Polluants gazeux cause des pluies acides

Breilh Jean-François Cardinal Pierre Clairet Lucie Cléach Estelle Mayeras Anne-Lise
Les pluies acides
Ecologie générale
L3
02/04/207
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Sommaire
INTRODUCTION -------------------------------------------------------------------------------------- 3
LES ORIGINES DES PLUIES ACIDES --------------------------------------------------------- 3
Définition ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3
Origines------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
CONSEQUENCES DES PLUIES ACIDES ------------------------------------------------------ 6
Effets sur les milieux terrestres et aquatiques ------------------------------------------ 6
Effets sur les êtres vivants --------------------------------------------------------------------- 7
Autres conséquences ------------------------------------------------------------------------------- 9
SOLUTIONS REDUISANT LES PLUIES ACIDES-----------------------------------------10
Actions sur les sources naturelles ------------------------------------------------------------10
Actions sur les sources fixes-------------------------------------------------------------------10
Actions sur les sources mobiles ---------------------------------------------------------------11
COMMENT REAGIR FACE AUX PLUIES ACIDES ?. --------------------------------------12
Changer notre comportement ------------------------------------------------------------------12
L’éducation--------------------------------------------------------------------------------------------12
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INTRODUCTION
Depuis le début des années 1950, on observe une forte augmentation de
l’acidité des eaux de pluie dans diverses régions industrialisées du monde. Les
pluies acides se forment lorsque les oxydes de soufre et d’azote s’associent à
l’humidité de l’air pour libérer de l’acide sulfurique et sont ensuite transportés
très loin de leur source avant d'être précipités par les pluies. La pollution peut
également être véhiculée par la neige ou le brouillard, ou encore être précipitée
sous forme sèche.
Les gaz à pluies acides sont issus de différentes activités industrielles, de
la combustion de matières fossiles riches en soufre, de la circulation automobile
et de l’élevage industriel. Ils peuvent également être produits naturellement par
les éruptions volcaniques, la foudre, la décomposition biologique, les océans, les
feux de forêts… Lorsque l’environnement ne parvient pas à neutraliser ces
substances acides, cela risque d’endommager les tous les écosystèmes
Dans un premier temps, nous nous attacherons à décrire les origines de
ces pluies acides. Puis nous verrons quelles en sont les conséquences, et nous
finirons par lister les solutions possibles pour tenter de limiter ce phénomène.
LES ORIGINES DES PLUIES ACIDES
Définition
On donne le nom de précipitations acides à toutes les formes de
précipitations ayant un pH inférieur à 5,6 formées par la combinaison des acides
rejetés dans l'atmosphère avec l'eau des nuages. Ces substances acides
endommagent l'environnement lorsque celui-ci ne parvient pas à les neutraliser.
Origines
Les principaux gaz produisant des pluies acides sont le dioxyde de soufre
(ou anhydride sulfureux : SO2) créant l'acide sulfurique (H2SO4) et les oxydes
d'azote (NOx) créant l'acide nitrique (HNO3). Ainsi, le Smog (brouillard
photochimique contenant de l'acide nitrique HNO3 et de l'acide sulfurique
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H2SO4) est une forme de précipitation acide particulière qui se crée par beau
temps (Hautes Pressions) lors d'une inversion de température. Ceci est montré
sur le schéma ci-dessous:
Dioxyde de soufre : SO2
A l’échelle mondiale, le dioxyde de soufre est le principal polluant. Il
provient en partie de la combustion de l'énergie fossile : pour 2/3 de charbon et
lignite et pour 1/3 d’huiles lourdes (pétrole). En tenant compte des retombées
des pays voisins, chaque français reçoit aujourd'hui 10 à 20kg de soufre par an.
Les volcans produisent plusieurs dizaines de mégatonnes de SO2 /an. Les
émissions d'origine biologique (décomposition des acides aminés soufrés par les
bactéries par exemple) sont de l'ordre de 50 mégatonnes /an.
Quand le SO2 atteint l'atmosphère, il donne de l’acide sulfurique (H2SO4) en se
combinant avec l'oxygène puis avec l'eau. Cette réaction est accélérée par la
présence d'ammoniac ou d'ozone (O3) qui agissent comme catalyseur.
Les oxydes d’azote : NOx
Les 60 mégatonnes produites par an au niveau mondial proviennent de la
combustion à l'air libre des fuels fossiles (33%), de la combustion de biomasse à
des fins agricoles et du rejet d'urée des animaux du cheptel (sous forme de
NH3). En France, le ministère de l'Environnement estime en 1995 les émissions à
1.9 mégatonnes /an.
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Les micro-organismes vivants et les processus micro biologiques émettent
14 mégatonnes par an en moyenne. Les orages sont une source de rejets azotés
entre 0.4 et 7.8 mégatonnes /an.
Dans les nuages, les oxydes d’azote se combinent avec l'oxygène pour
former l'acide nitrique (HNO3). Les réactions créant HNO3 et H2SO4 sont
beaucoup plus rapides dans un air pollué par du fer, de l'ammoniac, du manganèse
ou du péroxyde d'hydrogène. De plus, ces gaz retombent sous deux formes : des
dépôts secs (l'acide se mélange plus tard à l'eau) et des précipitations acides
proprement dites.
Les oxydants photochimiques
Il s'agit d'acide nitrique, d'aldéhydes et surtout d'ozone. Les oxydants
photochimiques se forment à partir de rejets d'oxydes d'azote et
d'hydrocarbures sous l'action du rayonnement solaire.
En effet, les oxydes d'azote (mélange NO-NO2 dont la durée de vie est de
quelques jours) interviennent comme catalyseur de la chimie de l'ozone : s'ils
sont très peu abondants, ils contribuent à sa destruction ; à des teneurs
supérieures, ils ne sont que lentement éliminés par oxydation en acide nitrique et
contribuent alors à l'acidification des précipitations.
De plus, les hydrocarbures (provenant de solvants industriels ou de gaz
non brûlés des véhicules) oxydent le monoxyde d’azote en dioxyde d’azote sans
consommer d'oxygène Il n'y a pas de réaction retour d'où un déplacement de
l'équilibre vers la création d'ozone.
Schéma récapitulatif :
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CONSEQUENCES DES PLUIES ACIDES
Effets sur les milieux terrestres et aquatiques
Ecosystème aquatique
Les pluies acides ont un effet particulièrement dévastateur sur les lacs et
peuvent avoir deux types de conséquences : elles acidifient directement ceux-ci
de part leur pH faible. Ou alors, les cours d’eaux qui alimentent les lacs
participent à l’érosion et se chargent en produits chimiques toxiques comme
l’aluminium et le mercure issus de la dissolution de certaines roches. Les eaux
affectées par les pluies acides paraissent alors très claires.
Au printemps, la neige qui fond transporte une grande quantité de produits
chimiques qui accentuent ce phénomène et l'écosystème n'a pas le temps de
s'ajuster à cette baisse soudaine du pH. Or, c’est une période cruciale de l'année
pour les écosystèmes aquatiques puisqu’il s’agit de la période de reproduction
pour les poissons et les amphibiens.
Les nappes phréatiques et les sources
Quand les sols sont soumis pendant une longue période à des flux d’acidité
trop importants, leur pH va alors fortement diminuer et l’acidification va
progresser vers les couches profondes. A terme, les sols ne parviennent plus à
neutraliser l’acidité et celle-ci atteint les nappes phréatiques.
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Les sols et les forêts
Les pluies acides affectent aussi les forêts et le sol. Les éléments
nutritifs du sol sont dissous et emportés par les pluies et les microorganismes
sont tués ce qui empêche la production nouvelle de calcium ou de magnésium
nécessaires aux végétaux. De plus les arbres absorbent des métaux toxiques
comme l'aluminium et le mercure.
Le SO2 provoque le jaunissement ou la décoloration des feuilles, et associé
aux métaux lourds et aux particules en suspension, il provoque des nécroses, une
détérioration de la cuticule ainsi qu’une défoliation prématurée. Les feuilles sont
endommagées et ne peuvent plus faire la photosynthèse. Elles tombent et
privent alors les arbres des sucres nécessaires.
Pour toutes les espèces, il y a une diminution des mycorhizes (microorganismes vivant en symbiose avec les plantes) et la mort des fines racines. De
plus, les dépôts secs de NOX et de SO2 se combinent pour former de l'acide
sulfurique et de l'acide nitrique dans les racines principales. Les arbres peuvent
également être amenés à grandir plus rapidement que la normale. À la longue, il y
a un manque en minéraux nécessaires pour la croissance et l'arbre meurt.
Effets sur les êtres vivants
Les hommes
Les principaux effets des pluies acides sont les problèmes respiratoires
tels que l'asthme, la toux sèche et des irritations aux yeux, au nez et à la gorge.
Ils sont causés par la présence dans l'air de dioxyde de soufre et de dioxyde
d'azote.
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La présence de métaux toxiques dans les tissus des animaux dont l'être
humain se nourrit est la cause de plusieurs maladies : des dommages au cerveau
chez les jeunes, des problèmes de transmissions nerveuses et quelques fois, la
mort. Les pluies acides entraînent une bioaccumulation de métaux lourds
(mercure, cadmium) et une corrosion des canalisations en cuivre ou en plomb. En
général, les traitements de l'eau précipitent ces éléments mais sans ces
traitements, l’homme peut être atteint de saturnisme : intoxication aiguë qui se
produit au niveau hématologique, neurologique et rénal. Les plus exposés sont les
personnes âgées, les enfants et les asthmatiques. Le SO2 diminue la capacité
respiratoire et aggrave le nombre des infections des voies respiratoires. Le NOx
quant à lui attaque le système respiratoire provoquant des vertiges et des maux
de tête.
La faune aquatique
Les précipitations acides entraînent des morts dérivées par leur action sur
les milieux aquatiques, les végétaux ou dans la chaîne alimentaire. De plus, avec
un pH inférieur à 4,5, la vie dans les lacs et les rivières devient impossible pour
de nombreuses espèces.
Les poissons respirent mal car leurs branchies sont paralysées. L’aluminium
accumulé dans le milieu et l'acidité diminuent la capacité des poissons à capter
l'oxygène et les minéraux dont ils ont besoin pour vivre. Ils doivent maintenir un
équilibre délicat entre les sels et l’eau dans leur organisme. L’acidité les empêche
de garder cet équilibre, causant une réduction de la reproduction de l'espèce.
Lorsque le pH diminue et passe sous une valeur seuil de 5.6, on constate que la
reproduction est compromise et que la survie des œufs et alevins est précaire.
Si le pH passe au dessous de 5, alors les jeunes poissons et les adultes d'espèces
fragiles (truite, saumon) sont en danger.
Les crustacés et les mollusques ne parviennent plus à fabriquer leurs
carapaces et leurs coquilles respectivement car le calcium devient limitant. Les
amphibiens qui utilisent des étangs provisoires voient leurs habitats affectés par
les pluies ce qui conduit à une diminution de leur population. Enfin, les eaux sont
plus transparentes et laissent passer les UVB créant un stress supplémentaires
sur les espèces dulcicoles.
Dans certains lacs, des mousses blanches appelées Sphaignes parviennent
à survivre sur le fond ainsi que quelques espèces d’insectes et de plancton peu
sensibles.
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La faune terrestre
Les premiers menacés par les pluies acides sont les animaux dépendants du
milieu aquatique ou sylvestre pour l’habitat, la reproduction ou encore
l’alimentation. Par exemple, le coq de bruyère souffre des pluies acides car sa
nourriture essentielle, la myrtille, est très sensible aux pluies acides et plus
particulièrement lors de la fonte des neiges qui retiennent et concentrent les
polluants. La diminution des résineux en Alsace entraîne la disparition d'espèces
liées à ce type de boisement, et une baisse de 10 à 20% de la densité totale des
oiseaux.
Les invertébrés habitant dans le sol sont menacés par l’accumulation de
fluorure et de métaux. Ils ont un rôle dans la décomposition des détritus dans
les forêts. Il y a donc une accumulation de détritus et les éléments minéraux
nécessaires aux végétaux tardent à être disponibles. Ainsi les herbivores n’ont
pas suffisamment de nourriture et de la même façon, cela affecte les
mammifères et les oiseaux. Ils subissent aussi le manque de calcium qui leur est
nécessaire pour la croissance squelettique et pour la confection de leurs
coquilles.
Autres conséquences
L’architecture
Les précipitations acides accélèrent le processus d’érosion naturelle. Elles
dissolvent la pierre et sont responsables de la destruction des bâtiments et des
statues. Le calcaire et le marbre y sont particulièrement sensibles, ainsi que les
structures métalliques. Les matériaux les plus corrodables sont ceux qui forment
à leur surface des dépôts protecteurs dissous par une précipitation acide comme
le cuivre et le zinc.
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La dégradation d'un matériau de type carbonaté se résume en trois
phases: tout d’abord, il y a formation d’une croûte peu résistante à la surface du
matériau. Elle est riche en sulfate de calcium ce qui lui donne le nom de sulfin.
Ensuite, cette croûte se décolle : c’est la desquamation. Enfin, la pierre est
dégradée en profondeur puisqu’il se forme des cavités qui augmentent la surface
de contact et donc la vitesse de dégradation : c’est l’alvéolisation.
SOLUTIONS REDUISANT LES PLUIES ACIDES
Les solutions varient selon le type de sources considéré.
Actions sur les sources naturelles
Les remèdes contre les sources naturelles (volcans, décomposition
biologique) sont totalement inexistants.
Actions sur les sources fixes
On retrouve dans ce type de pollution l’industrie et le chauffage. Pour
lutter contre ces pollutions, des filtres sont posés dans les cheminées des usines
ou de nouveaux procédés sont utilisés. Ainsi, à Drax en Grande Bretagne, une
centrale thermique qui fonctionne au charbon a employé un procédé à base de
chaux et a réduit sa pollution en dioxyde de soufre de 90 %. En effet, la chaux
étant basique, elle neutralise l’acidité. Deux autres méthodes s’offrent aux yeux
des chercheurs :
Economiser les énergies
Le mode de vie des pays développés consomme beaucoup d’énergie.
Pourtant, il a été estimé que si nous utilisions l’énergie plus efficacement et si
nous prenions des mesures pour l’économiser nous polluerions moins.
Utiliser des sources d’énergie non polluantes
Le nucléaire, le pétrole, le charbon et le gaz naturel satisfont plus de 75 %
des besoins en énergie de la planète. Les réserves finiront par s’épuiser. Mais il
existe d’autres sources d’énergies inépuisables et/ou non polluantes :
L’eau pour les centrales hydrauliques.
Le vent pour les éoliennes.
Le soleil pour les panneaux solaires.
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Pourtant, toutes ces nouvelles sources d’énergie ne représentent que 25 %
de l’électricité mondiale. Heureusement, ces énergies sont en forte croissance.
De plus, certaines de ces nouveautés produisent de l’énergie à moindre frais : les
éoliennes par exemple.
Réduire les oxydes d’azote
Le dioxyde de souffre a été beaucoup étudié. A l’inverse, les oxydes
d’azote n’ont pas été analysés car ils sont très complexes. En 1986, des
négociations ont abouti à un accord sur la réduction des émissions d’oxydes
d’azote. Environ 50% des oxydes d’azotes présents dans l’air proviennent des
véhicules. Si l’on réduit les polluants des gaz d’échappements, la quantité
d’oxydes d’azote diminuera.
Actions sur les sources mobiles
Les émetteurs sont essentiellement tous les transports en particulier les
voitures. Un voyage sur deux ne dépasse pas 4 kms et un voyage sur quatre ne
dépasse pas 2 kms. Ainsi l’utilisation de moyens de transport non polluants ou la
réduction des émissions de gaz néfastes sont des solutions réalisables et qui
s’avèreraient efficaces.
Purifier les gaz d’échappement
Les rejets des voitures sont principalement des oxydes d’azote (NOx) mais
aussi d’autres polluants. Heureusement il existe l’essence sans plomb et le pot
catalytique. Cependant, l’essence sans plomb contient plus de bunsen et on se
trouve alors face à une dilemme : plomb ou bunsen. De plus, les pots catalytiques
coûtent assez cher et tous les automobilistes ne peuvent pas se payer un pot
d’échappement aussi sophistiqué.
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Utiliser des moyens de transports non polluants (ou moins)
Les transports en commun, la voiture à eau, la voiture électrique, la voiture
au GPL sont des moyens de transport qui préservent la planète. Pourquoi sont-ils
si peu utilisés ?
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Les transports en commun n’ont pas un réseau assez grand et
rendent l’utilisateur dépendant des horaires.
La voiture à eau prend trop de place.
La voiture électrique ne va pas assez vite.
La voiture au GPL peut exploser et il n’existe pas suffisamment de
stations pour le GPL.
Cependant, l’utilisation de ces moyens de transport, ainsi que les
déplacements à vélo ou à pied, particulièrement pour les cours voyages ne
nécessitant pas l’usage de la voiture, pourraient participer fortement à la
réduction des émissions de gaz à pluies acides.
COMMENT REAGIR FACE AUX PLUIES ACIDES ?.
Changer notre comportement
Baisser le chauffage d’ 1 ou 2 degrés, prendre un vêtement chaud lorsqu’il
fait froid au lieu de monter le chauffage ou conduire lentement. Ce sont là des
gestes que l’on fait rarement et pourtant ce serait un bon réflexe, utile, à avoir.
De plus, ce serait plus économique et tout aussi confortable.
L’éducation
Un autre remède très efficace serait de sensibiliser les jeunes à faire
attention à la pollution de l’air.
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BIBLIOGRAPHIE
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