Une étude menée par des chercheurs de l'Université de Montréal quantifie pour la première fois la quantité maximale de nutriments, plus précisément, phosphore, qui peut s'accumuler dans un bassin versant avant qu'une pollution supplémentaire ne soit déversée dans les écosystèmes en aval.

Ce seuil moyen est de 2,1 tonnes par kilomètre carré de terrain, les chercheurs estiment dans leur étude publiée aujourd'hui dans Géosciences de la nature . "Au delà de ça, d'autres apports de phosphore dans les bassins versants provoquent une accélération significative de la perte (de phosphore) dans le ruissellement."

Ce montant est scandaleusement bas, les chercheurs disent; étant donné les taux actuels d'application de nutriments dans la plupart des bassins versants agricoles du monde, des points de non-retour dans certains cas pourraient être atteints en moins d'une décennie.

L'étude a été dirigée par Jean-Olivier Goyette, étudiante au doctorat en biologie à l'UdeM, et supervisé par Roxane Maranger, écologiste des écosystèmes aquatiques de l'UdeM, en collaboration avec la scientifique en développement durable Elena Bennett de l'Université McGill.

Phosphore, un élément dans l'engrais, est essentiel à la croissance des aliments végétaux. Mais le minéral est également nocif lorsqu'il est surutilisé. Lorsqu'il pénètre dans les eaux de surface, cela peut entraîner une croissance excessive des plantes dans les lacs et les rivières et la prolifération d'algues toxiques, nocifs pour la santé humaine et animale.

23 bassins versants étudiés

En se concentrant sur 23 bassins versants alimentant le fleuve Saint-Laurent au Québec, les chercheurs ont reconstitué les pratiques historiques d'utilisation des terres afin de calculer la quantité de phosphore accumulée sur les terres au cours du siècle dernier.

Les deux principales sources de phosphore des bassins versants, les terres adjacentes aux affluents, proviennent de l'agriculture (engrais et fumier animal) et de la population humaine (par les besoins alimentaires et les eaux usées).

À l'aide des données du gouvernement du Québec, les chercheurs ont comparé l'accumulation estimée aux concentrations de phosphore mesurées dans l'eau au cours des 26 dernières années. Étant donné que les bassins versants qu'ils ont étudiés avaient des histoires différentes - certains avaient été utilisés de manière intensive pour l'agriculture pendant des décennies tandis que d'autres étaient boisés et vierges - cette méthode a permis aux chercheurs d'établir un gradient d'accumulations de phosphore différentes entre les sites. En faisant ainsi, ils ont pu voir à quel point le bassin versant « basculait » ou atteignait un seuil et commençait à déverser considérablement plus de phosphore dans l'eau.

"Pensez à la terre comme à une éponge, " dit Maranger. " Au bout d'un moment, les éponges qui absorbent trop d'eau fuiront. Dans le cas du phosphore, le paysage l'absorbe année après année après année, et au bout d'un moment, sa capacité de rétention est réduite. À ce stade, les apports historiques de phosphore contribuent davantage à ce qui atteint notre eau. »

Jusqu'à maintenant, personne n'avait été en mesure de chiffrer la quantité de phosphore accumulée à l'échelle du bassin versant qui est nécessaire pour atteindre un point de basculement en termes d'accélération de la quantité de minéraux circulant dans l'écosystème aquatique.

« Contribution vraiment importante »

"C'est une découverte très importante, " Bennett a déclaré. "Cela prend notre connaissance à l'échelle de la ferme des engrais et de la pollution et l'étend pour comprendre comment des bassins versants entiers réagissent dans un contexte historique."

L'agriculture de masse n'a débuté au Québec que dans les années 1950, mais certains des bassins hydrographiques agricoles les plus historiques de la province avaient déjà dépassé le point de basculement dans les années 1920, l'étude a trouvé.

Même si les apports de phosphore cessent immédiatement, éliminer le phosphore accumulé dans les bassins versants saturés du Québec en prendrait entre 100 et 2, 000 ans, estiment les chercheurs.

Dans certains pays, dont la Chine, Canada, et les États-Unis, le phosphore est tellement utilisé maintenant que le point de saturation est atteint en aussi peu que cinq ans.

« Des stratégies de gestion des éléments nutritifs développées à l'aide de nouvelles approches créatives ... sont nécessaires de toute urgence pour la durabilité à long terme des ressources en eau, " exhortent les chercheurs dans leur étude.

Recycler et réutiliser

« Une mesure d'atténuation possible serait de faire ce qui se fait déjà dans certains pays européens :au lieu d'en ajouter de plus en plus pour aider les plantes à pousser, le phosphore déjà stocké dans les sols est accessible en utilisant de nouvelles pratiques et approches, " dit Goyette.

"En outre, le phosphore peut être recyclé et réutilisé comme engrais plutôt que d'accéder à une plus grande partie de la matière première extraite."

Le dilemme est le suivant :les humains ont besoin de manger mais ont besoin d'eau potable, pourtant, la culture de la nourriture nécessite du phosphore qui pollue l'eau lorsqu'une trop grande quantité quitte le bassin versant et pollue les écosystèmes aquatiques adjacents.

« Certains de nos bassins versants (agricoles) les plus extrêmes sont-ils impossibles à réparer ? » demanda Maranger. "Je ne peux pas répondre à ça. C'est un problème de société et il y a des solutions. Il ne faut jamais désespérer, mais c'est un mauvais problème."