Projet de recherche EV/39 (Action de recherche EV)
Contexte
La mer du Nord est menacée par l'eutrophisation. Un excès de nutriments, principalement d'azote, entraîne une prolifération d'algues qui peut donner lieu à une insuffisance en oxygène. L'apport d'azote s'effectue non seulement par le biais des rivières, mais également de l'atmosphère. C'est surtout en été, lorsque les rivières transportent moins de nutriments, que la contribution de l'atmosphère est relativement plus importante. L'essentiel de l'azote atmosphérique est émis sous la forme d'oxydes d'azote (par le trafic et l'industrie) et d'ammoniac (par l'agriculture). Il est probable que d'autres composés azotés organiques soient également importants. Toutefois, les flux de dépôt ne sont pas suffisamment connus pour la mer du Nord méridionale.
La mesure des concentrations des divers composants azotés et de leur dépôt sec et du dépôt avec les pluies devra permettre, à l'aide de modèles mathématiques, de mieux évaluer le rôle de l'atmosphère dans le processus d'eutrophisation.
Description du projet
Objectifs
L'apport important de nutriments, principalement de substances azotées, entraîne une prolifération d'algues nuisibles et d'autres phénomènes d'eutrophisation susceptibles d'affecter la pêche et le tourisme. Bien que l'on accorde depuis peu une plus grande attention à la contribution de l'apport atmosphérique à l'eutrophisation des eaux côtières, les connaissances quantitatives et qualitatives à ce sujet demeurent insuffisantes. La description de l'apport atmosphérique en termes de composés azotés organiques et inorganiques et leur distribution entre phases gazeuse et particulaire sont les principaux points pour lesquels des études systématiques font défaut, mis à part quelques études sur la mer Baltique et les mers bordant le Japon. Ce projet vise donc une première identification et quantification détaillées des différents composés organiques et inorganiques qui, par dépôt avec les pluies ou par dépôt sec, contribuent à la charge azotée atmosphérique de la mer du Nord méridionale, et ce en fonction de la saison et de la direction du vent.
Méthodologie
Les échantillons seront prélevés à proximité de la plage, à un endroit non soumis à la pollution locale (sur un toit entre Den Haan et Wenduine). Des échantillonnages complémentaires seront éventuellement effectués à bord du Belgica et du Zeeleeuw. La phase gazeuse sera échantillonnée au moyen de dénudeurs spéciaux. Les aérosols seront collectés à l'aide de filtres haut débit et d'impacteurs qui permettent de différencier la taille des particules, et les eaux de pluie à l'aide de systèmes automatiques. Les analyses inorganiques classiques (avec chromatographie ionique et analyse par microsonde électronique) seront complétées par de nouvelles méthodologies développées pour caractériser les composés organiques pertinents.
Cette combinaison de méthodes avancées engendrera un niveau unique de spéciation. Contrairement à l'analyse inorganique, la caractérisation de nutriments organiques est un domaine pratiquement inexploré. Une pré-dissociation chimique poussée combinée avec de puissantes méthodes chromatographiques et une détection très spécifique ("capture d'électrons" et détection par spectrométrie de masse) seront utilisées pour dresser pour la première fois un inventaire des nutriments azotés organiques en phase gazeuse et dans l'aérosol.
Le calcul du flux de dépôt "humide" (par les pluies) est assez simple. Pour le dépôt sec de particules, on utilisera les modèles existants qui prédisent la vitesse du dépôt en fonction du diamètre. Pour le dépôt sec de gaz, des modèles théoriques seront également employés.
Les flux atmosphériques obtenus seront comparés avec l'apport de nitrates via les cours d'eau afin d'évaluer l'importance relative de l'atmosphère pour différentes saisons et différentes conditions météorologiques.
Résultats attendus
L'utilisation complémentaire d'analyses organiques et inorganiques constituera une étape importante dans la quantification de l'apport atmosphérique de nutriments dans l'écosystème marin et fournira des indications sur, par exemple, la corrélation entre les nitrates d'alkyle avec des hydrocarbures volatils et les NOx. L'utilisation de ces méthodologies permettra de comparer les données estivales et hivernales avec des trajets donnés de la masse atmosphérique afin d'étudier la variation dans le temps de l'influence du dépôt d'azote sur les processus naturels de l'écosystème.
Les résultats fourniront des informations directes pour le cadre de référence sur la qualité de la mer du Nord et pour la modélisation mathématique développée pour préserver l'écosystème marin.
Enfin, une meilleure compréhension des flux azotés atmosphériques permettra de définir des méthodes simples, rapides et robustes pour une analyse et un échantillonnage routiniers des composés cibles qui peuvent être considérés comme représentatifs de la charge azotée atmosphérique. Cela constituera en soi un soutien précieux pour l'élaboration et l'organisation d'une surveillance à grande échelle efficace, nécessaire pour l'utilisation et la gestion durables de la mer du Nord méridionale. Le projet pourra contribuer à la création d'un centre de connaissances unique en Belgique disposant d'une expertise sur le rôle de la pollution atmosphérique dans l'eutrophisation et les problèmes connexes.
En raison de son caractère novateur, notamment en ce qui concerne les nutriments organiques, ce projet suscitera un intérêt marqué de la communauté scientifique internationale. Les résultats seront publiés par les voies classiques (conférences et revues scientifiques internationales), un site Web, etc.
Coordonnées
Coordinateur
René Van Grieken
Universiteit Antwerpen (UA)
Departement Scheikunde - Centrum voor Micro- en Sporenanalyse (MiTAC)
Universiteitsplein 1
B-2610 Antwerpen
Tel: +32 (0)3 820 23 62
Fax: +32 (0)3 820 23 76
rene.vangrieken@ua.ac.be
http://www.uia.ac.be/u/vgrieken/
Comité d'utilisateurs
Prof. Willy Bayens, directeur du département de chimie analytique et de chimie
environnementale, Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Prof. Patrick Jacobs, président de la commission scientifique du Vlaams Instituut voor de Zee
(VLIZ)
M. Georges Pichot, directeur de l'Unité de Gestion du Modèle Mathématique de la mer du
Nord et de l'Estuaire de l'Escaut (UGMM)
Atmospheric nitrogen input into the north sea: inorganic and organic nutrient fluxes : final report
Van Grieken, René - Bencs, Laszlo - Krata, Agnieszka ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1859)
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Atmospheric nitrogen input into the north sea: inorganic and organic nutrient fluxes : summary
Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1867)
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