Développement d'algues d'eau douce bénéfiques
Système d'algues et de périphyton DREVO Living Waters
Concept
Dans le systèmeMontagnes vivantes DREVOLes algues d'eau douce sont considérées comme l'un des niveaux de vie fondamentaux des rivières, des ruisseaux, des marais, des lacs de plaine inondable et des plans d'eau restaurés.
Ils sont capables de :
convertir l'énergie solaire en matière organique ;
constituent la base du réseau trophique aquatique ;
servir de nourriture au zooplancton, aux mollusques, aux larves d'insectes et aux poissons ;
libérer de l'oxygène pendant la journée ;
fixer une partie des nutriments dissous ;
créer des biofilms sur les roches, le bois et les plantes ;
maintenir l'auto-purification de l'eau ;
participer à la formation des sédiments de fond ;
servir d'indicateurs de la qualité de l'eau.
Cependant, les algues ne restent bénéfiques qu'à une densité équilibrée. Une prolifération excessive de phytoplancton et de cyanobactéries peut entraîner des efflorescences toxiques, une diminution de la transparence et une carence en oxygène. Certaines cyanobactéries d'eau douce produisent des microcystines, des anatoxines, de la cylindrospermopsine et d'autres substances dangereuses.
Le principe principal :
L’objectif du projet n’est pas de fertiliser l’eau pour favoriser une croissance rapide des algues, mais de créer les conditions d’une diversité durable des producteurs aquatiques locaux.
1. Qu'est-ce qui est considéré comme une algue bénéfique ?
L'utilité est déterminée non seulement par le nom de l'espèce, mais aussi par sa fonction, son abondance et son lieu de développement.
Microalgues benthiques
En direct:
sur les pierres;
sur du gravier;
sur bois ;
sur les sédiments du fond ;
sur les tiges des plantes aquatiques.
Ils font partie depériphyton— un biofilm complexe composé d'algues, de bactéries, de champignons, de protozoaires et de matières organiques.
Périphyton :
est une source de nourriture pour les invertébrés aquatiques ;
lie les substances dissoutes ;
sature la microzone en oxygène ;
participe à l'auto-nettoyage ;
réagit rapidement aux changements de la qualité de l'eau.
Parallèlement, le périphyton est capable d'accumuler des polluants et de les transmettre le long de la chaîne alimentaire ; il ne peut donc pas être développé artificiellement dans des eaux polluées sans analyser les sédiments du fond.
diatomées
Les diatomées sont particulièrement importantes dans :
cours d'eau propres;
rivières;
réservoirs de sources;
eaux peu profondes à fond rocheux et graveleux ;
eaux froides et tempérées.
Elles forment des films minces sur le substrat et servent de nourriture à :
escargots;
larves d'éphémères ;
mouches trichoptères;
crustacés;
jeunes poissons.
Leur diversité est souvent utilisée pour évaluer l'état écologique des cours d'eau.
microalgues vertes
À des concentrations modérées, ils permettent :
zooplancton;
frire;
animaux se nourrissant par filtration ;
productivité naturelle des étangs et des plans d'eau des plaines inondables.
Mais une biomasse dense de phytoplancton vert n'est pas automatiquement bénéfique : une biomasse excessive peut également entraîner une carence en oxygène nocturne et post-mortem.
Charophytes
Les charophytes sont de grandes algues benthiques qui ressemblent à des plantes aquatiques supérieures.
Ils peuvent :
former des prairies sous-marines ;
stabiliser les précipitations ;
créer des abris pour les invertébrés et les jeunes poissons ;
maintenir une eau claire ;
entrer en compétition avec le phytoplancton en excès pour les nutriments.
Leur restauration est particulièrement prometteuse dans les domaines suivants :
lacs propres;
eaux stagnantes transparentes;
réservoirs calcaires peu profonds;
cuvettes alluviales protégées.
Seules les espèces locales et les matériaux provenant du même bassin versant sont utilisés.
algues vertes filamenteuses locales
En petites quantités, ils :
créer des abris ;
fournir un substrat aux invertébrés ;
participer à la production primaire.
Avec le développement de masse, ils :
recouvrir le fond de tapis épais ;
conserver les déchets ;
interférer avec le flux;
provoquer de fortes fluctuations quotidiennes de l'oxygène ;
détériorer les frayères.
Par conséquent, les formes filamenteuses ne constituent pas une culture cible, mais une partie contrôlée de la communauté.
2. Cyanobactéries : un groupe nécessaire, mais non une cible pour la culture
Les cyanobactéries sont souvent appelées algues bleues-vertes, bien que biologiquement ce soient des bactéries photosynthétiques.
Ils participent à l'écosystème naturel :
en production primaire;
dans le cycle de l'azote ;
dans la formation de biofilms ;
dans la nutrition des organismes individuels.
Mais il est impossible de stimuler artificiellement leur développement massif.
Les genres et groupes qui peuvent former des efflorescences denses ou toxiques sont dangereux, notamment :
Microcystis;
Dolichospermum;
Aphanizomenon;
Planktothrix;
Raphidiopsis;
cyanobactéries benthiques individuelles.
Il est impossible de déterminer avec certitude la toxicité d'une prolifération d'algues à partir de son apparence ; les amas suspects nécessitent donc une analyse de l'eau et de la biomasse.
3. Objectif environnemental
Le projet ne devrait pas viser la masse maximale d'algues, mais l'état suivant :
diversité spécifique et fonctionnelle élevée ;
périphyton mince et stable ;
eau claire ou modérément claire;
absence d'un film de surface dense ;
régime d'oxygène stable ;
présence de plantes sous-marines ;
phytoplancton tempéré ;
zooplancton développé ;
présence de mollusques et d'insectes aquatiques ;
absence de dominance des cyanobactéries toxiques.
4. Principaux axes de développement
sources et cours d'eau supérieurs
La priorité est donnée à :
communautés de diatomées ;
périphyton mince ;
mousses aquatiques;
Biofilms sur pierre et bois.
Nécessaire:
maintenir l'eau fraîche ;
maintenir l'ombrage ;
N’appliquez pas d’engrais ;
ne pas envaser le gravier ;
Protéger la source des animaux d'élevage.
Ruisseaux de montagne et de taille moyenne
Différents substrats sont créés :
rochers;
caillou;
gravier;
bois;
poches latérales silencieuses ;
zones de débit modéré.
Cela forme différentes communautés d'algues et d'invertébrés.
Lacs de plaine inondable et méandres
Priorité:
phytoplancton tempéré ;
algues Characeae ;
plantes sous-marines ;
périphyton sur la végétation ;
Zooplancton développé.
Le raccordement à la plaine inondable est nécessaire, mais sans un approvisionnement constant en engrais et en fumier.
Marais
Dans les marais, les algues se développent :
dans des fenêtres peu profondes;
sur la sphaigne ;
sur les carex;
dans des bols de saison ;
sur bois ;
dans les petits canaux.
Il ne faut pas transformer un marais naturel en un bassin d'algues à forte productivité.
Réservoirs de biofiltration artificiels
Le développement contrôlé des biofilms algaux est ici possible pour :
capture des nutriments ;
traitement préliminaire des eaux usées ;
production de biomasse technique ;
nutrition du zooplancton.
Ces bassins doivent être séparés du noyau naturel et avoir la capacité de collecter la biomasse.
5. Création d'un substrat approprié
Pour développer un périphyton bénéfique, des surfaces de structures différentes sont créées.
substrat pierreux
Utilisé:
rochers locaux;
caillou;
gravier grossier;
Pierres plates.
Les pierres créent :
surfaces éclairées ;
côtés ombragés ;
zones de vitesses d'écoulement différentes ;
abris pour invertébrés.
substrat de bois
En vigueur:
branches immergées;
systèmes racinaires;
troncs solidement fixés;
grilles en bois.
Supports en bois :
algue;
champignons;
bactéries ;
larves d'insectes;
mollusques.
On utilise du bois pur, non traité, provenant d'essences locales.
substrat végétal
Les plantes submergées et riveraines offrent une vaste surface au périphyton.
Les plus précieux sont :
feuilles submergées;
tiges de carex et de joncs;
systèmes racinaires;
prairies sous-marines.
Modules minéraux poreux
Les éléments suivants peuvent être utilisés dans les biofiltres techniques :
céramiques poreuses ;
pierre ponce naturelle ;
pierre de lave ;
supports de zéolite ;
Cassettes en maille minérale.
Dans un réservoir naturel, les modules artificiels sont utilisés avec parcimonie, afin de ne pas remplacer le substrat naturel par une structure technique.
6. Mode lumière
Différentes algues nécessitent différents éclairages.
Pour créer de la diversité, il faut une mosaïque :
eaux peu profondes et ensoleillées;
ombre partielle;
berges ombragées;
fenêtres d'eau ouvertes;
zones sous le bois;
zones plus profondes.
La suppression totale des arbres en bordure de rivage entraîne une surchauffe et peut favoriser la prolifération d'algues indésirables.
L'ombrage total, au contraire, supprime la production primaire.
L'alternance de zones dégagées et ombragées est donc maintenue.
7. Gestion des nutriments
La principale cause des proliférations nuisibles n'est pas un manque d'« algues bénéfiques », mais un excès de nutriments disponibles, principalement d'azote et de phosphore.
Sources :
ruissellement agricole;
engrais minéraux ;
fumier;
eaux usées domestiques ;
aquaculture;
érosion des sols fertiles;
sédiments de fond contaminés ;
égout pluvial.
L'EPA indique que la prévention la plus efficace des proliférations d'algues consiste à réduire les apports d'azote et de phosphore provenant de sources ponctuelles et diffuses.
Mesures DREVO
bandes tampons ;
prairies humides;
marais de filtration ;
pièges à sédiments;
collecte séparée du fumier;
bols à boire fermés;
restauration des plaines inondables;
réduction de l'érosion des pentes ;
traitement des eaux usées domestiques ;
limitation des rejets de phosphate ;
contrôle de l'aquaculture ;
élimination de la biomasse excédentaire des bassins techniques.
8. Pourquoi ne pas simplement fertiliser un réservoir naturel ?
Dans les étangs piscicoles, on utilise parfois des engrais pour accroître les populations de phytoplancton, source de nourriture naturelle. La FAO décrit cette approche pour les étangs de production aménagés.
Mais cette méthode ne peut pas être automatiquement transférée à :
lacs naturels;
rivières;
marais;
ressorts;
plans d'eau potable;
plaines inondables protégées.
Le résultat peut être :
prolifération de cyanobactéries ;
baisse nocturne d'oxygène ;
Mortalité des poissons ;
accumulation de toxines ;
disparition des plantes sous-marines ;
remplacement d'une communauté diversifiée par quelques espèces dominantes.
9. Régime d'oxygénation
Les algues libèrent de l'oxygène en présence de lumière, mais en même temps elles respirent.
La nuit, la photosynthèse s'arrête, mais la consommation d'oxygène se poursuit.
Après la mort massive des algues, les bactéries décomposent la biomasse et consomment de l'oxygène supplémentaire. Par conséquent, des niveaux d'oxygène élevés en journée ne sont pas nécessairement synonymes de prospérité.
Contrôlé par :
de l'oxygène avant l'aube ;
l'oxygène pendant la journée ;
amplitude journalière ;
température;
profondeur;
vitesse d'écoulement ;
charge organique.
Le moment le plus dangereux survient souvent avant l'aube et après la disparition de la floraison.
10. Soutien au zooplancton
Le phytoplancton bénéfique devrait être inclus dans la chaîne alimentaire.
Requis:
rotifères;
cladocères;
copépodes;
d'autres organismes filtreurs locaux.
Ils:
consommer des microalgues ;
maintenir la transparence ;
servir de nourriture pour les fritures;
redistribuer les nutriments.
Pour les sauver, vous devez :
Ne remplissez pas tous les bols de poisson ;
préserver les zones exemptes de pression de pêche ;
exclure les insecticides ;
maintenir la végétation sous-marine ;
Évitez les efflorescences toxiques.
11. Mollusques et autres organismes filtreurs
Les bivalves locaux sont capables de filtrer l'eau et de fixer les particules de phytoplancton.
Mais ils ne peuvent pas être diffusés en tant que « filtres vivants » universels.
Requis:
eau appropriée;
fond correct;
poissons hôtes naturels pour les larves de nombreuses espèces ;
absence de contaminants toxiques ;
aptitude génétique pour la zone de captage ;
protection contre les mollusques envahissants.
La priorité est donnée à la restauration des populations locales plutôt qu'à l'introduction d'espèces filtreuses exotiques.
12. Les plantes sous-marines comme partenaires des algues
La santé d'un étang ne doit pas dépendre uniquement du phytoplancton.
Plantes sous-marines :
se disputer les nutriments ;
stabiliser les sédiments de fond ;
créer un substrat pour le périphyton ;
fournir un abri au zooplancton ;
soutenir les poissons et les invertébrés ;
réduire la remise en suspension des boues.
L'objectif est de créer une combinaison de :
phytoplancton ;
périphyton;
Algues Charophytes ;
plantes supérieures sous-marines ;
plantes flottantes;
végétation côtière.
13. Pépinière d'algues DREVO
Une pépinière de recherche pourrait être créée pour les communautés locales rares et utiles.
Il comprend :
une collection d'échantillons provenant de différents bassins versants ;
laboratoire microscopique;
système de culture ;
identification génétique ;
quarantaine;
petits bassins expérimentaux ;
contrôle de la lumière, de la température et des nutriments ;
Banque de passeports numériques.
But:
étude des espèces locales ;
restauration de substrats artificiels stériles ;
création de biofilms initiaux ;
soutien aux projets scientifiques ;
Production de biomasse pour filtres techniques.
Les produits issus de la pépinière ne doivent pas être rejetés dans les eaux naturelles sans vérification préalable de leur origine, des agents pathogènes potentiels et des risques environnementaux.
14. Transfert de périphyton naturel
Il est plus sûr de transférer non pas une culture d'algues concentrée, mais une petite quantité de périphyton local mature.
Séquence possible :
Un site donneur sain est sélectionné dans la même zone de chalandise ;
L'absence de pollution et d'espèces envahissantes est confirmée ;
le nombre minimal de pierres ou de dalles de bois est sélectionné ;
Une partie du biofilm est transférée sur le substrat préparé ;
Le site donneur n'est pas endommagé ;
Le développement est suivi au microscope et par analyse chimique ;
En cas de dominance indésirable, l'expérience est interrompue.
Dans de nombreux cas, l'introduction naturelle est préférable à l'introduction artificielle.
15. Biofiltres à algues techniques
Pour le traitement des eaux usées agricoles ou domestiques, on peut utiliser des bassins peu profonds séparés avec une biomasse algale contrôlée.
Fonctions :
fixation de l'azote et du phosphore ;
formation d'oxygène ;
soutenir la purification bactérienne ;
production de biomasse ;
réduire la pression sur le marais naturel.
La FAO note que dans les bassins d'algues aménagés, la biomasse algale peut fixer les nutriments et fournir de l'oxygène aux bactéries et autres organismes aquatiques.
condition obligatoire
Les nutriments ne sont retirés du système que lorsqu'une partie de la biomasse algale est régulièrement récoltée.
Si la biomasse meurt dans la même mare, une part importante des substances retourne à l'eau.
16. Utilisation de la biomasse collectée
Après analyse en laboratoire, la biomasse propre issue des bassins techniques peut être considérée comme matière première pour :
biogaz;
compostage ;
biochar ;
engrais ;
obtention de pigments ;
biomatériaux techniques ;
recherche sur l'alimentation animale ;
traitement des eaux usées.
La biomasse issue des eaux contaminées n'est pas automatiquement utilisée en agriculture, car elle peut s'accumuler :
métaux lourds ;
polluants organiques ;
agents pathogènes ;
cyanotoxines.
17. Surveillance
Paramètres de base
Contrôlé par :
température;
transparence;
turbidité;
pH ;
conductivité électrique ;
oxygène dissous ;
azote;
phosphore;
chlorophylle-a;
profondeur;
vitesse d'écoulement ;
carbone organique.
Contrôle biologique
Les éléments suivants sont déterminés :
composition du phytoplancton ;
composition du périphyton ;
proportion de diatomées ;
proportion de cyanobactéries ;
présence de groupes toxinogènes ;
état des communautés de chars;
zooplancton;
invertébrés aquatiques;
mollusques;
poisson;
végétation sous-marine.
Toxines
En cas de suspicion de floraison, les éléments suivants sont vérifiés :
microcystines ;
anatoxines;
cylindrospermopsine;
saxitoxines;
d'autres composés d'importance régionale.
L’OMS recommande d’évaluer le risque lié aux cyanobactéries dans l’ensemble du système hydrique, y compris la détection, la prévention et la gestion de l’exposition aux toxines.
18. Observatoire de la Montagne Vivante
Le système combine :
sondes stationnaires ;
échantillonneurs automatiques ;
caméras sous-marines ;
capteurs spectraux ;
stations microscopiques ;
Drone TREVO AeroSense ;
Éclaireur River Rover ;
images satellites ;
données météorologiques;
Jumeau numérique de la montagne.
Les méthodes de télédétection aident à détecter les changements de couleur et de superficie des efflorescences, mais ne remplacent pas l'identification en laboratoire des espèces et des toxines.
19. DREVO AI Algae Watch
L'intelligence artificielle analyse :
croissance de la chlorophylle ;
modifier la transparence ;
température;
concentration en nutriments ;
de l'oxygène avant l'aube ;
conditions météorologiques;
stagnation de l'eau;
caractéristiques spectrales ;
résultats de la microscopie ;
historique des floraisons précédentes.
Le système prédit :
risque de prolifération de cyanobactéries ;
probable déficit en oxygène ;
la nécessité d'un échantillonnage ;
zones d'approvisionnement en nutriments;
moment optimal pour l'élimination de la biomasse technique ;
la nécessité de fermer temporairement le réservoir.
Le réchauffement des eaux combiné à la pollution par les nutriments peut accroître la fréquence et la gravité des proliférations nuisibles ; les données climatiques devraient donc être incluses dans le modèle de risque.
20. Prévention de la floraison nuisible
La prévention est la priorité.
Sur le bassin versant
réduction des engrais ;
application précise des nutriments ;
protection des sols contre l'érosion ;
zones tampons forestières et herbeuses ;
restauration des marais ;
traitement des eaux usées ;
contrôle des sites d'élevage ;
empêcher le ruissellement direct du fumier.
Dans le réservoir lui-même
rétablissement du débit ;
élimination des zones de surchauffe stagnante ;
support pour les plantes sous-marines ;
élimination de la biomasse technique excédentaire ;
limiter les perturbations du fond ;
gestion des ressources halieutiques;
conservation du zooplancton ;
empêcher le nourrissage continu des oiseaux aquatiques.
21. Actions durant la floraison
Si l'eau devient :
vert vif ;
bleu-vert ;
brun;
semblable à de la peinture ;
se recouvre de flocons ou d'un film ;
acquiert une odeur de renfermé,
nécessaire:
cesser de baigner et d'abreuver les animaux;
restreindre l'accès aux personnes et aux animaux domestiques ;
prélever des échantillons ;
identifier les organismes et les toxines ;
mesurer l'oxygène ;
trouver une source de nutriments ;
interrompre temporairement le rejet domestique ;
préparer l'aération en cas de risque de mortalité des poissons ;
ne pas détruire mécaniquement les efflorescences sans évaluer la propagation des toxines ;
informer les autorités de contrôle de l'eau et de l'assainissement.
Les algicides chimiques ne doivent pas être utilisés en première intention : la destruction des cellules peut libérer des toxines et la mortalité massive qui en résulte peut entraîner une baisse du taux d’oxygène. L’EPA considère les méthodes physiques et chimiques comme des mesures de contrôle des proliférations d’algues existantes, lesquelles présentent des limites et des effets secondaires.
22. Ce qu'il ne faut pas faire
Ce qui suit n'est pas autorisé :
fertiliser un marais naturel pour favoriser la prolifération d'algues ;
ajouter le fumier directement dans l'étang ;
achat de cultures de microalgues inconnues ;
relâcher des espèces provenant d'un autre bassin versant ;
cultiver la spiruline ou la chlorelle directement dans la plaine inondable naturelle ;
Considérez toute eau verte comme un signe de productivité ;
se fier uniquement à l'apparence de l'eau ;
utiliser des efflorescences toxiques comme engrais sans analyse ;
détruire toute la végétation aquatique ;
remplir tous les bols de poissons ;
utiliser des préparations à base de cuivre sans évaluation environnementale ;
renvoyer la biomasse collectée dans le même réservoir ;
permettre l’accès du bétail aux zones de biofiltration peu profondes ;
localiser la production d'algues dans un noyau naturel.
23. Modèle pilote DREVO
Pour le premier projet pilote, ce n'est pas un lac naturel qui est recommandé, mais un système contrôlé séparé.
Composition pilote
piège à sédiments d'entrée;
premier bassin de sédimentation ;
biofiltre à algues peu profond ;
cassettes en pierre et en bois ;
secteur des plantes sous-marines ;
zone de zooplancton;
filtre de sortie de l'usine;
capteurs automatiques ;
la possibilité de bloquer complètement la sortie ;
système de collecte de biomasse.
Viser le pilote
réduire l'azote et le phosphore ;
former un périphyton stable ;
empêcher la prolifération des cyanobactéries ;
obtenir de la biomasse technique sûre ;
identifier les espèces locales ;
développer un mode de fonctionnement adapté aux différentes saisons.
24. Critères de réussite
Le système fonctionne correctement si :
L'eau ne présente pas de proliférations toxiques ;
Une transparence modérée est maintenue ;
Le taux d'oxygène ne chute pas à des niveaux dangereux avant l'aube ;
différents groupes d'algues sont présents ;
Le zooplancton et les invertébrés aquatiques se développent ;
Les plantes sous-marines sont préservées ;
Il n'y a pas de mortalité massive de poissons ;
l'apport en azote et en phosphore diminue ;
La biomasse technique est régulièrement éliminée ;
Les réservoirs naturels ne dépendent pas de l'introduction artificielle constante de cultures.
Mission
Les algues d'eau douce ne sont pas des polluants en soi. Elles constituent le premier maillon vivant de la chaîne alimentaire, transformant la lumière et les substances dissoutes en nourriture pour l'écosystème aquatique.
Mais il existe une différence fondamentale entre un biofilm sain et une prolifération destructive.
Tâche Système d'algues et de périphyton DREVO Living Watersc'est de :
développer les diatomées et le périphyton locaux ;
restaurer les ombles chevaliers et les prairies sous-marines ;
maintenir un phytoplancton modéré ;
associer les algues au zooplancton, aux mollusques, aux insectes et aux poissons ;
réduire l'apport en nutriments en excès ;
utiliser des bassins techniques d'algues avant que les eaux de ruissellement ne pénètrent dans le système naturel ;
Détecter les proliférations dangereuses avant qu'une catastrophe environnementale ne survienne.
Ce n'est pas l'eau la plus verte qui est bénéfique, mais l'eau dans laquelle les algues trouvent leur place dans un réseau trophique complet et durable.