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Oxygène dissous / OD (HU) : Différence entre versions

De Wikhydro
(→‎Effets écologiques d'une chute du taux d'oxygène dissous)
(→‎Facteurs influençant la concentration en oxygène dissous)
 
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dissous dépend de trois types de facteurs :  
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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 physico-chimique et bactériologique de l’eau (HU)|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 de dissolution, commandant l'échange entre
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l'atmosphère et la colonne d'eau, tels que la vitesse du vent, la profondeur de
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facteurs biologiques de production et de consommation,
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tels que la [[Photosynthèse (HU)|photosynthèse]], la
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respiration et la [[Biodégradation (HU)|biodégradation]].
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== Notion de concentration à saturation ==
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La concentration en oxygène dissous résulte d'un équilibre entre la consommation (pour répondre aux besoins de la [[Biocénose aquatique (HU)|biocénose aquatique]], principalement la respiration) et la réoxygénation (par dissolution de l'oxygène atmosphérique et du fait de la [[Photosynthèse (HU)|photosynthèse]]).
  
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La concentration maximum en oxygène que peut contenir une
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De façon plus systémique, la concentration en oxygène dissous dépend de trois types de facteurs :
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eau sous forme dissoute, est une fonction décroissante de la température.
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* <u>facteurs de solubilité</u>, la température, la salinité, la pression atmosphérique et l'humidité relative  ; 
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* <u>facteurs de dissolution</u>, 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. ; 
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* <u>facteurs biologiques de production et de consommation</u>, tels que la [[Photosynthèse (HU)|photosynthèse]], la respiration et la [[Biodégradation (HU)|biodégradation]].
  
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==Variations de la concentration en oxygène dissous==
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CS = 14,161 - 0,3943.T + 0,007714.T<sup>2</sup> - 0,0000646.T<sup>3</sup>
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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.
  
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===Cycle saisonnier===
  
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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 (HU)|plancton]] et [[Macrophyte (HU)|macrophytes]]) est plus développée, ce qui contribue :
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CS  :  concentration en oxygène dissous à saturation (mg/L) ;
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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 (HU)|photosynthèse]], facteur prépondérant de réoxygénation au printemps et en été, surtout pour les milieux [[Eutrophe (HU)|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 ([[Nycthéméral (HU)|cycle nycthéméral]]).
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concentration maximum s'appelle le pourcentage de saturation.
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== Effets écologiques d'une chute du taux d'oxygène dissous ==
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Il paraît donc important de prendre en compte cette variabilité dans les protocoles de suivi de la [[Qualité des milieux aquatiques (HU)|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).
  
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Si la concentration en oxygène descend en dessous d'un seuil
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== Notion de concentration à saturation ==
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variant selon la durée d'exposition, la température de l'eau et la résistance
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spécifique de l'espèce considérée, on observe une mortalité plus ou moins
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importante des animaux aquatiques, tout particulièrement des poissons, par
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asphyxie. Les tableaux suivants donnent des ordres de grandeur des seuils
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critiques de concentration en oxygène dissous.
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La concentration maximum en oxygène que peut contenir une eau sous forme dissoute, est une fonction décroissante de la température (voit ''figure 1'').
  
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Parmi d’autres, la formule de Truesdale permet d’approcher cette fonction :
  
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Le rapport entre la concentration réelle en oxygène et la concentration maximum s'appelle le pourcentage de saturation.
  
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== Effets écologiques d'une chute du taux d'oxygène dissous ==
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Tableau 1 : Seuils de concentration en oxygène
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dissous (mg/L) permettant la survie
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d'après [Milne & al., 1989].
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|style="text-align: center;"| Truite arc en ciel||style="text-align: center;"| 3,5 heures  / 3,5 jours||style="text-align: center;"| 1,7 (1,2)  / 1,9 (1,3)||style="text-align: center;"| 1,9 (1,5)  / 3,0 (2,4)||style="text-align: center;"| 2,1 (1,6)  / 2,6 (2,3)
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|style="text-align: center;"| Perche||style="text-align: center;"| 3,5 heures  / 3,5 jours||style="text-align: center;"| 0,7 (0,4)  / 1,0 (0,4)||style="text-align: center;"| 1,1 (0,6)  / 1,3 (0,9)||style="text-align: center;"| 1,2 (0,9)  / 1,2 (1,0)
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Les concentrations sont exprimées en mg/L, la première valeur est
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celle assurant la survie, celle entre parenthèse cause une mortalité de 100%.
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Tableau 2 : Seuils de concentration en oxygène
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dissous permettant la survie, en fonction de la durée d'exposition et de la
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température,
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d'après [Dowing & Merkens, 1957].
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!rowspan="2" style="text-align: center;"| Degré de dommages
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!colspan="2" style="text-align: center;"| Salmonidés
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!colspan="2" style="text-align: center;"| Autres espèces
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|style="text-align: center;"| adultes||style="text-align: center;"| 1er stade de vie||style="text-align: center;"| adultes||style="text-align: center;"| 1er stade de vie
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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 (HU)|ammoniaque]].
  
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|style="text-align: center;"| Modérés||style="text-align: center;"| 5||style="text-align: center;"| 8||style="text-align: center;"| 4||style="text-align: center;"| 5
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Une concentration faible en oxygène dissous commence également a produire des [[Chronique (effet) (HU)|effets chroniques]] délétères sur les poissons (en particulier les salmonidés) à des valeurs non létales (en dessous de 5 mg/L, voir ''figure 2'').
  
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|style="text-align: center;"| Sévères||style="text-align: center;"| 4||style="text-align: center;"| 7||style="text-align: center;"| 3,5||style="text-align: center;"| 4,5
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[[File:oxygene_dissous1.JPG|800px|center|thumb|<center>''<u>Figure 2</u> : Impact de la concentration en oxygène dissous sur les poissons ; <u>Source</u> : GIP Loire Estuaire - [http://www.loire-estuaire.org/upload/iedit/1/pj/43686_4081_L2A1_juil2012.pdf l'oxygène de l'eau].''</center>]]
  
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== Responsabilité des rejets urbains dans la chute des concentrations en oxygène dissous ==
  
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Tableau 3 : Critères de l'U.S.E.P.A. pour évaluer
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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 :
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les dommages causés par de faibles concentrations en oxygène dissous (exprimées
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* En introduisant des matières organiques rapidement biodégradables dans les milieux aquatiques ils augmentent la consommation en oxygène ;
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en mg/L)
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* En augmentant la [[Turbidité (HU)|turbidité]] de l'eau du fait des rejets de [[Matières en suspension / MES (HU)|matières en suspension]] ils diminuent l'[[Photosynthèse (HU)|activité photosynthétique]] et donc la production d'oxygène dissous dans l'eau.
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<u>Pour en savoir plus</u> :
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* 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/fr/revues/rseau/2006-v19-n4-rseau1465/014414ar/ https://www.erudit.org]
  
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[[Catégorie:Dictionnaire DEHUA]]
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[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
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[[Catégorie:Oxygène_et_manque_d'oxygène_(HU)]]
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[[Catégorie:Evaluation_de_la_qualité_(HU)]]
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[[Catégorie:Milieu_naturel_et_écosystème,_composants_du_milieu_(HU)]]

Version actuelle en date du 23 août 2023 à 14:31

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).

Sommaire

[modifier] 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.

[modifier] 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.

[modifier] 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.

[modifier] 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).

[modifier] 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 :


$ CS = 14,161 - 0,3943.T + 0,007714.T^2 - 0,0000646.T^3 $


Avec :

  • $ CS $ : concentration en oxygène dissous à saturation (mg/L) ;
  • $ T $ : température de l’eau (degrés Celsius).


Figure 1 : Concentration en oxygène dissous à saturation en fonction de la température ; Source : Aquaportail.


Le rapport entre la concentration réelle en oxygène et la concentration maximum s'appelle le pourcentage de saturation.

[modifier] 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).


Figure 2 : Impact de la concentration en oxygène dissous sur les poissons ; Source : GIP Loire Estuaire - l'oxygène de l'eau.

[modifier] 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
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