Impact du changement climatique: les lacs perdent leur oxygène

Publié par Isabelle le 05/06/2021 à 13:00
Source: INRAE
Les niveaux d'oxygène des lacs situés dans les zones de climat tempéré déclinent rapidement, plus vite que dans les océans. Le changement climatique est la principale cause de cette tendance depuis au moins quatre décennies qui menace la biodiversité et la potabilité des lacs d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) douce. Ce sont les conclusions d'une étude internationale publiée le 2 juin dans Nature, pilotée par le Rensselaer Polytechnic Institute (Etats-Unis) à laquelle a participé INRAE. Depuis 1980 les niveaux d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) de ces lacs ont diminué de 5,5% dans les eaux de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) et de 18,6% dans les eaux profondes. Cette baisse globale d'oxygène dissous dans les lacs impacte directement les écosystèmes, en particulier la vie (La vie est le nom donné :) d'organismes comme les poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...), et altère les cycles biogéochimiques* notamment en augmentant des émissions potentielles de nutriments dans l'eau et de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...) comme le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) vers l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).


illustration Impact du changement climatique: les lacs perdent leur oxygène.
© INRAE - Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm,...) Thirel

Bien qu'ils ne représentent que 3% de la surface des terres émergées, les lacs contiennent une grande biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...). Plus petits que les mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...), ils réagissent plus rapidement aux effets des changements environnementaux. Ils représentent ainsi de véritables sentinelles des impacts du changement climatique sur les écosystèmes. C'est pourquoi une équipe internationale du GLEON (Global Lake Ecological Observatory Network)** a conduit une étude sur plus de 45 000 échantillons d'eau de 400 lacs des zones tempérées du globe, principalement en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...), dont les plus anciens relevés datent de 1941 et les plus récents de 2019. INRAE a notamment contribué en fournissant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de l'Observatoire des lacs alpins OLA. Les scientifiques ont analysé l'oxygène dissout des eaux de surface et des eaux profondes des échantillons ainsi que les profils de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) des eaux.

Une baisse globale des niveaux d'oxygène dans les lacs depuis les années 1980

Les résultats montrent que, depuis 1980, les lacs ont globalement perdu de l'oxygène. Les niveaux d'oxygène des lacs étudiés ont en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) baissé de 5,5% dans les eaux de surface et de 18,6% dans les eaux profondes, une perte à une vitesse (On distingue :) 3 à 9 fois plus rapide que celle des océans. Le principal moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) de cette perte d'oxygène dans les eaux de surface est l'augmentation globale des températures qui diminue la solubilité de l'oxygène dans l'eau. Depuis les années 1980, avec l'augmentation des températures de l'atmosphère, la température globale des eaux de surface des lacs a augmenté de 0,38 °C par décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix »...) et la concentration en oxygène a diminué de 0,11 mg/l par décennie. Pour les eaux profondes, la température est restée relativement stable mais l'augmentation de la température des eaux de surface a augmenté la différence de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) avec les eaux profondes, rendant plus difficile le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) des eaux des différentes strates des lacs et donc le renouvellement de l'oxygène des eaux profondes. C'est cette augmentation de la stratification thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), en intensité et en durée, qui a conduit à une diminution des concentrations d'oxygène dans les couches profondes des lacs.

Un risque accru d'eutrophisation et d'émission de gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production...)

La concentration en oxygène régule (Les régules sont des alliages d'étain ou de plomb et d'antimoine.) de nombreuses caractéristiques de la qualité écologique des eaux. En effet la plupart des organismes vivants, comme les poissons, dépendent du niveau d'oxygène de l'eau, et une baisse trop importante peut mener au déclin de certaines espèces. Dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), cette baisse d'oxygène favorise les microorganismes qui évoluent plus facilement dans des milieux sans oxygène, comme certaines bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) qui produisent du méthane, un puissant gaz à effet de serre. La baisse du niveau d'oxygène impacte également les sédiments situés au fond des lacs qui retiennent la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...). Avec la baisse de la concentration en oxygène, ces sédiments réémettent de la pollution métallique et des nutriments, comme le phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et...), qui font baisser la qualité chimique des eaux et favorisent les phénomènes d'eutrophisation***.

Les changements rapides observés dans les lacs ces dernières années donnent une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit...) des impacts globaux du changement climatique sur les écosystèmes. A partir de ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), INRAE développe actuellement des modèles prédictifs de l'évolution des niveaux d'oxygène des écosystèmes lacustres de l'Observatoire OLA pour aider les gestionnaires de ces lacs.

Référence:
Jane, S.F., Hansen, G.J.A., Kraemer, B.M. et al. Widespread deoxygenation of temperate lakes. Nature 594, 66-70 (2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03550-y

Des résultats qui confirment une tendance de long terme

En 2016, deux études sur les archives sédimentaires des lacs en Europe et dans le monde (Le mot monde peut désigner :) menées par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) national de la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) du Québec, et impliquant INRAE, montraient une tendance des lacs à perdre leur oxygène à cause des rejets de nutriments. Ces rejets étaient notamment dus à l'augmentation des pressions humaines, en particulier en Europe suite à l'expansion des villes. Cette nouvelle étude montre que sur ces dernières décennies, le changement climatique et l'augmentation de la température sont devenus les principales causes des pertes d'oxygène des lacs, alors que la cause historique était les rejets de nutriments. La question est désormais de savoir comment ces deux pressions (climat & nutriments) interagissent, et si les concentrations résiduelles de phosphore (éléments nutritif des microorganismes) dans les lacs héritées des années 1950 en Europe peuvent amplifier les impacts du changement climatique. Ces questions sont actuellement adressées en modélisation en utilisant les données des archives sédimentaires (échelle de temps long) et suivis limnologiques (données récentes et suivis saisonniers des eaux des lacs).

- Jean-Philippe Jenny, Alexandre Normandeau, Pierre Francus, Zofia Ecaterina Taranu, Irene Gregory-Eaves, François Lapointe, Josue Jautzy, Antti E. K. Ojala, Jean-Marcel Dorioz, Arndt Schimmelmann, and Bernd Zolitschka. Urban point sources of nutrients were the leading cause for the historical spread of hypoxia across European lakes. PNAS first published October 24, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1605480113

- Jean‐Philippe Jenny, Pierre Francus, Alexandre Normandeau, François Lapointe, Marie‐Elodie Perga, Antti Ojala, Arndt Schimmelmann and Bernd Zolitschka. Global spread of hypoxia in freshwater ecosystems during the last three centuries is caused by rising local human pressure. Global Change Biology (2016), DOI: 10.1111/gcb.13193

Notes:
* Un cycle biogéochimique est le processus de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) et de transformation cyclique d'un élément ou composé chimique entre les grands réservoirs que sont la géosphère, l'atmosphère, l'hydrosphère (L'hydrosphère est, de façon générale, l'enveloppe externe d'une planète ou d'un satellite qui...), dans lesquels se retrouve la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce...).

** Le Global Lake Ecological Observatory Network (GLEON) est un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) international de base bénévole de chercheurs qui vise à comprendre, prédire et communiquer sur le rôle et la réponse des lacs aux changements globaux de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). GLEON s'appuie sur plus de 60 observatoires de lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il...) dans le monde, plus de 850 membres de 62 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...). https://gleon.org/

***Déséquilibre des écosystèmes aquatiques déclenché (Un déclenché (ou tonneau déclenché) est une figure de voltige aérienne.) par des apports excessifs en nutriments, souvent d'origine anthropique. Les manifestations les plus connues sont l'apparition de cyanobactéries toxiques dans les lacs et les cours d'eau, et les proliférations de macroalgues vertes dans les zones côtières.


Centre:
Lyon-Grenoble Auvergne-Rhône-Alpes

Département:
AQUA

Contact scientique:
JEAN-PHILIPPE JENNY - UMR CARRTEL
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