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Phosphore (HU)

De Wikigeotech

Traduction anglaise : Phosphorus 

Dernière mise à jour : 04/04/2021

Élément chimique de numéro atomique 15, le phosphore est assez rare sur terre et la matière vivante en contient relativement assez peu. Il est cependant indispensable à toutes les formes de vie, en particulier pour le stockage et le transfert d'énergie (ATP), la fabrication des os et des dents des vertébrés, la synthèse de l'ARN et de l'ADN, etc.. Le phosphore constitue ainsi l'un des principaux facteurs limitants du cycle trophique, en particulier dans les milieux aquatiques d'eau douce.

Sommaire

Différentes formes du phosphore dans les milieux aquatiques

Le phosphore présent dans les milieux aquatiques se répartit entre les phases liquides et solides (voir aussi Cycle du phosphore (HU)).

La phase liquide, principalement présente dans l'eau interstitielle du substrat, contient les formes solubles du phosphore organique et minéral. La forme la plus importante pour les écosystèmes est constituée par les orthophosphates qui constituent l'essentiel du phosphore biodisponible pour les plantes et les algues (voir aussi Phosphore réactif soluble (HU)).

La phase solide peut se décomposer en trois parties :

  • les formes organiques qui se divisent, de façon variable selon les saisons, entre des formes inertes (débris végétaux ou animaux, excrétions animales) et du phosphore présent dans des organismes vivants ; à la mort des cellules (principalement à l'automne), le phosphore est relargué rapidement par hydrolyse, puis minéralisé avant d'aller majoritairement se fixer à la surface des minéraux (voir Cycle trophique (HU)) ;
  • les formes adsorbées à la surface de minéraux qui constituent la réserve principale de phosphore biodisponible (ce stock se reconstitue majoritairement pendant l'automne et l'hiver, alimenté par la minéralisation du phosphore organique à la mort des cellules) ;
  • les formes minéralogiques et occluses dans des matrices de minéraux ; cette forme représente de loin la part principale, mais elle ne rentre que très lentement dans le cycle trophique et ne joue qu'un rôle marginal dans le fonctionnement à court terme des écosystèmes.

Rôle du phosphore dans le fonctionnement des écosystèmes

Le phosphore constitue avec le carbone et l'azote l'un des principaux nutriments. Il entre dans la composition de la matière végétale grâce à la photosynthèse, selon la formule générique suivante :


$ 106\,CO_2+16\,NO_3^-+HPO_4^{2-}+122\,H_2O+18\,H^+\quad\longrightarrow\quad C_{106}\,H_{263}\,O_{110}\,N_{16}\,P + 138\,O_2 $


Le phosphore constitue généralement le nutriment limitant des écosystèmes aquatiques d'eau douce.

Origine et disponibilité du phosphore dans les écosystèmes aquatiques

Dans un milieu non affecté par l'homme, la source de départ est constitué par l'érosion des formes minéralogiques. Cette production est cependant très lente et l'essentiel des sources biodisponibles de phosphore sont associées à son recyclage permanent. Ce recyclage s'effectue selon un cycle court (excrétion par les consommateurs primaires, lyse rapide des cellules puis minéralisation sous la forme d'orthophosphates) et sur un cycle annuel (mort d'une grande partie des algues et d'autres organismes à l'automne puis transformation en orthophosphates par le même processus, associé à une adsorption sur des particules et à leur sédimentation durant l'hiver).


Figure 1 : La dérégulation du cycle trophique par excès de phosphore ou d'azote est à l'origine de l'hyper-eutrophisation de nombreux milieux aquatiques ; ici développement anarchique de lentilles d'eau ; Crédit photo : Bernard Chocat.

L'activité humaine rajoute des sources artificielles supplémentaires de phosphore à ce cycle naturel. Les deux plus importantes sont les engrais et les produits détergents (même si les orthophosphates ne sont plus utilisés comme agent blanchissant dans les lessives depuis un grand nombre d'années). Ces apports proviennent en partie de l'agriculture et en partie des rejets urbains (stations d'épuration et rejets urbains de temps de pluie). Ils sont la cause principale de l'hyper-eutrophisation de nombreux milieux aquatiques continentaux (étangs, lacs, mais également rivières de plaine) ou côtiers. Dans les zones sensibles à l'eutrophisation, la Directive Eaux résiduaires urbaines et transposée en droit français dans l’article R. 211-94 du code de l’environnement exige un traitement spécifique de l'azote et du phosphore.

Le risque de manque de phosphore

Curieusement, alors que l'excès de phosphore constitue une cause importante de perturbation des écosystèmes aquatiques, on s'interroge également sur le risque d'épuisement des ressources. Le phosphore, s'il est dangereux lorsqu'il est en excès, est cependant indispensable aux activités humaines, en particulier pour produire des engrais. A l’échelle mondiale, les estimations de consommation future prévoient un épuisement des gisements d’ici un à deux siècles (https://www.encyclopedie-environnement.org/eau/phosphore-et-eutrophisation/).

Mieux contrôler les flux de phosphore et en particulier développer la récupération et le recyclage du phosphore contenu dans les eaux usées constitue donc un enjeu important, à la fois pour améliorer la qualité des milieux aquatiques et pour valoriser une ressource non renouvelable.


Bibliographie :

  • Andrieux-Loyer, F. (1997) : Les formes de phosphore particulaire et sédimentaire en environnement côtier : Méthodes d'analyse, biodisponibilité, échange ; Thèse de l'Université de Bretagne occidentale ; 336p ; disponible sur : https://archimer.ifremer.fr/doc/00015/12612/9491.pdf.

Pour en savoir plus  : https://www.encyclopedie-environnement.org/eau/phosphore-et-eutrophisation/

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