Par John Sawyer, Département d’agronomie
Un article récent du journal The Des Moines Register a suscité une controverse considérable concernant l’azote dans les cours d’eau de l’Iowa. L’article (High ammonia levels threaten D.M.’s water, April 6, 2008) présentait des informations sur les niveaux d' »ammoniaque » dans certains systèmes d’eau de surface de l’Iowa au cours de la récente période hivernale.
Les implications étaient que l’application de fumier et d’engrais sur les terres cultivées, et la fonte des neiges et le ruissellement qui ont suivi, avaient entraîné des niveaux d' »ammoniaque » plus élevés que la normale dans les eaux de surface. Dans l’article, on comparait les niveaux signalés à un taux d’ammoniac de 0,10 partie par million considéré comme dangereux pour la vie aquatique. Malheureusement, les concentrations mesurées dans les eaux de surface (et telles que rapportées dans l’article) ne sont pas de l’ammoniac-N. Il s’agit plutôt d’ammonium-N plus ammoniaque-N. Par conséquent, une comparaison des valeurs rapportées à une concentration d’ammoniac toxique pour la vie aquatique est inexacte.
L’ammoniac est non ionisé, et a pour formule NH3. L’ammonium est ionisé, et a la formule NH4+. Le principal facteur qui détermine la proportion d’ammoniac ou d’ammonium dans l’eau est le pH de l’eau. L’activité de l’ammoniac est également influencée par la température et la force ionique. Ce facteur est important car le NH3 ionisé est la forme qui peut être toxique pour les organismes aquatiques. Le NH4 ionisé est fondamentalement inoffensif pour les organismes aquatiques.
L’équation chimique qui conduit la relation entre l’ammoniac et l’ammonium est :
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
Lorsque le pH est bas, la réaction est conduite vers la droite, et lorsque le pH est élevé, la réaction est conduite vers la gauche. En général, à une température d’environ la température ambiante, à un pH inférieur à 6,0, la proportion d’ammonium-N plus ammoniac-N sous forme de NH3 est très-très faible et sous forme de NH4+ est très-très élevée. À un pH d’environ 8,0, la proportion de NH3 est de 10 % ou moins, et à un pH légèrement supérieur à 9,0, la proportion est d’environ 50 %. L’activité de l’ammoniac aqueux est également beaucoup plus faible à basse température et plus élevée à température élevée. Cela signifie qu’à basse température et à faible pH, l’activité sous forme de NH3 est encore plus faible, et sous forme de NH4+ est encore plus élevée. Par conséquent, les organismes aquatiques sensibles peuvent tolérer un total « ammonium-N plus ammoniac-N » plus élevé à basse température qu’à haute température en raison de la présence beaucoup moins importante de NH3 aqueux dans l’eau.
La méthode de laboratoire utilisée pour l’analyse de l’eau mesure l’ammonium-N plus ammoniac-N. Il est très difficile de déterminer directement l’activité de l’ammoniac aqueux, donc au lieu de cela, le substitut de l’ammonium-N plus ammoniac-N est utilisé, puis les valeurs tabulées de l’ammonium-N plus ammoniac-N sont utilisées pour déterminer si une concentration mesurée fournira de l’ammoniac à un niveau qui est nuisible aux organismes aquatiques, pour des conditions aiguës et chroniques. Ces valeurs tabulées sont un substitut puisque la concentration mesurée est un total de l’ammonium-N plus l’ammoniaque-N, et les concentrations dans les tableaux pour les niveaux chroniques ou aigus sont fixées pour refléter les concentrations probables d’ammoniaque-N pour un pH et une température de l’eau spécifiques.
Les critères aigus et chroniques pour « l’ammoniaque » ont été établis pour les cours d’eau de l’Iowa désignés pour les utilisations de la vie aquatique (Chapitre 61, Code administratif de l’Iowa ; tableaux 3a, 3b et 3c). Il faut utiliser les tableaux avec précaution, car les concentrations indiquées concernent l’ammonium-N plus l’ammoniac-N, et non l’ammoniac-N (l’en-tête des tableaux indique « ammoniac »). Comme on pouvait s’y attendre, les critères chroniques (concentration d’ammonium-N plus ammoniac-N) sont plus élevés pour les eaux à faible pH et à basse température (p. ex. pH 6,5 à 0 degré C est 6,67 mg N/l, présence des premiers stades de vie) et plus faibles pour les eaux à pH élevé et à haute température (p. ex. pH 8,0 et 26 degrés C est 1,16 mg N/l). De même, les critères aigus sont plus élevés pour les eaux à faible pH (ex. à un pH de 6,5, le critère pour la classe B (WW1-3) et B(LW) est de 48,8 mg N/l) et plus faibles pour les eaux à pH élevé (ex. à un pH de 8,0 est de 8,4 mg N/l).
Les niveaux de surveillance ambiante du début février 2008 provenant de la base de données Storet du département des ressources naturelles de l’Iowa pour les rivières identifiées dans l’article du Des Moines Register variaient de 0,13 à 1,00 mg N/l (ammonium-N plus ammoniac-N). Au pH et à la température de l’eau pendant cette période (pH de 7,6 à 8,1 et température de 0 à 1,0 degrés C), les valeurs surveillées sont bien inférieures aux critères aigus et chroniques pour ces conditions (critères aigus de 17,0 à 6,95 mg N/l et chroniques de 3,98 à 2,10 mg/l). L’ammonium-N plus l’ammoniac-N mesurés ont tendance à être variables pendant les mois d’hiver, mais la variation et les niveaux de cette année ne sont pas plus élevés que l’histoire récente.
En résumé, l’azote aqueux est complexe, tout comme l’effet sur la vie aquatique. Pour l’évaluation des données de surveillance de la qualité de l’eau, il est important de savoir ce qui est mesuré et d’être prudent et de ne pas comparer des pommes et des oranges.