Acquisition de connaissances à l’aide de modèles

Les modèles de qualité de l’eau peuvent être une alternative à la surveillance. Ils permettent également de calculer l’avenir probable dans différents scénarios. Leurs possibilités ont récemment été illustrées par une chercheuse qui a démontré le potentiel des modèles de type GlobalNEWS pour les substances émergentes, les microplastiques et la pollution liée à la culture des plantes énergétiques.

Les modèles de qualité de l’eau sont utiles pour différentes raisons. Tout d’abord comme alternative à la surveillance – sur le plan mondial, cela ne se produit en fait pas encore très souvent. Ensuite pour les substances émergentes qui ne sont pas encore reprises dans les programmes de surveillance. Et enfin, pour prédire les tendances en matière de qualité de l’eau comme conséquence de développements futurs.

L’un de ces modèles est le GlobalNEWS. Il analyse le transport fluvial des nutriments vers les mers côtières auparavant, actuellement et à l’avenir, et calcule la charge annuelle moyenne de nutriments de plus de 6 000 bassins fluviaux dans le monde.

« Ce modèle a été validé par quantité de gens en ce qui concerne les nutriments », affirme Jikke van Wijnen, Open Universiteit Nederland (Université ouverte des Pays-Bas). Elle l’a utilisé dans le cadre de sa thèse de doctorat. Elle l’a appliqué pour cartographier l’impact futur de la culture à grande échelle de plantes énergétiques. Elle l’a ensuite adapté pour produire de nouveaux modèles, utilisables pour les substances émergentes et les microplastiques.

Biodiesel

Jikke van Wijnen a d’abord étudié les effets que l’augmentation de la consommation de biodiesel aurait sur l’eutrophisation des eaux côtières européennes d’ici 2050. GlobalNEWS a donné comme résultat d’une augmentation de la production de biodiesel, une augmentation des exportations d’azote inorganique dissous de 20 à 35 % et de phosphore inorganique dissous de 10 à 20 % par rapport à une situation sans augmentation de la production de biodiesel.

« Avec un modèle global de type GlobalNEWS, il est relativement facile d’estimer le transport de substances émergentes vers les zones côtières. »

Les engrais contenant de l’azote sont partiellement convertis en N₂O (protoxyde d’azote). L’utilisation d’engrais dans la culture de plantes énergétiques de première génération augmente, entre autres, les émissions de N₂O via les réseaux d’eau, après lessivage et élimination de l’azote des sols fertilisés, est-il indiqué. Avec GlobalNEWS, Jikke van Wijnen a montré qu’une plus grande production de biodiesel peut augmenter de 25 à 45 % les émissions de N₂O via les réseaux d’eau en Europe, par rapport au scénario sans croissance de la production de biodiesel.

Triclosan

Jikke van Wijnen a ensuite adapté le modèle GlobalNEWS de façon relativement approfondie. Elle est ainsi arrivée à un nouveau modèle, qu’elle a baptisé GlobalTCS. Elle l’a appliqué au triclosan, comme modèle pour les substances émergentes polluant l’eau. « Le triclosan est un agent antibactérien. Il est utilisé dans les produits de soins corporels tels que le savon et le dentifrice. Mais c’est aussi un perturbateur endocrinien, dangereux en grande quantité pour certains organismes aquatiques. »

Il y a de plus en plus de pays et d’applications pour lesquels cette substance est interdite. « Mais si vous regardez sur le plan mondial, il y a encore des endroits où le triclosan est souvent utilisé, comme par exemple en Asie, en Amérique, etc. Il se propage principalement dans les égouts grâce à l’utilisation de la substance contenue dans les produits d’hygiène, comme lors du lavage des mains.

Ses analyses pour l’année 2000 montrent que les exportations de triclosan vers les zones côtières d’Europe occidentale, d’Asie du Sud-Est et de la côte est des États-Unis étaient plus élevées que dans le reste du monde. « J’ai trouvé des concentrations dans l’estuaire des rivières en Asie du Sud-Est, entre autres, de 50 à 250 nanogrammes par litre. Et ce pour l’année 2000. »

Elle a comparé les données générées par GlobalTCS avec les données mesurées. « Elles sont du même ordre de grandeur. Peu de données mesurées sur le triclosan dans les eaux côtières sont d’ailleurs disponibles. »

Pour l’avenir, GlobalTCS prédit, en Asie du Sud-Est, une augmentation de l’exportation de triclosan compte tenu de la croissance démographique rapide, de l’urbanisation accrue et du nombre croissant de gens raccordés aux réseaux d’égouts, non encore équipés d’une épuration correcte des eaux usées.

Ce cas illustre selon elle le fait que GlobalNEWS peut être adapté à la vérification du comportement d’autres substances que le triclosan. « La cartographie des substances émergentes est difficile, car il y a souvent trop peu de données disponibles sur elles. Mais avec un modèle global de type GlobalNEWS, il est relativement facile d’estimer le transport de substances émergentes vers les zones côtières. “

« Selon mon modèle, 50 000 tonnes par an de microplastiques se retrouvent dans les eaux côtières à cause du transport par les fleuves. »

Microplastiques

Enfin, elle a adapté le modèle GlobalNEWS pour qu’il fasse également des prédictions concernant les microplastiques. Elle a baptisé ce nouveau modèle GREMiS (Global Riverine Export of Microplastics into Seas/Exportation fluviale mondiale de microplastiques dans les mers). « Cela m’a permis de calculer combien il en arrive dans les eaux côtières actuellement, par transport via les rivières. La réponse est : beaucoup. Pour le monde entier j’arrive à 50.000 tonnes par an. »

Ses résultats montrent que les exportations de microplastiques varient selon les régions du monde, avec des points chauds en Amérique du Sud et, ici encore, en Asie du Sud-Est. Le scénario ‘Business as usual’ (tout continuant comme avant) prévoit que d’ici 2050, les exportations mondiales de microplastiques augmenteront de 50 %. Une meilleure collecte et une meilleure élimination des microplastiques dans les stations d’épuration d’eaux usées, comme le suppose le scénario ‘Environment profit’ (respect de l’environnement), peuvent justement faire baisser de 50 % les exportations de microplastiques.

« Mes résultats pour les microplastiques sont proches de ce qui a été mesuré jusqu’à présent – sachant que jusqu’à présent, peu de mesures ont été faites, et que les mesures qui existent divergent fortement », affirme Jikke van Wijnen. « À l’avenir je continuerais à utiliser ce modèle. Il existe d’autres sources qui m’intéressent et que je n’ai pas encore prises en compte. Je les inclurais également dans le modèle. Considérez, par exemple, les macroplastiques provenant du monde agricole et qui sont utilisés à la campagne et aboutissent de manière très diffuse dans l’environnement. »

Une approche à modèle unique

« Il semble donc possible de cartographier le transport fluvial de substances autres que les nutriments vers les eaux côtières à la manière de GlobalNEWS », conclut Jikke van Wijnen.

En fait, l’utilisation d’une approche à modèle unique pour étudier plusieurs problèmes de pollution présente même certains avantages, tels qu’une meilleure cohérence (par exemple en hydrologie mondiale), la capacité de contrer le report entre différents problèmes, et une communication plus facile avec des intervenants externes. À suivre ?

Par Koen Vandepopuliere

www.ou.nl