Une nouvelle étude « ouvre la porte à une image beaucoup plus complète des sources et du devenir de l'azote dans les systèmes d'eaux souterraines », déclare le Dr Alan Seltzer de l'UCD.
Les scientifiques ont trouvé une nouvelle façon d’améliorer les évaluations de la qualité de l’eau en utilisant une forme rare d’azote gazeux.
L’azote est essentiel à la vie sur Terre, mais il n’est utile qu’en quantité suffisante. Par exemple, une concentration élevée d’azote dans l’eau peut entraîner une mauvaise qualité de l’eau et la mort progressive des animaux aquatiques.
De minuscules microbes vivant dans l’eau peuvent éliminer l’azote en le convertissant en un gaz qui s’échappe dans l’atmosphère – bien que la quantité d’azote éliminée par ce processus soit quelque chose que les chercheurs ont souvent eu du mal à déterminer.
Dans une nouvelle étude co-écrite par le Dr Alan Seltzer de l'University College Dublin, les chercheurs ont montré qu'une forme rare d'azote gazeux peut agir comme une empreinte naturelle pour la conversion microbienne de l'azote. Seltzer est professeur adjoint d'hydrogéologie et de systèmes d'eaux souterraines à l'université.
« Le problème est que notre eau contient naturellement une énorme quantité d'azote gazeux dissous dans l'air, de sorte que le gaz produit par les microbes peut être très difficile à voir », a expliqué le premier auteur Jiarui Liu, qui a mené la recherche en tant que chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et à l'Université de Californie à Santa Barbara.
« La réponse est écrite dans la manière dont les atomes d'azote sont appariés à l'intérieur de la molécule d'azote. » L'article a été publié hier (8 octobre) dans la revue Science.
Selon l’étude, l’isotopologue 15N15N, rare et présent naturellement, peut être utilisé pour déterminer la quantité d’azote produite dans l’eau, offrant ainsi aux scientifiques un nouvel outil pour améliorer les évaluations de la qualité de l’eau et estimer les bilans globaux d’azote.
L’azote gazeux – ou N2 – est constitué de deux atomes d’azote réunis, a expliqué l’UCD. Ceux-ci se déclinent en deux poids, également appelés isotopes ; l'azote-14 commun et l'azote-15 plus lourd.
La plupart des molécules de N2 contiennent deux atomes d'azote 14, tandis que certaines contiennent un de chaque isotope. Dans de très rares circonstances, les deux atomes sont de l’azote 15. Dans l’azote atmosphérique, les deux atomes lourds d’azote 15 s’associent plus souvent que prévu, tandis que l’azote gazeux produit par les microbes comporte des atomes appariés presque au hasard.
Les scientifiques ont découvert que lorsque l’azote des microbes se mélange à l’azote de l’air, cela réduit cet excès de paires lourdes, créant ainsi une abondance relative de la molécule rare qui peut révéler la quantité d’azote gazeux produite par l’activité microbienne.
L’équipe a mesuré l’azote gazeux extrait d’échantillons d’eau et de sédiments à l’aide du spectromètre de masse Panorama de l’UCLA. L'instrument utilise des champs électriques et magnétiques pour séparer les molécules en fonction de leur masse et de leur charge.
« À l'UCLA, nous avons découvert l'appariement anormal d'atomes d'azote lourds dans l'atmosphère terrestre et utilisons maintenant cette signature de l'azote dans l'air comme un outil géochimique puissant et unique », a déclaré le géochimiste Edward Young, l'un des co-auteurs de l'article et conseiller postdoctoral de Liu à l'UCLA.
« Nous voulons comprendre si les microbes présents dans les eaux souterraines peuvent atténuer la pollution par les nitrates et quelle quantité d'azote est éliminée en cours de route avant de pouvoir alimenter la croissance des algues dans les lacs, les rivières et les eaux côtières », a déclaré Liu. « Cela nous donne une idée plus claire de savoir si l'azote reste dans un écosystème ou s'il est éliminé du pool de nutriments sous forme de gaz N2. »
Seltzer a ajouté : « De nombreux programmes de surveillance de routine de la qualité des eaux souterraines ne mesurent pas le gaz N2 produit dans un aquifère, ce qui peut créer des biais importants dans notre comptabilité quant à l’origine et à la destination de l’azote.
« Cette étude, et cette nouvelle technique passionnante, ouvrent la porte à une image beaucoup plus complète des sources et du devenir de l'azote dans les systèmes d'eau souterraine. »
Seltzer a récemment reçu une subvention de démarrage du Conseil européen de la recherche pour son projet appelé TabPhish qui trace les eaux souterraines en se concentrant sur les changements de niveau d'eau et le cycle de l'azote. Cette recherche élargira sa collaboration avec l'UCLA.
« Cette première application fournit une base solide pour nos travaux à venir et ne représente que le début d'une nouvelle boîte à outils puissante pour mieux comprendre les sources et le devenir de l'azote dans les systèmes d'eaux souterraines touchés par l'activité humaine », a-t-il déclaré.
