Ratio de Redfield : qu’est-ce que c’est, est-ce que ça marche ou pas, pourquoi est-il controversé ?

Si vous êtes passionné par la biologie marine ou simplement intéressé par la vie océanique, vous avez certainement déjà rencontré le concept de « rapport de Redfield ». C'est l'une de ces règles fondamentales que l'on enseigne aux étudiants comme une vérité élémentaire. Il décrit le rapport étonnamment constant entre les principaux éléments présents dans les organismes marins et l'eau de mer elle-même.

En termes simples, la règle stipule que les atomes de carbone, d'azote et de phosphore dans la biomasse océanique et les nutriments dissous sont dans un rapport d'environ 106:16:1. Pendant longtemps, cela a été considéré comme la clé universelle pour comprendre la productivité de l'océan, expliquant comment la croissance des algues est limitée par la disponibilité des nutriments.

Cependant, dans le monde scientifique, les débats font rage depuis plusieurs décennies. De nouvelles recherches montrent que ce rapport peut varier considérablement selon les différentes régions de l'océan. Les scientifiques ont découvert que les écosystèmes marins sont beaucoup plus diversifiés et complexes que ne le supposait la formule simple de Redfield.

Est-ce que cela fonctionne réellement ? Oui et non. Son intérêt réside dans la création d'un point de départ pratique, d'un modèle commun. Cependant, il n'est plus possible aujourd'hui de le considérer aveuglément comme une loi immuable de la nature. Les débats portent précisément sur la universalité de ce rapport et sur les processus biologiques, chimiques ou physiques qui le déterminent réellement.

Dans cet article, nous allons essayer de comprendre d'où vient cette règle, pourquoi elle est toujours utile et pourquoi elle fait l'objet d'une controverse au sein de la communauté scientifique. C'est l'histoire d'une explication simple et élégante qui se heurte à la réalité chaotique et diversifiée de l'océan.

Historique de la question : qu'est-ce que la proportion de Redfield et quel est le rapport avec Liebig ?

En 1934, l'océanographe Alfred Redfield a décrit les rapports atomiques des éléments :

• carbone, azote et phosphore dans le plancton marin – C:N:P = 106:16:1 ;
• azote et phosphore dans l'eau de mer – N:P= 20:1 (première version), N:P= 16:1 (version corrigée).

Redfield a toutefois souligné que le déplacement des proportions des éléments dans l'eau influence la croissance et la composition des algues. Une augmentation de la teneur en phosphore est favorable aux algues bleues, tandis qu'une augmentation de la teneur en azote est favorable aux algues vertes. Les données ont été collectées dans les eaux de l'océan Atlantique, de l'océan Indien, de l'océan Pacifique et de la mer de Barents. Par conséquent, la représentativité de l'échantillon ne peut être remise en cause et la correspondance constatée n'est pas une simple coïncidence ou une erreur statistique.

Le déséquilibre des proportions des éléments dans l'eau influence la croissance et la composition des algues

Remarquable, diront les sceptiques, Redfield est très doué et a fait une découverte importante dans le domaine scientifique, mais en quoi cela nous est-il utile ? C'est ici qu'il convient de rappeler le facteur limitant de Liebig.

À noter! En 1840, Justus von Liebig a décrit l'un des principes fondamentaux du développement des écosystèmes : le facteur le plus important pour l'organisme est celui qui s'écarte le plus de la norme.

La loi de Liebig en termes simples

Supposons que nous n'ayons que deux éléments : la nourriture et l'eau. Il existe alors deux scénarios défavorables :

• il y a de l'eau, mais pas de nourriture. – l'organisme meurt de faim, et rien ne peut aider à étancher sa soif ;
• il y a de la nourriture, mais pas d'eau il meurt de soif, car la nourriture ne peut remplacer l'eau.

V. Trautschold. Laboratoire de Liebig à Giessen, 1840

Dans le premier cas, le facteur limitant est l'eau, qui manque, dans le second, c'est le manque de nourriture et c'est elle qui est l'élément bloquant. Le principe s'applique quel que soit le nombre de facteurs.

Le développement des plantes est limité par un seul minéral essentiel, dont les réserves sont relativement faibles. Ce concept de limitation peut être représenté sous la forme du « tonneau de Liebig », un tonneau métaphorique dont chaque planche représente un élément

Appliqué à l'aquarium, cela signifie qu'en cas de carence en l'un des éléments, la plante est physiquement incapable de compenser ce déficit par les autres. En cas de carence critique d'un composant, la plante cesse de consommer pleinement les autres substances, finit par tomber malade et meurt. De plus, les nutriments que la plante ne peut pas consommer peuvent devenir la nourriture des algues, ces « parasites » bleu-vert et ces « points » verts qui gâchent l'apparence de l'aquarium.

— Alexander Tkachuk, biologiste marin, expert en aquariophilie et terrariophilie

Le rapport de Redfield repose sur l'idée que dans l'océan, le carbone, l'azote et le phosphore présents dans les organismes vivants se trouvent presque toujours dans un rapport strict de 106:16:1. Pendant longtemps, cela a été considéré comme une loi de la nature, mais aujourd'hui, les scientifiques en débattent : dans certaines parties de l'océan, les proportions sont effectivement proches de celles de Redfield, mais dans d'autres, elles sont très différentes. Il s'avère donc que cette règle ne s'applique pas partout et qu'elle ne peut être appliquée aveuglément. Les débats ne portent pas sur le fait que quelqu'un se trompe, mais sur le fait que la nature est plus complexe qu'il n'y paraît : différents organismes, conditions et écosystèmes donnent des résultats différents. Au lieu d'un dogme, les scientifiques y voient désormais plutôt un repère qui aide à réfléchir, mais qui ne permet pas toujours de prédire l'avenir.

Comment cela fonctionne-t-il dans la pratique ?

Il existe un schéma permettant de calculer le rapport atomique en fonction du poids des engrais. La proportion optimale est celle qui se rapproche le plus des données de Redfield, dont les valeurs sont indiquées en blanc. Les proportions en bleu et en vert correspondent aux engrais qui favorisent la croissance des algues correspondantes.

Certains fabricants d'engrais liquides utilisent et recommandent le rapport de Redfield, d'autres le critiquent, d'autres encore ne se prononcent pas à ce sujet.

Les deux principaux arguments des détracteurs et les réponses qui y sont apportées

Argument 1. Le scientifique a découvert ce rapport dans l'eau de mer, et il concerne le phytoplancton. Son application dans un aquarium d'eau douce ordinaire semble tirée par les cheveux.

Peu importe à quoi cela ressemble, l'important est comment cela fonctionne. Le rapport azote/phosphore optimal pour les plantes se situe de facto dans une fourchette allant de 10:1 à 20:1. Cela a été vérifié par de nombreuses générations d'aquariophiles.

Qu'est-ce que Redfield vient faire là-dedans ? Peut-être que les aquariophiles ont essayé d'utiliser ses proportions à titre expérimental, que le résultat s'est avéré satisfaisant et que cette pratique s'est répandue. Peut-être qu'au départ, ils ont essayé d'utiliser ces proportions pour se débarrasser des algues, en cherchant une méthode qui ne nuirait pas aux plantes.

Remarque importante! Il est également possible que les aquariophiles se soient basés sur des proportions similaires bien avant que Redfield n'écrive son article scientifique, et que son nom ait été utilisé à des fins commerciales par les fabricants d'engrais. Personne ne sait vraiment ce qui s'est passé en réalité.

Argument n° 2. Dans la pratique, il est impossible de respecter strictement les proportions, car les plantes ne tirent pas uniquement leur azote et leur phosphore des engrais.

C'est une remarque pertinente. En effet, il ne suffit pas d'ajouter les éléments dans les proportions indiquées, il faut également surveiller la composition de l'eau dans l'aquarium. Les plantes tirent également leur azote et leur phosphore du sol, de l'eau et de la nourriture pour poissons.

Il faut surveiller la composition de l'eau dans l'aquarium

Il faut donc analyser régulièrement l'eau, être attentif à tout changement au sein de l'écosystème et, si nécessaire, modifier la durée de la journée lumineuse et les schémas d'apport d'engrais. Cependant, personne n'a jamais prétendu que le respect des proportions de Redfield était la seule chose nécessaire pour entretenir un aquarium.

Le rôle des engrais dans la vie des plantes d'aquarium

Réponses aux questions fréquemment posées

Les proportions sont plus ou moins claires, mais quelle quantité d'engrais faut-il utiliser ?

Cela dépend du nombre de plantes. Plus il y en a par centimètre cube, plus il faut fertiliser activement.

Je respecte la formule de Redfield, mais des algues bleu-vert sont quand même apparues, que faire ?

Apportez moins d'engrais, en conservant les proportions, et/ou réduisez la durée d'éclairage à 6-8 heures.

À quelle fréquence faut-il ajouter des engrais pour respecter les proportions ?

Tout est individuel, cela dépend de l'aquarium. Vous pouvez en ajouter un peu chaque jour ou une fois tous les trois jours et veiller à ce qu'il n'y ait ni manque ni excès d'éléments.

Sur quel élément faut-il se baser : l'azote ou le phosphore ?

Pour le phosphore. S'il manque, il faut en ajouter et ajouter avec lui 10 à 12 fois plus d'azote. Sinon, lorsque le phosphore est saturé, c'est l'azote qui devient l'élément bloquant.

Si les plantes tirent leur azote et leur phosphore des poissons, de l'eau et du sol, les engrais ne sont-ils pas superflus ?

Oui, c'est possible. C'est pourquoi, dans un nouvel aquarium, il ne faut pas se précipiter pour ajouter des engrais, mais d'abord observer comment l'écosystème se développe. S'il y a beaucoup de poissons et peu de plantes, les engrais ne seront pas nécessaires avant longtemps.

Alors, qu'avons-nous au final ? Le rapport de Redfield n'est pas une loi de la nature, mais plutôt une observation intéressante qui s'avère souvent vraie en moyenne pour l'océan ouvert. Il montre une étonnante constance dans le rapport entre le carbone, l'azote et le phosphore dans le plancton et l'eau. C'est comme si les organismes marins suivaient une sorte de recette universelle de la vie.

Est-ce que cela fonctionne toujours ? Non, et c'est là la principale source de controverse. Dans les eaux côtières, les lacs ou les zones océaniques riches en fer, ce rapport est facilement perturbé. Les scientifiques ne débattent pas de l'existence de cette règle, mais de son caractère fondamental. Certains y voient un principe profond, d'autres une simple coïncidence statistique qui ne fonctionne bien que dans des conditions idéales.

C'est pourquoi aujourd'hui, le rapport de Redfield doit être considéré comme un repère utile et non comme une vérité absolue. Il aide à construire des modèles et à comprendre les principes généraux du cycle des matières. Mais il faut toujours garder à l'esprit que le monde réel, en particulier près des côtes, est beaucoup plus complexe et varié que n'importe quelle belle formule. Sa valeur réside précisément dans le fait que, tout en étant simple, il continue à stimuler de nouvelles recherches et discussions dans le domaine des sciences océanographiques.