Le phosphore - un paradoxe

Photo: La Presse

Le phosphore est un paradoxe, puisqu'il devient de plus en plus difficile de l'extraire, mais aussi à cause de son surplus en tant que nutriment clé en agriculture.

Le phosphore est l'un des éléments les plus communs dans la croûte terrestre et l'écrivain scientifique Isaac Asimov l'a appelé le "goulot de la vie". La vie peut se reproduire jusqu'à l'épuisement du phosphore; alors il se produit un arrêt inexorable que rien ne peut empêcher. Nous pouvons remplacer le charbon avec de l'énergie nucléaire, le bois avec des plastiques, la viande avec les levures, l'isolement avec l'amitié, mais il n'existe pas de substitut ni de remplacement pour le phosphore."

Asimov avait remarqué que l'alfafa pouvait croître dans des sols contenant 0,1% de phosphore, et la plante elle-même pouvait en contenir 0,7%. Ce besoin en phosphore en fait un élément non seulement essentiel à la croissance d'une plante, mais aussi irremplaçable. Aucun intrant connu, qu'il soit naturel ou synthétique, ne peut remplacer le phosphore.

Bien que le phosphore est l'un des éléments les plus communs sur la planète, un petit pourcentage est accessible à l'humain.

Bien que le phosphore ait été identifié chimiquement il y a de cela quelques siècles, il a toujours été utilisé en agriculture sous forme de résidus de récoltes et de fumier épandu aux champs. Ces pratiques traditionnelles continuent de nos jours, mais l'exploitation minière du phosphore est toujours croissante depuis le 20e siècle, ce qui a augmenté les rendements des récoltes à des niveaux jamais connus.

Malgré ses vertus comme élément essentiel à la vie, le phosphore a aussi une réputation comme polluant. Dans les régions rurales, il ruisselle régulièrement des champs agricoles dans les eaux, et dans les régions urbaines, il vient des eaux usées, le principal ingrédient des excréments humains venant de la chasse d'eau des toilettes. Dans les 2 cas, le phosphore peut augmenter les niveaux de concentration de nutriments de l'endroit, provoquant des floraisons d'algues dans les lacs et les rivières où il s'accumule: un procédé appelé eutrophisation.

Ces croissances excessives d'algues peuvent éventuellement diminuer l'oxygène disponible dans l'eau, à tel point que certaines espèces de poissons ne peuvent plus survivre. C'est ce qui affligeait le Lac Érié dans les années 1970, ce qui attira l'attention de David Schindler, un biologiste de l'université de l'Alberta. En prenant un petit lac dans le nord de l'Ontario, il le divisa en 2 avec un rideau submergé et démontra que c'était le phosphate dans les détergents qui venaient des eaux usées municipales qui étaient les principaux coupables de ce qui affligeait le Lac Érié. Les fabricants de détergents ont ensuite été motivés pour diminuer les quantités de phosphates dans leurs produits, ce qui a diminuer de beaucoup l'eutrophisation du lac.

Depuis ce temps-là, Schindler a continué d'étudier les défis incessants des surplus de nutriments sur les environnements aquatiques et la santé humaine. "C'est clair que l'épandage des déchets biologiques comme les fumiers sur les terres agricoles peuvent en même temps augmenter les charges de phosphore, d'azote et de bactéries potentiellement dangereuses dans les eaux de surface." écrira-t-il avec Val Smith en 2009. "Toutefois, l'ajout de nutriments à lui seul peut aussi influencer l'abondance, la composition, la virulence et la survie des pathogènes qui se retrouve déjà naturellement dans les écosystèmes aquatiques."

Une révision dans Environmental Science & Technology mit un prix annuel de l'eutrophisation aux États-Unis à $2,2 milliards. bien que la valeur des propriétés riveraines soit compromise et les pertes de privilèges récréo-touristiques sont les principaux facteurs, les chercheurs ont évalué à $815 millions les dépenses encourues pour s'approvisionner en eau embouteillée à cause du goût ou de l'odeur rendue inacceptable de l'eau potable d'une source rendue eutrophiée. "Cet estimation se base uniquement sur les coûts de l'eau en bouteille et ne tient pas compte des coûts additionnels encourus relatifs aux traitements alternatifs pour l'eau potable comme des puits ou le transport d'eau potable vers une autre région." ajoute les auteurs Walter K. Dodd et collègues, qui se sont basés sur un sondage de 241 fournisseurs d'eau potable.

Pour ce qui est des coûts relatifs aux soins de santé, les auteurs ajoutent: " Pour les humains, les blooms d'algues provoquent des maladies, mais rarement mortelles. Nous n'avons pas inclus les coûts relatifs à la santé humaine puisqu'ils semblent mineurs à comparé avec les autres facteurs que nous avons rencontrés. Les gens pourraient quand même être disposés à dépenser de grandes sommes pour éviter des blooms toxiques."
Photo: agriréseau

"Phosphorus Paradox: Scarcity and Overabundance of a Key Nutrient

Phosphorus, among the most common elements found in the Earth’s crust,2 was dubbed “life’s bottleneck” by science writer Isaac Asimov. “[L]ife can multiply until all the phosphorus is gone, and then there is an inexorable halt which nothing can prevent,” he wrote. “We may be able to substitute nuclear power for coal, and plastics for wood, and yeast for meat, and friendliness for isolation—but for phosphorus there is neither substitute nor replacement.”3

Alfalfa, Asimov noted, could thrive in soil made up of 0.1% phosphorus, while the plant’s structure consisted of 0.7% phosphorus. This stoichiometric need for phosphorus makes the element not only a governing factor in plant growth but an irreplaceable one. No known input—natural or synthetic—can stand in for phosphorus.

Although phosphorus is one of the most common elements on Earth, only a small percentage is available for human use.

Even though phosphorus was chemically identified only a few centuries ago, it has been employed throughout agricultural history in the crop residues and manure spread on fields. This traditional practice continues, but an increase in phosphorus mining throughout the twentieth century contributed to steadily rising agricultural yields. Fertilizers manufactured with high proportions of phosphorus, nitrogen, and potassium boosted plant growth to unprecedented levels, especially in tropical soils that are poor in these constituents.4

Despite its virtues as an elemental staff of life, phosphorus has also earned a reputation as a pollutant. In rural areas it regularly flows into receiving water as runoff from agricultural fields,9 and in urban areas from sewage sources as a major constituent of human excreta flushed down toilets. In either instance, phosphorus can excessively boost local nutrient levels, promoting algal blooms in the lakes and rivers where it concentrates—a process called eutrophication.10

This excessive algal growth can eventually lower oxygen levels in the water to the point where some fish species can no longer survive. Such was the condition that afflicted Lake Erie in the 1970s, attracting the attention of University of Alberta biologist David Schindler. Using a small test lake in northern Ontario that was divided in two with a submerged curtain, he demonstrated that the phosphate detergents emerging from municipal wastewater streams were a major driver of Lake Erie’s problem.11 Detergent manufacturers were subsequently persuaded to severely limit the amount of phosphates in their products, which substantially reduced the amount of eutrophication in the lake.12

Since then, Schindler has continued to study the ongoing challenge that nutrient overload poses to aquatic environments and human health. “Clearly, biological waste disposal activities such as manure applications to cropland can simultaneously increase the loading of phosphorus, nitrogen, and potentially hazardous coliform bacteria to surface waters,” he and coauthor Val Smith wrote in 2009.13 “However, enhanced nutrient loading alone might also influence the abundance, composition, virulence and survival of pathogens that are already resident in aquatic ecosystems.”

A 2009 review in Environmental Science & Technology put the annual price tag of eutrophication in the United States at a conservative $2.2 billion.15 While compromised waterfront property values and lost recreational opportunities made up much of this total, the researchers assigned $813 million to a demand for bottled water created by the unacceptable taste and odor of drinking water that would otherwise be drawn from eutrophied sources. “This estimate is based purely on bottled drinking water costs and does not take into account additional costs related to alternative drinking water treatments such as wells or hauling drinkable water from another area,” state authors Walter K. Dodd and colleagues, who drew on a survey of 241 water facilities.

As for other health-related costs, the authors state, “For humans, algal blooms cause sicknesses and rarely result in death. We did not include human health costs because they appear to be minor compared to other factors we investigated. Still, people might be more likely to spend considerable amounts to avoid toxic blooms.”15"

Excerpts from article written by Tim Lougheed published in Environmental Health Perspectives here: http://ehp03.niehs.nih.gov/article/fetchArticle.action;jsessionid=D0A817E92D762E650D874EA12D594CE1?articleURI=info:doi/10.1289/ehp.119-a208Photo: Steve Apps