Le 6 juin, 2018, le Center for Limnology a signalé qu'une prolifération d'algues toxiques avait commencé à se répandre sur le lac Mendota. Cela a rapidement conduit à la fermeture des plages autour du plus grand lac de Madison.

Elle a également coïncidé avec le lancement d'un nouveau effort de quatre ans du comté de Dane, appelé Suck the Muck, conçu pour aspirer littéralement un siècle de phosphore de 33 miles de ruisseaux qui alimentent les lacs du comté.

Phosphore, un nutriment présent dans le fumier épandu dans les champs agricoles, se dirige vers les eaux du Wisconsin (et les voies navigables ailleurs) par ruissellement à la suite de tempêtes de pluie. Quand le temps est chaud, cela peut conduire à l'eau nauséabonde et à la prolifération d'algues toxiques qui infestent les lacs comme Mendota, qui est situé dans un paysage agricole.

Ce ruissellement peut s'aggraver, selon une étude récente de chercheurs du Water Sustainability and Climate Project de l'Université du Wisconsin-Madison. Avec un climat changeant, la fréquence des événements pluvieux de forte intensité est en augmentation. Ces tempêtes apportent de fortes pluies sur une courte période et aggravent le ruissellement de phosphore des champs agricoles couverts de fumier, plus que les scientifiques ne s'y attendaient.

"Les deux choses sont mauvaises pour la qualité de l'eau - trop de fumier est mauvais et trop de tempêtes intenses sont mauvaises, trop, " déclare l'auteur principal de l'étude en Lettres de recherche environnementale , Mélissa Motew. "C'est une histoire sur la façon dont un problème aggrave vraiment un autre problème."

En effet, la prolifération d'algues du lac Mendota est survenue juste après le deuxième mois de mai le plus humide de l'histoire de Madison, et son huitième plus chaud. Le National Weather Service a rapporté que mai 2018 a été le plus humide jamais enregistré pour les États-Unis contigus.

Mais Motew n'a pas commencé par se demander comment les fortes tempêtes et le fumier interagissent en synergie pour affecter la qualité de l'eau. C'est en étudiant le phosphore hérité dans les sols - l'accumulation du nutriment au fil du temps - qu'elle et l'équipe de recherche ont remarqué quelque chose d'intéressant dans les données.

"Nous savions que les fortes pluies transportaient beaucoup de phosphore hors d'un champ et en 2014, (co-auteur Stephen Carpenter, professeur émérite et directeur du CFL) a constaté qu'un nombre relativement faible d'événements pluvieux chaque année livraient la majorité du phosphore aux lacs, " explique-t-elle. " Nous avons remarqué qu'il semblait que lorsque nous avions des périodes de fortes pluies, nous voyions une qualité de l'eau pire que ce à quoi nous nous attendions. Cela nous a poussé à mettre en place cette étude.

Le changement climatique apporte des précipitations plus intenses à travers les États-Unis, en particulier dans le Midwest et le Nord-Est. L'étude de 2014 de Carpenter et de ses collègues a montré que 74% de la charge de phosphore dans le lac Mendota est désormais livrée en seulement 29 jours par an, et une étude menée en 2016 par des scientifiques de l'Université Marylhurst en Oregon et de l'UW-Madison a montré que les précipitations annuelles dans le bassin versant de Yahara, qui comprend le lac Mendota, augmenté de 2,1 mm chaque année entre 1930 et 2010.

Cela équivaut à une augmentation d'environ sept pouces de pluie supplémentaire aujourd'hui, Motew explique. Cette même étude a également montré que si la fréquence des grandes tempêtes dans la région était en moyenne de 9,5 événements par décennie entre 1930 et 1990, entre 1991 et 2010, le nombre de grandes tempêtes a presque doublé, atteignant 18 événements par décennie.

À l'aide de modèles de simulation, Motew et l'équipe d'étude ont demandé comment des événements de pluie plus extrêmes pourraient interagir avec l'approvisionnement en phosphore de fumier et d'engrais sur les terres cultivées pour affecter le ruissellement au niveau d'un lac individuel et des cours d'eau qui l'alimentent. C'est-à-dire, que se passe-t-il lorsqu'une quantité donnée de pluie tombe sur un champ pendant deux heures au lieu de 24 heures ?

"Le modèle nous permet de passer à l'échelle et de faire des observations intéressantes de l'échelle d'un champ à l'ensemble du bassin versant, " dit-elle. " Les modèles nous permettent d'étudier en détail le processus de déplacement du phosphore. "

À l'aide de deux scénarios climatiques sur 60 ans, celui qui supposait des précipitations quotidiennes, températures maximales et minimales, vitesses du vent, humidité relative et rayonnement solaire similaires aux valeurs annuelles moyennes actuelles à Madison, et un autre en supposant des événements de pluie plus extrêmes, Le modèle de Motew a exploré ce qui arrive aux concentrations de phosphore dans le lac Mendota et ses affluents dans des conditions de précipitations de faible et de forte intensité.

Il a pris en compte les pratiques réelles des agriculteurs dans le bassin versant - y compris leurs applications typiques d'engrais et de fumier et leurs pratiques de travail du sol, la quantité de phosphore déjà stockée dans les couches superficielles du sol, et la composition des terres autour du lac Mendota. Plus de la moitié des terres qui l'entourent sont agricoles.

Motew a découvert que le phosphore dissous - le genre trouvé dans le fumier, par rapport à d'autres engrais et à ceux trouvés dans le sol - combinés en synergie avec de fortes pluies pour augmenter la quantité de phosphore qui s'écoule dans le lac Mendota et ses ruisseaux.

« Cela nous expose à un risque encore plus grand de détérioration de la qualité de l'eau, " dit Christopher Kucharik, co-auteur de l'étude et ancien conseiller diplômé de Motew. "Ce résultat a également des implications de grande envergure car la relation synergique sera probablement présente dans de nombreux bassins versants agricoles à travers le monde, où le bétail et les eaux de surface coexistent.

Le phosphore est un nutriment essentiel pour les organismes vivants comme les cultures. Mais ce qu'il fait sur terre, il le fait aussi dans l'eau :favorise la croissance d'organismes comme les plantes et les algues. Quand ils meurent, ces organismes tombent au fond d'un cours d'eau touché, décomposer et consommer de l'oxygène. Cela tue la faune et encourage la croissance des cyanobactéries, l'organisme à l'origine des proliférations d'algues toxiques. Dans certaines parties du pays, cela peut conduire à des zones mortes, comme dans le golfe du Mexique.

Les agriculteurs du comté de Dane et d'ailleurs appliquent déjà moins de fumier et le font de manière plus précise, Motew dit, et elle espère que ces stratégies aideront à réduire le ruissellement de phosphore de leurs terres cultivées.

Motew, qui est maintenant chercheur à The Nature Conservancy, pense également que les agriculteurs devraient participer aux efforts continus visant à améliorer la qualité de l'eau. « Nous devons nous associer davantage aux agriculteurs afin que nous puissions non seulement améliorer notre propre recherche en utilisant de meilleures données, mais pour que nous puissions travailler ensemble et construire sur leurs idées, aussi." dit-elle. "Ils connaissent les problèmes de près et peuvent fournir des informations que nous n'avons pas envisagées. En tant que scientifiques, nous pouvons aider à explorer où ces idées peuvent mener. »

Motew ajoute :« Les agriculteurs sont essentiels pour résoudre le problème, même s'ils sont souvent blâmés. Nous devons tous assumer la responsabilité de notre système alimentaire et trouver des moyens d'aider les agriculteurs à mieux gérer le fumier. »