Pour les communautés balnéaires réduisant leur pollution, l'azote est une cible principale. Souvent trouvé dans le ruissellement agricole et les déchets humains, l'azote et la molécule de nitrate contenant de l'azote peuvent entrer dans les eaux côtières comme nutriment critique pour les algues. Son abondance conduit à un excédent de proliférations d'algues, bouleversant des équilibres délicats de la vie végétale et marine.
De nombreuses communautés du sud de la Floride disposent des eaux usées traitées – qui contient du nitrate et plus – en l'injectant peu profondément dans le sol sous la table des eaux souterraines. Les microbes vivant dans les eaux souterraines dans le substratum rocheux de calcaire poreux convertissent et consomment du nitrate dérivé des eaux usées en azote gazeux ou à l'ammonium. Mais les microbes souterrains sont un antidote imparfait – sinon utile – pour l'azote des eaux usées dans les Florida Keys, une constatation qui, selon les chercheurs de Penn State, pourrait aider d'autres zones côtières avec leurs stratégies de nettoyage. Les scientifiques ont signalé leurs résultats et leurs applications potentielles dans Le dossier de dépôtun journal en sédimentologie.
L'équipe de Penn State avait précédemment évalué le phosphate – un nutriment impliqué dans de nombreux processus biologiques et appliqué dans des produits de l'industrie, comme l'engrais – et son retrait des eaux usées injectées peu profondes près d'un établissement de traitement à Marathon, en Floride.
En toile de fond également pour l'étude de l'azote, l'usine de traitement libère des effluents à 60 à 90 pieds sous le sol dans le fondement poreux du substratum rythme près du littoral. Des échantillons à partir d'un éventail de puits d'eau souterraine positionnés entre le puits d'injection d'effluent et les côtes de la baie de Floride et du port de Key, qui mènent tous deux dans l'océan Atlantique, entre 2021 et 2023, les chercheurs ont constamment trouvé de l'azote appréciable et du phosphore avaient migré vers le rivage. Cela indique que si les microbes souterrains ont converti et consommé une partie du nitrate et du phosphate, ils n'ont pas réussi à capturer tous les nutriments.
« Le nitrate et le phosphate sont considérablement réduits entre l'injection et le temps où l'effluent atteint les eaux de partage », a déclaré l'auteur principal Miquela Ingalls, professeur adjoint de géosciences au collège de terre et des sciences minérales de Penn State. « Pourtant, les niveaux de contaminants se sont largement déplacés au fil du temps. La quantité de nitrate et de phosphate avait déjà été retirée de l'eau, ou est restée, variée par des ordres de grandeur. »
La variabilité est probablement liée aux différences saisonnières dans le volume des eaux usées et aux interactions de Phosphate avec le substratum rocheux de carbonate poreux, a déclaré Ingalls, expliquant des recherches supplémentaires serait nécessaire pour confirmer.
Financé par l'Environmental Protection Agency, les études de phosphate et d'azote ont centré un échantillonnage de contaminants dans le sanctuaire marin national de Florida Keys. Les responsables sont préoccupés par les dangers pour les écosystèmes déjà en danger, ont déclaré les chercheurs.
L'équipe a également voulu établir si les injections peu profondes servent d'équivalent fonctionnel de la décharge directe des eaux usées non traitées. Le terme – «équivalent fonctionnel» – est au cœur d'une décision de la Cour suprême des États-Unis en 2020, lorsque les juges ont décidé que les permis sont nécessaires pour les rejets directs – ou leur équivalent – dans des eaux navigables. Les injections peu profondes sous la table des eaux souterraines nécessitent également des permis en vertu des réglementations environnementales standard.
Les chercheurs ont constaté que les injections ne sont pas égales aux décharges directes de l'océan, expliquant que les cycles biogéochimiques se produisant dans l'itinéraire que les déchets ramènent vers les eaux de surface filtrent considérablement sa teneur par rapport à une décharge directe.
Cependant, Ingalls a déclaré que les résultats de l'azote signalent que les effluents peuvent avoir besoin de plus de temps de trajet du point d'injection vers les eaux côtières pour mieux filtrer les contaminants et éviter les effets néfastes de l'écosystème.
« L'injection peu profonde n'est pas efficace à 100% », a déclaré Ingalls. « Donc, vous injectez toujours une certaine quantité de ces contaminants dans l'écosystème entourant les clés. »
Une solution peut être de modifier la composition chimique de l'effluent pour une plus grande salinité et densité, a-t-elle déclaré. Cette approche pourrait empêcher la décharge de bouée aussi rapidement à la surface, ce qui lui donne plus de temps de filtration, a expliqué Ingalls.
Le conseil municipal de Marathon a accepté en 2023 de s'éloigner de l'injection peu profonde. Un groupe environnemental avait poursuivi la ville au cours de la pratique, citant en partie certaines données préliminaires de l'étude de phosphate antérieure.
« Après la décision de la Cour suprême, l'État a tenté de s'éloigner de la pratique des injections peu profondes », a-t-elle déclaré. « Mais c'est un fardeau financier. »
Des recherches supplémentaires plongeront davantage le processus appelé adsorption, lorsque le phosphate se lie au fondement du carbonate, fait de récifs coralliens anciens. Dans un projet de suivi, les chercheurs explorent combien de temps le phosphate reste attaché et la facilité avec laquelle il peut se dissoudre dans l'eau.
Lee Kump, le John Leone Dean au College of Earth and Mineral Sciences et professeur de géosciences; Kate Meyers, qui a obtenu sa maîtrise de Penn State en 2023; et Emily Stoller, assistante de recherche de premier cycle, a contribué à la récente étude.
