À la poursuite de l’azote en milieu subalpin

La collecte d’eau dans le Laurichard (affluent de la Romanche) permet l’analyse isotopique des nitrates exportés, et donc l’évaluation du niveau de contamination par les dépôts atmosphériques dans ce cours d’eau. © Franck Delbart
L’effet des dépôts atmosphériques d’azote sur les écosystèmes de montagne demeure l’une des questions en écologie les plus importantes du XXI siècle [1], car selon certains scénarios du GIEC, ils impacteront d’importants services écosystémiques (production de fourrage, quantité et qualité de l’eau, stabilité des sols, valeur patrimoniale, etc) qui sont cruciaux pour les populations de ces bassins versants d’altitude mais aussi des plaines. De nouveaux outils sont donc nécessaires pour mieux tracer ces dépôts, comprendre leur devenir et leur impact et, à terme, anticiper et prévenir leurs conséquences.



Les premiers résultats de recherches sur le traçage des dépôts d’azote atmosphérique dans les écosystèmes de montagne, soutenus par le Labex OSUG@2020 et par la Région Rhône-Alpes entre 2014 et 2017, viennent d’être publiés. Ces travaux, emblématiques des collaborations facilitées par l’OSUG, ont impliqué des chercheurs et ingénieurs de l’Institut de Géosciences de l’Environnement (IGE/OSUG – CNRS/Grenoble INP/IRD/UGA), du Laboratoire d’écologie alpine (LECA/OSUG - UGA/CNRS/USMB) et de la Station Alpine Joseph Fourier (SAJF/OSUG - UGA/CNRS). Ces travaux ont été menés par Ilann Bourgeois [2] lors de sa thèse codirigée par JC Clément (LECA) et J. Savarino/D. Voisin (IGE).

Vue panoramique sur le col du Lautaret et sur les bâtiments de la Station Alpine Joseph Fourier (SAJF). © Ilann Bourgeois

L’azote (N) est un nutriment essentiel pour la croissance végétale principalement disponible dans les sols sous formes inorganiques : nitrate (NO3-) et ammonium (NH4+). En montagne, ces deux espèces azotées sont historiquement présentes en faible quantité, limitant ainsi le développement de nombreuses plantes. Cette contrainte de fertilité est un élément clef pour la préservation des espèces végétales endémiques et pour la biodiversité alpine, qui participent non seulement à la beauté et à la valeur patrimoniale de nos paysages de montagne, mais assurent aussi de nombreux services écosystémiques, tel que le contrôle de l’érosion des sols d’altitude et de la qualité de l’eau, ou encore le stockage de carbone dans les sols et la fourniture de fourrage. Or, l’industrialisation galopante et l’utilisation d’engrais ont, ces dernières décennies, considérablement accru la quantité d’azote dans les écosystèmes naturels terrestres ou aquatiques de la planète. Les émissions atmosphériques d’oxydes d’azote (NOx = NO + NO2), liées à la combustion d’énergies fossiles, sont notamment responsables de l’augmentation drastique des dépôts de nitrate atmosphérique (NO3-atm) en montagne. Si de nombreuses études ont montré les conséquences délétères de cette sur-disponibilité d’azote sur les écosystèmes alpins et subalpins, il n’en reste pas moins à comprendre ce qu’il devient une fois déposé. Savoir où, comment et pourquoi cet azote atmosphérique agit sur les écosystèmes de montagne est un passage obligé pour adopter les mesures de protection environnementale les plus efficaces.
La collecte des dépôts atmosphériques sur le toit de la Galerie de l’Alpe (col du Lautaret) permet de mieux comprendre les flux d’azote entrants dans les écosystèmes alpins. De gauche à droite : un collecteur d’aérosols, un collecteur de précipitations (pluie et neige), et un collecteur de PM2.5. © Ilann Bourgeois



Dans une série d’études publiées en 2018, les dépôts de NO3-atm ont été suivis dans plusieurs bassins versants le long de la Romanche, entre le Col du Lautaret et Grenoble. Deux ans d’échantillonnage intensif (précipitation, neige, eau de rivières, sols et plantes) et l’utilisation d’un traceur isotopique à haute résolution (δ15N, δ15N, Δ17O) ont ainsi permis d’identifier les principaux mécanismes régissant la dynamique du NO3-atm en montagne :

  • La neige agit comme une couche isolante en hiver, et « protège » sols et plantes des dépôts de NO3-atm. En contrepartie, la période de fonte provoque un pic d’exportation du NO3-atm dans les eaux de montagne, et favorise l’eutrophisation et la diminution de la qualité de l’eau. La contribution des NO3-atm est loin d’être négligeable puisqu’elle peut représenter jusqu’à 35% des nitrates circulant dans les rivières alpines1. Cet impact atmosphérique est encore renforcé par les dépôts d’ammonium atmosphérique (NH4+ atm), transformés en nitrates dans les sols puis exportés dans les rivières alpines1. Cependant, les émissions d’ammoniaque (précurseur de NH4+) ne sont pour l’heure que peu régulées, et seront certainement au cœur des défis sociétaux de demain.
  • L’utilisation de cette approche isotopique triple a aussi permis de distinguer les différentes sources de nitrate à l’échelle du bassin versant de la Romanche. En zone de montagne, les écoulements de surface contribuent le plus à l’alimentation de la Romanche, et apportent majoritairement du NO3-atm ou du nitrate produit dans les sols par nitrification microbienne. En zone de plaine, la Romanche est surtout alimentée par la nappe qui apporte des nitrates provenant encore une fois de la nitrification, mais aussi des effluents agricoles ou des stations d’épuration2. Ces résultats montrent aussi que ces apports ne sont pas compensés par la faible intensité des processus de rétention (assimilation végétale) ou d’élimination (dénitrification) des nitrates à l’intérieur des cours d’eau alpins. Ainsi, le flux de NO3-atm exporté dans la Romanche en 2016 et 2017 était ainsi égal ou supérieur à celui exporté dans l’Isère en aval de Grenoble, pourtant plus proche de sources de NOx (précurseurs du NO3-atm)2.

Ces travaux se poursuivent afin de comprendre le devenir des apports de NO3-atm dans la végétation et les sols alpins, et leur potentielle influence sur le fonctionnement de ces écosystèmes fragiles.


Source

1 Bourgeois I., Savarino J., Caillon N., Angot H., Barbero A., Delbart F., Voisin D. & J.C. Clément. 2018. Tracing the fate of atmospheric nitrate in a subalpine watershed using Δ17O. Environmental Science & Technology. 52 (10) : 5561–5570. DOI:10.1021/acs.est.7b02395

2 Bourgeois I., Savarino J., Némery J., Caillon N., Albertin S., Delbart F., Voisin D. & J.C. Clément. 2018. Atmospheric nitrate export in streams along a montane to urban gradient. Science of the Total Environment. 633 : 329-340. DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.03.141

Contacts scientifiques locaux

- Jean-Christophe Clément, LECA/OSUG | jean-christophe.clement@univ-savoie.fr
- Joel Savarino, IGE/OSUG | joel.savarino@univ-grenoble-alpes.fr
- Didier Voisin, IGE/OSUG | didier.voisin@univ-grenoble-alpes.fr

Contact chercheur

- Ilann Bougeois – Research Associate - NOAA/CIRES | ilann.bourgeois@noaa.gov

[1Sutherland et al. (2006) J. Appl. Ecol. 43

[2Ilann Bourgeois a soutenu sa thèse en décembre 2017 et est actuellement en poste à l’Université du Colorado CIRES - NOAA Chemical Sciences Division.