Régulation géologique des risques d'émission de protoxyde d'azote dans les rivières au niveau mondial

Pourquoi les roches sous les rivières comptent pour le climat

Les rivières ne se contentent pas de déplacer de l'eau ; elles modèlent silencieusement notre climat. L'une des façons dont elles le font est en libérant du protoxyde d'azote, un gaz à effet de serre puissant qui retient des centaines de fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone. Cette étude montre que le type de roche sous-jacent à une rivière — simples différences entre des roches carbonatées comme le calcaire et des roches silicatées comme le granit — peut fortement influencer la quantité de protoxyde d'azote que les rivières émettent, et donc le niveau de risque que représente l'utilisation d'engrais pour le climat selon les régions du monde.

Rivières, engrais et un gaz à effet de serre caché

Le protoxyde d'azote se forme lorsque des microbes dans les sols et les sédiments transforment l'azote issu des engrais et d'autres sources. Les rivières reçoivent le ruissellement des exploitations agricoles et des villes et fonctionnent comme des tuyaux reliant la terre, l'océan et l'atmosphère. Pendant des années, la plupart des recherches et des politiques ont considéré les émissions de protoxyde d'azote des rivières comme une conséquence principalement liée à la quantité d'engrais appliquée par l'homme. Pourtant, lorsque l'utilisation d'engrais est comparable, certaines rivières émettent beaucoup plus de protoxyde d'azote que d'autres. Ce travail pose une question fondamentale : la géologie qui façonne le lit et les berges d'une rivière pourrait-elle être un facteur manquant pour expliquer ces différences ?

Comparer des paysages « mous » et « durs »

Les auteurs ont étudié le bassin du fleuve des Perles en Chine, un vaste bassin versant qui contient à la fois des régions riches en carbonates et des régions riches en silicates. Ils ont mesuré la vitesse à laquelle les sédiments du lit fluvial éliminaient les nitrates — une forme de pollution azotée — et la quantité de protoxyde d'azote produite par ces mêmes sédiments. Dans les zones reposant sur des roches carbonatées, les sédiments avaient tendance à éliminer beaucoup d'azote tout en produisant relativement peu de protoxyde d'azote. En revanche, les tronçons dominés par des silicates éliminaient moins d'azote mais généraient beaucoup plus de protoxyde d'azote, avec une part beaucoup plus importante du processus s'arrêtant à ce gaz nocif au lieu d'achever la transformation jusqu'au diazote inoffensif.

Comment la texture et la chimie des sédiments dirigent les microbes

La clé réside dans la façon dont les différentes roches s'altèrent et ce que cela implique pour les sédiments du lit fluvial. Les roches carbonatées se décomposent rapidement en particules fines, créant des lits vaseux et compacts avec de plus petits pores. Les roches silicatées résistent à l'altération et produisent des lits plus grossiers et sablonneux avec de plus grands interstices entre les grains. Dans les sédiments carbonatés fins, l'eau circule lentement et reste en contact plus longtemps avec les microbes, leur donnant suffisamment de temps et les conditions favorables pour convertir complètement les nitrates jusqu'au diazote. Ces sédiments contiennent aussi plus de carbone organique — la nourriture des microbes — et sont baignés d'eau à pH relativement élevé. Ensemble, ces caractéristiques favorisent des voies microbiennes qui achèvent la transformation et maintiennent de faibles niveaux de protoxyde d'azote.

Pourquoi certaines rivières fuient davantage de protoxyde d'azote

Dans les sédiments silicatés plus grossiers, l'eau s'écoule rapidement, si bien que le temps de contact entre les nitrates et les microbes est court. Le carbone organique y est plus rare et l'eau est moins alcaline. Dans ces conditions, la chaîne microbienne a tendance à s'interrompre au niveau du protoxyde d'azote au lieu de réaliser l'étape finale vers le diazote. La perméabilité plus élevée du lit sableux facilite ensuite l'échappement de ce gaz piégé des pores vers l'eau courante et, finalement, vers l'air au-dessus de la rivière. L'étude montre que ces différences physiques et chimiques, déterminées par la roche de fond, se traduisent directement par une production plus élevée de protoxyde d'azote et un risque d'émission plus grand, même lorsque les apports d'engrais sont comparables.

Schémas mondiaux et responsabilités inégales

Pour vérifier si ce schéma s'applique au-delà d'un bassin, les chercheurs ont combiné des ensembles de données mondiaux sur les types de roches, les propriétés des sédiments, la chimie des rivières, l'utilisation d'engrais et les émissions de protoxyde d'azote. Ils ont découvert que les rivières drainant des bassins versants dominés par les silicates, comme de larges parties de l'Afrique et de l'Amérique du Sud, ont tendance à émettre sensiblement plus de protoxyde d'azote par unité d'apport d'azote que les rivières drainant des régions riches en carbonates comme une grande partie de l'Europe et certaines parties de l'Asie. En d'autres termes, le même kilogramme d'engrais peut entraîner une pénalité climatique plus élevée dans un pays que dans un autre, uniquement à cause du type de roche sous-jacent de ses rivières.

Ce que cela signifie pour le climat et l'agriculture

Pour le grand public, le message principal est simple : la géologie sous nos pieds peut amplifier ou atténuer l'impact climatique de l'utilisation d'engrais. Les régions dominées par les silicates sont intrinsèquement plus susceptibles de laisser fuir du protoxyde d'azote par leurs rivières, elles courent donc un risque climatique plus élevé pour chaque unité d'azote ajoutée aux champs. En quantifiant cet effet sous la forme d'un facteur géologique simple, les auteurs montrent que le risque d'émission de protoxyde d'azote par les rivières n'est pas uniforme à l'échelle mondiale. Cette perspective suggère que la gestion des engrais devrait être plus stricte et mieux ciblée dans les régions riches en silicates si l'on veut réduire les émissions de gaz à effet de serre sans sacrifier la production alimentaire.

Citation: Qi, H., Liu, Y., Wang, H. et al. Geological regulation of nitrous oxide emission risks in rivers globally. Commun Earth Environ 7, 219 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03250-3

Mots-clés: protoxyde d'azote des rivières, géologie du socle, carbonate vs silicate, ruissellement d'engrais, émissions de gaz à effet de serre