thumb|upright=1.6|Un excédent significatif à important d'azote est relevé presque partout en Europe et en Turquie (ici pour 2005, selon les données disponibles de la Commission européenne et de l'Agence européenne de l'environnement). thumb|upright=1.6|Les fertilisants utilisés pour les cultures (phosphore et azote) dopent la croissance des plantes et des algues dans le ru bordant le champ cultivé. En France et en Europe, la mise en place de zones-tampons est obligatoire le long des cours d'eau et des lacs. L'eutrophisation (du grec ancien : , « bien », et de , « nourriture ») est le processus par lequel des nutriments s'accumulent dans un milieu ou un habitat (terrestre ou aquatique)Smith, V. H., Tilman, G. D., & Nekola, J. C. (1999). Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems. Environmental pollution, 100(1), 179-196.Bouwman, A. F., Van Vuuren, D. P., Derwent, R. G., & Posch, M. (2002). A global analysis of acidification and eutrophication of terrestrial ecosystems. Water, Air, and Soil Pollution, 141(1-4), 349-382 (résumé).. Les causes sont multiples et peuvent donner lieu à des situations d'interactions complexes entre les différents facteurs. Les nutriments concernés sont principalement l'azote (provenant surtout des nitrates et des eaux usées, ainsi que secondairement de la pollution automobile) et le phosphore (provenant surtout des phosphates et des eaux usées). L'ensoleillement ou la température de l’eau (qui tend à augmenter avec le réchauffement climatique) peuvent exacerber l'eutrophisation.
L'eutrophisation des milieux aquatiques est un déséquilibre du milieu provoqué par l'augmentation de la concentration d'azote et de phosphore dans le milieu. Elle est caractérisée par une croissance excessive des plantes et des algues due à la forte disponibilité des nutriments.. Les algues qui se développent grâce à ces substances nutritives absorbent de grandes quantités de dioxygène. Leur prolifération provoque l'appauvrissement, puis la mort de l'écosystème aquatique présent : il ne bénéficie plus du dioxygène nécessaire pour vivre, ce phénomène est appelé « asphyxie des écosystèmes aquatiques »..
Le degré d'eutrophisation décrit l'état trophique (agronomique ou écologique) d'un milieu terrestre ou aquatique ou d'un agroenvironnement où des êtres vivants sont exposés à un « excès » chronique de nutriments. Quand elle a une origine anthropique, depuis les révolutions agricole et industrielle, l'eutrophisation apparait généralement conjointement à une acidification du milieu, qui peut aussi rendre les espèces plus vulnérables à certaines pollutions et maladies. Dans les cas extrêmes, on parle de dystrophisation. L'eutrophisation a des coûts sociaux-environnementaux. et juridiques et financiers. importants.
Elle existe localement dans la nature (dans les milieux dits « eutrophes » et « mésotrophes »), mais quand elle est anormalement active sur des milieux naturellement pauvres en nutriments elle est considérée comme un phénomène indésirable, voire dangereux pour la biodiversité car l'eutrophisation favorise quelques espèces des milieux « riches » et à croissance rapide (et souvent envahissantesDutartre, A., Les invasions biologiques en milieux aquatiques, 2012, Sciences Eaux &Territoires), au détriment de la biodiversité quand elle affecte des milieux naturellement non eutrophes. Elle pose aussi des problèmes de santé environnementale. Dans les milieux aquatiques, l'eutrophisation peut être source de phénomènes épisodiques ou chroniques d'anoxie du milieu et d'étouffement puis de mort de nombreuses espèces, car dans l'eau, ces nutriments dopent la production de phytoplancton et de quelques espèces aquatiques, en augmentant la turbidité et la sédimentation, ce qui prive le fond et la colonne d'eau de lumière et peut causer l'anoxie périodique ou chronique du milieu, en favorisant des biofilms bactériens et des bactéries dont certaines (cyanophycées) pouvant sécréter des toxines.
Le processus inverse se nomme l'oligotrophisation.
Histoire sémantique du concept d'eutrophisation Au contraire d'un milieu oligotrophe (mot désignant un milieu naturellement pauvre en éléments nutritifs), un milieu est dit « eutrophe » quand il est naturellement riche en éléments nutritifs, sans que cela interfère négativement avec ses fonctions écosystémiques et les services écosystémiques fournis par le milieu.
À partir des années 1970, alors que les milieux cultivés, semi-naturels et naturels étaient régulièrement enrichis en engrais ou modifiés par des apports d'eaux usées, de boues d'épuration et retombées atmosphériques riches en azoteBobbink, R., Boxman, D., Fremstad, E., Heil, G., Houdijk, A. L. F. M., & Roelofs, J. (1992). Critical loads for nitrogen eutrophication of terrestrial and wetland ecosystems based upon changes in vegetation and fauna [alpine heathlands, deposition], le terme « eutrophisation » a été inventé et utilisé pour qualifier la dégradation des grands lacs comme le lac d'AnnecyCarlet Y (1985) Lutte contre l'eutropoisation des lacs : exemple d'une réussite, le Lac d'Annecy (Thèse de doctorat)., le lac du Bourget, le lac de Nantua ou le LémanGerdeaux D, Lods-Crozet B, Loizeau JL & Rapin F (2013) Le Léman, du diagnostic aux nouveaux enjeux de protection. Archives des Sciences, 66(2), 101 (résumé). par excès de nutriments (de même pour les réservoirs de barragesS.O.Ryding et W.Rast (1994) Le contrôle de l’eutrophisation des lacs et des réservoirs, Masson, Unesco, 294p.UNEP International Environmental Technology Centre (2000) Planning and management of lakes and reservoirs : an integrated approach to eutrophication, Technical publication series, 67p.). Au début du , il a un sens proche de dystrophie et vient souvent comme qualificatif de sens négatif pour des milieux aquatiques d'eau douce ou marins.
Un milieu aquatique pauvre en éléments nutritifs est dit oligotrophe ; dans le cas intermédiaire, on qualifie le milieu de mésotrophe. Les facteurs naturels produisent des milieux plus ou moins chargés en nutriments (hors de toute intervention humaine) ; l'état d'eutrophisation d'un milieu aquatique doit donc être apprécié en fonction du contexte naturel et ne peut pas se baser sur des indicateurs absolus.
Causes de l'eutrophisation thumb|Le lac Valencia (Venezuela) recueille des effluents agricoles, industriels et urbains. Les efflorescences algales sont détectables par satellite. thumb| Zones vulnérables (au sens de la Directive Nitrate telle qu'appliquée par la France en 2004)
L'eutrophisation devient un problème écologique et économique quand l'apport de nutriment devient excessif par rapport à la consommation naturelle par l'écosystème. Ces nutriments sont :
l'azote ; sa déposition sur terre se présente en deux formes liquides comme en pluie ou de la neige et gazeuse causé par la pollution, l'acidité de la pluie peut aussi influencer la concentration de nutriments dans l'eau. Principalement issue d'une introduit dans le milieu terrestre ou aquatique sous trois formes minérales qui sont l’ammonium (ou azote ammoniacal, le plus directement et rapidement toxique pour les organismes aquatiques), les nitrites (ou azote nitreux) et les nitrates (ou azote nitrique), chacune de ces formes ayant une écotoxicité et une toxicité différente, le carbone (carbonates, hydrogénocarbonates, matières organiques…) ; le phosphore, qui est généralement le facteur limitant dans les milieux naturels d'eau douce tandis que l'azote est limitant en milieu marin (loi de Liebig). Ce sont souvent les phosphates (orthophosphates, polyphosphates) qui permettent l'emballement du processus, mais le taux de saturation en phosphore n'est pas à lui seul un bon indicateur de risque. Le débit du renouvellement d'eau joue un rôle important dans l'eutrophisation. En effet l'eau stagnante a plus de potentiel à collecter des nutriments qu'une eau renouvelée, il a déjà aussi été prouvé que les terres humides qui ont tendance à sécher entraînent une augmentation concentrée de nutriments qui ultérieurement causera ce phénomène.
Ce milieu déséquilibré est dit dystrophe et peut devenir hypertrophe. Pour les trois nutriments évoqués ci-dessus, des variations de conditions du milieu abiotique (oxydo-réduction) ou biotique (sous l'influence de l'activité bactérienne et des racines, ainsi que du métabolisme végétal, fongique et animal) peuvent faire passer l'azote, le carbone et le phosphore de l'une de leurs formes à une autre. Or ces formes sont plus ou moins toxiques ou écotoxiques.
C'est dans les années 1960 avec la subite et rapide dégradation des lacs en aval de zones fortement urbanisées qu'on a pris conscience de ce phénomèneVollenweider R.A., 1968, Les bases scientifiques de l’eutrophisation des lacs et des eaux courantes sous l’aspect particulier du phosphore et de l’azote comme facteurs d’eutrophisation. Paris, OCDE, Rapport technique DAS/CIS 68-27, 250 p..
Ce processus a comme principales origines : des rejets industriels ou urbains dans les fleuves des eaux usées ou des boues d'épuration trop riches en nitrates, ammonium, phosphore et matières organiques incomplètement traitées. Cette pollution qui prend une dimension planétaire à la fin de , est efficacement jugulée lorsque les villes s'équipent de stations d'épuration avec des niveaux de traitement plus élevés. ; l'adjonction de polyphosphates dans les lessives. La réduction puis l'interdiction de ces phosphates dans les lessives permet d'enrayer cette première crise moderne associée à l’eutrophisation et qui remonte aux années 1970 ; des épandages agricoles de fumiers, lisiers ou engrais chimiques trop fréquents ou trop concentrés (en azote et phosphore). Une carence en potassium peut parfois aussi être en cause ; la déforestation et les coupes rases qui aggravent le ruissellement du phosphore (doublement ou triplement des teneurs de l'eau en aval après la coupe au Québec selon Carignan et al, 2000 et des nitrates (augmentation d'un facteur 6 au Québec), et les incendies de forêts qui sont suivis d'une augmentation des nitrates dans l'eau de ruissellement (jusqu'à 60 fois plus, selon des mesures faites au Canada)Carignan R, D’Arcy P & Lamontagne S (2000) Comparative impacts of fire and forest harvesting on water quality in Boreal Shield lakes, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic science, v57, suppl 2, (résumé).Steedman RJ (2000) Effects of experimental clearcut logging on water quality in three small boreal forest lake trout (Salvelinus namaycush) lakes. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 57(S2), 92-96. (résumé)Lamontagne, S., Carignan, R., D'Arcy, P., Prairie, Y. T., & Paré, D. (2000). Element export in runoff from eastern Canadian Boreal Shield drainage basins following forest harvesting and wildfires. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 57(S2), 118-128.…
La conjonction de ces phénomènes a fait de l'eutrophisation un processus fréquent, atteignant même les zones océaniques, pouvant provoquer l'extension de zones mortes), ou le développement d'algues toxiques, telles Dinophysis, sur les littoraux, par exemple en Bretagne (France). Dans certaines régions, comme en Bretagne, les marées vertes et certaines algues toxiques semblent principalement dues au rejet du lisier provenant de l'élevage porcins (densément implanté en Bretagne)Institut français de l’environnement (IFEN), 1999 L’eutrophisation des rivières en France : où en est la pollution verte? , , octobre 1999, 4p.
Dans l'acception courante, l'eutrophisation est donc souvent synonyme de pollution, bien que cette dernière puisse revêtir bien d'autres aspects : contamination biologique (bactéries, parasites…), chimique (pesticides, métaux, solvants…) ou physique (chaleur, radionucléides…).