Quel organisme vivant a inventé la photosynthèse, fabriqué l'oxygène que nous respirons, et peut aujourd'hui empoisonner un lac entier en quelques jours ? La réponse tient en un mot : les cyanobactéries. Elles sont parmi les plus anciens organismes vivants de la planète, et elles posent un problème sanitaire croissant dans les eaux douces françaises et mondiales. Pour comprendre pourquoi, il faut remonter loin, très loin, puis revenir au présent.
Il y a 3,5 milliards d'années : les premières usines à oxygène#
Les cyanobactéries sont des procaryotes photosynthétiques. Des bactéries, pas des algues, même si on les appelle encore parfois « algues bleues » ou « algues bleu-vert » (le nom vient de leur pigment caractéristique, la phycocyanine, qui leur donne cette couleur). Elles figurent parmi les premiers organismes à avoir colonisé la Terre. Les stromatolites fossiles datés de 3,5 milliards d'années, retrouvés notamment en Australie occidentale, portent la trace de tapis de cyanobactéries qui s'empilaient couche après couche dans des mers peu profondes.
C'est là que l'histoire devient intéressante pour qui enseigne l'écologie. Les cyanobactéries ont provoqué ce qu'on appelle la Grande Oxydation, il y a environ 2,4 milliards d'années : en produisant de l'oxygène par photosynthèse, elles ont transformé une atmosphère réductrice en atmosphère oxydante. Ce basculement a été catastrophique pour la plupart des organismes anaérobies de l'époque, mais il a ouvert la voie à toute la vie aérobie qui a suivi, y compris nous. J'ai l'habitude de commencer mon cours de microbiologie aquatique par cette phrase : sans cyanobactéries, personne dans cette salle ne serait là pour s'en plaindre.
Environ 2 000 espèces de cyanobactéries sont connues à ce jour (Muséum national d'Histoire naturelle). On les trouve dans tous les milieux : océans, lacs, rivières, sols humides, déserts, sources chaudes. Leur succès tient à une plasticité métabolique qui dépasse celle de la plupart des autres micro-organismes. Certaines espèces fixent l'azote atmosphérique grâce à des cellules spécialisées appelées hétérocystes, ce qui leur donne un avantage compétitif dans les milieux pauvres en azote dissous. C'est un point qui reviendra quand on parlera de prolifération.
Du lac paisible au bloom toxique : les mécanismes de la prolifération#
Pendant des millénaires, les cyanobactéries ont coexisté avec le reste du phytoplancton dans les eaux douces sans poser de problème particulier. Ce qui a changé, c'est l'apport massif de nutriments d'origine humaine dans les milieux aquatiques : engrais agricoles, rejets d'eaux usées, lessivage des sols urbanisés. On parle d'eutrophisation, et c'est le facteur déclenchant principal des proliférations de cyanobactéries (ce qu'on appelle les « blooms »).
Le mécanisme est le suivant. Le phosphore et l'azote sont les deux nutriments limitants de la croissance du phytoplancton en eau douce. Quand les concentrations augmentent au-delà de certains seuils, les cyanobactéries prennent l'avantage sur les autres algues. D'abord, elles tolèrent mieux les températures élevées (optimum entre 15 et 25 °C, avec des pics de croissance au-dessus de 20 °C). Ensuite, elles régulent leur flottabilité grâce à des vésicules gazeuses intracellulaires, ce qui leur permet de remonter en surface pour capter la lumière et de redescendre pour accéder aux nutriments. Certaines espèces fixent aussi l'azote atmosphérique quand l'azote dissous vient à manquer. Et il y a un quatrième facteur qu'on sous-estime : leur capacité à former des colonies qui résistent mieux au broutage par le zooplancton. Les diatomées et les chlorophycées n'ont aucun de ces avantages.
En France, la prolifération s'étend de mai à octobre, dans les eaux calmes et riches en nutriments : lacs, étangs, retenues, et certains cours d'eau lents (ANSES). Sauf que la fenêtre s'élargit. Le Muséum national d'Histoire naturelle signale une recrudescence des proliférations de cyanobactéries benthiques (celles qui se développent sur le fond des rivières) un peu partout dans le pays depuis l'été 2017. Avant cette date, les cas de cyanobactéries benthiques étaient circonscrits aux gorges du Tarn. Depuis, la Loire, le Cher, la Vienne sont touchés.
Le réchauffement climatique aggrave la situation. Des eaux plus chaudes et des périodes de stratification thermique plus longues favorisent directement les cyanobactéries. Les étiages plus sévères concentrent les nutriments dans des volumes réduits, ce qui amplifie encore le phénomène. Sur ce point, je n'ai pas de doute : on va voir de plus en plus de blooms, de plus en plus tôt dans la saison, de plus en plus au nord.
Les cyanotoxines : un arsenal chimique varié et mal surveillé#
Toutes les cyanobactéries ne sont pas toxiques. Mais quand elles le sont, les toxines qu'elles produisent, les cyanotoxines, peuvent tuer un chien en quelques heures. Planet-Vie (ENS) recense quatre grandes familles.
Les hépatotoxines sont les plus étudiées. Les microcystines, des peptides cycliques dont on connaît plus de 80 variantes (masse moléculaire entre 800 et 1 100 daltons), se lient aux protéines phosphatases 1 et 2a dans les cellules hépatiques. Le résultat : une hyperphosphorylation des protéines du cytosquelette, la destruction des hépatocytes, puis la nécrose du foie. La microcystine-LR est la variante de référence pour les normes sanitaires. L'OMS fixe la concentration maximale admissible à 1 µg/L dans l'eau potable. La réglementation française reprend ce seuil.
Les neurotoxines sont plus rapides et plus spectaculaires. L'anatoxine-a (DL50 de 250 µg/kg par voie intrapéritonéale chez la souris) est un agoniste du récepteur à l'acétylcholine : elle provoque des fasciculations musculaires, une paralysie des muscles respiratoires, et la mort en quelques heures chez les animaux qui boivent l'eau contaminée. Les saxitoxines (25 variantes connues) bloquent les canaux sodiques voltage-dépendants. La cylindrospermopsine (DL50 de 2,1 mg/kg) attaque les reins et le foie sur un mode plus lent, en plusieurs jours.
Et puis il y a la BMAA, un acide aminé non protéinogène que certains chercheurs associent à des maladies neurodégénératives, mais les données restent insuffisantes pour conclure. Sur ce sujet, la prudence s'impose ; les études sont contradictoires et je ne vais pas prétendre que la science a tranché.
Le rapport ANSES de 2020 a élargi la surveillance à quatre familles de toxines, contre une seule auparavant. C'est un progrès, mais la surveillance reste partielle : seuls les plans d'eau et rivières utilisés pour la production d'eau potable ou les baignades surveillées font l'objet de contrôles systématiques par les Agences Régionales de Santé durant la période estivale. Les rivières non surveillées, les plans d'eau privés, les mares agricoles : pas de suivi.
Ce que ça fait concrètement quand on est exposé#
Entre le 1er janvier 2006 et le 31 décembre 2018, les centres antipoison français ont enregistré 95 cas d'intoxication humaine par les cyanobactéries (ANSES). Ce chiffre est probablement très sous-estimé, parce que les symptômes (irritations cutanées, conjonctivites, maux de tête, diarrhées, fatigue, vertiges) ressemblent à beaucoup d'autres pathologies et ne sont pas toujours reliés à une exposition aquatique.
Les voies d'exposition sont multiples : ingestion d'eau contaminée lors de baignades, contact cutané, inhalation d'aérosols en pratiquant des sports nautiques, consommation de poissons issus de plans d'eau touchés, irrigation de cultures maraîchères avec de l'eau contaminée, et même hémodialyse dans des cas extrêmes. La chronologie des symptômes varie selon la toxine : quelques minutes à quelques heures pour les atteintes cutanées et neurologiques, plusieurs heures pour la toxicité hépatique.
Les animaux paient le prix le plus lourd. Les chiens sont particulièrement vulnérables parce qu'ils boivent dans les flaques et les berges où les cyanobactéries se concentrent. Chaque été, des cas de mortalité canine sont signalés en France après ingestion d'eau contenant des cyanobactéries benthiques. Les vaches, les chevaux, les oiseaux d'eau : tous sont exposés. En 2019, la mort de plusieurs chiens dans la Loire avait fait la une de la presse régionale et mis en lumière le problème des cyanobactéries benthiques, encore mal connu du grand public.
Le cas du lac de Viry-Châtillon : on sait restaurer, quand on veut#
L'histoire du lac de Viry-Châtillon, en Essonne, montre qu'il est possible d'inverser la tendance. Dans les années 1990, ce lac très eutrophisé connaissait des proliférations de cyanobactéries toute l'année. Pas seulement en été. Toute l'année. En 2005, des travaux ont été réalisés pour réduire les sources de pollution en amont : traitement des rejets, gestion des eaux pluviales, réduction des apports de phosphore. Les proliférations ont disparu rapidement.
Le lac du Bourget, en Savoie, raconte une histoire similaire sur un temps plus long. La restauration de la qualité de l'eau a pris quarante ans, avec des investissements commencés dans les années 1980 pour détourner les eaux usées du lac. Les résultats sont là : les blooms de cyanobactéries ont fortement régressé.
Ces deux exemples confirment ce que l'ANSES dit sans détour : « réduire les apports de phosphore et d'azote dans les eaux de surface est actuellement la seule méthode durable pour restaurer et protéger ces écosystèmes » des proliférations planctoniques. Pas de solution technique miracle, pas de traitement chimique pérenne. Couper les nutriments à la source.
Le problème, c'est que couper les nutriments à la source signifie remettre en cause des pratiques agricoles (fertilisation excessive, absence de bandes enherbées le long des cours d'eau), des infrastructures d'assainissement vieillissantes, et des choix d'aménagement du territoire. Ce n'est pas un problème de limnologie. C'est un problème politique. Et sur celui-là, la science a fait son travail ; c'est la mise en œuvre qui traîne.
Ce qui arrive si on ne fait rien#
Le cycle de l'azote est perturbé à l'échelle planétaire. Les apports de phosphore dans les milieux aquatiques continuent d'augmenter dans de nombreuses régions du monde. Le réchauffement climatique allonge les périodes de stratification thermique des lacs. Les étiages deviennent plus sévères et plus fréquents, concentrant les nutriments dans des volumes d'eau réduits. Tous les paramètres qui favorisent les cyanobactéries évoluent dans le mauvais sens.
Les contaminants émergents ajoutent une couche de complexité : certains perturbateurs endocriniens pourraient modifier la compétition entre espèces phytoplanctoniques, mais les données sont encore fragmentaires.
Mon inquiétude porte surtout sur les eaux non surveillées. En France, le suivi des ARS couvre les zones de baignade et les captages d'eau potable. Mais les milliers de plans d'eau, de mares, de bras morts qui ne servent ni à la baignade officielle ni à l'eau potable ne sont pas contrôlés. Les gens s'y baignent quand même. Les animaux y boivent. Et personne ne sait ce qui s'y passe.
Les cyanobactéries ne sont pas un problème nouveau. Elles existent depuis 3,5 milliards d'années. Ce qui est nouveau, c'est qu'on leur fournit les conditions idéales pour proliférer, à une échelle et à une vitesse que les écosystèmes d'eau douce n'ont jamais connues. On connaît le mécanisme. On connaît la solution. La question est de savoir si on va l'appliquer avant que chaque lac de France devienne un bioindicateur de notre incapacité à gérer l'azote et le phosphore.
