L'été, pourquoi l'étang devient-il vert comme de la peinture ? Peut-on y toucher sans danger ?
― Le jour où le vert s'amasse sur la rive sous le vent est le plus dangereux
Ce vert qui envahit toute la surface de l'eau, on l'appelle « fleur d'eau ». Il s'agit en réalité de minuscules organismes capables de remonter seuls vers la surface. Tous ne sont pas toxiques. Mais certaines espèces stockent dans leur corps une toxine qui résiste même à l'ébullition. Et le danger ne vient pas des jours où le vert est le plus intense, mais des jours où il s'accumule sur la rive.
Fin d'été, vous marchez le long de l'étang d'un parc. La surface de l'eau est entièrement verte, comme si on y avait renversé de la peinture. Sur la rive vers laquelle souffle le vent, le vert s'est amassé, épais et gluant.
Votre chien approche son nez de cette rive. La veille encore, ce n'était qu'une eau brune banale.
Ce vert n'est pas de l'eau souillée qui aurait changé de couleur. Chaque particule est un être vivant, et c'est par ses propres moyens qu'il est remonté à la surface.
Il n'y a que deux raisons
Les cyanobactéries qui forment les fleurs d'eau possèdent dans leur corps de minuscules compartiments remplis de gaz. Comme un sous-marin qui largue son lest, elles remontent lentement vers la surface. C'est pourquoi le vert ne se disperse pas dans l'eau : il se concentre dans une mince couche superficielle.
Ce qui flotte à la surface est poussé par le vent vers la rive sous le vent. Le vert, finement dispersé sur tout l'étang, se concentre alors des dizaines de fois plus, mais seulement au bord de cette rive. La toxine étant à l'intérieur des cellules, la concentration détermine directement le danger.
Regardons cela dans l'ordre. D'abord, pourquoi le vert se rassemble-t-il uniquement à la surface ?
Pourquoi le vert se concentre-t-il uniquement à la surface ?
La plupart des cyanobactéries formant des fleurs d'eau possèdent dans leurs cellules de minuscules compartiments gazeux appelés « vésicules à gaz ». Grâce à eux, leur corps devient plus léger que l'eau. Un objet léger remonte dans l'eau : même brassées par le vent pendant la nuit, ces cellules reviennent à la surface en quelques heures dès que le vent tombe.
Cette vitesse de remontée, calculée plus loin dans la partie dépliable, est d'un peu plus d'un mètre par heure. Pour un étang d'environ deux mètres de profondeur, c'est une vitesse suffisante pour que la majorité des cellules atteignent la surface en une seule nuit. C'est ce qui expliquerait pourquoi l'étang paraît le plus vert tôt le matin.
S'ajoute alors le vent. Regardez la figure 1. Le vert remonté à la surface est poussé par le vent vers la rive sous le vent. Ce qui semble dilué au milieu de l'étang devient, au bord de cette rive, dense comme de la peinture. C'est généralement sur cette rive concentrée que les humains et les chiens touchent l'eau.
Pourquoi un vert dense est-il dangereux ?
Parmi les cyanobactéries formant des fleurs d'eau, certaines espèces produisent des toxines. La plus connue est une toxine qui attaque le foie. Elle résisterait mal à la simple ébullition : faire bouillir l'eau ne suffit donc pas à la rendre sûre.
Le problème, c'est que la majeure partie de la toxine reste enfermée dans les cellules vivantes. La couleur de l'eau et la quantité de toxine ne se correspondent pas exactement. Dans un même étang, seule la rive où le vert s'est accumulé peut devenir extrêmement concentrée.
Et ce sont généralement les chiens qui présentent les premiers symptômes. Un chien boit directement l'eau du bord, puis se lèche après avoir nagé, ingérant ainsi le vert resté sur son pelage. Étant plus petit, il est affecté plus fortement pour une même quantité. À l'étranger, des cas de chiens morts en quelques heures après avoir nagé dans un lac touché par une fleur d'eau ont été rapportés. Chez l'humain, les symptômes les plus fréquents seraient des démangeaisons cutanées, des douleurs oculaires, des nausées ou des diarrhées.
Il n'est pas rare qu'une fleur d'eau soit due à une colonie qui ne produit aucune toxine. Mais rien dans l'aspect ou l'odeur ne permet de distinguer une espèce toxique d'une autre, et il n'existe aucun moyen de le vérifier sur place. La bonne règle n'est donc pas « identifier », mais « ne pas s'approcher ».
Les nutriments (azote et phosphore) qui s'écoulent des champs et des habitations s'accumulent dans l'étang et nourrissent abondamment les cyanobactéries. Quand s'ajoutent le soleil d'été et des jours sans vent, la prolifération s'emballe. Plus l'étang reste longtemps sans pluie ni renouvellement d'eau, plus le phénomène est fréquent.
Alors, que faire ?
- Ne jamais mettre les mains ni les pieds dans une eau verteLe vert dense s'accumule au bord de la rive. Ne pas la remuer avec un bâton non plus.
- Ne pas laisser le chien s'approcher de l'eau verteNe pas le faire boire, ne pas le faire nager. S'il est mouillé, le rincer rapidement à l'eau claire.
- Se laver immédiatement les mains à l'eau claire après contactNe pas se frotter la bouche ni les yeux : laver d'abord.
Si des nausées, diarrhées, une fatigue intense ou des rougeurs cutanées apparaissent après un contact avec de l'eau verte, consultez un médecin en précisant quand et où le contact a eu lieu. En cas de confusion, de convulsions ou de tout signe anormal, n'hésitez pas à appeler les secours. Si votre chien présente les mêmes symptômes, conduisez-le d'urgence chez un vétérinaire. La solution la plus sûre reste de ne pas s'approcher d'un étang ou d'un lac où le vert est dense. Et bien sûr, ne vous y jetez jamais. Respectez les zones d'interdiction éventuellement mises en place par les autorités locales.
En résumé
Ce vert est constitué de minuscules organismes capables de remonter seuls. Parce qu'ils flottent, ils se rassemblent à la surface ; parce que le vent les pousse, ils se concentrent sur la rive. Impossible de voir à l'œil nu si une toxine est présente, mais il suffit de regarder le sens du vent pour savoir où se situe le danger.
Le danger ne vient pas de l'étang le plus vert,
mais de la rive où le vert s'est accumulé.
Sur un autre danger visible près de l'eau, voir Pourquoi ne faut-il pas s'approcher de la mousse blanche qui flotte sur les rivières ?, et sur le chemin que prennent les nutriments jusqu'à l'étang, voir aussi Pourquoi, avec la même pluie, la rue se transforme-t-elle si vite en rivière en ville ?
- Photographiez un étang touché par une fleur d'eau depuis la rive au vent et depuis la rive sous le vent, puis comparez. Même étang, mais la densité devrait être totalement différente.
- Repérez la direction du vent grâce à un drapeau ou au mouvement des feuilles, et vérifiez si elle correspond au côté le plus dense. Regardez aussi si, le lendemain d'un changement de direction du vent, la rive la plus dense a changé.
- Photographiez le même endroit le matin et le soir pour comparer. Les jours de vent faible, le vert devrait généralement être plus net le matin.
Ne puisez pas l'eau et ne la remuez pas avec un bâton. Observez à distance de la rive, uniquement avec les yeux et l'appareil photo.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « physique et biologie de base » du lycée
- Lycée+Contenu avancé du lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéContenu non vu au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (mécanique des fluides, limnologie)
- RechercheSujet encore à l'étude par les chercheurs, non enseigné comme « établi » même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Fleur d'eau (aoko) : désigne à la fois la prolifération massive de cyanobactéries recouvrant la surface d'un lac ou d'un étang, et l'algue elle-même.
- Cyanobactérie (algue bleue) : bactérie capable de photosynthèse. Ce n'est pas une plante, mais elle produit de l'oxygène.
- Vésicule à gaz : minuscule compartiment rempli de gaz à l'intérieur des cellules de cyanobactéries. Il allège le corps et lui permet de remonter.
- Eutrophisation : accumulation d'azote et de phosphore dans l'eau, qui favorise la prolifération des algues. C'est le terreau de la fleur d'eau.
CollègeLycéeVérification par le calcul : de combien de mètres les cyanobactéries remontent-elles en une heure ?
Le sujet de cet article était « pourquoi se concentrent-elles à la surface ? ». Calculons donc directement la vitesse de remontée. On utilise la formule donnant la vitesse d'une petite particule se déplaçant lentement dans l'eau.
| En symboles | v = 2 × g × r² × Δρ ÷ (9 × μ) |
| En mots | vitesse de remontée = 2 × accélération de la gravité × rayon au carré × différence de densité ÷ (9 × viscosité de l'eau) |
| D'où vient cette formule | Elle résulte de l'équilibre entre la poussée d'Archimède vers le haut et la résistance vers le bas due à la viscosité de l'eau (loi de Stokes). Une fois l'équilibre atteint, la vitesse devient constante et se stabilise à cette valeur. |
| Rayon r de l'amas de cyanobactéries | 0,0001 m (0,1 mm ; ordre de grandeur pour une espèce coloniale) |
| Différence de densité Δρ avec l'eau | 20 kg/m³ (cas où l'amas est environ 2 % plus léger que l'eau) |
| Viscosité de l'eau μ | 0,001 pascal-seconde (eau à environ 25 °C) |
| Accélération de la gravité g | 9,8 m/s² |
| Coefficient et gravité | 2 × 9,8 = 19,6 |
| Multiplié par la différence de densité | 19,6 × 20 = 392 |
| Rayon au carré | 0,0001 × 0,0001 = 0,00000001 |
| On multiplie | 392 × 0,00000001 = 0,00000392 |
| On construit le dénominateur | 9 × 0,001 = 0,009 |
| Division : vitesse par seconde | 0,00000392 ÷ 0,009 ≈ 0,000436 |
| Conversion pour une heure | 0,000436 × 3600 ≈ 1,57 |
Les unités : vitesse en m/s (mètre par seconde), rayon en m, différence de densité en kg/m³, viscosité en pascal-seconde. Résultat : environ 1,6 mètre par heure. Dans un étang de 2 mètres de profondeur, une couche se forme en surface en quelques heures dès que le vent tombe. Avec un amas de rayon 10 fois plus grand, la vitesse serait 100 fois plus élevée : la remontée ne prendrait alors que quelques minutes.
LycéeLycée+Pourquoi la vitesse est-elle proportionnelle au carré du rayon ?
LycéeLa poussée d'Archimède est proportionnelle au volume. Le volume augmente proportionnellement au cube du rayon. La résistance due à la viscosité, elle, n'est proportionnelle qu'à la puissance 1 du rayon. Le rapport des deux fait que la vitesse est proportionnelle au carré du rayon. C'est pourquoi les espèces qui forment de grosses colonies remontent plus vite.
Lycée+On pense que les cyanobactéries régulent elles-mêmes cette flottabilité. Quand la lumière est trop forte, elles stockent dans leurs cellules le sucre produit par photosynthèse, s'alourdissent et coulent temporairement. Dans l'obscurité, une fois ce sucre consommé, elles redeviennent légères et remontent. Ce cycle quotidien de montée et de descente expliquerait pourquoi certains jours, le vert paraît dilué le soir et concentré le matin.
UniversitéPourquoi peut-on utiliser la formule des « particules à mouvement lent » ?
La formule utilisée ici est la loi de Stokes, valable uniquement dans les écoulements dominés par la viscosité, c'est-à-dire pour un nombre de Reynolds très inférieur à 1. Avec les valeurs de cet exemple, le nombre de Reynolds vaut environ 0,00004, ce qui satisfait largement cette condition. Dans un lac réel s'ajoutent le courant induit par le vent, la stratification de densité due aux différences de température, et le brassage vertical diurne. Les études qui prévoient la répartition des fleurs d'eau intègrent cette vitesse de remontée comme un terme dans une équation d'advection-diffusion.
📖 Pour la démonstration de la formule et pour aller plus loin : Loi de Stokes ／ Nombre de Reynolds
RechercheCe qui reste encore incertain
- Pourquoi produisent-elles une toxine ? On ne sait pas s'il s'agit de repousser d'autres organismes ou d'un outil pour gérer des métaux. La coexistence, dans un même étang, de lignées toxiques et non toxiques reste également mal expliquée.
- Quand la toxine se libère-t-elle dans l'eau ? La majeure partie reste à l'intérieur des cellules, mais elle se dissout dans l'eau lorsque les cellules éclatent. Il a été souligné que les traitements chimiques destinés à tuer les algues pourraient au contraire augmenter temporairement la quantité de toxine libérée.
- Quel sera l'effet du réchauffement climatique ? On pense qu'une eau plus chaude avantage les cyanobactéries, mais les changements dans les régimes de pluie et les apports en nutriments compliquent les prévisions, qui restent variables selon les régions.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend à ce jour ». Pour toute décision liée à la sécurité, privilégiez les informations les plus récentes des autorités locales.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ Structure et fonctions du vivant / Nature et être humain | Qu'est-ce qu'une cyanobactérie, mécanisme de l'eutrophisation |
| Lycée | Physique de base (poussée d'Archimède) ・ Biologie de base (écosystèmes) | Équilibre entre poussée et résistance, nutriments et prolifération |
| Lycée+ | Physique avancée (résistance visqueuse) | Vitesse proportionnelle au carré du rayon |
| Université | Mécanique des fluides ・ Limnologie | Loi de Stokes, nombre de Reynolds, brassage vertical |
| Recherche | Écotoxicologie ・ Écologie lacustre | Raison de la production de toxine, effets du réchauffement |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Ne pas s'approcher de la rive sous le vent, ne pas laisser le chien entrer dans l'eau |
- Ministère de l'Environnement japonais, Bureau de l'environnement aquatique et atmosphérique (環境省 水・大気環境局), « Documents relatifs à la préservation de la qualité de l'eau des lacs et étangs » (eutrophisation et conditions d'apparition des fleurs d'eau)
- Organisation mondiale de la santé, Directives de qualité pour l'eau de boisson (chapitre sur les toxines des cyanobactéries)
- Institut national de recherche pour les études environnementales (国立環境研究所), « Rapport de recherche sur les fleurs d'eau des lacs et leurs toxines »
- Aoko (présentation générale du terme et du mécanisme d'apparition)
- Reynolds, C. S. « The Ecology of Phytoplankton » (chapitre sur la vitesse de remontée et la distribution verticale)
※Cet article est une vulgarisation scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des repères ou des estimations destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. En cas de malaise, consultez un médecin ; pour l'accès aux abords de l'eau, suivez les consignes des pompiers ou des autorités locales.