Introduction

Les polluants azotés, constituent de nos jours un enjeu sociétal majeur. On estime que la concentration en dépôts azotés dans l’environnement est 2 à 3 fois plus importante aujourd’hui qu’en 1880. Ces derniers étant toxiques pour les êtres vivants, leur présence en grande quantité dans les milieux terrestres puis dans les milieux aquatiques après lessivage des sols par la pluie, perturbe le fonctionnement de ces écosystèmes et induit des troubles sanitaires importants pour les sociétés humaines. À ces impacts écologiques et sanitaires, l’augmentation de la pollution azotée a également un coût financier important puisque ces effets sur les écosystèmes aériens, terrestres et aquatiques s’élèveraient à environ 300 milliards d’euros par an en Europe (soit plus que le double du bénéfice estimé apporté à l’agriculture).

Il est ainsi primordial de comprendre ce que sont ces polluants azotés, quelles sont leurs origines et quelle est leur devenir au sein des écosystèmes.

La pollution azotée est liée majoritairement à quatre molécules azotées, l’ammoniac, l’ammonium, les nitrites et les nitrates. Ces différentes molécules ne présentent pas toutes les mêmes toxicités pour les êtres vivants, si les ions ammonium et nitrate  sont considérés comme présentant un risque limité, l’ammoniac  et les nitrites  sont quant à eux extrêmement toxiques même à faible dose.

L’origine et le devenir des différentes molécules impliquées dans la pollution azotée :

La principale origine des polluants azotés est liée aux activités humaines. Par exemple, l’ammoniac entre dans la composition de certains produits ménagers, tout comme les matières fécales et les engrais utilisés en agriculture qui sont également une importante source de pollution aux nitrites et nitrates. L’ensemble de ces rejets azotés lié aux activités humaines se retrouve tôt ou tard dans les écosystèmes aquatiques. Ils peuvent être directement rejetés dans les rivières et dans les océans ou dans les sols puis rejoindre les cours d’eau par ruissellement.

Les déchets organiques (matières fécales et cadavres d’animaux et de végétaux) constituent une source naturelle et nécessaire d’azote dans l’environnement. Ces matières organiques sont dégradées par des bactéries en ammonium et ammoniac (1). Ces deux molécules sont ensuite prises en charge par des bactéries du genre Nitrosomas qui va les transformer en nitrites (2) utilisable par les bactéries du genre Nitrobacter pour former des nitrates (3). Les nitrates peuvent ensuite être absorbés par les végétaux (4) qui les relâcheront à nouveau dans l’environnement lors de leur mort sous forme de déchets organiques (5).

De nos jours, le cycle de l’azote est déréglé à cause des entrants azotés liés aux activités humaines (en rouge sur la Figure). Notre production considérable d’ammoniac, nitrites et nitrates entraîne une accumulation de ces molécules dans l’environnement et à des effets délétères sur les organismes qui y vivent (nous y compris). La présence de ces molécules azotées dans les écosystèmes aquatiques continentaux (nappes phréatiques, lac, fleuves, rivières…) peut induire, lorsqu’elles sont en fortes concentrations, une toxicité importante de l’eau et donc la rendre non potable. Une eau donc la concentration massique en nitrites dépasse les  est déclarée non potable.

C’est dans ce contexte que les élèves de 1^ère LCQ et de 2^nd Pro ABIL ont réalisé une analyse de la pollution en nitrite de l’eau de Loire. La quantification de ce composé azoté très toxique a été réalisée par analyse en spectrophotométrie d’absorbance après réaction avec un réactif coloré spécifique.

L’échantillon d’eau a été prélevé en aval de Brives-Charensac, quelques dizaines de mètre après le point rencontre entre la Borne et la Loire.

Quantification des nitrites dans l’eau de la Loire

Selon le décret exécutif relatif à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine : la valeur limite est de 0,2 mg NO₂^–.L^-1.

Les nitrites peuvent provoquer une intoxication grave : la méthémoglobinémie. Dans l’organisme, les nitrites oxydent l’hémoglobine en méthémoglobine, une molécule incapable de transporter l’oxygène vers les tissus, ce qui provoque une anoxie tissulaire qui se traduit par une cyanose voire une asphyxie. Elle touche essentiellement les nourrissons du fait de la part prépondérante de l’eau comme aliment lors de la reconstitution de lait (un enfant de 6 mois peut consommer jusqu’à 1 litre d’eau par jour). En plus de cela, les nitrites peuvent se combiner avec certaines amines ou amides et donner naissance à des composés dont l’action cancérigène (nitrosamines, nitrosamides).

1) Principe

Le dosage des nitrites sera réalisé en suivant les recommandations de la norme AFNOR, à savoir, par spectrométrie d’absorption moléculaire.

La formation du colorant diazo est directement proportionnelle à la concentration en ion nitrite. Plus la solution testée contient de nitrite, plus la solution présentera une coloration intense après réaction avec le réactif.

La première étape qu’ont réalisé les élèves consistait à réaliser une courbe d’étalonnage en mesurant l’absorbance de solutions étalons de concentrations connues en nitrite. Cette courbe a ensuite permis aux élèves de déterminer la concentration en nitrite dans leur échantillon d’eau de la Loire en comparant son absorbance à celles des différentes solutions étalons.

En utilisation l’équation de la droite, ils ont ainsi pu déterminer précisément la concentration en nitrite de l’échantillon en utilisant la valeur d’absorbance mesurée pour celui-ci.

A l’issu de leur travail, les élèves ont pu déterminer que la teneur en nitrite dans l’eau du fleuve était de 0,0249 milligramme par litre. Cette valeur de concentration obtenue est environ dix fois inférieure à celle déterminer comme valeur limite pour la consommation humaine. Les élèves ont ainsi pu conclure que la Loire ne présente actuellement pas de pollution pour ce composé azoté toxique.