Les marées vertes qui affectent le littoral breton correspondent à un développement massif d’algues macrophytes (végétaux aquatiques de grande taille) du genre Ulva. Elles se développent au printemps et en été par croissance et multiplication végétative d’algues dérivantes (non fixées à un substrat).
La prolifération des algues vertes constitue une des manifestations de dysfonctionnements environnementaux que l’on appelle eutrophisation. L’eutrophisation trouve de manière générale sa cause dans des apports excessifs de nutriments.
Le premier facteur en cause : les nitrates
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| Profils de quotas azotés et phosphorés du tissu des ulves de la marées vertes |
Si les ulves ont besoin aussi bien de phosphore que d’azote pour se développer, c’est seulement ce dernier qui contrôle leur extension actuelle. En effet, dans les sites à marées vertes, le phosphore stocké dans les sédiments des baies est toujours présent en excès par rapport aux besoins de la croissance des ulves. L’importance du phénomène des marées vertes dépend donc de la persistance de flux d’azote élevés pendant la saison favorable à la croissance des algues (printemps et été).
Normalement, cette croissance est limitée à partir du mois de mai – les disponibilités en nutriments diminuant naturellement en été, du fait de la compétition avec lephytoplancton et de la baisse des apports fournis par les rivières. Mais ce n’est plus le cas actuellement sur beaucoup de secteurs. Les apports continentaux en azote sont suffisamment importants pour permettre aux algues de poursuivre leur phase de croissance pendant la période estivale. Ces apports continentaux, essentiellement d’origine agricole, proviennent notamment des excédents épandus sur les sols cultivés par rapport aux besoins réels des plantes. Le surplus d’azote ayant transité par les rivières se retrouve ensuite rejeté en mer.
D’autres facteurs peuvent jouer un rôle aggravant dans les modalités saisonnières de transfert de l’azote vers le site à marées vertes en période sensible. C’est le cas d’une part, de la nature géologique du sous-sol qui contribue à des débits d’étiage plus importants sur les bassins versants granitiques expliquant des flux de nitrate plus élevés durant le printemps et l'été. D’autre part, le type d’occupation des sols du bassin versant(notamment les aménagements et les pratiques culturales favorisant les trajets directs de l’eau et réduisant ainsi ses chances de dénitrification naturelle).
Les conditions géographiques et environnementales propices à la croissance des algues vertes
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| Conditions actuelles du développement des marées vertes dans les baies sableuses de Bretagne |
Le rejet d’azote n’est pour autant pas suffisant pour provoquer les proliférations massives d’algues vertes. Un ensemble de conditions géographiques et environnementales doivent aussi être réunies :
- une intensité et une durée d’éclairement importantes – optimales au printemps ;
- une température de l’eau de mer au moins supérieure à 13-14°C ;
- une grande transparence de l’eau ;
- une turbulence suffisamment forte pour maintenir les algues en suspension ;
- un estran étendu et plat ;
- un confinement des masses d’eau et des sels nutritifs propices au développement de labiomasse et à son maintien dans la zone favorable à sa croissance.
En Bretagne, les zones à marées vertes sont dans tous les cas des sites côtiers très proches de l’estuaire des rivières, soit sur les banquettes de vase, soit dans des fonds de baies sableuses étendues mais de faible pente, où l’eau est peu profonde et facilement réchauffée et où la lumière pénètre bien.
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| Trajectoires de particules entre deux marées basses |
Il existe un paradoxe en Bretagne. Lerenouvellement des masses d’eau côtières où arrivent les éléments nutritifs est limité dans beaucoup de sites littoraux alors que l’amplitude des marées est forte et que ces sites semblent ouverts vers le large. Ce faible renouvellement des masses d’eau ralentit la dilution vers le large des éléments nutritifs et favorise le stockage des algues produites sous faibles profondeurs et donc leur échouage sur l’estran.
Pour illustrer ce propos, on peut prendre l’exemple d’un bouchon jeté à la mer et suivre son déplacement durant un cycle de marée. On observe dans certaines baies bretonnes, qu’au bout d’une période de marée (entre deux marées basses), ce bouchon se retrouve en un point extrêmement proche de son point de départ. On parle alors de faible courant résiduel de marée. C’est ce qui se passe dans les sites bretons à marées vertes. La dispersion des éléments nutritifs est très faible, favorisant le maintien des nutriments en place et la production d’ulves.
Réduire l'azote à la source pour lutter contre les marées vertes
Les études réalisées notamment par l’Ifremer et le Ceva ont montré que c'est l'augmentation du nitrate dans les cours d'eau bretons (dans certains cas multiplié par un facteur supérieur à 5 entre 1970 et 2000) qui a permis, dans les baies naturellement confinées, la prolifération excessive des ulves. L'abaissement des concentrations en nitrate dans les rivières est ainsi l’unique voie de lutte contre les marées vertes. C'est ce qui s'amorce lentement depuis les années 2000 ( voir l'analyse de l'évolution du nitrate).
Il faut noter que la variabilité climatique (alternance d’années humides et d’années sèches) impacte fortement le développement des marées vertes. Les suivis réalisés par le Ceva montrent à la fois un effet des caractéristiques de l’hiver sur la précocité des marées vertes et un effet des flux d’azote (eux-mêmes conditionnés par la pluviosité printanière et estivale) sur la poursuite des proliférations dans la saison estivale provoquant à son tour un démarrage d’autant plus précoce l’année suivante. Les fluctuations interannuelles des proliférations d’ulves peuvent donc être attribuées à ce phénomène. Ainsi, seule une tendance à la baisse des biomasses d’ulves sur plusieurs années permettra de confirmer une véritable baisse des marées vertes.
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| Effet calculé de divers niveaux de concentration en nitrate de la rivière Douron, majoritairement responsable de la marée verte en Baie de Locquirec |
Pour plusieurs sites bretons à marées vertes étudiés, les modèles numériques développés par les scientifiques 1 ont permis de définir le seuil en dessous duquel les concentrations en nitrate devraient descendre pour limiter la prolifération des algues vertes. Le développement des algues vertes ne répond pas linéairement aux concentrations en nitrate : dans l’exemple de la baie de Locquirec, la baisse des concentrations en nitrate ne commence à avoir un effet sur la production de biomasse d’ulves qu’en dessous de 20 mg/l et le modèle calcule une réduction de 40 % de la biomasse d’ulves lorsque le Douron atteint 5 mg/l. Ainsi, de façon générale, il est nécessaire que la concentration en nitrate de l’eau allant à la mer soit extrêmement faible (de l’ordre de 5 à 10 mg NO3/l pour les sites les plus sensibles) pour que l’effet sur la réduction des marées vertes soit significatif 2.
La réduction des nitrates dans les rivières doit passer au minimum par le respect strict de l’équilibre de la fertilisation azotée (qui est inscrit dans la directive européenne Nitrates) et, pour limiter plus fortement les flux, par une agriculture à basse fuite en nitrate. Les actions programmées dans les bassins versants pour lutter contre les algues vertes vont dans ce sens.
Modélisation des marées vertes
Auteur : Alain Ménesguen (Ifremer)
La puissance de calcul des ordinateurs actuels permet de résoudre, avec une résolution horizontale de quelques décamètres et un pas de temps de l'ordre de la minute, les équations mathématiques décrivant les courants marins dus à la marée, au vent et aux différences de densité causées par l'arrivée des fleuves en mer. En y adjoignant les équations mathématiques décrivant les grands flux d'éléments chimiques indispensables à la synthèse de matière végétale (carbone, azote, phosphore, silicium), on peut construire un modèle mathématique de la production algale dans la bande côtière, qui simule la consommation par les ulves des nutriments azotés (nitrate, ammonium) et phosphorés (phosphate) de diverses origines (marine, terrestre agricole et urbaine). L'Ifremer et le Centre d'études et de valorisation des lgues ont appliqué ce genre de modèle de façon détaillée aux principaux sites à marée verte de Bretagne (Saint-Brieuc, Saint-Michel en grève, Brest, Douarnenez, Concarneau). Avec les apports fluviaux actuels de nitrate, ces modèles reproduisent bien l'accumulation d'ulves aux endroits observés (voir illustration jointe), et ont été employés pour évaluer l'effet de divers taux de réduction de la concentration de nitrate dans les fleuves; ils concluent toujours à la nécessité de redescendre cette concentration à des valeurs basses, entre 5 et 10 mg/l de nitrate selon les sites, si on veut voir diminuer sensiblement la masse des échouages d'ulves. Le modèle permet en plus une investigation impossible sur le terrain : marquer spécifiquement le nitrate issu d'une source particulière, et calculer la part de cette source dans la biomasse d'ulves produite (pour en savoir plus lire l’article détaillé dans la lettre scientifique de Mercator n° 38 (juillet 2010) – en anglais).
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| Comparaison des répartitions des dépôts sous-marins d'ulves |
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