Cycle de l'azote
Le cycle de l’azote est l’ensemble des transferts et transformations de l’azote entre l’atmosphère, l’eau, les sols ou sédiments et les organismes. Il relie plusieurs réservoirs — diazote gazeux, ammoniac et ammonium, nitrites, nitrates et molécules organiques — dont la disponibilité et la toxicité diffèrent. Les microorganismes réalisent une grande partie de ces conversions.
Incorporation et minéralisation
La fixation biologique réduit le diazote atmosphérique en ammoniac grâce à l’enzyme nitrogénase. Elle est assurée par certains microorganismes libres ou symbiotiques. Les producteurs primaires assimilent ensuite l’ammonium ou le nitrate et incorporent cet azote dans les acides aminés, les protéines et les acides nucléiques. L’alimentation le transfère entre organismes au sein du réseau trophique.
La minéralisation, aussi appelée ammonification pour l’étape azotée, transforme l’azote organique des excréments, cadavres ou aliments en ammoniac et ammonium. L’équilibre entre ces deux formes dépend surtout du pH et de la température. La fraction non ionisée NH₃ traverse plus facilement les membranes biologiques et est généralement plus toxique pour les animaux aquatiques que NH₄⁺.
Réactions d’oxydoréduction microbiennes
En présence d’oxygène, la nitrification réalise l’oxydation de l’ammoniac en nitrite, puis du nitrite en nitrate. Ces étapes sont assurées par des bactéries et des archées spécialisées ; certains microorganismes effectuent même l’oxydation complète de l’ammoniac au nitrate. La nitrification consomme de l’oxygène et de l’alcalinité, ce qui peut abaisser le pH dans un biofiltre très actif.
Dans des zones pauvres en oxygène, la dénitrification réduit successivement le nitrate et le nitrite en composés gazeux, principalement le diazote. Elle nécessite généralement une source d’électrons, souvent du carbone organique. La réduction dissimilatrice du nitrate en ammonium, ou DNRA, conserve au contraire l’azote réactif dans le milieu. L’anammox combine l’ammonium et le nitrite pour former du diazote. Ces voies entrent en concurrence selon l’oxygène, le carbone disponible, les substrats azotés et les communautés microbiennes.
Les interfaces entre eau oxygénée et sédiment anoxique couplent souvent plusieurs réactions : le nitrate produit par nitrification diffuse vers une zone où il est dénitrifié, tandis que l’ammonium issu du sédiment rejoint la couche oxygénée. Le cycle est ainsi un réseau de processus simultanés plutôt qu’une succession identique dans tous les milieux.
Dans les systèmes d’élevage
Les aliments introduisent l’essentiel de l’azote dans de nombreux élevages aquatiques. Une partie devient biomasse animale ; le reste est excrété, dissous ou incorporé aux particules. Les récoltes, les boues retirées et les renouvellements d’eau exportent de l’azote hors du système. Un filtre nitrifiant réduit l’accumulation d’ammoniac et de nitrite, mais transforme leur azote en nitrate sans l’éliminer. L’assimilation par des plantes ou des bioflocs, la dénitrification et l’export physique complètent ce traitement.
Une concentration exprimée en NH₃, NH₄⁺, NO₂⁻ ou NO₃⁻ n’est pas directement interchangeable avec une valeur exprimée en azote, comme mg N/L. Le bilan massique distingue également une concentration instantanée d’un flux par unité de temps. Le nitrate seul ne décrit donc ni la charge totale d’azote ni les transformations qui la produisent.