Oxygène dissous / OD (HU)
Traduction anglaise : Dissolved oxygen / DO
Dernière mise à jour : 22/08/2023
Quantité d'oxygène libre contenue dans l'eau sous forme dissoute.
Bien que faiblement soluble dans l'eau (environ 10 mg/L ou 0,3 mM à 10°C), l'oxygène est l’un des paramètres les plus importants pour évaluer la qualité de l'eau. La diversité et l'activité des organismes aquatiques dépendent en effet fortement de la concentration en oxygène dissous (OD).
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Facteurs influençant la concentration en oxygène dissous
La concentration en oxygène dissous résulte d'un équilibre entre la consommation (pour répondre aux besoins de la biocénose aquatique, principalement la respiration) et la réoxygénation (par dissolution de l'oxygène atmosphérique et du fait de la photosynthèse).
De façon plus systémique, la concentration en oxygène dissous dépend de trois types de facteurs :
- facteurs de solubilité, la température, la salinité, la pression atmosphérique et l'humidité relative ;
- facteurs de dissolution, commandant les échanges entre l'atmosphère et la colonne d'eau, tels que la vitesse du vent, la profondeur de l'eau et le débit, la présence et les caractéristiques des barrages éventuels, la navigation, etc. ;
- facteurs biologiques de production et de consommation, tels que la photosynthèse, la respiration et la biodégradation.
Variations de la concentration en oxygène dissous
Dans un milieu donné, du fait de la variabilité des facteurs précédents, la concentration en oxygène dissous varie donc en permanence. Ces variations peuvent être événementielles (crue, étiage, rejet accidentel de matière organique, etc.) ou cycliques, avec deux cycles principaux.
Cycle saisonnier
Au delà de l'influence de la saison sur le débit (pour les cours d'eau), la concentration en oxygène dissous augmente mécaniquement pendant l'hiver lorsque la température de l'eau diminue (voir figure 1). Par ailleurs l'amplitude des variations est plus forte au printemps et en été lorsque la végétation (plancton et macrophytes) est plus développée, ce qui contribue :
- à augmenter la réoxygénation la journée du fait de l'activité photosynthétique ;
- à augmenter la consommation du fait de la respiration et des autres activités métaboliques pendant la nuit.
Cycle journalier
La consommation en oxygène par les organismes présents et surtout la réoxygénation du milieu dépendent fortement du cycle jour-nuit. D'une part la respiration algale semble augmenter durant la nuit et d'autre part la photosynthèse, facteur prépondérant de réoxygénation au printemps et en été, surtout pour les milieux eutrophes, ne se met en place que pendant la journée quand la lumière est suffisante. La concentration en oxygène dissous suit donc une variation cyclique caractérisée par des valeurs maximales en fin de journée et minimales en fin de nuit (cycle nycthéméral).
Il paraît donc important de prendre en compte cette variabilité dans les protocoles de suivi de la qualité des milieux aquatiques. Une seule mesure ponctuelle pendant le jour, c'est à dire pendant la période où la concentration en oxygène est la plus élevée, peut ne pas être représentative (Villeneuve et al., 2006).
Notion de concentration à saturation
La concentration maximum en oxygène que peut contenir une eau sous forme dissoute, est une fonction décroissante de la température (voit figure 1).
Parmi d’autres, la formule de Truesdale permet d’approcher cette fonction :
Avec :
- $ CS $ : concentration en oxygène dissous à saturation (mg/L) ;
- $ T $ : température de l’eau (degrés Celsius).
Le rapport entre la concentration réelle en oxygène et la concentration maximum s'appelle le pourcentage de saturation.
Effets écologiques d'une chute du taux d'oxygène dissous
Si la concentration en oxygène descend en dessous d'un seuil variant entre 1 et 3 mg/L selon la durée d'exposition, la température de l'eau et la résistance spécifique de l'espèce considérée, on observe une mortalité plus ou moins importante des animaux aquatiques, tout particulièrement des poissons, par asphyxie. De faibles concentrations en oxygène dissous augmentent également la sensibilité des poissons à la présence d'ammoniaque.
Une concentration faible en oxygène dissous commence également a produire des effets chroniques délétères sur les poissons (en particulier les salmonidés) à des valeurs non létales (en dessous de 5 mg/L, voir figure 2).
Responsabilité des rejets urbains dans la chute des concentrations en oxygène dissous
La concentration en oxygène dissous dépend d'un équilibre entre la consommation d'oxygène et sa production (Voir Streeter et Phelps (Modèle de) (HU)). Les rejets urbains peuvent influencer négativement sur les deux termes du bilan :
- En introduisant des matières organiques rapidement biodégradables dans les milieux aquatiques ils augmentent la consommation en oxygène ;
- En augmentant la turbidité de l'eau du fait des rejets de matières en suspension ils diminuent l'activité photosynthétique et donc la production d'oxygène dissous dans l'eau.
Pour en savoir plus :
- Villeneuve, V., Légaré, S., Painchaud, J., Vincent, W. (2006) : Dynamique et modélisation de l’oxygène dissous en rivière ; Revue des Sciences de l'eau ; Volume 19, numéro 4, 2006, p. 259–274 ; disponible sur : https://www.erudit.org