Oxygène dissous (OD) est un paramètre crucial pour déterminer la santé et la qualité des milieux aquatiques. Il fait référence à la quantité d’oxygène gazeux (O2) dissoute dans l’eau, essentielle à la survie des poissons, des plantes aquatiques et d’autres organismes. Cet article explore l’importance de l’oxygène dissous, les facteurs qui affectent ses niveaux, la manière dont il est mesuré et pourquoi le maintien de niveaux d’oxygène dissous appropriés est essentiel au maintien de la vie dans les plans d’eau.
Qu’est-ce que l’oxygène dissous (OD) ?
L'oxygène dissous (OD) est la quantité d'oxygène gazeux (O2) présente dans l'eau. Contrairement à l’oxygène présent dans l’atmosphère, l’OD est constitué de molécules d’oxygène dissoutes dans l’eau et pouvant être directement utilisées par les organismes aquatiques pour la respiration. Il joue un rôle essentiel dans le maintien de l’équilibre des écosystèmes, car il soutient les processus vitaux des poissons, des invertébrés et des micro-organismes.
Comment l’oxygène pénètre-t-il dans l’eau ?
L'oxygène pénètre dans l'eau par plusieurs processus naturels, et le maintien de niveaux adéquats d'oxygène dissous (OD) est essentiel à la santé des écosystèmes aquatiques. Voici comment l’oxygène pénètre généralement dans l’eau :
1. Diffusion depuis l'atmosphère
- Source principale: L'oxygène se diffuse naturellement de l'atmosphère vers l'eau. Ce processus est plus efficace lorsque la surface de l’eau est en contact direct avec l’air.
- Agitation et mouvement: Des facteurs comme le vent, les vagues et les cascades augmentent la surface de l’eau et favorisent la diffusion de l’oxygène. L’eau turbulente, comme celle des rivières ou des ruisseaux au débit rapide, absorbe plus d’oxygène que l’eau calme.
2. Photosynthèse par les plantes aquatiques et les algues
- Photosynthèse: Les plantes aquatiques, les algues et le phytoplancton produisent de l'oxygène par photosynthèse. En utilisant la lumière du soleil, ils convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et libèrent de l’oxygène comme sous-produit.
- Production de jour: Pendant la journée, la photosynthèse augmente les niveaux d'OD dans l'eau, en particulier dans les zones à végétation abondante. Cependant, la nuit, ces organismes consomment de l’oxygène pour respirer, ce qui peut réduire les niveaux d’OD.
3. Mélange d'eau et changements de température
- Mélange d'eau: Lorsque différentes couches d'eau se mélangent en raison des changements de température, l'oxygène est transporté de la surface vers les couches plus profondes. Ce processus de mélange, appelé « retournement », est plus courant dans les lacs et les étangs au printemps et en automne.
- Influence de la température: L’eau plus froide peut contenir plus d’oxygène dissous que l’eau plus chaude. Par conséquent, dans les climats ou les saisons plus froides, l’eau a tendance à avoir des concentrations d’oxygène plus élevées.
4. Aération artificielle
- Intervention humaine: En aquaculture, dans le traitement des eaux usées et dans certains processus industriels, les dispositifs d'aération artificielle (tels que les pompes à air, les fontaines ou les diffuseurs) introduisent de l'oxygène dans l'eau. Ces systèmes aident à maintenir des niveaux optimaux d'OD, en particulier dans les environnements où l'oxygénation naturelle est insuffisante.
Pourquoi l’oxygène dissous est-il important ?
Soutenir la vie aquatique
Les poissons, crustacés et autres animaux aquatiques dépendent de l'oxygène dissous pour respirer. Des niveaux d’OD insuffisants peuvent entraîner du stress, des maladies et même la mort de ces organismes.
Maintenir la qualité de l'eau
L'OD est un indicateur de la qualité de l'eau. Des niveaux élevés d’oxygène dissous suggèrent généralement un écosystème sain, tandis que de faibles niveaux peuvent signaler une pollution, une contamination ou la présence de matière organique en décomposition.
Décomposer les déchets
Les bactéries aérobies (bactéries dépendantes de l'oxygène) utilisent l'OD pour décomposer les déchets organiques et les polluants dans l'eau, aidant ainsi à maintenir la propreté et à réduire les composés nocifs.
De quelle quantité d’oxygène dissous les animaux ont-ils besoin ?
(chesapeakebay.net)
La quantité d'oxygène dissous (OD) requise par les animaux aquatiques varie en fonction de l'espèce, du stade de vie et des conditions environnementales. Cependant, il existe des lignes directrices générales concernant les niveaux d'oxygène dissous qui sont considérés comme adéquats pour différents groupes d'organismes aquatiques. Voici une répartition :Directives générales pour les niveaux d'oxygène dissous
| Niveau d'oxygène dissous (mg/L) | Aptitude à la vie aquatique |
|---|---|
| 5,0 – 14,0 | Gamme optimale pour la plupart des poissons et de la vie aquatique |
| 3,0 – 5,0 | Stressant, de nombreuses espèces ont du mal à survivre, surtout sur des périodes prolongées |
| 1,0 – 3,0 | Stress sévère, seules les espèces très rustiques peuvent survivre |
| <1.0 | Mortel pour la plupart des poissons et invertébrés ; seuls quelques organismes tolérants peuvent survivre |
Besoins en oxygène dissous par espèce
Poisson:
- Poissons d'eau froide (par exemple, truite, saumon): Ces espèces nécessitent des niveaux élevés d'OD, généralement autour de 6,5 à 9,0 mg/L, car elles prospèrent dans des eaux plus fraîches et riches en oxygène. Les poissons d'eau froide sont particulièrement sensibles à un faible taux d'OD et peuvent souffrir de stress ou mourir si les niveaux descendent en dessous de 5,0 mg/L.
- Poissons d'eau chaude (par exemple, bar, poisson-chat, Bluegill): Les poissons d'eau chaude peuvent tolérer des niveaux d'OD plus faibles, nécessitant généralement 5,0 à 8,0 mg/L. Cependant, une exposition prolongée à des niveaux d'OD inférieurs à 3,0 mg/L peut être nocive, voire mortelle.
- Poisson juvénile: Les jeunes poissons sont plus vulnérables aux faibles niveaux d'oxygène et nécessitent généralement des concentrations d'OD supérieures à 5,0 mg/L pour soutenir leur croissance et leur développement.
Invertébrés (p. ex. crustacés, mollusques, insectes) :
- Les invertébrés ont généralement des besoins en oxygène inférieurs à ceux des poissons, mais ils ont néanmoins besoin d'au moins 3,0 à 5,0 mg/L pour une santé optimale. Certaines espèces, comme certains types de crevettes d'eau douce ou de larves d'éphémères, préfèrent des niveaux d'OD plus élevés (6,0 à 9,0 mg/L) et se trouvent souvent dans des cours d'eau bien oxygénés.
- Les invertébrés des fonds marins peuvent tolérer des niveaux d'OD plus faibles, surtout s'ils sont adaptés à des environnements présentant un appauvrissement périodique en oxygène.
Amphibiens (p. ex. grenouilles, salamandres) :
- Les amphibiens ont besoin de niveaux d'OD similaires à ceux des poissons, allant souvent de 4,0 à 8,0 mg/L. Les têtards et les larves d’amphibiens ont besoin de concentrations plus élevées d’OD (6,0 à 8,0 mg/L) pour assurer un bon développement.
Plantes aquatiques et algues :
- Bien qu’elles ne soient pas des animaux, les plantes aquatiques et les algues contribuent aux niveaux d’oxygène dans l’eau grâce à la photosynthèse pendant la journée. La nuit, ils consomment de l’oxygène, ce qui peut affecter les niveaux d’OD disponibles pour les animaux. Par conséquent, il est essentiel de maintenir des niveaux d’OD suffisants (au-dessus de 5,0 mg/L) pour éviter des fluctuations qui pourraient nuire à d’autres organismes.
Facteurs affectant les niveaux d’oxygène dissous
Plusieurs facteurs influencent la quantité d’oxygène dissous dans l’eau :
- Température: L’eau plus froide contient plus d’oxygène dissous que l’eau plus chaude. À mesure que la température augmente, la solubilité de l’oxygène diminue, ce qui entraîne une baisse des niveaux d’OD.
- Salinité: La salinité, ou la concentration de sels dissous dans l'eau, affecte également les niveaux d'OD. L'eau douce contient généralement plus d'oxygène que l'eau salée en raison de sa plus faible salinité.
- Altitude: L'eau à des altitudes plus élevées a tendance à avoir des niveaux d'oxygène dissous plus faibles parce que la pression atmosphérique est plus basse, ce qui réduit la quantité d'oxygène pouvant se dissoudre dans l'eau.
- Mouvement de l'eau: L'eau courante ou turbulente, comme les rivières ou les ruisseaux, a généralement des niveaux d'OD plus élevés en raison d'une aération accrue, tandis que l'eau stagnante ou calme a des niveaux plus faibles.
- Présence de plantes et d'algues: La photosynthèse par les plantes aquatiques et les algues contribue aux niveaux d'oxygène dissous pendant la journée. Cependant, la nuit, les plantes consomment de l’oxygène, réduisant potentiellement les niveaux d’OD.
- Décomposition: La décomposition de la matière organique par les bactéries consomme de l'oxygène. Des niveaux élevés de matière organique en décomposition peuvent épuiser les niveaux d’OD, conduisant à des conditions hypoxiques (faible teneur en oxygène) ou anoxiques (pas d’oxygène).
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Comment se forment les zones pauvres en oxygène ?
Les zones à faible teneur en oxygène, également appelées « zones hypoxiques » ou « zones mortes », se produisent lorsque les niveaux d'oxygène dissous chutent à un point tel que la plupart des organismes aquatiques ont du mal à survivre. Voici les principales causes des zones pauvres en oxygène :
1. Eutrophisation
- Surcharge de nutriments: L'eutrophisation se produit lorsqu'un excès de nutriments (principalement l'azote et le phosphore) provenant du ruissellement agricole, des rejets d'eaux usées ou des déchets industriels pénètre dans les plans d'eau. Ces nutriments alimentent une croissance excessive d’algues, entraînant une « prolifération d’algues ».
- Floraison d'algues: Lorsque les algues meurent et se décomposent, le processus de décomposition consomme de grandes quantités d'oxygène, entraînant une diminution des niveaux d'OD. Ce déclin rapide de l’oxygène crée des conditions hypoxiques qui peuvent être mortelles pour les poissons et autres organismes aquatiques.
2. Stratification et manque de mélange
- Stratification thermique: Pendant les mois les plus chauds, les plans d'eau subissent souvent une stratification thermique, où de l'eau plus chaude et moins dense forme une couche sur de l'eau plus froide et plus dense. Cette stratification empêche l'oxygène de se mélanger dans toute la colonne d'eau.
- Approvisionnement limité en oxygène: Comme la couche superficielle riche en oxygène est séparée de la couche inférieure, les eaux plus profondes reçoivent peu ou pas de réapprovisionnement en oxygène. Au fil du temps, cela peut créer des conditions hypoxiques, voire anoxiques (complètement appauvries en oxygène).
3. Pollution de l'eau
- Matière Organique: Le rejet de matière organique (telle que les eaux usées non traitées, le ruissellement agricole ou les matières végétales en décomposition) dans les plans d'eau augmente l'activité des bactéries aérobies. Lorsque ces bactéries décomposent la matière organique, elles consomment de grandes quantités d’oxygène dissous, entraînant une hypoxie.
- Polluants chimiques: Certains produits chimiques, comme l'huile ou les pesticides, peuvent réduire la diffusion de l'oxygène dans l'eau, contribuant ainsi à réduire les niveaux d'OD.
4. Températures de l'eau élevées
- Solubilité réduite: L’eau plus chaude contient moins d’oxygène dissous que l’eau plus froide. Par temps chaud ou dans des climats plus chauds, les niveaux d’OD diminuent naturellement.
- Pollution thermique: Le rejet d'eau chaude provenant de processus industriels, de centrales électriques ou de systèmes de refroidissement peut élever la température de l'eau, réduisant les niveaux d'OD et contribuant à l'hypoxie.
5. Surpopulation de la vie aquatique
- Respiration excessive: Une surabondance de poissons, de plantes ou d'autres organismes aquatiques dans une zone confinée peut entraîner une augmentation de la consommation d'oxygène. En conséquence, les niveaux d’OD peuvent chuter, surtout la nuit, lorsque la photosynthèse cesse et que la respiration continue.
Comment mesure-t-on l’oxygène dissous ?
La mesure de l’oxygène dissous est essentielle pour surveiller la qualité de l’eau et garantir la santé des milieux aquatiques. Les méthodes les plus courantes de mesure de l’OD comprennent :
- DO mètres: Les compteurs électroniques d'oxygène dissous sont largement utilisés pour des mesures précises et instantanées. Ces compteurs utilisent une sonde immergée dans l'eau et fournissent des lectures en milligrammes par litre (mg/L) ou en pourcentage de saturation.
- Titrage Winkler: Il s'agit d'une méthode chimique dans laquelle les échantillons d'eau sont traités avec des réactifs et la quantité d'oxygène est déterminée par titrage. Bien que précis, il s’agit d’un processus qui prend du temps et est généralement utilisé en laboratoire.
- Capteurs optiques DO: Ces capteurs utilisent une technologie basée sur la lumière pour mesurer la concentration d'oxygène dissous. Ils sont très précis, nécessitent moins de maintenance et sont de plus en plus populaires pour surveiller les niveaux d’OD en temps réel.
Niveaux idéaux d’oxygène dissous dans différents plans d’eau
Rivières et ruisseaux
Idéalement, les rivières et les ruisseaux devraient avoir des niveaux d’oxygène dissous compris entre 6 et 8 mg/L pour soutenir la vie aquatique. Des niveaux inférieurs à 5 mg/L peuvent stresser les poissons, tandis que des niveaux inférieurs à 2 mg/L peuvent être mortels.
Lacs et étangs
Les lacs et les étangs ont généralement des niveaux d'OD inférieurs à ceux des rivières. Un minimum de 4 à 5 mg/L est considéré comme nécessaire à la survie de la plupart des espèces de poissons.
Milieux marins
Les eaux océaniques ont généralement des niveaux d’oxygène dissous allant de 5 à 8 mg/L. Cependant, les zones côtières ayant des apports élevés en nutriments peuvent connaître des « zones mortes », où les niveaux d’OD chutent à près de zéro, les rendant inhabitables pour la plupart de la vie marine.
Les effets d’une faible teneur en oxygène dissous
De faibles niveaux d’oxygène dissous, souvent appelés hypoxie, peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes aquatiques :
- Le poisson tue: Les poissons et autres organismes aquatiques peuvent s'étouffer et mourir si les niveaux d'OD tombent en dessous du seuil nécessaire à la survie. Les conditions hypoxiques sont l’une des principales causes de mortalité des poissons dans les lacs, les rivières et les estuaires.
- Croissance et reproduction réduites: Un OD insuffisant peut entraver la croissance et la reproduction des poissons et autres organismes aquatiques, affectant la population globale et la biodiversité.
- Susceptibilité accrue aux maladies: De faibles niveaux d'OD affaiblissent le système immunitaire des animaux aquatiques, les rendant plus sensibles aux maladies et aux infections.
- Efflorescences algales et eutrophisation: Lorsque des nutriments en excès comme l’azote et le phosphore pénètrent dans les plans d’eau, ils favorisent la croissance des algues. À mesure que ces algues se décomposent, elles consomment de grandes quantités d’oxygène, entraînant des conditions hypoxiques et menaçant davantage la vie aquatique.
Oxygène dissous et aquaculture
Le maintien de niveaux adéquats d’oxygène dissous est crucial pour l’industrie aquacole, car les poissons et autres espèces cultivées ont besoin de suffisamment d’oxygène pour prospérer. Les agriculteurs utilisent diverses techniques d'aération, telles que des pierres à air, des diffuseurs et des roues à aubes, pour maintenir des niveaux optimaux d'OD dans les étangs et aquariums à poissons. Une bonne gestion de l’oxygène dissous contribue à assurer une croissance saine des poissons, à réduire le stress et à améliorer la résistance aux maladies.
Oxygène dissous et traitement des eaux usées
Dans les stations d’épuration des eaux usées, l’oxygène dissous est vital pour la dégradation des déchets organiques par les bactéries aérobies. L'aération est couramment utilisée pour introduire de l'oxygène dans les eaux usées, favorisant ainsi la croissance de ces bactéries et facilitant le processus de traitement. Des niveaux adéquats d’OD sont essentiels au fonctionnement efficace des systèmes à boues activées, largement utilisés dans le traitement des eaux usées.
Activités humaines qui ont un impact sur les niveaux d'oxygène dissous
Les activités humaines affectent considérablement les niveaux d’oxygène dissous dans les plans d’eau. Certaines de ces activités comprennent :
- Pollution par les nutriments: Le ruissellement des champs agricoles, les eaux usées et les rejets industriels introduisent un excès de nutriments dans les plans d'eau, conduisant à l'eutrophisation et à l'épuisement de l'oxygène.
- Pollution thermique: Le rejet d'eau chaude issue des processus industriels dans les rivières ou les lacs peut augmenter la température de l'eau, réduire les niveaux d'OD et nuire à la vie aquatique.
- Barrages et détournement d’eau: Les barrages et les projets de dérivation d'eau peuvent modifier le débit d'eau, réduisant l'aération et contribuant à réduire les niveaux d'oxygène dissous dans certaines zones.
Comment maintenir des niveaux d’oxygène dissous sains
Pour garantir la santé et la durabilité des écosystèmes aquatiques, il est crucial de maintenir des niveaux optimaux d’oxygène dissous. Certaines stratégies incluent :
Réduire le ruissellement des nutriments
La mise en œuvre de meilleures pratiques agricoles, telles que les bandes tampons, les cultures de couverture et l’utilisation responsable des engrais, peut contribuer à réduire le ruissellement des nutriments et à prévenir l’eutrophisation.
Restaurer les zones humides
Les zones humides agissent comme des filtres naturels, éliminant les polluants et les excès de nutriments de l’eau, ce qui contribue à maintenir des niveaux d’OD sains.
Favoriser l'aération
L'installation de dispositifs d'aération dans les étangs, les lacs et les systèmes d'aquaculture peut contribuer à augmenter les niveaux d'OD et à prévenir l'hypoxie.
Foire aux questions sur l'oxygène dissous
Qu’est-ce qui est considéré comme un bon niveau d’oxygène dissous pour les poissons ?
Un bon niveau d’oxygène dissous pour la plupart des espèces de poissons est de 6 à 8 mg/L. Des niveaux inférieurs à 5 mg/L peuvent provoquer du stress et des niveaux inférieurs à 2 mg/L peuvent être mortels.
Les niveaux d’oxygène dissous peuvent-ils être trop élevés ?
Bien que des niveaux élevés d'OD soient généralement bénéfiques, des niveaux trop élevés (sursaturation) peuvent provoquer une maladie des bulles de gaz chez les poissons, qui peut être nocive, voire mortelle.
Comment la température affecte-t-elle l’oxygène dissous ?
L’eau plus froide retient plus d’oxygène dissous, tandis que l’eau plus chaude en retient moins. À mesure que la température de l’eau augmente, la solubilité de l’oxygène diminue.
Que peut nous dire l’oxygène dissous sur l’état de l’eau ?
L’OD est considérée comme une mesure importante de la qualité de l’eau, car elle constitue un indicateur direct de la capacité d’une ressource aquatique à soutenir la vie aquatique. Pour les Enquêtes nationales sur les ressources aquatiques (NARS), les niveaux d'OD sont mesurés à l'aide d'une sonde de qualité de l'eau calibrée, généralement en conjonction avec des mesures de température et de pH. Bien que chaque organisme ait sa propre plage de tolérance à l'OD, en général, les niveaux d'OD inférieurs à 5 mg/L sont considérés comme stressants pour les poissons et les niveaux inférieurs à 3 mg/L sont trop faibles pour soutenir les poissons. Les niveaux de DO inférieurs à 1 mg/L sont considérés comme hypoxiques et généralement dépourvus de vie.
Conclusion
L'oxygène dissous est un facteur essentiel au maintien de la santé et de la durabilité des écosystèmes aquatiques. Il joue un rôle essentiel dans le soutien de la vie aquatique, en décomposant les déchets organiques et en indiquant la qualité de l'eau. Comprendre les facteurs qui influencent les niveaux d'OD, tels que la température, la salinité et les activités humaines, est essentiel pour protéger nos ressources en eau et assurer la survie des poissons, des plantes et d'autres organismes aquatiques. En mettant en œuvre des mesures pour surveiller et maintenir des niveaux optimaux d’OD, nous pouvons contribuer à préserver la santé de nos rivières, lacs, océans et systèmes aquacoles.
Les références