20.1.3 : Atténuer la pollution des eaux

La pollution de l'eau peut être atténuée par la régulation, la biorestauration et la gestion des bassins versants.

Réglementation

Au début des années 1900, l'industrialisation rapide aux États-Unis a entraîné une pollution généralisée de l'eau due au rejet gratuit de déchets dans les eaux de surface. La rivière Cuyahoga, dans le nord-est de l'Ohio, a pris feu à de nombreuses reprises, y compris un célèbre incendie en 1969 qui a attiré l'attention du pays (figure\(\PageIndex{a}\)). En 1972, le Congrès a adopté l'une des lois environnementales les plus importantes de l'histoire des États-Unis, la Federal Water Pollution Control Act, plus communément appelée Clean Water Act (CWA). L'objectif de la Clean Water Act et de ses modifications ultérieures est de maintenir et de restaurer la qualité de l'eau ou, en termes plus simples, de rendre notre eau baignable et exploitable. Il est devenu illégal de déverser de la pollution dans les eaux de surface sans autorisation officielle. La CWA réglemente la pollution provenant d'une source unique, telle que celle provenant de l'industrie ou des stations d'épuration des eaux usées, en établissant des normes de pollution (niveaux maximaux de chaque polluant pouvant se trouver dans les plans d'eau ou être rejeté à la fois). La qualité de l'eau aux États-Unis s'est améliorée de manière significative en conséquence, mais il reste encore du travail à faire.

Figure\(\PageIndex{a}\) : Incendie de la rivière Cuyahoga en 1969. Image de l'Agence de protection de l'environnement de l'USEPA (domaine public).

Mesures correctives

L'assainissement consiste à nettoyer la contamination. L'assainissement biologique (bioremédiation) est une technique de gestion des déchets qui implique l'utilisation d'organismes tels que des plantes, des bactéries et des champignons pour éliminer ou neutraliser les polluants d'un site contaminé. Selon l'EPA des États-Unis, la bioremédiation est un « traitement qui utilise des organismes naturels pour décomposer des substances dangereuses en substances moins toxiques ou non toxiques ». Ce type d'assainissement est généralement utilisé sur les produits chimiques organiques, mais il permet également de réduire ou d'oxyder les produits chimiques inorganiques tels que les nitrates. La phytoremédiation est un type de bioremédiation qui utilise les plantes pour absorber les produits chimiques au fil du temps.

La bioremédiation est largement utilisée pour traiter les eaux usées humaines et a également été utilisée pour éliminer les produits chimiques agricoles (pesticides et engrais) qui s'infiltrent du sol dans les eaux souterraines. Certains métaux toxiques, tels que le sélénium et les composés d'arsenic, peuvent également être éliminés de l'eau par bioremédiation. Le mercure est un exemple de métal toxique qui peut être éliminé d'un environnement par bioremédiation. Plusieurs espèces de bactéries peuvent effectuer la biotransformation du mercure toxique en formes non toxiques. Ces bactéries, comme Pseudomonas aeruginosa, peuvent convertir une forme chargée de mercure (Hg ^{2 +}) en une forme non chargée (Hg), moins toxique pour l'homme.

L'un des exemples les plus utiles et les plus intéressants de l'utilisation de procaryotes à des fins de biorestauration est probablement le nettoyage des déversements d'hydrocarbures. Pour nettoyer ces déversements, la bioremédiation est favorisée par l'ajout de nutriments inorganiques qui aident les bactéries déjà présentes dans l'environnement à se développer. Les bactéries dégradant les hydrocarbures se nourrissent des hydrocarbures contenus dans les gouttelettes d'huile, les décomposant en composés inorganiques. Certaines espèces, comme Alcanivorax borkumensis, produisent des tensioactifs qui décomposent l'huile en gouttelettes, la rendant ainsi plus accessible aux bactéries qui dégradent l'huile. Dans le cas de déversements de pétrole dans l'océan, une bioremédiation naturelle continue a tendance à se produire, dans la mesure où des bactéries consommatrices de pétrole se trouvaient dans l'océan avant le déversement. Dans des conditions idéales, il a été signalé que jusqu'à 80 % des composants non volatils (ceux qui ne s'évaporent pas facilement) du pétrole peuvent être dégradés dans l'année suivant le déversement. Des chercheurs ont modifié génétiquement d'autres bactéries pour consommer des produits pétroliers ; en effet, la première demande de brevet pour une application de biorestauration aux États-Unis portait sur une bactérie mangeuse de pétrole génétiquement modifiée.

Figure\(\PageIndex{a}\) : (a) En nettoyant le pétrole après le déversement de l'Exxon Valdez en Alaska (1989), les travailleurs ont arrosé le pétrole des plages, puis ont utilisé une rampe flottante pour capter le pétrole, qui a finalement été écrémé à la surface de l'eau. Certaines espèces de bactéries sont capables de solubiliser et de dégrader l'huile. (b) L'une des conséquences les plus catastrophiques des déversements d'hydrocarbures est l'endommagement de la faune. (crédit a : modification d'une œuvre par la NOAA ; crédit b : modification d'une œuvre par GOLUBENKOV, ONG : Saving Taman)

La biorestauration présente un certain nombre d'avantages en termes de coût/efficacité, qui peut être utilisée dans des zones inaccessibles sans excavation. Par exemple, les déversements d'hydrocarbures (en particulier les déversements de pétrole) ou certains solvants chlorés peuvent contaminer les eaux souterraines, qui peuvent être plus faciles à traiter par biorestauration que les approches plus classiques. Cela coûte généralement beaucoup moins cher que l'excavation suivie de l'élimination ailleurs, de l'incinération ou d'autres stratégies de traitement hors site. Cela réduit ou élimine également le besoin de « pomper et traiter », une pratique courante sur les sites où les hydrocarbures ont contaminé des eaux souterraines propres. L'utilisation de microorganismes pour la biorestauration des hydrocarbures présente également l'avantage de décomposer les contaminants au niveau moléculaire, au lieu de simplement disperser chimiquement le contaminant.

L'assainissement chimique utilise l'introduction de produits chimiques pour éliminer le contaminant ou le rendre moins nocif. Les barrières réactives, une paroi perméable dans le sol ou à un point de rejet qui réagit chimiquement avec les contaminants présents dans l'eau, en sont un exemple. Les barrières réactives faites de calcaire peuvent augmenter le pH du drainage minier acide, rendant l'eau moins acide et plus basique, ce qui élimine les contaminants dissous par précipitation pour les transformer en solides. L'assainissement physique consiste à retirer l'eau contaminée et à la traiter (c'est-à-dire à la pomper et à la traiter) par filtration ou à l'éliminer. Toutes ces options sont techniquement complexes, coûteuses et difficiles, la remédiation physique étant généralement la plus coûteuse.

Gestion du bassin versant

La gestion des bassins hydrographiques consiste à réduire les produits chimiques appliqués sur les terres du bassin versant (qui s'écouleront dans un plan d'eau) et le ruissellement de ces produits chimiques (figure\(\PageIndex{b-c}\)). Cette stratégie est plus efficace pour la pollution de source diffuse que l'établissement de normes de pollution (comme le fait la CWA) car elle n'exige pas que chaque source de pollution soit identifiée.

Figure\(\PageIndex{b}\) : Certains bassins versants sont relativement petits, tandis que d'autres s'étendent sur des milliers de kilomètres carrés et peuvent contenir des ruisseaux, des rivières, des lacs, des réservoirs et des eaux souterraines sous-jacentes qui se trouvent à des centaines de kilomètres à l'intérieur des terres. Cette photo montre une vue aérienne de la baie de Drakes, qui fait partie du bassin versant de Tomales-Drake en Californie. Image et légende (modifiées) de Brian Cluer, NOAA Fisheries West Coast Region, California Coastal Office (domaine public).

Figure\(\PageIndex{c}\) : Schéma d'un bassin versant, c'est-à-dire la zone qui se déverse dans un plan d'eau. La limite du bassin versant définit les bords du bassin versant. Les précipitations tombent sur le bassin versant. Certains rentrent dans l'atmosphère par évaporation ou évapotranspiration. L'eau s'accumule dans de plus petits cours d'eau qui se déversent dans une rivière plus grande De plus, les eaux de surface peuvent pénétrer dans le bassin versant (afflux d'eau de surface) sous forme d'eau importée par des canalisations ou des canaux. Les eaux de surface sortent du bassin versant (écoulement des eaux de surface) sous forme d'eau exportée par des canalisations et des canaux. De même, les eaux souterraines entrent dans le système et les eaux souterraines sortent du système. Les eaux souterraines sont stockées dans l'aquifère souterrain et la nappe phréatique marque le niveau supérieur des eaux souterraines de l'aquifère. Image tirée de Healy, R.W., Winter, T.C., LaBaugh, J.W., et Franke, O.L., 2007, : Budgets de l'eau : fondements d'une gestion efficace des ressources en eau et de l'environnement : Circulaire 1308 du Service géologique des États-Unis.

Le maintien ou la restauration des zones riveraines (zones riveraines) est essentiel à la gestion des bassins versants (figure\(\PageIndex{d}\)). Il s'agit de zones de terre suffisamment proches d'un plan d'eau pour être touchées par ce plan d'eau, par exemple la région de végétation luxuriante qui entoure une rivière. Les zones riveraines fournissent de nombreux services écosystémiques qui améliorent la qualité de l'eau et limitent la pollution. La végétation absorbe les nutriments qui pourraient autrement provoquer l'eutrophisation. Il fournit également de l'ombre, maintient l'eau fraîche et augmente sa capacité à retenir l'oxygène dissous. Les racines de la végétation s'accrochent au sol pour lutter contre l'érosion. De plus, les racines et les plantes basses ralentissent le ruissellement, favorisant ainsi l'infiltration. Des taux d'infiltration élevés présentent plusieurs avantages : (1) moins de ruissellement est disponible pour polluer la rivière, le lac ou la baie, (2) les polluants seront filtrés du ruissellement lorsqu'il s'infiltre dans le sol et (3) les aquifères sont reconstitués.

Figure\(\PageIndex{d}\) : Les zones riveraines réduisent la pollution de l'eau en absorbant les nutriments, en maintenant l'eau fraîche, en limitant l'érosion et en favorisant l'infiltration. Image de BLM (domaine public).

Les plans de gestion des bassins versants laissent généralement de la végétation riveraine intacte directement adjacente à un plan d'eau (figure\(\PageIndex{e}\)). Ensuite (en s'éloignant de l'eau), on pourrait gérer la forêt puis l'agriculture. L'agriculture la plus intensive doit être la plus éloignée du plan d'eau, en particulier lorsque des pesticides et des engrais sont utilisés.

Figure\(\PageIndex{e}\) : Bien que les zones tampons des forêts riveraines soient souvent conçues principalement pour améliorer la qualité de l'eau, ces pratiques peuvent également inclure des espèces ligneuses qui fournissent des produits tels que des noix, des fruits et des fleurs ligneuses décoratives. Ce sont des exemples de produits forestiers non ligneux. La zone 1, la plus proche de la rivière, est une forêt non gérée. La zone 2 contient des arbres et arbustes à noix ou fruitiers gérés. La zone 3 contient des plantes ligneuses et des plantes non graminoïdes gérées. (Les plantes herbacées non graminoïdes sont des plantes non ligneuses, Image et légende du Centre national d'agroforesterie de l'USDA (domaine public).

Dans les zones urbaines, ils peuvent également être soigneusement structurés pour limiter la pollution de l'eau. Les jardins pluviaux situés à côté des bâtiments sont des zones où le sol et la végétation favorisent l'infiltration. La chaussée perméable, qui permet à l'eau de la traverser, favorise également l'infiltration et réduit le ruissellement, réduisant ainsi les possibilités pour l'eau d'acquérir des polluants en se lavant une rue sale.

Attribution

Modifié par Melissa Ha à partir des sources suivantes :

• Contamination de l'eau due à une introduction à la géologie par Johnson et al. (sous licence CC-BY-NC-SA)
• Traitement de l'eau et bioremédiation à partir de la biologie environnementale par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)