Le secteur agricole est de loin le plus grand consommateur d'eau douce. En Asie et en Afrique, entre 85 et 90 % de toute l'eau douce sert pour l'agriculture. En 2000, selon les estimations, l'agriculture a représenté 67 % du volume d'eau douce total prélevé à l'échelle mondiale, et 86 % de l'eau consommée. Nous utilisons l'eau pour irriguer les cultures et bien qu'une forte proportion de l'eau d'irrigation soit récupérée, ses propriétés ont changé et elle contient des particules de sol et des composés dissous.
Bien qu'elle ne soit pas la seule activité ayant un impact négatif sur l'eau douce, l'agriculture y joue un grand rôle. L'eau de ruissellement pourrait contenir des pesticides, de l'engrais ou du fumier, ou il pourrait y avoir du lessivage d'azote dans l'eau souterraine, qui mènera à son rejet dans les plans d'eau de surface. Cela signifie que les contaminants dissous se trouveront finalement dans les lacs, les rivières ou les océans.
D'autres activités présentent des risques pour l'eau, telles que les industries manufacturière, forestière et minière, l'élimination des déchets et les eaux de ruissellement des zones urbaines.
Quels sont les liens entre la terre et l'eau?
Le cycle hydrologique est le processus par lequel l'eau circule entre l'atmosphère et la surface terrestre.
L'atmosphère ne renferme pas un volume d'eau considérable, mais elle joue un rôle très important dans la circulation de l'eau autour du globe. L'eau se transforme en vapeur d'eau au cours de l'évaporation et de la transpiration. Quatre-vingt-dix pour cent du volume d'eau ainsi transformé est dû à l'évaporation et 10 % à la transpiration. Poussée par les courants chauds, la vapeur d'eau s'élève dans l'atmosphère puis, au contact de l'air plus froid, elle se transforme en fines gouttelettes qui sont à l'origine de la formation des nuages. Les vents forts entraînent les nuages autour de la Terre jusqu'à ce que l'eau tombe sous forme de précipitations. L'eau des précipitations s'écoule à la surface de la terre ou pénètre dans le sol et atteint la nappe souterraine.
Presque toute l'eau qui tombe sur la terre atteint une source d'eau souterraine ou de surface; tout ce qui se produit dans le paysage peut donc avoir une grande influence sur la qualité de l'eau.
Répercussions sur la qualité de l'eau
Le ruissellement est simplement l'écoulement de l'eau sur la surface terrestre. L'eau peut pénétrer dans le sol, s'évaporer dans l'air, être emmagasinée dans les lacs ou les réservoirs ou être utilisée à des fins agricoles ou à d'autres fins par les humains.
L'infiltration est la pénétration de l'eau dans le sol. Une fois infiltrée, l'eau demeure dans le sol ou alimente la nappe souterraine.
L'écoulement souterrain est le mouvement de l'eau dans le sous-sol, le sol non saturé et les aquifères. L'eau souterraine peut rejaillir à la surface sous forme de source, être pompée ou rejoindre les océans. La nappe souterraine se déplace et se recharge lentement; elle peut donc rester dans les aquifères pendant des milliers d'années.
Presque toute l'eau qui tombe sur la terre atteint une source d'eau souterraine ou de surface; tout ce qui se produit dans le paysage peut donc avoir une grande influence sur la qualité de l'eau.
Il peut y avoir ruissellement des pesticides, des engrais et du fumier, ou lessivage de l'azote dans la nappe souterraine et écoulement de l'eau souterraine dans des eaux de surface. Cela signifie que les contaminants dissous atteindront éventuellement des lacs, des rivières ou l'océan. L'essentiel du phosphore qui provient des terres agricoles se lie aux particules du sol. Le phosphore ne présente pas de problème sous cette forme, mais lorsqu'il se dépose dans les sédiments dulcicoles, il peut se libérer lentement sous une forme dissoute qui est facilement assimilable par les plantes aquatiques. Pour cette raison, les effets du dépôt peuvent se faire sentir bien des années après que la source est éliminée ou maîtrisée. De plus, des poussières atmosphériques chargées de phosphore adsorbé et de matière organique peuvent être transportées sur de grandes distances avant de se déposer par gravité ou par les précipitations.
Les sources ponctuelles et les sources diffuses
Il y a deux sources de contamination de l'eau : les sources ponctuelles et les sources diffuses. Une source ponctuelle est facile à localiser, contrairement à une source diffuse. Toutefois, cette distinction n'est pas toujours facile à établir.
L'érosion éolienne est un bon exemple de source de pollution diffuse. Les particules emportées par le vent aboutiront inévitablement dans l'eau. En plus d'être une composante importante des sédiments, les particules de sol peuvent également être une source des éléments nutritifs adsorbés et de pesticides, qui se dissolvent après leur dépôt.
Ce fossé de drainage rejoindra un plan d'eau à un endroit précis, mais les sédiments et les des éléments nutritifs qu'il charrie proviennent d'une source indéterminée ou diffuse. Il en est de même des eaux de ruissellement urbain, même si elles se déversent habituellement dans des eaux réceptrices à des endroits que l'on peut identifier.
Un panache souterrain provenant d'un gazomètre non étanche qui pénètre dans un aquifère débouchant sur une rivière sera probablement considéré comme une source ponctuelle, même si la contamination de la rivière se produit tout le long de la zone de contact avec l'aquifère pollué.
Les sédiments
Les problèmes de qualité de l'eau peuvent être dus aux matières en suspension qui augmentent la turbidité et le dépôt de sédiments. C'est ce qu'on appelle la sédimentation.
Les sédiments qui entrent dans les eaux douces résultent habituellement de l'érosion hydrique et éolienne des champs cultivés ou de l'érosion des berges, qui peut avoir des causes multiples.
La turbidité désigne le caractère d'une eau qui n'est pas transparente. Plus l'eau contient de particules en suspension, plus elle semble trouble et plus la turbidité mesurée est grande. Essayez d'imaginer ce serait la turbidité de l'eau d'un lac ou d'une rivière si la masse de sol perdu de ce champ se dispersait et pénétrait dans l'eau. Imaginez aussi les problèmes qui pourraient survenir si tout le sol perdu se déposait près de prises d'eau. Une forte turbidité peut limiter la croissance des plantes aquatiques enracinées et favoriser la prolifération des algues. Elle peut réduire la visibilité et nuire aux animaux qui repèrent visuellement leur nourriture. La désinfection de l'eau potable est beaucoup moins efficace lorsque l'eau est fortement chargée de particules, car celles-ci font écran aux pathogènes. Pour que le traitement soit efficace, il faut soit recourir à la filtration ou à la coagulation avant la désinfection, soit augmenter la quantité d'agent désinfectant.
En empêchant la lumière de pénétrer dans la colonne d'eau, les grands peuplements d'algues peuvent supplanter les végétaux enracinés dans les sédiments. La forte demande en oxygène des tapis d'algues a des effets négatifs sur la diversité des organismes aquatiques.
Une forte sédimentation peut également entraîner le colmatage des réservoirs et abréger la durée de vie utile des barrages et des digues. Lorsque les taux d'érosion sont élevés, il faut souvent procéder à des travaux d'entretien coûteux pour empêcher les sédiments de s'accumuler dans les fossés et les canaux. Les sédiments peuvent également obstruer les voies d'eau, provoquer des inondations, modifier les régimes d'écoulement et entraîner la formation de nouveaux chenaux qui peuvent interférer avec les autres utilisations des terres.
Beaucoup d'espèces de poissons ont besoin de fonds graveleux pour frayer. Or les sédiments peuvent recouvrir les frayères et nuire à la reproduction.
Les éléments nutritifs, en particulier le phosphore, et les pathogènes sont parfois associés à la fraction en suspension. À mesure que les sédiments se déposent, des changements de la composition chimique se produisent, ce qui favorise la libération de ces éléments nutritifs.
Pratiques de gestion bénéfiques (PGB) pour le contrôle de l'érosion
Nombre de PGB se sont avérées efficaces pour réduire et contrôler la perte de sol en raison de l'érosion par l'eau.
Les éléments nutritifs
Lorsque les éléments nutritifs des engrais synthétiques ou organiques, les résidus des cultures en décomposition et les déchets agricoles, comme les eaux usées des laiteries, pénètrent dans les eaux douces, ils accélèrent l'eutrophisation des étendues d'eau. L'eutrophisation est le processus de vieillissement des lacs qui se caractérise par une augmentation de la productivité. Ce processus se déroule habituellement sur de très longues périodes et son accélération peut avoir diverses répercussions négatives.
Les éléments nutritifs les plus préoccupants sont l'azote et le phosphore. Leur présence en concentrations excessives peut stimuler la biomasse végétale, habituellement la biomasse des plantes aquatiques indésirables et des algues. À mesure que la matière végétale morte est décomposée par des microorganismes aérobies, la demande en oxygène dissous augmente. L'oxygène se raréfie, ce qui peut provoquer une mortalité massive chez les poissons et la disparition d'autres formes de vie aquatique.
Les algues sont souvent les plantes dominantes dans les milieux eutrophes. Lorsqu'elles prolifèrent, des tapis d'algues peuvent obstruer les prises d'eau et réduire l'attrait des étendues d'eau pour les loisirs. Elles peuvent également conférer à l'eau potable une odeur et un goût désagréables. Certaines espèces de cyanobactéries, appelées communément algues bleu-vert, sécrètent des composés qui peuvent être toxiques pour les animaux d'élevage.
Les éléments nutritifs limitant la croissance
Les éléments nutritifs limitant la croissance sont un paramètre important de la biologie des eaux douces. Dans ce diagramme, la croissance végétale est représentée par la quantité d'eau dans le baril. La hauteur de l'eau ne peut être plus grande que la hauteur de la plus petite douve qui, ici, correspond à l'azote. Si on ajoute de l'azote, le baril pourra contenir plus d'eau.
Description du dessin ci-dessus
Dessin d'un tonneau avec des douves de diverses longueurs pour représenter les différentes exigences de croissance; les dix douves sont étiquetées comme suit : lumière, chaleur, support mécanique, matière organique, azote, potassium, phosphore, autres nutriants, eau et air. La croissance végétale est limitée par la douve la plus courte qui, dans cet exemple, est l'azote. Le tonneau peut contenir de l'eau jusqu'à la hauteur de la douve la plus courte.
Dans les systèmes agricoles, l'azote et le phosphore sont souvent les facteurs limitatifs de la croissance des cultures et sont habituellement ajoutés en grandes quantités afin de maximiser les rendements. Dans la plupart des systèmes d'eau douce, le phosphore est habituellement le facteur limitatif de la croissance. Même des petits ajouts de phosphore peuvent stimuler la croissance d'algues et d'autres plantes. L'azote peut être le facteur limitatif dans certains ruisseaux et l'est habituellement dans les estuaires. La migration de ces éléments nutritifs de l'agriculture à l'eau douce peut déranger de façon radicale l'équilibre biologique d'un plan d'eau.
Azote
Certaines formes d'azote peuvent être nocives pour les poissons et les animaux.
L'ammoniaque dissous sous forme gazeuse peut être toxique pour les poissons. En l'absence d'oxygène, presque tout l'azote inorganique est présent sous la forme de gaz ammoniacal. Cela est particulièrement le cas lorsque le pH est élevé.
De fortes teneurs en nitrate ne posent généralement pas de problèmes dans les eaux de surface où ce composé est habituellement assimilé rapidement par les plantes et les algues, mais elles peuvent constituer une préoccupation dans les eaux souterraines.
Le nitrite est une forme réduite d'azote qui est habituellement instable dans l'environnement et le corps humain. Mais dans certaines circonstances, il peut être produit par la réduction des nitrates en quantité suffisante pour causer des maladies ou même la mort. Le syndrome du bébé bleu, ou méthémoglobinémie, est la manifestation la mieux comprise de la toxicité du nitrite. Les nourrissons de moins d'un an et les personnes qui souffrent de certaines maladies gastrointestinales sont particulièrement vulnérables à la présence de teneurs élevées en nitrate dans l'eau potable provenant de puits riches en nutriants.
De fortes concentrations de nitrate dans l'eau et le fourrage peuvent également être létales pour les ruminants.
PGB – Plans de gestion des nutriants
- La Planification de la gestion des éléments nutritifs
- Gestion durable des nutriments sur le terrain quant aux systèmes d'alimentation hivernaux pour le bétail au champ
Pesticides
L'agriculture moderne fait largement usage de pesticides pour maintenir les rendements. On a estimé que sans pesticides, les pertes avant récolte seraient de l'ordre de 40 % en moyenne. Malheureusement, l'utilisation de pesticides comporte des coûts et pose un certain nombre de risques pour l'environnement.
Les organismes non ciblés sont particulièrement à risque. Il s'agit d'espèces que l'on juge bénéfiques ou souhaitables, comme l'être humain. En utilisant des composés à large spectre qui favorisent l'acquisition d'une résistance aux pesticides et l'élimination des prédateurs, nous pouvons contribuer à l'apparition de nouveaux organismes nuisibles.
PGB – Lutte antiparasitaire intégrée
Pathogènes
Le terme pathogène s'applique à tout organisme qui cause des maladies. Dans l'eau, plusieurs espèces de bactéries, de virus et de parasites, dont les plus communes sont énumérées ici, soulèvent des préoccupations. La plupart pénètrent dans l'eau avec les matières fécales d'origine animale ou humaine.
Le plus souvent, la contamination biologique des eaux souterraines a pour origine la tête de puits. Les eaux de ruissellement qui contiennent du fumier, des engrais et des déjections animales, s'infiltrent dans le sol et atteignent la nappe souterraine peuvent contaminer tout l'aquifère. C'est de cette façon que le puits municipal de Walkerton, en Ontario, a été contaminé.
Les puits peu profonds sont plus susceptibles de contenir des contaminants biologiques que les puits profonds, ce qui indique que le lessivage des pathogènes à travers les sols à texture grossière est sans doute une autre voie par laquelle des organismes causant des maladies contaminent l'eau souterraine. Les risques associés à leur ingestion peuvent être très élevés en milieu rural où les sources d'eau potable ne sont pas traitées.
En Alberta, dans le cadre d'une étude pilote, on a détecté la présence de coliformes dans 86 % des étangs-réservoirs qui ont été analysés. La teneur en coliformes totaux dépassait les Recommandations pour la qualité de l'eau potable du Canada dans 71 % des cas, et des teneurs détectables en coliformes fécaux ont été mesurées dans 68 % des cas. Quarante-deux pour cent des agriculteurs interrogés ne traitaient pas leur eau potable et 27 % n'avaient jamais fait analyser l'eau de leur étang-réservoir.
Composés organiques
La décomposition des composés organiques est une autre source importante d'azote et de phosphore. Les sources les plus communes de composés organiques sont l'eau de ruissellement provenant des enclos et des champs cultivés ainsi que les eaux usées, qui peuvent comprendre l'eau de lavage des installations d'élevage ou des installations de transformation des produits agricoles.
En plus d'accroître la teneur en nutriants, les composés organiques sont une source de carbone pour les décomposeurs que sont les bactéries aérobies. Tout accroissement de ces populations bactériennes entraîne une augmentation de la demande d'oxygène dissous dans l'eau. À mesure que la teneur en oxygène diminue, les autres organismes qui ont besoin d'oxygène pour vivre, comme les poissons, ne peuvent soutenir la concurrence et leurs populations peuvent décliner.
Des teneurs élevées en carbone organique dissous et en matière organique en suspension peuvent également mettre à l'épreuve les systèmes de traitement de l'eau. Les composés organiques confèrent souvent à l'eau une odeur et un goût désagréables dont l'élimination peut s'avérer difficile et coûteuse.
Produits chimiques dangereux
D'autres substances d'origine agricole peuvent constituer une menace à la qualité de l'eau. Des carburants comme l'essence et le diesel, les huiles pour moteurs et d'autres produits pétroliers comme les diluants pour peintures peuvent contaminer les eaux douces en cas de déversement accidentel ou d'élimination inadéquate. Des métaux lourds peuvent s'accumuler dans les sols agricoles et être assimilés par les cultures. Du cuivre et du zinc sont utilisés comme additifs dans les aliments pour animaux et peuvent s'accumuler dans les sols fortement fumurés. Le cadmium et le zinc contenus dans les engrais, en particulier les produits phosphorés, peuvent également s'accumuler dans les sols.
Plus récemment, la présence de produits pharmaceutiques transportés par les eaux de ruissellement et les eaux usées dans les eaux douces a soulevé des préoccupations. La détection de faibles concentrations d'antibiotiques dans l'eau a été corrélée à l'apparition de pathogènes résistants aux médicaments.
Diverses substances appliquées dans les champs agricoles peuvent perturber la fonction endocrinienne chez les organismes aquatiques. Les pesticides et certains produits pharmaceutiques administrés aux animaux d'élevage et susceptibles d'être présents dans le fumier sont particulièrement préoccupants.