Source: The Conversation – France (in French) – By Gang Pan, Professor of Environmental Sustainability, York St John University
Utilisées dans le bassin du mémorial de Lincoln à Washington pour rendre ses eaux limpides, les nanobulles d’ozone pourraient aussi aider à restaurer des lacs et des mers asphyxiés par le manque d’oxygène. Une technologie prometteuse, mais encore confrontée à de nombreux défis.
Pour les festivités du 250e anniversaire de la Déclaration d’indépendance des États-Unis, un système de nanobulles d’ozone a été utilisé pour maintenir limpide le bassin réfléchissant du mémorial de Lincoln à Washington.
Quelques mois plus tôt, le bassin avait pourtant fait l’objet d’un vaste nettoyage. Mais malgré cette opération, une prolifération d’algues avait coloré l’eau d’un vert éclatant. Pour remédier au problème, ce dispositif de nanobulles d’ozone qui a coûté 1,7 million de dollars (environ 1,5 million d’euros) a injecté des bulles microscopiques dans le bassin.
Les nanobulles sont des bulles de gaz extrêmement petites, le plus souvent composées d’oxygène, d’air ou d’ozone, capables de rester en suspension dans l’eau bien plus longtemps que des bulles classiques. Dans un bassin, les nanobulles d’ozone agissent comme un puissant oxydant : elles détruisent les algues et dégradent la matière organique.
Mais l’enjeu dépasse largement le nettoyage d’un bassin monumental. Cette technologie de pointe pourrait-elle aider à résoudre l’un des plus grands défis de la restauration des écosystèmes aquatiques : réoxygéner les profondeurs des lacs, des réservoirs et des zones côtières, où le manque d’oxygène entraîne un dépérissement progressif des milieux ?
Nettoyer le bassin Lincoln
Le célèbre bassin réfléchissant du mémorial de Lincoln, à Washington, est peu profond, doté d’un fond artificiel et dépourvu de sédiments naturels, contrairement à un lac. L’objectif, ici, est avant tout esthétique : conserver une eau parfaitement limpide. Dans ce contexte, les nanobulles d’ozone peuvent se révéler efficaces, à condition que l’eau soit brassée artificiellement et que le traitement soit appliqué en continu.
La situation est bien différente dans un milieu naturel, où les causes de la dégradation sont souvent moins visibles et beaucoup plus difficiles à traiter.
Dans un lac ou une mer eutrophisés, c’est-à-dire saturés en nutriments comme le phosphore et l’azote, les proliférations d’algues ne sont que la partie visible d’un problème bien plus profond. Lorsque ces algues meurent, elles coulent au fond. Les bactéries qui les décomposent consomment alors l’oxygène dissous. Les eaux profondes deviennent hypoxiques (pauvres en oxygène), voire anoxiques (presque totalement privées d’oxygène). Dans ces conditions, les sédiments relarguent des nutriments, qui alimentent à leur tour le processus d’eutrophisation.
À son stade le plus avancé, ce phénomène provoque d’importantes proliférations d’algues, pouvant entraîner la mort des poissons et la formation de véritables « zones mortes » dans le lac. Un cercle vicieux s’installe alors : les proliférations d’algues épuisent l’oxygène, le manque d’oxygène libère davantage de nutriments, et ces nutriments favorisent de nouvelles proliférations.
C’est pourquoi l’apport d’oxygène est si crucial. L’enjeu n’est pas simplement d’en injecter quelque part dans un lac ou une mer, mais de l’acheminer précisément jusqu’à la fine couche de sédiments située au fond, là où le phosphore est libéré, où le méthane est produit et où se déroulent de nombreux processus chimiques et biologiques.
On distingue ainsi deux grandes approches utilisant les nanobulles. La première repose sur des nanobulles dispersées dans toute la masse d’eau grâce à des dispositifs de diffusion. Cette méthode est efficace dans les réservoirs, les installations aquacoles, les stations d’épuration, les piscines ou les petits plans d’eau, où l’eau peut être brassée en permanence.
Mais dans les grands milieux aquatiques naturels, cette approche atteint rapidement ses limites. Les équipements doivent fonctionner en continu, tandis que la répartition de l’oxygène dépend d’un réseau de pompes, de canalisations et de câbles. À l’échelle d’un grand lac ou d’un bassin marin, cela se traduit par une forte consommation d’énergie, sans garantie que l’oxygène atteigne effectivement les fonds.
La seconde approche repose sur les nanobulles interfaciales d’oxygène. Celles-ci sont fixées à la surface et dans les pores de particules solides, comme des argiles modifiées ou d’autres matériaux naturels poreux. Chargées en oxygène, ces particules coulent jusqu’au fond et acheminent directement l’oxygène à l’interface entre l’eau et les sédiments, là où il est le plus nécessaire.
Mais dans les grands milieux aquatiques naturels, cette approche atteint rapidement ses limites. Les équipements doivent fonctionner en continu, tandis que la répartition de l’oxygène dépend d’un réseau de pompes, de canalisations et de câbles. À l’échelle d’un grand lac ou d’un bassin marin, cela se traduit par une forte consommation d’énergie, sans garantie que l’oxygène atteigne effectivement les fonds.
La seconde approche repose sur les nanobulles interfaciales d’oxygène. Celles-ci sont fixées à la surface et dans les pores de particules solides, comme des argiles modifiées ou d’autres matériaux naturels poreux. Chargées en oxygène, ces particules coulent jusqu’au fond et acheminent directement l’oxygène à l’interface entre l’eau et les sédiments, là où il est le plus nécessaire.
Cette méthode pourrait réduire les besoins énergétiques tout en évitant une partie des perturbations écologiques provoquées par le brassage artificiel à grande échelle.
Les bénéfices potentiels sont considérables. Si l’oxygène peut être apporté aux sédiments de surface à un coût raisonnable, il pourrait limiter le relargage interne de phosphore, freiner la production de méthane et, plus largement, rétablir des conditions plus favorables à la vie au fond des lacs et des zones côtières. Autant de mécanismes déterminants pour permettre à un écosystème aquatique dégradé de se régénérer.
Cette approche repose sur une logique d’ingénierie très différente : il ne s’agit plus d’oxygéner l’ensemble d’un lac, mais de cibler précisément la zone où l’oxygène peut avoir le plus d’effet.
En revanche, si les rejets d’eaux usées ou le ruissellement d’engrais se poursuivent, aucune technologie d’oxygénation ne pourra, à elle seule, résoudre le problème.
L’objectif de cette stratégie de restauration des lacs est d’agir sur plusieurs fronts : éliminer les algues et l’excès de nutriments présents dans l’eau, piéger ces nutriments dans les sédiments du fond, puis oxygéner la surface de ces sédiments afin d’empêcher qu’ils ne soient à nouveau relargués dans le milieu.
Le projet de la mer Baltique
L’intérêt de cette approche ciblée apparaît encore plus clairement avec l’exemple de la mer Baltique, l’un des cas les plus emblématiques au monde de « zone morte » due au manque d’oxygène.
La Baltique est naturellement vulnérable, car les échanges d’eau avec l’océan sont très limités en raison de ses détroits étroits. Elle présente en outre une forte stratification, avec des eaux profondes et des eaux de surface qui se mélangent peu. Les nutriments sont ainsi continuellement relargués par les sédiments vers la colonne d’eau, ce qui contribue à une chute spectaculaire des niveaux d’oxygène.
Ce projet, lancé en 2009, a montré à quel point il est difficile de résoudre durablement le problème.
Le pompage permet certes d’augmenter les concentrations d’oxygène, mais il nécessite des infrastructures lourdes et peut modifier l’hydrologie ainsi que le fonctionnement écologique de l’ensemble d’un lac ou d’une mer. De nombreuses questions restent par ailleurs en suspens concernant les coûts, la consommation d’énergie, la maintenance, les effets sur les écosystèmes et d’autres impacts environnementaux.
Dans un bassin artificiel peu profond dont le fond est imperméable, l’efficacité des nanobulles se mesure avant tout à la limpidité de l’eau. En revanche, les nanobulles d’oxygène fixées sur des particules poreuses pourraient devenir un nouvel outil de restauration des lacs et des mers, même si cette approche présente encore des limites.
Leur principal intérêt environnemental pourrait être d’acheminer l’oxygène jusqu’à cette fine couche de sédiments, sombre et souvent négligée, où se forment les « zones mortes » au fond des lacs et des mers. Un objectif prometteur, mais qui reste techniquement complexe et potentiellement coûteux.
Gang Pan ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Au-delà du bassin de Washington : sauver les lacs et les littoraux en déclin grâce aux nanobulles d’oxygène – https://theconversation.com/au-dela-du-bassin-de-washington-sauver-les-lacs-et-les-littoraux-en-declin-grace-aux-nanobulles-doxygene-287004