Les différents écosystèmes

affectés par la pollution marine

Contenu de ce cours:

1. Particularités des écosystèmes affectés par la pollution marine

2. Exemples d'écosystèmes affectés par la pollution

• Les récifs Coralliens

• Un écosystème fragile:  l'Arctique

Particularités des écosystèmes affectés par la pollution marine

La  pollution marine se retrouve particulièrement au niveau des concentrations anthropiques côtières et menace d'affecter les grands écosystèmes marins mondiaux comme au niveau des zones grisées dans cette la figure:

Tiré de:  Sherman, K., Jaworski, N.A. & Samyda, T.J. (1996). The Northern Shelf Ecosystem. Cambridge, Blackwell Science. 564 pp.

Ces 49 grands écosystèmes marins ont pour frontières, soit de grands courants, soit des mers ou des bordures géologiques importantes, tel  qu'énuméré ci-dessous:

La pollution est particulièrement problématique au niveau de mers bordières comme la Manche ou de mers intérieures comme la Méditerranée. Les espaces marins les plus menacés de pollution, sont ceux qui sont directement influencés par les activités anthropiques et qui sont les plus confinés au plan géographique ou hydrodynamique, le taux de renouvellement des eaux particulièrement faible,  concourant à y concentrer les polluants.

Ces zones les plus sensibles peuvent être classées par ordre décroissant de vulnérabilité:

• Les milieux de proximité (les milieux littoraux):

Les zones humides littorales (lagunes, étangs, marais médiolittoraux alimentés en eaux marines seulement au cours des marées de vives-eaux): Ces écosystèmes enclavés dans le littoral sont reliés au milieu marin par une ou plusieurs passes. La superficie des lagunes varie de quelques hectares à plusieurs milliers, celles-ci représentent 13% de la longueur des côtes. Les lagunes sont souvent très productives aux plans halieutique et aquacole. Leur hydrodynamisme restreint et/ou leurs caractéristiques topographiques (faible profondeur, superficie réduite) en font des milieux confinés et fragilisés, surtout en cas de variations climatiques importantes, comme c’est le cas des lagunes méditerranéennes. Plusieurs facteurs y sont limitants (salinité, oxygénation, sels nutritifs, température, courants). Les fréquentes concentrations urbaines sur leurs berges concourent à en faire des réceptacles de nombreux polluants rejetés avec les eaux usées (domestiques et/ou industrielles), ce qui les rend encore plus fragiles. Les polluants s’accumulent dans leurs sédiments mais probablement de façon non définitive du fait des tempêtes et des marées de vives eaux.

En Tunisie, il se trouve de nombreuses zones humides littorales parmi lesquelles plusieurs lagunes marines (lagunes de Bizerte, de Ghar El Melh, de Tunis, de Soliman, de Korba, d’El Kantara, d’El Biban) et des salines artificielles (de Radès, Monastir, Thyna).

• Les zones estuariennes (estuaires et deltas) (abers bretons) qui sont des secteurs-clés pour le trafic fluviatile, l’économie et le recrutement de plusieurs poissons sont confrontés aux mêmes problèmes que les milieux lagunaires et portuaires, surtout quand un grand port de commerce y est implanté. Leur fragilité explique qu’il soit interdit d’y implanter des centrales énergétiques. C’est par leur intermédiaire que les polluants transportés par les eaux continentales vont atteindre la frange côtière.

• Les milieux portuaires (de plaisance et de pêche) sont des sites abrités. De ce fait, les eaux y stagnent et il s’y accumule, en raison des activités portuaires, certains polluants rejetés par les usagers. Citons les hydrocarbures largués avec les eaux de vidange de divers bateaux, les peintures anti- salissures pour les coques de bateaux ou encore des métaux- traces piégés temporairement dans les sédiments et relargués après des opérations de dragage des ports.

• Les zones côtières qui sont fortement urbanisées et comprennent souvent des stations balnéaires et touristiques sont fréquemment polluées (70% de la population mondiale vivant à moins de 50km de la côte). Il s’y déversent de grandes quantités d’eaux résiduaires (domestiques et/ou industrielles) non traitées en l’absence de stations d’épuration, notamment dans les pays en voie de développement. Les secteurs les plus fragiles sont les moins brassés, c’est-à-dire en ordre décroissant les criques, les fjords, les baies, les petits golfes.

• Les milieux éloignés du littoral : Certains milieux de haute mer, bien qu’éloignés du littoral et donc de l’urbanisme et/ou de l’industrialisation ne sont pas épargnés par la pollution s’ils correspondent à:

  • Des grandes voies maritimes internationales (comme les détroits, les canaux artificiels faisant l’objet d’une sévère réglementation) ou des voies maritimes de grand trafic : Ce sont des zones à risque qui peuvent être sinistrées en cas d’accidents pétroliers. Les exemples de marées noires sont si nombreux qu’un module (module 7) leur sera consacré. Ces zones peuvent être également sujettes à des déballastages clandestins, le largage des hydrocarbures et des déchets dangereux étant normalement interdit dans les mers fermées et semi-fermées, comme en Méditerranée depuis 1973.

Les zones limitrophes des plate-formes pétrolières off-shore sont directement exposées à la pollution par les hydrocarbures en cas de fuites de forages ou d’accidents causés par de fortes tempêtes.

Enfin, des lieux océaniques éloignés où les courants marins superficiels ramènent des polluants parfois très loin de leur lieu d’émission. 

Exemples d'écosystèmes affectés par la pollution

Les récifs Coralliens

Quelques notions de la biologie des coraux:

• Classification 

• Phylum: Cnidaria 

• Classe: Anthozoa 

• Ordre: Scleractina

 

• Solitaires, juste un polype (Flesh Disk Coral) ou formant des colonies. 

• Squelettes de CaCO₃, sécrété par l’épiderme du disque basal: 

• processus -> compartiment où le polype est fixé et protégé. 

• Les polypes sont tous connectés.

Symbioses:

• Relations symbiotiques avec des micro-algues:dinoflagellés unicellulaires (zooxanthellae). 

• Co-évolution pour agir contre les conditions des eaux pauvres en nutriments.

•  Processus de photosynthèse:

  •  zooxanthellae -> énergie métabolique de l’association

  •  translocation, processus d’échange: 

  • algues -> oxygène aux tissus de l’hôte 

  • coraux -> produits métaboliques de déchets (N, CO₂) 

• Zooxanthellae, importante dans le procès de déposition du carbone 

• Le polype fournit une protection à l’algue.

Modèle des voies de transfert du carbone dans les coraux et les algues symbiotiques. (Barnes, R.D. 1980)

Distribution des coraux:

• Eaux tropicales (30° N - 30° S), T°C 18° - 32°. 

• Stratification supérieure, réduite en substances nutritives. 

• Croissance de phytoplancton conditionnée. 

• Conditions pour l’évolution et développement des récifs coralliens (Muscatine & Porter, 1977).

Facteurs anthropogéniques du stress subit par les coraux:

• 30% des récif coralliens - stage critique. 

• 30% gravement menacés. 

• 40% stables (aires éloignées de l’activité humaine).

Rejets des égouts:

• Cause commune d’eutrophisation locale et régionale. 

• Prolifération de l’algue verte «bubble alga», Dictyiosphaeria cavernosa a Hawaii. Conséquence: déplacement de coraux (Smith et al. 1981). 

• Marszalek (1981), révision des effets des effluents, dommage le plus sérieux: compétition avec des algues. 

• Réduction d’oxygène (activités de respiration microbienne), au détriment des communautés coralliennes. Lié à la mortalité des coraux, Golfe d’Aqaba, Mer Rouge (Walker & Ormond, 1982). 

• Antonius (1985), des micro-organismes dans les eaux usées, implication dans la propagation de maladies de coraux.

Effets au niveau physiologique:

• Déséquilibre du fonctionnement de l’association symbiotique: 

• Population de zooxanthellae est N-limitée. 

• Production excessive de photosynthate 

• Excès déplacé à l’hôte (plus que les besoins métaboliques) (FalKowski et al. 1984). 

• Conditions: zooxanthellae limitée en N2, reproduction lente. 

• Addition des éléments nutritifs: rétention de photosynthate (Dubinsky & Jokiel, 1994). 

• C, est utilisé pour leur croissance (Hoegh-Guldber, 1994). 

• Augmentation de la densité de la population, prennent une coloration noire.

• L’augmentation des éléments essentiels annule la marge compétitive des coraux (zooxanthellae) sur les autres producteurs bentiques (macro-algues). 

• Fixation sur coraux morts ou détériorés, en excluant la régénération et le rétablissement. 

• Augmentation de chlorophylle a; diminution de la lumière disponible. 

• Tomascik & Sander(1987) ont montré une dépression dans le développement des larves et dans leur maturation dues à la déplétion de lumière disponible pour la photosynthèse du zooxanthellae dans le corail Porites porites. 

• Calcification réduite, taux de croissance plus bas (Stambler et al. 1991).

Sédimentation:

• Enterrement -> obscurité totale -> absence d’oxygène = mort

• Augmentation de la turbidité de l’eau 

• Réduction de la lumière pour la photosynthèse 

• Abrasion des tissus des coraux

• Susceptibilité à la sédimentation dépend de la morphologie, mécanismes pour agir contre elle (Dodge & Vaisnys, 1977). 

• Intensification du coût de métabolisme (Dodge et al. 1974): -nécroses (mort des cellules).

Pollution Thermique:

• Association avec la génération d’énergie: 

  • Roessler & Zieman (1969), mortalité totale des coraux autour d’un site de génération d’énergie Turkey Point à Floride. 

  • Neudecker (1981), mortalité importante et une croissance lente chez trois espèces de coraux. 

   

• Réponses des coraux aux hautes températures (Johannes, 1975): 

  • Interférence avec reproduction normale 

  • Dépression d’alimentation 

  • Perte du zooxanthellae 

  • Augmentation de l’excrétion du mucus 

  • Diminution dans le taux de respiration/photosynthèse

   

• Substances toxiques:

• Pesticides et herbicides 

  • Expansion et intensification de l’agriculture. 

  • Pesticides organochlorés, récifs coralliens de Miami: grande incidence d’anormalités, développement des maladies (Glynn et al. 1988). 

• Déversements du pétrole 

  • Mortalité extensive des coraux, cessation dans la croissance et la reproduction. Panama, 5 ans après un déversement, pas de récupération totale des récifs (Guzmán et al. 1994). 

  • Effets des dispersants, plus destructifs (Wyers et al. 1986). 

  • Réponses pathologiques: tissus reproductifs difformes, perte du zooxanthellae, dégénération des cellules excrétoires du mucus (Peters et al. 1981).

  • Expositions chroniques au pétrole plus dangereuses. Bak (1987), changements irréversibles dans le récif corallien d’Aruba (60 années d’exposition). 

  • Fluides et sédiments d’extraction: Szmant-Froelich et al. (1981), réduction de la photosynthèse, de la respiration et de la calcification. 

• Métaux lourds 

  • Guzman & Jiménez (1992), Siderastrea siderea, 12 métaux. 

  • Hong Kong, diminution de la biodiversité en corrélation avec concentration des métaux lourdes (Scott, 1990). 

  • Zn, Cu, Cd, Ni et Pb dans la Grande Barrière des Récifs Coralliens en Australie (Denton & Burdon-Jones, 1986).

Éléments de réflexion:

• L’eutrophisation et autres types de pollution peuvent être minimisés par une combinaison de plusieurs mesures: 

  • Contrôle de la déforestation (politiques de reforestation). 

  • Prévention des décharges. 

  • Sélection prudente de sites de production d’énergie. 

• Les bénéfices économiques du tourisme (zones de récifs coralliens) sont en augmentation constante. En conséquence on doit veiller à ce que les bénéfices à long terme dépassent largement le revenu immédiat qui résulte de la destruction. 

• L’implémentation des mesures de conservation est nécessaire pour sauver les «récifs menacés» et possiblement pour commencer leur récupération. 

Un écosystème fragile:  l'Arctique

Antérieurement, l’Arctique était considéré comme un environnement sain et dénué de toute contamination. L’imaginaire collectif des gens du Sud était peuplé par les grandes étendues blanches, par les images de ces peuples qui ont développé une façon de vivre si intrigante à nos yeux et l’on croyait que la faune était encore à l’état originel. De façon plus prosaïque, l'écosystème arctique possède des caractéristiques biologiques et physiques assez constantes au fil des ans avec des sols gelés et réticulés, des icebergs, un climat froid, une flore et une faune bien adaptés. Malgré l’apparente exclusion d’influences extérieures, les écosystèmes en général et l’écosystème arctique en particulier, ne sont pas isolés des systèmes adjacents ou même distants. Ils sont en interaction par le biais d'un réseau de relations différentes. Des espèces fauniques arctiques comme l'oie des neiges migrent vers les régions tempérées du sud en hiver, les eaux arctiques pénètrent dans les océans Pacifique et Atlantique, les cours d'eau de l'Arctique prennent leur source dans l'écosystème boréal ou celui de la taïga ou des Prairies, les fronts météorologiques arctiques encerclent le pôle et descendent vers le sud.

L'Arctique canadien couvre une très grande superficie et comprend six écozones qui englobent toutes les îles et mers de l'Arctique canadien ainsi que la majeure partie du continent au nord de la limite forestière. Ces écozones assurent aux Inuit du Canada leur nourriture et un revenu ; elles constituent en outre le fondement de la société et de la culture des Inuit. L'Arctique canadien reçoit des apports importants de rejets provenant du sud. Les contaminants, comme les BPC, le DDT, le mercure et d'autres métaux lourds ainsi que les substances radioactives, sont rejetés par des centres industriels très éloignés et transportés vers l'Arctique sous l'effet des systèmes météorologiques et des courants océaniques mondiaux. La présence des contaminants dans l’Arctique a été découverte au début des années 1970 et on les retrouve dans tous les compartiments environnementaux : l’air, l’eau, la neige et la glace, les sédiments et les matières particulaires en suspension dans l’eau. Les caractéristiques physiques et biologiques de cet écosystème particulier le rend particulièrement vulnérable : la luminosité faible, les inversions thermiques, l’importante couverture de glace et les températures froides limitent les processus de dégradation de substances chimiques. En outre, les tissus particulièrement riches en lipides de la faune arctique contribuent à la bioaccumulation et à la persistance des contaminants lipophiles. La chaîne alimentaire est donc devenue contaminée, des niveaux inférieurs comme les mollusques, les poissons ainsi que les niveaux supérieurs, les mammifères marins, les ours polaires et les humains.

Les Inuit vivant dans cet environnement et dépendant en majeure partie des produits de la chasse et de la pêche pour leur subsistance se trouvent donc exposés à des teneurs importantes de contaminants. La pêche, particulièrement, a toujours été une activité qui a permis aux Inuit de survivre au niveau des latitudes nordiques. En termes de masses consommées, l’omble chevalier (Salvelinus alpinus) se situe en second après le caribou. Le contexte est donc délicat. Les Inuit qui consomment ces espèces ont donc toutes les raisons d’être inquiets de la présence de contaminants et de parasites dans les poissons et la faune. La mauvaise qualité de la chair de ces espèces prisées par les communautés autochtones pourrait être un signe d’une menace pour les ressources traditionnelles (faiblesse physiologique des poissons, extinction des populations, etc...). C’est pourquoi une telle situation engendre beaucoup de réactions émotives et d’incertitude face aux dangers potentiels et aux bénéfices de la nourriture traditionnelle.

Mondialisation de la pollution

Les pollutions marines et estuariennes ne sont pas des phénomènes localisés qui n’intéressent que les milieux de proximité aux fortes activités urbaines et/ ou industrielles; il y a en fait une mondialisation de la pollution du fait des activités humaines de déversements et de transport de produits nocifs d’une part et de la complexité des courants atmosphériques et marins d’autre part. Ainsi, il a été retrouvé des traces de plomb dans des zones exemptes de pollution automobile comme l’Antarctique. La sensibilisation de la communauté scientifique aux problèmes de la pollution marine remonte à plusieurs décennies; elle explique la création un peu partout de par le monde de plans d’action à l’échelle internationale (comme le P.N.U.E pour la sauvegarde de la Méditerranée) et de programmes scientifiques de surveillance de la pollution (module 15), certains étant nationaux comme le R.N.O, d’autres fédéraux comme le NOAA et d’autres internationaux comme MEDPOL pour la Méditerranée.

1. Limniques: qui se rapportent aux eaux douces par opposition aux eaux salées et saumâtres.

2. Les eaux douces ont des salinités inférieures à 0,6 g/l (ou 0,6 0/00 ou 0,6 NSU) 

3. Les eaux saumâtres s’individualisent des eaux marines par leurs salinités (hypohalines) comprises entre 0,6 et30 0/00 alors que les teneurs halines des eaux marines oscillent le plus souvent entre30 et 42 0/00 . Les eaux marines ne gèlent qu’à2°C.

4. Dans les milieux hypersalés, les salinités des eaux hyperhalines atteignent plus de 42 0/00.

5. Un facteur écologique est qualifié d’abiotique quand il se rapporte à un facteur physico-chimique du milieu.

6. Dans le milieu aquatique, la lumière représente un facteur limitant la biologie de certaines espèces puisqu’en moyenne seulement 10% des radiations lumineuses sont absorbées et que 90% sont perdues par réflexion ou diffusion. La zone ou strate aphotique, totalement obscure, n’est habitée que par des hétérotrophes ; aucun végétal marin n’est capable d’y produire par photosynthèse sa propre matière organique (strate aphytale).

7. Le pelagos est constitué d’organismes aquatiques (pélagiques) vivant en pleine eau et indépendants de la nature du fond pour leur nourriture. Cet ensemble comprend lui-même le plancton qui flotte passivement car il est incapable de lutter contre les courants et le necton qui a des capacités natatoires de résister à la force des courants.

8. Le benthos est au contraire constitué d’organismes aquatiques (benthiques) dépendant des sédiments pour leur subsistance parce qu’ils y vivent enfouis (animaux endogés) ou à son contact (formes épigées) ou à proximité (espèces démersales).

9. La Méditerranée est la plus grande des mers intérieures ; elle atteint 2 969 000km 2 de superficie avec les mers Noire et d’Azovqui la prolongent; elle se subdivise en plusieurs petites mers bordières comme les mers (Ligurienne, Tyrrhénienne, Adriatique, Ionienne, Egée, de Thrace, de Marmara, de Crète, d’Alboran) et en golfes (de Gênes, du Lion, de Valence, Petite et grande Syrte). Sa salinité moyenne est de 37,50/00.

10. La Mer Morte en raison de ses eaux très en dessous du niveau des mers (-392m)présente des salinités excessives (275 0/00) totalement inadaptées à la vie aquatique.

11. zone euphotique : Dans cette partie superficielle des eaux marines, l’éclairement est maximal et favorable à une vie végétale photosynthétique.

12. estuaire: embouchure d’un fleuve où pénètrent les courants de marée parfois très en amont (500km dans le St-Laurent) et où l’action érosive de la mer est plus importante que le colmatage dû à l’alluvionnement fluviatile. Si celui-ci est important, les eaux estuariennes sont turbides. Au niveau de l’Atlantique, les estuaires prédominent.

13. delta : embouchure d’un fleuve où les apports de matériaux fluviatiles sont au contraire prédominants et obligent le fleuve à suivre plusieurs chenaux. Au niveau de la Méditerranée, seuls existent des deltas.

14. RNO : Réseau National d’Observation de la qualité du milieu marin : Surveillance du milieu marin. Travaux du RNO. Édition 1989-1990. IFREMER et Ministère de l’Environnement.

15. NOAA : Administration nationale de l’Océan et de l’Atmosphère.