Processus impliqués dans les dépôts acides. Notez que parmi les polluants atmosphériques présentés, seuls le dioxyde de soufre (SO2) et les oxydes d’azote (NOx) jouent un rôle important dans les pluies acides.

Le terme pluies acides est couramment utilisé pour désigner le dépôt de composants acides dans la pluie, la neige, le brouillard, la rosée ou les particules sèches. Le terme plus exact est celui de précipitations acides. Une pluie « propre » ou non polluée est légèrement acide, car le dioxyde de carbone et l’eau présents dans l’air réagissent ensemble pour former de l’acide carbonique, un acide faible. La pluie acquiert une acidité supplémentaire par la réaction des polluants atmosphériques (principalement les oxydes de soufre et d’azote) avec l’eau présente dans l’air, pour former des acides forts (comme l’acide sulfurique et l’acide nitrique). Les principales sources de ces polluants sont les émissions des véhicules, des installations industrielles et des centrales électriques.

Il a été démontré que les pluies acides ont des effets néfastes sur les forêts, l’eau douce et les sols, tuant les insectes et les formes de vie aquatiques. Elles endommagent également les bâtiments et les statues, et peuvent nuire à la santé humaine. Ces problèmes, qui ont augmenté avec la croissance démographique et industrielle, sont abordés par l’utilisation d’équipements de contrôle de la pollution qui réduisent l’émission d’oxydes de soufre et d’azote.

Histoire

Les pluies acides ont été observées pour la première fois par Robert Angus Smith à Manchester, en Angleterre. En 1852, il a signalé la relation entre les pluies acides et la pollution atmosphérique. Ce n’est toutefois qu’à la fin des années 1960 que les scientifiques ont commencé à observer et à étudier largement le phénomène. Le Canadien Harold Harvey a été parmi les premiers à faire des recherches sur un lac « mort ». Aux États-Unis, la sensibilisation du public au problème s’est accrue dans les années 1990, après que le New York Times a promulgué des rapports de la forêt expérimentale de Hubbard Brook, dans le New Hampshire, sur la myriade d’effets environnementaux délétères résultant des pluies acides.

Depuis la révolution industrielle, les émissions d’oxydes de soufre et d’azote dans l’atmosphère ont augmenté. Les installations industrielles et de production d’énergie qui brûlent des combustibles fossiles, principalement du charbon, sont les principales sources d’augmentation des oxydes de soufre.

Émissions de substances chimiques conduisant à l’acidification

Le gaz le plus important qui conduit à l’acidification des eaux de pluie est le dioxyde de soufre (SO2). En outre, les émissions d’oxydes d’azote, qui sont oxydés pour former de l’acide nitrique, ont une importance croissante en raison des contrôles plus stricts des émissions de composés contenant du soufre. On estime qu’environ 70 Tg(S) par an sous forme de SO2 proviennent de la combustion de combustibles fossiles et de l’industrie, 2,8 Tg(S) par an proviennent des incendies de forêt, et 7-8 Tg(S) par an proviennent des volcans.

Activité humaine

La centrale électrique Gavin au charbon à Cheshire, Ohio.

Les composés soufrés et azotés sont les principales causes des pluies acides. Beaucoup d’entre eux sont générés par l’activité humaine, comme la production d’électricité, les usines et les véhicules à moteur. Les centrales électriques au charbon sont parmi les plus polluantes. Les gaz peuvent être transportés sur des centaines de kilomètres dans l’atmosphère avant d’être transformés en acides et de se déposer.

Les usines avaient autrefois de courtes cheminées pour rejeter la fumée, mais parce qu’elles polluaient l’air des localités voisines, les usines ont maintenant de hautes cheminées. Le problème de cette « solution » est que ces polluants sont transportés très loin, libérant des gaz dans la circulation atmosphérique régionale et contribuant à la propagation des pluies acides. Les dépôts se produisent souvent à des distances considérables sous le vent des émissions, les régions montagneuses ayant tendance à en recevoir le plus (en raison de leurs précipitations plus importantes). Un exemple de cet effet est le faible pH de la pluie (par rapport aux émissions locales) qui tombe en Scandinavie.

Chimie dans les gouttelettes des nuages

Lorsque des nuages sont présents, le taux de perte de SO2 est plus rapide que ce qui peut être expliqué par la seule chimie en phase gazeuse. Ceci est dû à des réactions dans les gouttelettes d’eau liquide.

Hydrolyse

Le dioxyde de soufre se dissout dans l’eau puis, comme le dioxyde de carbone, s’hydrolyse dans une série de réactions d’équilibre :

SO2 (g) + H2O ⇌ SO2-H2O SO2-H2O ⇌ H++HSO3- HSO3- ⇌ H++SO32- Oxydation

De nombreuses réactions aqueuses oxydent le soufre de S(IV) en S(VI), conduisant à la formation d’acide sulfurique. Les réactions d’oxydation les plus importantes ont lieu avec l’ozone, le peroxyde d’hydrogène et l’oxygène. (Les réactions avec l’oxygène sont catalysées par le fer et le manganèse présents dans les gouttelettes des nuages).

Dépôt d’acides

Dépôt humide

Le dépôt humide d’acides se produit lorsque toute forme de précipitation (pluie, neige, et ainsi de suite) retire des acides de l’atmosphère et les livre à la surface de la Terre. Cela peut résulter du dépôt d’acides produits dans les gouttes de pluie (voir la chimie en phase aqueuse ci-dessus) ou de l’élimination des acides par les précipitations dans les nuages ou sous les nuages. L’élimination humide des gaz et des aérosols est à la fois importante pour le dépôt humide.

Dépôt sec

Le dépôt d’acides se produit également par dépôt sec en l’absence de précipitations. Ce phénomène peut être à l’origine de 20 à 60 % des dépôts acides totaux. Cela se produit lorsque les particules et les gaz adhèrent au sol, aux plantes ou à d’autres surfaces.

Effets indésirables

Graphique montrant les différents niveaux d’acidité de l’eau tolérés par une variété d’espèces.

Eaux de surface et animaux aquatiques

La baisse du pH et l’augmentation des concentrations d’aluminium dans les eaux de surface qui se produisent en raison des pluies acides peuvent toutes deux causer des dommages aux poissons et aux autres animaux aquatiques. À des niveaux de pH inférieurs à 5, la plupart des œufs de poisson n’éclosent pas, et les niveaux de pH inférieurs peuvent tuer les poissons adultes. À mesure que les lacs s’acidifient, la biodiversité diminue. La mesure dans laquelle les causes anthropiques de l’acidité des lacs ont provoqué la mort des poissons a fait l’objet de débats – par exemple, Edward Krug a déterminé que les pluies acides étaient une nuisance environnementale, et non une acatastrophe, et même que les pluies acides pouvaient ne pas être la cause de l’acidité des lacs.

Sols

La biologie des sols peut être sérieusement endommagée par les pluies acides. Certains microbes tropicaux peuvent consommer rapidement les acides, mais d’autres microbes sont incapables de tolérer des niveaux de pH bas et sont tués. Les enzymes de ces microbes sont dénaturés (changement de forme pour qu’ils ne fonctionnent plus) par l’acide.Les pluies acides éliminent également les minéraux et les nutriments du sol dont les arbres ont besoin pour pousser.

Forêts et autre végétation

Effet des pluies acides sur une zone forestière des montagnes de Jizera, en République tchèque.

Les pluies acides peuvent ralentir la croissance des forêts, provoquer le brunissement des feuilles et des aiguilles, puis leur chute et leur mort. Dans les cas extrêmes, des arbres ou des hectares entiers de forêt peuvent mourir. La mort des arbres n’est généralement pas une conséquence directe des pluies acides, mais elle les affaiblit souvent et les rend plus sensibles à d’autres menaces. Les dommages causés aux sols (mentionnés ci-dessus) peuvent également poser des problèmes. Les forêts de haute altitude sont particulièrement vulnérables car elles sont souvent entourées de nuages et de brouillard qui sont plus acides que la pluie.

D’autres plantes peuvent également être endommagées par les pluies acides mais l’effet sur les cultures vivrières est minimisé par l’application d’engrais pour remplacer les nutriments perdus. Dans les zones cultivées, on peut également ajouter du calcaire pour augmenter la capacité du sol à maintenir le pH stable, mais cette tactique est largement inutilisable dans le cas des terres sauvages. Les pluies acides épuisent les minéraux du sol, puis elles retardent la croissance de la plante.

Santé humaine

Certains scientifiques ont suggéré des liens directs avec la santé humaine, mais aucun n’a été prouvé. Cependant, il a été démontré que les particules fines, dont une grande fraction est formée des mêmes gaz que les pluies acides (dioxyde de soufre et dioxyde d’azote), causent des problèmes de fonction cardiaque et pulmonaire.

Autres effets indésirables

Les statues sont endommagées par les pluies acides.

Les pluies acides peuvent également endommager certains matériaux de construction et monuments historiques. En effet, l’acide sulfurique contenu dans la pluie réagit chimiquement avec les composés calciques des pierres (calcaire, grès, marbre et granit) pour créer du gypse, qui s’écaille ensuite. Ce phénomène est également fréquent sur les vieilles pierres tombales, où les pluies acides peuvent rendre l’inscription complètement illisible. Les pluies acides provoquent également une augmentation du taux d’oxydation du fer, causant des dommages aux structures métalliques et aux monuments.

Méthodes de prévention

Solutions technologiques

Aux États-Unis et dans divers autres pays, de nombreuses centrales électriques au charbon utilisent la désulfuration des gaz de combustion (DGC) pour éliminer les gaz contenant du soufre de leurs gaz de cheminée. Un exemple de désulfuration des gaz de combustion est l’épurateur humide, qui est essentiellement une tour de réaction équipée d’un ventilateur qui fait passer les gaz chauds de la cheminée à travers la tour. De la chaux ou du calcaire sous forme de boue est également injecté dans la tour pour se mélanger aux gaz de cheminée et se combiner avec le dioxyde de soufre présent. Le carbonate de calcium du calcaire produit du sulfate de calcium au pH neutre qui est physiquement éliminé de l’épurateur. En d’autres termes, l’épurateur transforme la pollution sulfureuse en sulfates industriels.

Dans certaines régions, les sulfates sont vendus à des entreprises chimiques sous forme de gypse lorsque la pureté du sulfate de calcium est élevée. Dans d’autres, ils sont placés dans des décharges. Cependant, les effets des pluies acides peuvent durer pendant des générations, car les effets du changement du niveau de pH peuvent stimuler la lixiviation continue de produits chimiques indésirables dans des sources d’eau autrement vierges, tuant les espèces vulnérables d’insectes et de poissons et bloquant les efforts pour restaurer la vie indigène.

Traités internationaux

Un certain nombre de traités internationaux ont été signés concernant le transport à longue distance des polluants atmosphériques. Un exemple est le Protocole de réduction des émissions de soufre dans le cadre de la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontalière à longue distance.

Échange de droits d’émission

Un schéma réglementaire plus récent implique l’échange de droits d’émission. Dans ce système, chaque installation polluante actuelle se voit attribuer un permis d’émission qui devient une partie des biens d’équipement. Les exploitants peuvent alors installer des équipements de contrôle de la pollution et vendre une partie de leur permis d’émission. L’intention ici est de donner aux opérateurs des incitations économiques à installer des contrôles de pollution.

Voir aussi

• Génie de l’environnement
• Dioxyde d’azote
• Dioxyde de soufre

Notes

• McCormick, John. Acid Earth : La menace mondiale de la pollution acide. Londres, Royaume-Uni : Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
• Morgan, Sally, et Jenny Vaughan. Acid Rain (Earth SOS). Londres, Royaume-Uni : Franklin Watts Ltd, 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J Our Environment – Acid Rain (Our Environment). Farmington Hills, MI : KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 0737726288
• Singh, Hanwant B. (ed.). Composition, chimie et climat de l’atmosphère. Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Tous les liens récupérés le 3 novembre 2019.

• Rapport du programme national d’évaluation des précipitations acides – un rapport de 98 pages au Congrès.
• Les pluies acides pour les écoles.
• Agence de protection de l’environnement des États-Unis – Pluies acides
• Service géologique des États-Unis – Qu’est-ce que les pluies acides ?