Cycle du phosphore (HU) : Différence entre versions

Version actuelle en date du 3 avril 2025 à 08:34

Traduction anglaise : Phosphorus cycle

Dernière mise à jour : 03/04/2025

Le cycle du phosphore représente les différentes transformations que peut subir le phosphore entre ses diverses formes physico-chimiques et organiques.

[modifier] Concepts généraux

Le phosphore est un élément assez rare sur terre et la matière vivante en contient relativement assez peu. Il est cependant indispensable à toutes les formes de vie, en particulier pour le stockage et le transfert d'énergie (ATP), la fabrication des os et des dents des vertébrés, la synthèse de l'ARN et de l'ADN, etc. Le cycle du phosphore ne possède pas de composante gazeuse et n’affecte pratiquement pas l'atmosphère. Dans un environnement naturel sa disponibilité est directement liée à l’altération superficielle des roches. De ce fait, dans un écosystème non affecté par l'homme, les sources (apports extérieurs) et les pertes sont très faibles et le cycle du phosphore est pratiquement fermé sur une base de temps annuelle (voir Cycle trophique (HU)). Le phosphore constitue ainsi normalement le nutriment limitant des milieux aquatiques d'eau douce et l'un des principaux facteurs limitants du cycle trophique.

Cet équilibre a été fortement perturbé par l'activité humaine qui a provoqué des changements majeurs dans le cycle global. L'exploitation industrielle de réserves minérales, l'utilisation d'engrais phosphorés, les transferts massifs de biomasse, en particulier entre les villes et les campagnes, ont donné une importance beaucoup plus grande aux échanges entre les écosystèmes terrestres et aquatiques.

[modifier] Cycle de base du phosphore dans un écosystème

Le cycle de base à petite échelle schématisé par la figure 1 est le suivant : le phosphore contenu dans la matière organique morte est progressivement minéralisé par des micro-organismes qui simplifient les composés phosphorés jusqu'à les transformer en phosphates solubles (PO₄^3-). Ces derniers sont très rapidement assimilés et intégrés dans la matière organique vivante. Quelques échanges ont lieu avec des éléments non vivants de l'écosystème : sédimentation, adsoption/désorption sur des suspensions d'argile colloïales mais surtout immobilisation (principalement en lien avec des ions Ca²⁺, Fe³⁺) et relargage (voir § sur la dérégulation du cycle du phosphore).

Figure 1 : Cycle du phosphore : (1) adsorption sur des colloïdes ; (2) : désorption ; (3) : sédimentation ; (4) : consommation ; (5) : mortalité ; (6) : excrétion ; (7) : assimilation ; (8) : minéralisation ; (9) : immobilisation  ; (10) : relargage ; (11) : échanges avec l'extérieur.

[modifier] Conséquence de la dérégulation du cycle du phosphore

Le cycle du phosphore est actuellement profondément perturbé, dans beaucoup de milieux aquatiques d'eau douce, par des apports extérieurs massifs en phosphates provenant principalement des engrais et des lessives. Ces apports entraînent une augmentation rapide et importante de la production végétale (hyper-eutrophisation). Ce phénomène, d'abord observé sur les lacs est en train de se généraliser à beaucoup de rivières de plaine et prend une dimension préoccupante. Ce problème est d'autant plus inquiétant que le phosphore en excédent peut, lorsque le milieu est bien oxygéné (par exemple en hiver), se combiner à d'autres éléments (fer, calcium) pour former des composés insolubles qui se stockent dans les sédiments (immobilisation). Lorsque le taux d'oxygène dissous diminue dans le milieu aquatique (généralement au printemps ou en été), soit du fait de l'augmentation de la température, soit du fait de la respiration algale, soit du fait d'apport en matières oxydables, ces complexes chimiques peuvent se transformer en composés plus solubles et bio-assimilables (relargage). La libération de phosphates par la vase peut ainsi être multipliée par 1000 en période d'anoxie. Cette libération rapide va provoquer une augmentation brutale de la production végétale, entraînant une consommation de l'oxygène dissous, ce qui augmente encore la libération des phosphates. Les organismes susceptibles de fixer l'azote gazeux (cyanophycées en particulier) vont alors se développer de façon explosive provoquant un phénomène désigné sous le nom de fleur d'eau, souvent extrêmement dévastateur pour le milieu.

[modifier] Récupération du phosphore dans les eaux usées

Sur un autre plan, le phosphore constitue un nutriment indispensable pour l'agriculture en même temps qu'une ressource rare. Sa récupération dans les eaux usées et sa valorisation constituent donc une solution de sagesse visant à transformer un rejet polluant et ressource utile. Cette réutilisation peut se faire de différentes manières, éventuellement complémentaires :

• par la valorisation agricole des boues, c'est le procédé le plus classique et le plus efficace puisque 80% environ du phosphore présent dans les effluents arrivant à la station est effectivement fixé sur les boues, mais la valorisation agricoles des boues est actuellement parfois questionnée ;
• en épandant des eaux usées traitées, ce procédé est peu utilisé en France mais il l'est dans les pays manquant d'eau, en particulier Israel, il permet de récupérer les 20% non présent dans les boues ;
• par la récupération à la source, en utilisant la collecte séparée des urines, actuellement testé à titre expérimental par diverses collectivités, constitue le moyen le plus efficace avec un taux de récupération qui peut atteindre 80% (sur les urines collectées)

Pour en savoir plus :

• https://www.encyclopedie-environnement.org/eau/phosphore-et-eutrophisation/