La Boue verte toxique du lac Érié s’Aggrave Avec le changement climatique

CLEVELAND, Ohio – Alors que l’été se termine, une grande partie de l’ouest du lac Érié pue. Le goo vert — des kilomètres et des kilomètres de celui—ci – flotte à la surface, dégageant une odeur de poisson en décomposition.

L’écume n’est pas seulement désagréable. C’est dangereux.

Les proliférations d’algues nuisibles constituent un danger pour la santé dans les 50 États. Mais le lac Érié, le plus peu profond et donc le plus chaud des cinq Grands Lacs, est particulièrement vulnérable à la prolifération d’algues. Comme la plupart des autres plans d’eau en fleurs, le lac est surchargé de nutriments, formant le terreau idéal pour une bactérie connue pour empoisonner les animaux domestiques, contaminer l’eau potable et créer des « zones mortes » privées d’oxygène qui tuent la vie aquatique.

L’avenir immédiat du lac s’annonce sombre: les fleurs s’aggravent avec le changement climatique et constituent une menace pour le tourisme et les loisirs. Mais les recherches sur la situation critique du lac sont florissantes et les résultats sont pertinents dans le monde entier. Les « algues » bleu-vert qui étouffent Érié, Microcystis — qui n’est pas vraiment une algue mais une sorte de bactérie photosynthétique — abondent dans les lacs sur tous les continents sauf l’Antarctique.

« Pourquoi est-ce un si bon concurrent? C’est ce que nous espérons apprendre « , a déclaré Tim Davis, professeur agrégé de sciences biologiques à l’Université d’État de Bowling Green, qui a étudié les proliférations d’algues nuisibles dans le monde.

Les cyanobactéries toxiques, familièrement surnommées « algues toxiques », ont fait leur apparition aux États-Unis en 2014, après qu’une usine d’eau potable de Toledo, dans l’Ohio, a découvert des niveaux dangereux de toxines lors d’un test de routine, et la ville a déclaré l’eau du robinet non potable. Des centaines de milliers de personnes se sont retrouvées à la recherche d’eau potable jusqu’à ce que Toledo lève l’interdiction plus de deux jours plus tard.

Une fois l’urgence passée, la question dans l’esprit de tous était: « Que devons-nous faire pour nous assurer que nous sommes en sécurité? » a déclaré Pete Bucher, qui a commencé à travailler comme assistant législatif pour le district de l’assemblée de l’État représentant le sud de Tolède un mois après la crise de l’eau de la ville. Bucher est maintenant directeur général de la politique de l’eau au Conseil environnemental de l’Ohio.

À l’époque, les tests de détection des cyanotoxines, y compris la toxine produite par Microcystis, n’étaient pas requis par l’Agence de protection de l’environnement (EPA). Cela a changé après Toledo.

L’EPA a introduit une surveillance nationale obligatoire des cyanotoxines en 2016 avec la Règle de surveillance des contaminants non réglementée. La règle est entrée en vigueur en 2018 et devrait prendre fin cette année. Les installations d’approvisionnement en eau potable des parties touchées du lac Érié ont également introduit des traitements coûteux mais efficaces, y compris l’oxydation, la filtration au charbon actif et l’élimination physique ou la filtration des cellules de Microcystis chargées de toxines, qui peuvent être mises en œuvre dès que des toxines sont détectées.

Si les mesures de protection en place aujourd’hui — une surveillance satellite plus fréquente avec des images à plus haute résolution, des instruments qui détectent les blooms aux prises d’eau potable et une meilleure modélisation des blooms eux-mêmes – avaient existé lors de la floraison de Toledo en 2014, la présence de la toxine n’aurait pas été une surprise, et « ils auraient pu y remédier », a déclaré Rick Stumpf, océanographe à la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). « Cela ne se reproduirait plus. »

Stumpf fait partie d’une équipe de chercheurs de la NOAA qui a commencé à utiliser des satellites pour estimer la taille de la floraison dans le lac Érié en 2009. Après la crise de l’eau de Toledo, la NOAA est passée de la publication de bulletins hebdomadaires sur la floraison d’Érié à l’aide d’images satellites à la publication de mises à jour quasi quotidiennes.

Une catastrophe parfaite

Le plus grand affluent du lac Érié, la rivière Maumee, se jette dans le bassin ouest d’Érié, la partie la moins profonde du lac. Plus de 70% du bassin versant de la Maumee est utilisé pour l’agriculture, et les précipitations lavent l’azote et le phosphore — les deux nutriments clés pour la croissance des algues — des engrais utilisés sur les terres agricoles dans la Maumee. Les nutriments contenus dans ce ruissellement sont transportés directement dans le lac.

Les précipitations et les niveaux de nutriments sont les deux principaux facteurs qui influencent la taille de la floraison. La libération d’azote et de phosphore provenant de l’agriculture, la plus grande source de nutriments entrant dans le lac Érié, peut être contrôlée. Mais des pluies plus abondantes entraînent une augmentation de la charge en nutriments provenant de toutes les sources, y compris naturelles, ce qui provoque de plus grandes fleurs. Les algues se développent dans des eaux plus chaudes, et le changement climatique devrait apporter un temps plus chaud et plus humide dans la région, exacerbant les facteurs existants.

« C’est comme le pire des scénarios », a déclaré Laura Johnson, directrice du Centre National de recherche sur la qualité de l’eau de l’Université de Heidelberg.

Des chercheurs de Heidelberg étudient la charge nutritive dans la rivière Maumee depuis des décennies. En comparant ces données avec les estimations de la floraison algale de la NOAA, ils ont établi un lien entre les niveaux de phosphore dans le Maumee et la taille de la floraison dans le lac Érié, et ont élaboré une prévision de floraison saisonnière pour le lac.

Le programme de surveillance par satellite de la NOAA a évolué en un projet appelé Réseau d’évaluation des cyanobactéries, ou CyAN, du nom de la couleur bleu-vert distinctive des cyanobactéries et disponible sous forme d’application pour Android. La NOAA et d’autres agences fédérales surveillent désormais la prolifération d’algues dans 2 000 États-Unis. lacs qui pourraient contenir des fleurs assez grandes pour être vues à l’aide d’images satellites, et ils diffusent des informations sur les fleurs des lacs via l’application CyAN. Les organismes espèrent soutenir le développement de systèmes de prévision locaux pour les lacs qu’ils surveillent actuellement, en utilisant les méthodes de prévision développées dans le lac Érié.

Mais la NOAA n’en a pas fini avec le lac Érié. Certaines fleurs de Microcystis sont plus toxiques que d’autres, et Stumpf considère Érié comme la clé de l’élaboration d’une prévision de toxicité qui n’existe pas encore.

« Nous ne pouvons pas tout faire avec les satellites », a-t-il déclaré. « Nous ne pouvons pas mesurer la toxicité, car les toxines ne sont pas des pigments. Ils n’ont pas de couleur. »

À l’heure actuelle, le suivi de la toxicité nécessite un échantillonnage régulier de l’eau, ce que les chercheurs de Bowling Green font chaque semaine. Leurs données aident à expliquer comment les fleurs changent selon les saisons, mais on comprend moins comment la toxicité fluctue chaque jour. C’est là qu’interviennent les scientifiques citoyens.

« Nous savons qu’il nous manque beaucoup de dynamiques au jour le jour », a déclaré Davis, professeur à Bowling Green. « Donc, ce que nous essayons de faire est, en intégrant des scientifiques citoyens, de collecter plus de données qui nous permettront de voir certaines de ces tendances à échelle fine des concentrations de toxines, ce qui nous permettra, espérons-le, de développer le modèle de prévision des toxines. »

Bowling Green s’est associé à plusieurs autres universités et à la NOAA pour recruter des personnes qui travaillent déjà sur le lac tous les jours, comme des gestionnaires de plage et des capitaines de bateaux affrétés. Les chercheurs ont reçu des millions de dollars de subventions d’État et fédérales pour soutenir cette recherche et d’autres efforts de recherche sur les algues. L’analyse standard des toxines est compliquée et prend des heures, mais les scientifiques citoyens échantillonneront l’eau à l’aide de cartouches de test nouvellement développées qui peuvent mesurer la toxicité en une fraction du temps.

Davis espère que les moyens simplifiés de collecte de données élargiront les capacités de surveillance sans submerger les scientifiques citoyens. Il prévoit de comparer les découvertes du lac Érié aux Microcystes trouvés dans le lac Victoria en Afrique et dans d’autres lacs du monde, dans le cadre d’un projet financé par la National Science Foundation qui vise à percer le mystère de la domination mondiale de l’organisme.

Malgré la taille du lac Érié — il s’étend sur près de 10 000 milles carrés, quatre États et deux pays —, l’Accord sur la qualité de l’eau dans les Grands Lacs, signé par les États-Unis et le Canada en 1972 et mis à jour en 2012, facilite une surveillance cohérente au-delà des frontières.

L’accord a été efficace, a déclaré Davis. Bien que chaque lac soit différent, a-t-il déclaré,  » beaucoup de gens regardent ce qui se passe dans le lac Érié et les recherches qui en sortent afin de les guider. »

Floraison dans le temps

L’exposition aux cyanotoxines peut provoquer des maux de gorge, des maux de tête et de l’épuisement, ainsi que des symptômes graves tels que vomissements, pneumonie et lésions hépatiques, selon le Center for Disease Control and Prevention. Bien que l’on pensait auparavant que l’exposition ne pouvait se produire que par contact hydrique, des découvertes récentes indiquent que les cyanotoxines en suspension dans l’air pourraient voyager à plus d’un kilomètre à l’intérieur des terres.

« Lorsque vous allez à la plage et que vous êtes assis ou en train de recréer dans un lac qui contient ces toxines d’algues, vous pouvez rentrer chez vous avec ce genre de symptômes qui ne durent qu’un jour ou deux », a déclaré Anne Weir Schechinger, analyste principale en économie au Groupe de travail sur l’environnement. « Il y a également eu d’autres recherches récemment montrant ces impacts à plus long terme, comme l’insuffisance hépatique, et même certains cancers qui commencent à être associés à ces toxines. Mais je dirais quand même que la recherche en santé est encore précoce. »

Même si de l’écume est présente à la surface d’un lac, elle pourrait être non toxique. Mais l’inverse peut aussi être vrai. Bien qu’éviter complètement l’écume potentiellement toxique soit la solution la plus sûre, Schechinger a mis en garde contre le fait de supposer qu’il est sûr de nager dans les rivières, les lacs ou les étangs qui semblent exempts d’algues.

« Vous ne voyez pas nécessairement une écaille fleurir. Cela ne signifie pas qu’il n’y a pas (de toxine) dans l’eau « , a-t-elle déclaré.

Une carte des avis de toxine est disponible pour les plages publiques de l’Ohio par l’intermédiaire du département de la Santé de l’État. De nombreux autres États fournissent des ressources similaires. Schechinger recommande une recherche en ligne pour les avis de toxine d’algues à proximité et, si rien ne se présente, un appel à l’agence d’État qui surveille les fleurs.

La plupart des recherches sur les microcystes et les cyanotoxines ont vu le jour au cours de la dernière décennie. La relation entre l’azote et la toxicité est relativement bien comprise, bien que le domaine continue de se développer.

Les Microcystes qui dominent le lac Érié ne peuvent croître en taille et en toxicité que jusqu’à ce que la floraison ait épuisé tout l’azote ou le phosphore disponible dans le lac. Les premières recherches ont identifié le phosphore comme le principal nutriment limitant, ce qui a conduit à des réglementations environnementales visant à réduire les algues pour ne cibler que le phosphore.

Microcystis a besoin à la fois de phosphore et d’azote pour se développer, mais elle a besoin d’azote directement pour produire sa toxine. Ainsi, réduire le phosphore, mais pas l’azote, favoriserait une floraison physiquement plus petite mais probablement non moins toxique. Réduire l’azote, mais pas le phosphore, favoriserait une floraison tout aussi importante mais composée d’un autre type d’algues qui capte l’azote de l’air, qui pourrait être tout aussi toxique.

« Nous devons nous concentrer sur les deux, car nous envisageons vraiment une approche holistique », a déclaré Davis. « Nous voulons réduire le phosphore et nous voulons réduire l’azote pour avoir un lac en bonne santé, car un lac en bonne santé a un équilibre sain des deux nutriments. »

Bien que l’EPA recommande maintenant de réduire l’azote aux côtés du phosphore, les efforts d’atténuation des algues des États ont été lents à suivre. En 2015, le Michigan, l’Ohio et la province canadienne de l’Ontario ont signé l’Accord de collaboration du bassin ouest du lac Érié, qui exige une réduction de 40 % du phosphore – provenant principalement du ruissellement agricole — entrant dans le lac d’ici 2025. H2Ohio, qui a reçu un financement dans le cadre du budget de l’Ohio en novembre dernier, se concentre également sur la limitation du ruissellement de phosphore provenant de l’agriculture pour atténuer la prolifération d’algues.

L’Ohio n’a pas atteint son objectif préliminaire de réduction du phosphore de 20% d’ici 2020. Quand il s’agit d’atteindre l’objectif de 40% d’ici 2025, a déclaré Bucher, du Conseil de l’environnement de l’Ohio, « Je pense que nous pouvons y arriver. Je pense que ça va prendre un double effort. »Il sera également primordial d’avoir un financement cohérent, a-t-il déclaré.

La plupart des experts disent que la réduction de la quantité de nutriments libérés par les fermes est le seul moyen d’arrêter la floraison dans un lac aussi grand qu’Érié. Huichun « Judy » Zhang, professeur de génie civil et environnemental à l’Université Case Western Reserve, veut empêcher le phosphore qui a déjà été libéré par les fermes de se rendre dans le lac.

Elle met au point un système de capture du phosphore pour atténuer le ruissellement agricole, à l’aide de filtres remplis de structures minuscules, chacune de la taille d’une graine de sésame, qui peuvent absorber le phosphore de l’eau qui traverse. Elle a reçu une subvention de 200 000 $ pour soutenir ce travail.

Zhang et son partenaire de recherche, Chad Penn, un pédologue travaillant pour le département américain de l’Agriculture, prévoient l’installation d’un projet pilote démontrant leur technologie dans un avenir proche. Ils prévoient de placer les filtres dans des endroits où le ruissellement s’accumule naturellement, tels que des fossés de drainage.

« À court terme, pour pouvoir réduire les rejets de phosphore dans le lac, cela, nous l’espérons, va avoir un impact énorme », a déclaré Zhang. Elle s’attend à ce que les filtres servent de solution temporaire jusqu’à ce que le phosphore libéré par l’agriculture puisse être considérablement réduit.

Une société israélienne, BlueGreen Water Technologies, a une approche différente. Il y a deux ans, il a lancé une forme d’algicide qui cible les cyanobactéries, déclenchant une mort massive des algues toxiques tout en permettant aux formes non toxiques d’algues – et d’autres organismes aquatiques – de survivre. Le traitement a connu un succès en Israël, en Afrique du Sud et en Chine, ainsi que dans le lac Chippewa de l’Ohio, qui était en proie à des fleurs toxiques depuis des années. Un an après que BlueGreen ait appliqué son traitement « LakeGuard », qui a pris une journée et a coûté environ 20 000 $, le lac Chippewa reste exempt d’algues.

Le directeur de la technologie, Moshe Harel, est agréablement surpris que les algues ne soient pas revenues au lac Chippewa. « Nous écrivons le livre pendant que nous parlons », a-t-il déclaré.

Les proliférations d’algues dans les étangs ou les petits lacs sont relativement faciles à corriger. Mais traiter les grands lacs est un défi. Le lac Érié est des milliers de fois plus grand que le plus grand lac traité par BlueGreen, mais contrairement à presque tout le monde, l’entreprise n’est pas rebutée par l’ampleur.

Harel, biologiste de l’environnement et créateur du traitement LakeGuard, approuvé par l’USDA et certifié par l’EPA de l’Ohio, estime que la capacité du traitement à flotter et à suivre les courants d’eau se traduira efficacement dans n’importe quel lac, peu importe l’échelle. À un moment donné, mais pas encore tout à fait, il veut s’attaquer au lac Érié.

« Nous ne visons pas à traiter tout le lac », a déclaré Harel. « Nous faisons des traitements chirurgicaux. Ainsi, pour un lac comme le lac Érié, notre objectif sera de surveiller où la floraison commence au début de la saison. »

Entre-temps, les sites de Harel se trouvent sur d’autres grands lacs, comme le lac Okeechobee en Floride, le huitième plus grand lac du pays, qui est encore 13 fois plus petit que le lac Érié.

« Tous ces lacs sont intraitables, laissés à fleurir et pour que les fleurs s’aggravent d’année en année », a déclaré le directeur général Eyal Harel, le frère de Moshe Harel, des lacs que BlueGreen a déjà traités. « Je pense que nous allons traiter le lac Érié. C’est juste une question de temps. »