Pluies acides

On appelle « pluies acides » les retombées sèches ou humides de substances acides et de leurs précurseurs sur la surface de la Terre. L'industrialisation de la société a mené à une augmentation des rejets de composés chimiques acides dans l'atmosphère.

Pluies acides
Des milliers de lacs de l'Est du Canada sont dépourvus de poissons, de mollusques et de grenouilles à cause des pluies acides (photo de Don E. McAllister).
Pluies acides, carte des zones touchées par
Acidité, niveau d
L'échelle de pH mesure le degré d'acidité (oeuvre de Michael Lee).

Pluies acides

On appelle « pluies acides » les retombées sèches ou humides de substances acides et de leurs précurseurs sur la surface de la Terre. L'industrialisation de la société a mené à une augmentation des rejets de composés chimiques acides dans l'atmosphère. Ces composés retombent sous forme de pluies acides et entraînent des effets néfastes sur les lacs, les forêts et la santé humaine.

Description

Les retombées humides sont la pluie, la neige, la grêle, la bruine et les autres formes de précipitation visibles. Les retombées sèches, invisibles pour la plupart, consistent en dépôt de grosses particules et en absorption de gaz et de petites particules à la surface de la Terre. Selon leur composition chimique, la pluie et les autres précipitations peuvent être acides ou alcalines. L'acidité est mesurée à l'aide de l'échelle de pH, une mesure logarithmique de la concentration des ions hydrogène (H+) dans la précipitation. Si le pH est inférieur à sept, la solution est acide, s'il est supérieur à sept, elle est alcaline et s'il est égal à sept, elle est neutre. Pour toute variation du pH d'une unité, la teneur en ions hydrogène change d'un facteur de 10. Un échantillon d'eau pure en équilibre avec le gaz carbonique atmosphérique a une valeur de 5,6, valeur souvent citée comme correspondant à une pluie « normale ». Un écart par rapport à cette valeur suggère que d'autres substances, naturelles ou anthropiques, sont présentes dans l'eau de pluie.

Actuellement, les relevés annuels du pH moyen des précipitations dans l'hémisphère Nord varient d'environ 4,0 à 7,0. Les faibles valeurs, correspondant à une acidité élevée, se remarquent principalement au-dessus, et immédiatement dans la direction du vent, des zones fortement industrialisées du nord-est de l'Amérique du Nord, de l'Europe et de l'Asie. Les valeurs plus élevées du pH surviennent dans des régions moins industrialisées où l'atmosphère contient de grandes quantités de poussières alcalines. Produit des émissions industrielles et urbaines de dioxyde de soufre (SO2), l'acide sulfurique (H2SO4) est la cause principale de la faiblesse du pH relevé dans les précipitations déposées dans les régions du nord-est de l'Amérique du Nord. L'acide nitrique (HNO3), dérivé des émissions d'oxydes d'azote (NOx), joue aussi un rôle important dans cette région. Au Canada, comme dans de nombreux autres pays, les émissions de NOx proviennent pour la plupart du secteur des transports. Les précurseurs des pluies acides (SO2 et NOx) peuvent être transportés sur des milliers de kilomètres dans l'atmosphère avant de redescendre vers la terre sous forme de retombées sèches ou humides.

Évolution des émissions

En 2011, les émissions annuelles de SO2 étaient de 1,85 million de tonnes au Canada alors qu'elles atteignaient 2,2 millions de tonnes en 2006. À titre de comparaison, les États-Unis ont émis 6,28 millions de tonnes de SO2 en 2011, une baisse par rapport à 12 millions de tonnes en 2006. Au Canada, les combustibles utilisés pour le chauffage et l'électricité, ainsi que les fonderies de métaux non ferreux, tels que le nickel et le cuivre, sont les sources les plus importantes d'émissions de SO2. Suivent de près les émissions produites par le secteur pétrolier et gazier.

Du côté des émissions de NOx, le Canada a produit 1,94 million de tonnes en 2011 alors qu'il en produisait 2,3 millions de tonnes en 2006. Les États-Unis ont produit environ la même quantité de NOx que le Canada en 2011 (1,94 million de tonnes), en baisse par rapport à 3,4 millions de tonnes en 2006. Au Canada, le NOx tire principalement sa source des véhicules de transport, y compris les automobiles, les trains, les avions et les bateaux, et de l'industrie pétrolière et gazière.

Effets des pluies acides

Quand elles se déposent sur la surface de la Terre, les pluies acides peuvent endommager les écosystèmes aquatiques et les bâtiments. Avec les polluants qui leur sont associés (SO2, NOx, particules de sulfate SO4 et ozone), les pluies acides peuvent également dégrader les forêts et les cultures et porter atteinte à la santé des êtres humains. L'étendue des dégâts dépend de la capacité réductive des surfaces concernées (p. ex. végétation, sols, roches, lac et ruisseaux). Dans des régions à faible capacité tampon, comme celle du Bouclier canadien les dépôts acides accroissent l'acidité des rivières et des lacs et accélèrent la lixiviation de l'aluminium dans le sol au fil des ans. C'est surtout dans les eaux de surface du sud-est du Canada, où il y a plus de pluies acides, qu'on observe ce phénomène. Cependant, les émissions de SO2 ont tellement augmenté dans l'ouest du Canada que les lacs vulnérables de cette région pourraient aussi être menacés.

La vie aquatique est tributaire d'une eau de surface au pH équilibré. Dès que le pH s'abaisse en deçà d'environ 5,5, la quantité de végétation, de zooplancton, d'amphibiens et de poissons diminue, tout comme leur diversité. La forme que prend l'aluminium livixié des sols pourrait également être toxique pour les organismes aquatiques. Lorsque le pH moyen d'un lac atteint 4,5, la plupart des populations de poissons disparaissent en raison de l'infécondité ou de la disparition des sources de nourriture adéquates. Des milliers de lacs dans l'est de l'Amérique du Nord et dans les pays scandinaves perdent ainsi leur cheptel à la suite de l'acidification de leurs eaux. Ailleurs, des centaines de milliers de poissons sont menacés. Les rivières sont aussi touchées, comme en témoigne le déclin marqué du saumon de l'Atlantique dans les Provinces maritimes et les pays scandinaves. Faute de nourriture, les oiseaux et autres prédateurs piscivores se raréfient.

La réduction des émissions de SO2 en Amérique du Nord porte à croire que les écosystèmes aquatiques pourraient se rétablir rapidement de l'acidification. Or, ce n'est pas le cas. Seuls les lacs situés près des fonderies où la réduction des émissions a été radicale répondent à cette attente. La plupart des lacs ne sont touchés que par les émissions à grande distance et, pour le moment, l'augmentation de leur pH est relativement modeste. Ce retard s'explique par plusieurs facteurs géochimiques liés au stockage ou à la libération des acides ou des bases des sols forestiers et terres humides entourant ces lacs. Le rétablissement biologique des lacs ne suit pas nécessairement leur rétablissement chimique. Il n'y a que dans des lacs de la région de Sudbury/Killarney, en Ontario, qu'on trouve une preuve manifeste de rétablissement biologique.

En ce qui concerne les forêts et l'agriculture, les effets des pluies acides et des polluants associés ne sont pas aussi bien documentés qu'ailleurs, mais restent potentiellement graves. Les pluies acides infligent des dommages aux feuilles, empêchent la germination, retardent le développement (particulièrement en début de vie), détériorent les racines en favorisant le lessivage de la matière humique et augmentent probablement la vulnérabilité des végétaux face aux insectes et aux maladies.

Enfin, les pluies acides engendrent de nombreux risques pour la santé publique. Du plomb, du cuivre et d'autres métaux présents dans les tuyauteries peuvent s'infiltrer dans l'eau et contaminer l'eau potable acidifiée. La concentration accrue des métaux lourds dans les poissons vivant dans les lacs et les rivières acidifiés peut présenter un risque pour les populations qui en consomment en grande quantité.

Méthodes de contrôle

Le recours au charbon et au pétrole à faible teneur en soufre, l'épuration des combustibles et des minerais, l'utilisation de technologies permettant de retirer le SO2 à la source de l'émission, comme la désulfuration des gaz de combustion, l'économie d'énergie et l'utilisation des énergies de remplacement sont autant de méthodes courantes permettant de limiter les pluies acides. En Amérique du Nord, les techniques servant à contrôler les précurseurs acides visent avant tout à ramener leur concentration dans le voisinage des sources à des valeurs limites permettant d'éviter des répercussions immédiates et à court terme sur la santé publique (voir Pollution de l'air). Certes, la mise en place de dispositifs antipollution et de cheminées plus hautes se révèle efficace dans l'amélioration de la qualité de l'air dans les villes nord-américaines. Mais ces cheminées plus hautes ont aussi pour effet de disperser les émissions de SO2 et de NOx sur de vastes régions au point que les normes d'émission censées protéger la santé humaine à court terme s'avèrent insuffisantes pour protéger les régions touchées et assurer la santé publique à long terme.

Les émissions de SO2 diminuent, tant au Canada qu'aux États-Unis, depuis le début des années 1970 grâce à l'utilisation accrue de dispositifs antipollution, à l’emploi de combustibles à faible teneur en soufre et à la mise en service de centrales nucléaires. Cette diminution a entraîné une réduction des pluies acides et permis le rétablissement chimique de certains lacs dans l'est du Canada, illustrant ainsi les vertus potentielles de nouvelles initiatives en matière de contrôle. En l'absence de nouvelles limites et avec l'apparition de nouvelles sources de SO2 (p. ex. dans l'ouest du Canada), les effets cumulatifs d'acidification des environnements régionaux demeureront très préoccupants. De plus, la réduction des émissions de NOx en Amérique du Nord est pour le moment minime.

Mise en place d'objectifs de contrôle

En 1983, le Canada se fixe, comme première mesure visant à contrôler les effets des pluies acides sur les eaux de surface, l'objectif de 20 kilogrammes de dépôts humides de sulfate par hectare par année. On estime que la réduction du taux de dépôt actuel à ce niveau, réalisable dans toute l'Amérique du Nord en réduisant les émissions SO2 d'environ 50 %, permettrait de protéger les écosystèmes lacustres modérément fragiles (voir Lac). En 1987, les provinces de l'est du Canada et le gouvernement fédéral ont conclu plusieurs ententes fédérales-provinciales visant à réduire les émissions de 50 % à l'horizon de 1994. Depuis 1990, le Canada utilise une norme d'évaluation plus précise, la « charge critique », qui désigne la quantité maximale de polluants qu'un écosystème peut tolérer sans subir d'effets négatifs. Pour les lacs situés dans le Bouclier canadien, la charge critique est presque toujours inférieure à celle de l'objectif de 1983, et elle varie géographiquement en fonction de la vulnérabilité du milieu à l'acidification.

Près de la moitié des dépôts de sulfate dans l'est du Canada viennent des émissions de SO2 aux États-Unis. C'est dire que, sans contrôle de la part de l'industrie américaine, le Canada ne peut pas atteindre son objectif. Après des années de pression de la part du Canada, l'administration américaine adopte finalement, en novembre 1990, une nouvelle Clean Air Act (loi sur la lutte contre la pollution atmosphérique) visant à réduire de 50 % les émissions de SO2 avant 2000. L'année suivante, les deux nations signent l'Accord Canada-États-Unis sur la qualité de l'air, qui précise les normes de réduction des émissions de S02 et de N0x. En 1998, les ministres de l'Énergie et de l'Environnement du gouvernement fédéral, des provinces et des territoires s'entendent sur La Stratégie pancanadienne sur les émissions acidifiantes après l'an 2000, dont le but à long terme est de réduire les pluies acides pour atteindre la norme de la charge critique. Il en découle donc la nécessité de réduire les émissions de SO2 beaucoup plus que les lois actuelles le prescrivent si on veut promouvoir un rétablissement chimique à grande échelle et le rétablissement biologique qui devrait suivre.

En 1985, dans le cadre d'un accord international élaboré par la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe (CEE), le Canada et les autres pays signataires du Protocole d'Helsinki s'engagent à réduire leurs émissions de composés sulfurés (ou la pollution atmosphérique transfrontalière) à l'horizon de 1993. En 1994, le Canada signe le Protocole d'Oslo qui impose un plafond de 1,75 million de tonnes aux émissions de soufre dans les régions géographiques du Canada et des États-Unis qui contribuent à l'acidification. Cette région comprend entre autres l'Ontario, le Nouveau-Brunswick, la Nouvelle-Écosse et l'Île-du-Prince-Édouard. Les pluies acides ne sont qu'une des manifestations des effets croissants des substances chimiques générées par l'humain sur la planète. L'industrialisation galopante entraîne d'autres effets anthropiques tels que la brume sèche Arctique, le changement climatique et l'amincissement de la couche d'ozone (voir Appauvrissement de l'ozone). Ces changements qui ont lieu dans l'environnement régional et l'environnement mondial et leurs effets socio-économiques attirent de plus en plus l'attention internationale.

Voir aussi Sudbury, Grand.


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