Près de 80 % des rivières du monde perdent leur oxygène

La teneur en oxygène a diminué dans près de 80 % des rivières du monde. Sans changements majeurs, elles continueront à perdre cette ressource précieuse.

Des données satellitaires et climatiques recueillies entre 1985 et 2023 montrent que plus de 16 000 rivières dans le monde ont perdu de l’oxygène dissous. En moyenne, cette baisse atteint 0,045 milligramme d’oxygène par litre et par décennie.

L’oxygène dissous étant indispensable à la vie sous l’eau, sa raréfaction menace gravement les rivières et les communautés qui dépendent de leur eau et de leurs ressources.

Les rivières tropicales en première ligne

Ces résultats sont issus des travaux d’une équipe de l’Académie chinoise des sciences, dirigée par Qi Guan, spécialiste des sciences de l’environnement.

Les chercheurs ont rassemblé les données de 3,4 millions d’images satellitaires couvrant les quatre dernières décennies. Ils ont ainsi repéré les tendances de l’oxygène dissous dans les rivières du monde et établi des prévisions selon différents scénarios climatiques.

D’ici à la fin du siècle, si les émissions de dioxyde de carbone continuent d’augmenter à un rythme comparable, plutôt que de suivre certains des scénarios les plus pessimistes, les rivières de la majeure partie de l’Amérique du Sud, de l’Inde, de l’Arctique et de l’est des États-Unis devraient perdre environ 10 % de leur oxygène dissous.

Jusqu’à présent, les changements les plus marqués ont touché des cours d’eau tropicaux, comme le Gange en Inde et l’Amazone en Amérique du Sud. Le Gange, en particulier, perd son oxygène 20 fois plus vite que la moyenne mondiale.

Les scientifiques ne s’attendaient pas à ce résultat. Ils pensaient auparavant que les rivières des hautes latitudes subiraient la désoxygénation la plus sévère, ces régions étant particulièrement touchées par le changement climatique.

Les rivières tropicales partaient pourtant avec un handicap : leurs eaux, déjà plus chaudes, contenaient moins d’oxygène dissous. Elles étaient donc plus proches de l’hypoxie, situation dans laquelle l’oxygène est insuffisant pour maintenir la plupart des formes de vie.

Pourquoi les rivières perdent leur oxygène

Qi Guan et son équipe ont identifié plusieurs facteurs à l’origine de la désoxygénation des rivières à l’échelle mondiale, mais le changement climatique est le plus important.

Sous l’effet du changement climatique provoqué par les activités humaines, la solubilité de l’oxygène, c’est-à-dire la capacité d’une masse d’eau à retenir cet oxygène sous forme dissoute, diminue. Selon la nouvelle étude, elle explique environ 63 % de la désoxygénation des rivières dans le monde.

La température de l’eau est très probablement à l’origine de cette évolution. Les eaux plus chaudes retiennent moins d’oxygène dissous, car les molécules d’oxygène et d’eau reçoivent davantage d’énergie sous forme de chaleur.

L’oxygène dissous est très différent des atomes d’oxygène qui s’associent à l’hydrogène pour former l’eau. C’est lui qui permet aux organismes aquatiques de « respirer », qu’il s’agisse d’animaux, de plantes, de plancton, de bactéries ou de tout autre être vivant sous l’eau.

Or, les liaisons qui maintiennent l’oxygène gazeux dissous dans l’eau sont relativement faibles. Une légère variation de température suffit à les rompre et à laisser l’oxygène s’échapper.

Les besoins en oxygène dissous varient beaucoup d’une espèce aquatique à l’autre. Pourtant, une variation de 0,1 milligramme par litre d’eau de rivière - soit approximativement la quantité perdue en moyenne au cours des quatre dernières décennies - suffit à provoquer de profonds changements dans les écosystèmes fluviaux.

Les organismes aquatiques peuvent augmenter la quantité d’oxygène dissous grâce à la photosynthèse : c’est pourquoi les plantes immergées contribuent à la bonne santé des cours d’eau. L’oxygène atmosphérique peut aussi se dissoudre sous l’effet de forces physiques, par exemple dans les rapides bouillonnants ou grâce aux aérateurs installés dans les bassins artificiels.

Dans nombre des rivières étudiées, les barrages sur les cours d’eau peu profonds et les vagues de chaleur ont ainsi contribué à la baisse de l’oxygène dissous. Un débit réduit limite l’incorporation de l’oxygène de l’air dans l’eau, tandis que les vagues de chaleur chassent essentiellement l’oxygène des rivières.

La composition de l’eau influe également fortement sur la quantité d’oxygène dissous qu’une rivière peut retenir. Les activités humaines agissent sur les deux aspects : elles réduisent le volume d’eau des rivières et augmentent leur charge en substances dissoutes, notamment en sel, en nutriments et en matière organique, ce qui diminue encore la solubilité de l’oxygène.

Les risques de la désoxygénation pour les écosystèmes fluviaux

Puisque la vie aquatique dépend de l’oxygène dissous, une faible baisse peut suffire à entraîner rapidement des mortalités massives.

Une fois ce phénomène déclenché, une rivière remplie de poissons et d’algues morts épuise vite l’oxygène dissous restant : les bactéries se mettent en effet à décomposer la matière organique abandonnée.

Avec l’accélération de la désoxygénation des rivières dans le monde, de telles zones mortes pourraient devenir plus fréquentes.

« La désoxygénation est un processus très lent. Sur une longue période, ses effets négatifs s’attaqueront aux écosystèmes fluviaux », a déclaré Qi Guan à Seth Borenstein, de l’agence Associated Press.

« Un faible taux d’oxygène peut provoquer une série de crises écologiques, comme le déclin de la biodiversité [et] la dégradation de la qualité de l’eau. »

Ces scénarios sont beaucoup plus probables si les rivières perdent quatre ou cinq pour cent supplémentaires de leur oxygène dissous. C’est précisément la baisse attendue au cours des sept prochaines décennies, à moins que l’humanité n’agisse d’urgence pour éviter de nouvelles émissions liées aux combustibles fossiles.

« Comprendre systématiquement ces changements est essentiel pour renforcer la résilience des écosystèmes fluviaux face aux risques persistants de désoxygénation, grâce à des mesures et à des stratégies ciblées, et contribue à une gestion durable des rivières dans le monde », concluent Qi Guan et son équipe.

Les travaux ont été publiés dans la revue Science Advances.