Un million de poissons sont morts dans le bassin Murray Darling, à mesure que les niveaux d'oxygène chutent en raison d'importantes proliférations d'algues. Les experts ont averti que nous pourrions voir plus de morts massives cette semaine.

On a pointé du doigt une mauvaise gestion de l'eau après une longue période de sécheresse. Cependant, les morts massives de poissons peuvent également être causées par des inondations, et même des eaux usées brutes.

Alors, que se passe-t-il lorsque l'oxygène est « aspiré hors de l'eau » ?

Le phénomène est bien connu des ingénieurs qualité de l'eau; nous l'appelons "demande biochimique en oxygène". Pour le comprendre, nous devons parler un peu de biologie et un peu de chimie.

Quand l'oxygène rencontre l'eau

Les molécules d'oxygène sont solubles dans l'eau de la même manière que le sucre est soluble dans l'eau. Une fois dissous, vous ne pouvez pas le voir (et, contrairement au sucre, l'oxygène est insipide).

La quantité maximale d'oxygène que vous pouvez dissoudre dans l'eau dépend d'un certain nombre de facteurs, y compris la température de l'eau, pression de l'air ambiant, et la salinité. Mais grosso modo, la quantité maximale d'oxygène soluble, connue sous le nom de "concentration de saturation" est généralement d'environ 7 à 10 milligrammes d'oxygène par litre d'eau (7 à 10 mg/L).

Cet oxygène dissous est ce que les poissons utilisent pour respirer. Les poissons prennent de l'eau par la bouche et la forcent à travers leurs branchies. Branchies, comme nos poumons, sont pleins de vaisseaux sanguins. Au fur et à mesure que l'eau passe sur les parois minces des branchies, l'oxygène dissous est transféré dans le sang puis transporté vers les cellules du poisson. Plus la concentration d'oxygène dans l'eau est élevée, plus il est facile pour ce transfert de se produire.

Une fois dans les cellules, les molécules d'oxygène jouent un rôle clé dans le processus de "respiration aérobie". L'oxygène réagit avec les substances organiques riches en énergie, comme les sucres, les glucides et les graisses pour les décomposer et libérer de l'énergie pour les cellules. Le principal déchet de ce processus est le dioxyde de carbone (CO₂). C'est pourquoi nous avons tous besoin d'inspirer de l'oxygène et nous expirons du dioxyde de carbone. Les poissons le font aussi. Une façon simple d'exprimer cela est :

Substances organiques + Oxygène → Dioxyde de carbone + Eau + Énergie

Quelle est la demande biochimique en oxygène ?

Tout comme les poissons et les gens, de nombreuses bactéries tirent leur énergie des processus de respiration aérobie, selon la réaction chimique simplifiée ci-dessus. Par conséquent, s'il y a des substances organiques dans un cours d'eau, les bactéries qui vivent dans ce cours d'eau peuvent les consommer. Il s'agit d'un important processus de « biodégradation » et c'est la raison pour laquelle notre planète n'est pas jonchée de carcasses d'animaux morts depuis des milliers d'années. Mais cette forme de biodégradation consomme aussi de l'oxygène, qui provient de l'oxygène dissous dans le cours d'eau.

Les rivières peuvent reconstituer leur oxygène au contact de l'air. Cependant, il s'agit d'un processus relativement lent, surtout si l'eau est stagnante (l'écoulement crée des turbulences et mélange plus d'oxygène). Donc, s'il y a beaucoup de matière organique présente et que les bactéries s'en régalent, les concentrations d'oxygène dans la rivière peuvent chuter soudainement.

Évidemment, les « substances organiques » peuvent inclure de nombreuses choses différentes, comme les sucres, graisses et protéines. Certaines molécules contiennent plus d'énergie que d'autres, et certains sont plus faciles à biodégrader pour les bactéries. Ainsi, la quantité de respiration aérobie qui se produira dépend de la nature chimique exacte des substances organiques, ainsi que leur concentration.

Par conséquent, au lieu de se référer à la concentration de "substances organiques", nous nous référons plus communément à ce qui compte vraiment :la quantité de respiration aérobie que les substances organiques peuvent déclencher et la quantité d'oxygène que cela entraînera à être consommée. C'est ce que nous appelons la demande biochimique en oxygène (DBO) et nous l'exprimons généralement sous forme de concentration en milligrammes d'oxygène par litre d'eau (mg/L).

Comme nous, les bactéries ne consomment pas instantanément toute la nourriture dont elles disposent – ​​elles s'en nourrissent au fil du temps. La biodégradation peut donc prendre des jours, ou plus. Ainsi, lorsque nous mesurons la DBO d'un échantillon d'eau contaminée, nous devons évaluer la quantité d'oxygène consommée (par litre d'eau) sur une période de temps spécifiée. La période de temps standard est généralement de cinq jours et nous appelons cette valeur la DBO5 (mg/L).

Comme je l'ai mentionné plus tôt, l'eau propre peut n'avoir qu'une concentration d'oxygène dissous allant jusqu'à environ sept à 10 mg/L. Donc, si nous ajoutons de la matière organique dans une concentration qui a une DBO5 supérieure à celle-ci, nous pouvons nous attendre à ce qu'il épuise la concentration ambiante d'oxygène dissous au cours des cinq prochains jours.

Ce phénomène est la principale raison pour laquelle le traitement biologique des eaux usées a été inventé. Les eaux usées municipales brutes (non traitées) peuvent avoir une DBO5 de 300 à 500 mg/L. Si cela a été rejeté dans un cours d'eau propre, le niveau de base typique de 7-10 mg/L d'oxygène serait consommé, n'en laissant aucun disponible pour les poissons ou d'autres organismes aquatiques.

Ainsi, le but du traitement biologique des eaux usées est de faire croître de nombreuses bactéries dans de grands réservoirs d'eaux usées et de leur fournir beaucoup d'oxygène pour la respiration aérobie. Pour faire ça, l'air peut être barboté à travers les eaux usées, ou parfois des aérateurs de surface sont utilisés pour brasser les eaux usées.

En fournissant beaucoup d'oxygène, nous veillons à ce que la DBO5 soit effectivement consommée alors que les eaux usées sont encore dans les réservoirs, avant qu'il ne soit rejeté dans l'environnement. Les eaux usées bien traitées peuvent avoir une DBO5 aussi faible que 5 mg/L, qui peut ensuite être dilué davantage au fur et à mesure qu'il est rejeté dans l'environnement.

Dans le cas de la rivière Darling, la charge élevée en DBO a été créée par les algues, qui est mort lorsque les températures ont chuté. Cela a fourni un régal pour les bactéries, abaisser l'oxygène, qui à son tour a tué des centaines de milliers de poissons. Maintenant, à moins de nettoyer la rivière, ces poissons pourris pourraient devenir du fourrage pour une autre série de bactéries, déclenchant un deuxième événement de désoxygénation.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.