La fermentation microbienne, source cachée de l’ammonium dans le delta de la Rivière des Perles

Des chercheurs de l’Université de Hong Kong ont identifié la fermentation microbienne comme le principal mécanisme de production d’ammonium dans les sédiments du delta de la Rivière des Perles, région qui enregistre les plus hautes concentrations naturelles d’ammonium en eaux souterraines jamais documentées à l’échelle mondiale. Cette découverte éclaire un phénomène géochimique qui pose des défis majeurs à l’approvisionnement en eau potable de millions d’habitants.

Le delta de la Rivière des Perles, pivot économique du sud de la Chine avec Guangzhou et onze autres grandes métropoles, recèle une richesse minérale inattendue – et problématique. Les niveaux d’ammonium détectés dans ses eaux souterraines dépassent de loin ce qu’on observe ailleurs sur la planète, créant des défis sanitaires et environnementaux complexes. C’est précisément cette anomalie qui a motivé les travaux du professeur Jimmy Jiujiu Jiao du Département des Sciences Terrestres et Planétaires à l’Université de Hong Kong, en collaboration avec le professeur Meng Li de l’Université de Shenzhen.

Un mécanisme biogéochimique encore méconnu

Longtemps, les scientifiques ont attribué l’accumulation d’ammonium à des processus chimiques ou à la décomposition passive de matière organique. Or, l’étude menée par le duo sino-hongkongais démontre que la fermentation microbienne constitue le vecteur majeur de cette production. Autrement dit, ce sont les bactéries anaérobies, vivant dans les couches sédimentaires privées d’oxygène, qui génèrent activement l’ammonium au lieu de le recevoir de manière inerte du milieu environnant.

Ce processus fermentatif résulte de la décomposition de la matière organique par des microbes adaptés aux conditions anaérobies – absence d’oxygène libre. Quand ces microorganismes métabolisent les composés organiques, ils libèrent de l’ammonium comme déchet du processus, un sous-produit biologique qui s’accumule puis s’infiltre dans l’aquifère. C’est une différence fondamentale: on ne mesure pas une simple libération chimique, mais une production biologique continue et active.

Pourquoi le delta de la Rivière des Perles est une exception mondiale

La géographie et l’histoire géologique du delta créent des conditions presque idéales pour cette accumulation. La région, construite sur des dépôts sédimentaires holocènes d’épaisses couches, offre un environnement anaérobie stable. À titre de comparaison, les zones côtières ou deltaïques avec des niveaux d’ammonium élevés ailleurs sont rares; le delta de la Rivière des Perles affiche des concentrations qui surpassent tous les autres systèmes d’eaux souterraines naturelles documentés.

Cette accumulation s’est construite au fil de millénaires. Les sédiments du Holocène – période géologique commencée il y a environ 11 700 ans – contiennent d’importantes quantités de matière organique apportée par le fleuve. Sous le poids des couches supérieures et en l’absence d’oxygène, cette matière devient le carburant des bactéries fermentatives. De là s’explique pourquoi le delta, malgré son dynamisme économique et urbain moderne, porte les traces de processus naturels géochimiques datant de plusieurs millénaires.

Implications sanitaires et défis de traitement

L’ammonium, même s’il n’est pas toujours considéré comme hautement toxique à faible concentration, pose plusieurs problèmes. Il peut affecter le goût et l’odeur de l’eau, mais surtout, il se transforme en nitrite et nitrate lors de certains processus d’oxydation, composés qui présentent des risques pour la santé à long terme. Les collectivités locales responsables de l’approvisionnement en eau potable doivent donc investir dans des technologies de traitement plus sophistiquées: filtration sur charbon actif, échange d’ions, ou oxydation catalytique.

Pour les millions d’habitants des villes du delta – Guangzhou, Shenzhen, Zhuhai et autres métropoles abritant plus de 80 millions de personnes – cette découverte scientifique a une traduction pratique immédiate: les taux d’ammonium naturel exigent une vigilance continue et une gestion d’aquifère sans équivalent. D’où aussi l’intérêt stratégique de cette recherche: comprendre le mécanisme permet de mieux prévoir les variations saisonnières et de dimensionner les installations de traitement en conséquence.

Enjeux de recherche et applications futures

Au-delà du delta de la Rivière des Perles, cette étude ouvre des perspectives pour la géochimie mondiale. Identifier la fermentation comme moteur principal de la production d’ammonium pourrait aider à anticiper ou à expliquer d’autres anomalies en eaux souterraines, notamment dans les zones deltaïques ou côtières d’autres régions – le Mékong, l’Amazone, ou les zones côtières d’Asie du Sud-Est.

Parallèlement, cette recherche soulève une question fondamentale sur l’interaction entre géochimie et microbiologie. Si les bactéries jouent un rôle aussi structurant, contrôler leur activité pourrait théoriquement permettre de réguler l’accumulation d’ammonium. Des pistes comme la stimulation sélective de bactéries oxydantes ou l’injection de composés inhibiteurs de fermentation entrent dans le champ des possibles, même si elles demandent encore des années de validation en conditions réelles. Pour l’instant, la gestion reste celle d’un traitement en bout de chaîne: une sophistication nécessaire face à un phénomène naturel que le delta produit depuis la nuit des temps.