En un clin d'oeil, les eaux scintillantes de la côte sud de la Californie semblent saines. Mais une plongée plus profonde dans la composition chimique de l'eau révèle des niveaux élevés d'algues et de faibles niveaux d'oxygène.

Les quelque 23 millions de personnes qui vivent le long de la côte de Tijuana, Mexique, à Santa Barbara, Californie, produisent des tonnes d'eaux usées chaque jour. Ces eaux usées sont traitées par des installations de traitement des eaux pour éliminer certains des produits chimiques potentiellement nocifs, puis rejetées profondément sous la surface de l'océan.

Mais même après avoir été traité, les eaux usées contiennent encore de l'azote. Et les experts avaient supposé que, parce que les eaux usées sont injectées si profondément sous la surface - environ 50 mètres, ou 164 pieds-au moment où il a atteint la surface de l'eau, l'azote restant serait suffisamment dilué pour ne pas entraîner de conséquences négatives graves.

Mais dans une nouvelle étude, Des chercheurs de l'UCLA ont découvert que l'azote dans les eaux usées traitées entraîne une croissance massive d'algues océaniques et une perte d'oxygène, qui aura probablement des effets durables sur l'écosystème de la région. De 1997 à 2000, par exemple, la croissance d'algues marines microscopiques appelées phytoplancton était 79% plus élevée qu'elle ne l'aurait été sans l'azote des eaux usées humaines dans les eaux le long de la côte de la péninsule de Basse-Californie à Santa Barbara.

Le problème se produit en grande partie parce que l'eau douce des eaux usées est moins dense que l'eau de mer dans laquelle elle est injectée, qui fait remonter les eaux usées à la surface, où vit le phytoplancton. Le phénomène est renforcé par de puissants upwellings le long de la côte - un processus dans lequel le froid, l'eau riche en nutriments remonte à la surface pour remplacer l'eau repoussée par le vent. Le phytoplancton utilise l'azote pour croître, et l'excès d'azote provenant des eaux usées entraîne une croissance du phytoplancton beaucoup plus élevée que la vitesse naturelle, un processus appelé eutrophisation.

Lorsque le phytoplancton se décompose, ils consomment l'oxygène de l'eau, laissant des parcelles de l'océan à faible teneur en oxygène où il est difficile pour les animaux marins de survivre. Le phénomène a été principalement observé en raison du ruissellement des milieux agricoles, mais l'étude de l'UCLA est l'une des premières à démontrer que le problème pourrait survenir à cause des déchets produits par les citadins.

"L'idée qu'une grande ville d'une côte exposée à de forts courants puisse connaître une eutrophisation est très nouvelle, " a déclaré James McWilliams, l'auteur principal de l'étude, Louis B. Slichter, professeur de géophysique et de physique planétaire de l'UCLA et membre de l'Institut de l'environnement et de la durabilité de l'UCLA.

Plusieurs agences collectent des échantillons chimiques des eaux côtières du sud de la Californie sur une base saisonnière, ce qui en fait l'un des écosystèmes côtiers les mieux surveillés au monde. Les chercheurs savaient donc que la chimie de l'océan était en train de changer et que le changement était causé par une combinaison d'eaux usées humaines, émissions de dioxyde de carbone, et l'upwelling qui se produit chaque printemps et été, alimentant les efflorescences phytoplanctoniques.

Mais les scientifiques avaient été incapables de dire quelles proportions des changements étaient causées par chacun de ces facteurs.

Dans la nouvelle étude, McWilliams et son équipe démêlent l'impact de chacun des différents effets, constatant que 97 % de l'azote ajouté à l'océan à partir de sources humaines provient des eaux usées. Les chercheurs ont créé un modèle informatique pour reconstituer les quantités de nutriments locaux des rivières, les eaux usées et les précipitations se jettent dans l'océan, et expliquer comment les processus océaniques et atmosphériques complexes influencent la façon dont ces nutriments affectent la chimie de l'eau.

Pour confirmer l'exactitude du modèle, les chercheurs ont comparé leurs résultats aux observations de terrain et aux mesures satellitaires de la même période.

Les chercheurs ont exécuté le modèle selon deux scénarios :l'un supposant des conditions naturelles sans ajout d'azote et l'autre incluant l'azote provenant des eaux usées, rivières et l'atmosphère. Lorsque les deux simulations ont été comparées, les chercheurs ont découvert qu'il y aurait la moitié de la quantité de phytoplancton si la pollution humaine était éliminée.

Fayçal Kessouri, un chercheur postdoctoral UCLA, a dirigé l'étude; les autres auteurs sont de l'Université de Washington, la National Oceanic and Atmospheric Administration et le Southern California Coastal Water Research Project.

L'étude pourrait inspirer des recommandations pour améliorer le traitement de l'azote dans la gestion des déchets humains. Cependant, selon Daniele Bianchi, professeur adjoint de sciences atmosphériques et océaniques à l'UCLA et co-auteur de l'étude, un obstacle à l'amélioration des pratiques actuelles est que les traitements actuels des eaux usées pour éliminer l'azote des eaux usées sont très coûteux. Il a déclaré que l'amélioration des systèmes de réutilisation des eaux usées ou l'utilisation de varech pour éliminer les produits chimiques pourraient être des options moins coûteuses.

D'autres recherches sont actuellement en cours pour comprendre comment l'eutrophisation affecte la vie marine du sud de la Californie.

L'étude est publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .