitation des apports de nutriments par les rivières)
Point commun : phénomènes de biodégradations des matières
organiques intervenant dans l’eau ou grâce à l’eau
Formation et prolifération des algues
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2 notions fondamentales
Acidité-Basicité (pH)Zone privilégiée d’activité biologique : entre 6 et
8 Oxydo-Réduction (EH)
Zone de stabilité de l’eau : entre – 400 et + 800 mV
H2O = H+ + OH- = H2 + 1/2 O2
Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau
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Définition de la « Fenêtre biologique » de l’eau
Zone pH/EH dans lesquelles se produisent dans l’eau les réactions d’oxydo-réduction
de nature biologique
Trois états du milieu Aérobiose (présence d’oxygène dissous et de nitrates) Anoxie (absence d’oxygène dissous, présence de nitrates) Anaérobiose (absence d’oxygène dissous et de nitrates)
EH
- 400 mV
- 200 mV
0 mV
+ 200 mV
+ 400 mV
+ 600 mV
- 600 mV
- 800 mV
Ré
du
ctio
n -
Oxy
dat
ion
AérobioseAvec O2 dissous
et NO3
AnoxieSans O2; avec NO3
O2
7pH 6 8Acide Basique
H+ OH- H2
AnaérobioseSans O2 dissous
ni NO3
Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau
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EH
- 400 mV
- 200 mV
0 mV
+ 200 mV
+ 400 mV
+ 600 mV
- 600 mV
- 800 mV
Ré
du
ctio
n -
Oxy
dat
ion
AérobioseAvec O2 dissous
et NO3
AnoxieSans O2; avec NO3
O2
7pH 6 8Acide Basique
H+ OH- H2
AnaérobioseSans O2 dissous
ni NO3
Accumulation de matières organiques (algues, lisier, fumier, eaux usées, …) Vasières, marécages, tourbières Procédés de méthanisation
Rivières, sols aérés, nappes (milieux riches en oxygène) Procédés « Boues activées » (périodes avec aération), de filtration ou de compostage (zones aérées)
Milieux «humides» avec matières organiques ou zones du sols moins aérées (= milieux «réducteurs») Procédés «Boues activées» (périodes sans aération) ou procédés de compostage (zones non aérées)
Où trouve-ton ces conditions ?
Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau
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EH
- 400 mV
- 200 mV
0 mV
+ 200 mV
+ 400 mV
+ 600 mV
- 600 mV
- 800 mV
Ré
du
ctio
n -
Oxy
dat
ion
AérobioseAvec O2 dissous
et NO3
AnoxieSans O2; avec NO3
O2
7pH 6 8Acide Basique
H+ OH- H2
AnaérobioseSans O2 dissous
ni NO3 Réduction des matières organiques en méthane (CH4); potentialité de valorisation énergétique Formation de sulfures (H2S); risques de nuisances à gérer Conservation et minéralisation des composés azotés [N]; forme ammoniaque prédominante (NH4)
Oxydation des matières organiques en gaz carbonique (CO2) Oxydation l’ammoniaque (NH4) en nitrates (NO3) qui restera sous forme dissoute dans l’eau
Réduction des nitrates (NO3) en azote gazeux (N2) qui dégazera dans l’atmosphère
Quelles biotransformations y observe-t-on?
Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau
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Et les composés phosphorés ??
Les phosphates (PO4) forment des sels précipitables avec les ions aluminium (Al), fer (Fe) ou calcium (Ca) qui restent bloqués en surface du sol et sont éventuellement entraînés avec le ruissellement de l’eau
Les phosphates (PO4) sont susceptibles de «relargage» dans l’eau à partir de fonds vaseux anaérobies, comme l’ammoniaque (NH4)
Biotransformations des Matières Organiques dans l’eau
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Trois catégories de mesures préventives
1. Mesures de rétention de la pollution «à la source» : Proscrire les rejets directs, agricoles et urbains, dans le milieu naturel sans
traitement adapté et performant au préalable (la biodégradation des nitrates dans les cours d’eau riches en oxygène est très lente)
Mise en place de mesures en continu d’ammoniaque et de nitrates dans les stations d’épuration importantes et les points stratégiques des rivières
2. Mesures mettant le sol à contribution : Limitation les pertes d’azote dans le sol grâce à la végétation (compromis
fertilisant-cultures; limitation des engrais minéraux; contrôle des pertes d’azote dans le sol; lutte contre les sols nus).
Préservation de la capacité des sols à éliminer les nitrates et limitation des entraînements de Phosphates et Matières Organiques par érosion (talus, haies, prairies humides,…)
3. Mesures de «traitements hors sol» : Méthanisation, traitement qui produit de l’énergie et conserve l’azote,
notamment sous la forme ammoniaque (si épandage local possible) Autres traitements (Compostage, boues activées,…) qui permettent en
outre d’éliminer ou exporter ce que le sol ne peut accepter localement
Prévention des «marées vertes»
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Deux enseignements de la chimie
En chimie, les réactions de biodégradation sont indissociables de la notion d’énergie
Sur le terrain, la problématique de la dépollution est fortement liée à celle de l’énergie (énergie électrique générée ou consommée par les biotransformations; pétrole pour transporter les effluents ou exporter les coproduits)
En chimie, le cycle du carbone inclut une phase de synthèse et une phase de biodégradation
Sur le terrain, les activités traditionnelles de l’agriculture et celles de dépollution deviennent de plus en plus interdépendantes (les collectivités font de la phyto-épuration pour les effluents, de la valorisation agricole pour leurs boues; les agriculteurs préservent la capacité « épuratrice » des sols, produisent de l’énergie, fabriquent des amendements et des fertilisants, etc…)
Prévention des «marées vertes»
