Pluies acides : Causes, effets et solutions à l’augmentation du pH
Les pluies acides désignent un mélange de matières déposées, tant humides que sèches, provenant de l’atmosphère et contenant des quantités d’acides nitrique et sulfurique supérieures à la normale. En d’autres termes, il s’agit d’une pluie de nature acide due à la présence dans l’air de certains polluants provenant des voitures et des processus industriels.
L’acidité se définit facilement comme la pluie, le brouillard, le grésil ou la neige qui ont été rendus acides par les polluants présents dans l’air à la suite de la combustion de combustibles fossiles et industriels qui émettent principalement des oxydes d’azote (NOx) et du dioxyde de soufre (SO2). L’acidité est déterminée sur la base du niveau de pH des gouttelettes d’eau en lui attribuant un nombre entre 0 et 14, où 0 représente une acidité extrême et 14 une basicité superlative (le contraire de l’acidité).
D’après l’EPA,
« Les pluies acides, ou dépôts acides, sont un terme général qui englobe toutes les formes de précipitations contenant des composants acides, tels que l’acide sulfurique ou nitrique, qui tombent sur le sol depuis l’atmosphère sous forme humide ou sèche. Il peut s’agir de pluie, de neige, de brouillard, de grêle ou même de poussière acide ».
Dire que les sulfates ne causent pas les pluies acides revient à dire que fumer ne cause pas le cancer du poumon.
~ Andrew L. Lewis, Jr.
L’eau de pluie normale est légèrement acide, avec un pH compris entre 5,3 et 6,0, car le dioxyde de carbone et l’eau présents dans l’air réagissent ensemble pour former de l’acide carbonique, qui est un acide faible. Lorsque le pH de l’eau de pluie tombe en dessous de cette fourchette, elle devient une pluie acide.
Lorsque ces gaz réagissent avec les molécules d’eau et l’oxygène, parmi d’autres substances chimiques présentes dans l’atmosphère, des composés chimiques légèrement acides tels que l’acide sulfurique et l’acide nitrique se forment, ce qui donne lieu à des pluies acides. Les pluies acides entraînent généralement l’altération des bâtiments, la corrosion des métaux et l’écaillage des peintures sur les surfaces.
Les volcans en éruption contiennent des substances chimiques qui peuvent provoquer des pluies acides. En outre, la combustion de combustibles fossiles, l’exploitation d’usines et d’automobiles dans le cadre d’activités humaines sont autant d’autres raisons à l’origine de cette activité.
Actuellement, de grandes quantités de dépôts acides sont observées dans le sud-est du Canada, le nord-est des États-Unis et la majeure partie de l’Europe, y compris certaines parties de la Suède, de la Norvège et de l’Allemagne. En outre, des dépôts acides sont observés dans certaines parties de l’Asie du Sud, en Afrique du Sud, au Sri Lanka et dans le sud de l’Inde.
Formes de pluies acides
Les dépôts acides se présentent sous deux formes : humide et sèche. Ces deux formes sont examinées ci-dessous :
1. Dépôts humides
Lorsque le vent souffle les produits chimiques acides présents dans l’air vers les régions où le temps est humide, les acides tombent sur le sol sous forme de pluie, de grésil, de brouillard, de neige ou de brume. Le dépôt par voie humide est un processus qui élimine les acides de l’atmosphère et les dépose à la surface de la terre.
Lorsque cet acide s’écoule dans le sol, il affecte un grand nombre de plantes, d’animaux et d’organismes aquatiques. L’eau de drainage s’écoule dans les rivières et les canaux qui se mélangent alors à l’eau de mer, affectant ainsi les habitats marins.
2. Dépôts secs
Si le vent souffle les produits chimiques acides dans l’air vers les zones où le temps est sec, les polluants acides se transforment en poussière ou en fumée et tombent sur le sol sous forme de particules sèches.
Ils adhèrent au sol et à d’autres surfaces telles que les voitures, les maisons, les arbres et les bâtiments. Près de 50 % des polluants acides présents dans l’atmosphère retombent par dépôt sec. Ces polluants acides peuvent être emportés de la surface de la terre par les tempêtes de pluie.
Ce phénomène a été découvert dans les années 1800, au cours de la révolution industrielle. Un chimiste écossais, Robert Angus Smith, a été le premier à découvrir ce phénomène en 1852 en établissant une relation entre les pluies acides et la pollution atmosphérique à Manchester, en Angleterre.
Mais c’est surtout dans les années 1960 qu’il a attiré l’attention du public. Le terme a été inventé en 1972 lorsque le NY Times a publié des rapports sur les effets du changement climatique qui ont commencé à se manifester en raison de l’apparition de pluies acides dans la forêt expérimentale de Hubbard Brook, dans le New Hampshire.
Causes des pluies acides
On sait que des sources naturelles et artificielles jouent un rôle dans la formation des pluies acides. Mais elles sont principalement causées par la combustion de combustibles fossiles qui entraîne des émissions de dioxyde de soufre (SO2) et d’oxydes d’azote (NOx).
1. Sources naturelles
Les émissions volcaniques sont la principale cause naturelle des pluies acides. Les volcans émettent des gaz producteurs d’acide qui créent des quantités supérieures à la normale de pluies acides ou de toute autre forme de précipitations telles que le brouillard et la neige, au point d’affecter la couverture végétale et la santé des habitants des environs.
La décomposition de la végétation, les incendies de forêt et les processus biologiques dans l’environnement génèrent également des gaz à l’origine des pluies acides. Le sulfure de diméthyle est un exemple typique d’un contributeur biologique majeur d’éléments contenant du soufre dans l’atmosphère. Les éclairages produisent aussi naturellement des oxydes nitriques qui réagissent avec les molécules d’eau par le biais de l’activité électrique pour produire de l’acide nitrique, formant ainsi des pluies acides.
2. Sources anthropiques
Les activités humaines entraînant des émissions de gaz chimiques tels que le soufre et l’azote sont les principaux responsables des pluies acides. Ces activités comprennent les sources de pollution atmosphérique émettant des gaz sulfureux et azotés, telles que les usines, les installations de production d’électricité et les automobiles.
En particulier, l’utilisation du charbon pour la production d’électricité est le principal responsable des émissions de gaz à l’origine des pluies acides. Les automobiles et les usines rejettent également quotidiennement de grandes quantités d’émissions gazeuses dans l’air, en particulier dans les zones fortement industrialisées et les régions urbaines où le trafic automobile est important.
Ces gaz réagissent dans l’atmosphère avec l’eau, l’oxygène et d’autres produits chimiques pour former divers composés acides tels que l’acide sulfurique, le nitrate d’ammonium et l’acide nitrique. Par conséquent, ces régions connaissent des quantités excessivement élevées de pluies acides.
Les vents existants soufflent ces composés acides sur de vastes zones au-delà des frontières et ils retombent sur le sol sous forme de pluies acides ou d’autres formes de précipitations. Lorsqu’ils atteignent la terre, ils s’écoulent à la surface, sont absorbés par le sol, pénètrent dans les lacs et les rivières et se mélangent finalement à l’eau de mer.
Les gaz, à savoir le dioxyde de soufre (SO2) et les oxydes d’azote (NOx), proviennent principalement de la production d’électricité par la combustion du charbon et sont responsables des pluies acides.
Effets des pluies acides
Les pluies acides ont des effets importants sur l’environnement mondial et la santé publique.
1. Effets sur l’environnement aquatique
Les pluies acides tombent directement sur les masses d’eau ou s’écoulent des forêts, des routes et des champs vers les ruisseaux, les rivières et les lacs. Au fil du temps, les acides s’accumulent dans l’eau et abaissent le pH global de la masse d’eau.
Les plantes et les animaux aquatiques ont besoin d’un pH particulier d’environ 4,8 pour survivre. Si le niveau de pH tombe en dessous de ce seuil, les conditions deviennent hostiles à la survie de la vie aquatique.
La tendance des pluies acides à modifier le pH et les concentrations d’aluminium affecte grandement les niveaux de concentration du pH dans les eaux de surface, affectant ainsi les poissons ainsi que d’autres formes de vie aquatique. À des niveaux de pH inférieurs à 5, la plupart des œufs de poisson ne peuvent pas éclore. Les pH inférieurs peuvent également tuer les poissons adultes.
Le ruissellement des pluies acides des bassins versants vers les rivières et les lacs a également réduit la biodiversité, car les rivières et les lacs deviennent plus acides. Les espèces de poissons, de plantes et d’insectes présentes dans certains lacs, rivières et ruisseaux ont été réduites, voire complètement éliminées, en raison de l’excès de pluies acides qui se déversent dans les eaux.
2. Effets sur les forêts
Les pluies acides rendent les arbres vulnérables aux maladies, aux conditions météorologiques extrêmes et aux insectes en détruisant leurs feuilles, en endommageant leur écorce et en arrêtant leur croissance. Les dommages causés aux forêts par les pluies acides sont les plus évidents en Europe de l’Est, notamment en Allemagne, en Pologne et en Suisse.
3. Effets sur le sol
Les pluies acides ont un impact important sur la chimie et la biologie du sol. Cela signifie que les microbes et l’activité biologique du sol, ainsi que les compositions chimiques du sol telles que le pH, sont endommagés ou inversés en raison des effets des pluies acides.
Le sol doit maintenir un niveau de pH optimal pour assurer la continuité de l’activité biologique. Lorsque les pluies acides s’infiltrent dans le sol, le pH augmente, ce qui endommage ou inverse les activités biologiques et chimiques du sol. Les micro-organismes sensibles du sol qui ne peuvent pas s’adapter aux changements de pH sont alors tués.
Une forte acidité du sol dénature également les enzymes des microbes du sol. De même, les ions hydrogène des pluies acides lessivent les minéraux et les nutriments vitaux tels que le calcium et le magnésium.
4. Couverture végétale et plantations
Les effets néfastes des pluies acides sur les sols et les niveaux élevés de dépôts secs ont sans cesse endommagé les forêts et la couverture végétale de haute altitude, car elles sont généralement entourées de brouillards et de nuages acides. En outre, les effets généralisés des pluies acides sur l’harmonie écologique ont entraîné le ralentissement de la croissance, voire la mort, de certaines forêts et de la couverture végétale.
5. Effets sur l’architecture et les bâtiments
Les pluies acides sur les bâtiments, en particulier ceux construits en pierre calcaire, réagissent avec les minéraux et les corrodent. Le bâtiment est alors affaibli et susceptible de se dégrader. Les bâtiments modernes, les voitures, les avions, les ponts en acier et les tuyaux sont tous affectés par les pluies acides. Des dommages irremplaçables peuvent être causés aux bâtiments anciens du patrimoine.
6. Effets sur la santé publique
Lorsqu’ils sont présents dans l’atmosphère, les gaz de dioxyde de soufre et d’oxyde d’azote, ainsi que leurs dérivés particulaires tels que les sulfates et les nitrates, réduisent la visibilité et peuvent provoquer des accidents, entraînant des blessures et des décès. La santé humaine n’est pas directement affectée par les pluies acides car l’eau de pluie acide est trop diluée pour causer de graves problèmes de santé.
Cependant, les dépôts secs, également connus sous le nom de particules gazeuses dans l’air, qui dans ce cas sont des oxydes d’azote et du dioxyde de soufre, peuvent causer de graves problèmes de santé lorsqu’ils sont inhalés. Des niveaux élevés de dépôts acides sous forme sèche dans l’air peuvent provoquer des problèmes pulmonaires et cardiaques tels que la bronchite et l’asthme.
7. Autres effets
Les pluies acides entraînent l’altération des bâtiments, la corrosion des métaux et l’écaillage des peintures sur les surfaces. Les bâtiments et les structures en marbre et en pierre calcaire sont particulièrement endommagés par les pluies acides en raison de la réactivité des acides présents dans les pluies et des composés de calcium présents dans les structures.
Les effets sont généralement observés sur les statues, les vieilles pierres tombales, les monuments historiques et les bâtiments endommagés. Les pluies acides corrodent également les métaux tels que l’acier, le bronze, le cuivre et le fer.
Solutions aux pluies acides
1. Nettoyer les tuyaux d’échappement et les cheminées
La majeure partie de l’énergie électrique nécessaire aux besoins énergétiques modernes provient de la combustion de combustibles fossiles tels que le pétrole, le gaz naturel et le charbon, qui génèrent des oxydes d’azote (NOx) et du dioxyde de soufre (SO2), principaux responsables des pluies acides. La combustion du charbon est en grande partie responsable des émissions de SO2, tandis que les émissions de NOx proviennent principalement de la combustion de combustibles fossiles.
Le lavage du charbon, l’utilisation de charbon à faible teneur en soufre et l’utilisation de dispositifs appelés « laveurs » peuvent apporter une solution technique aux émissions de SO2. « Le lavage, également appelé désulfuration des gaz de combustion (DGC), consiste généralement à éliminer chimiquement le SO2 des gaz qui s’échappent des cheminées.
Il peut éliminer jusqu’à 95 % des gaz de SO2. Les installations de production d’électricité peuvent également utiliser des combustibles qui émettent beaucoup moins de SO2, comme le gaz naturel, au lieu de brûler du charbon. Ces méthodes sont simplement appelées stratégies de réduction des émissions.
De même, les émissions de NOx provenant de la combustion de combustibles fossiles dans les automobiles sont atténuées par l’utilisation de convertisseurs catalytiques. Les convertisseurs catalytiques sont fixés sur le système d’échappement pour réduire les émissions de NOx. L’amélioration de l’essence, qui brûle plus proprement, est également une stratégie de réduction des émissions de gaz NOx.
2. Restauration des environnements endommagés
L’utilisation de calcaire ou de chaux, un processus appelé chaulage, est une pratique que les gens peuvent mettre en œuvre pour réparer les dommages causés par les pluies acides aux lacs, aux rivières et aux ruisseaux. L’ajout de chaux dans les eaux de surface acides équilibre l’acidité. C’est un procédé qui a été largement utilisé, par exemple en Suède, pour maintenir le pH de l’eau à un niveau optimal.
Cependant, le chaulage est une méthode coûteuse qui doit être répétée plusieurs fois. En outre, elle n’offre qu’une solution à court terme, au détriment des problèmes plus vastes que sont les émissions de SO2 et de NOx et les risques pour la santé humaine. Néanmoins, il contribue à restaurer et à permettre la survie des formes de vie aquatique en améliorant les eaux de surface chroniquement acidifiées.
3. Sources d’énergie alternatives
Outre les combustibles fossiles, il existe un large éventail de sources d’énergie alternatives capables de produire de l’électricité. Il s’agit notamment de l’énergie éolienne, de l’énergie géothermique, de l’énergie solaire, de l’énergie hydraulique et de l’énergie nucléaire.
L’exploitation de ces sources d’énergie peut constituer une alternative efficace à l’utilisation des combustibles fossiles. Les piles à combustible, le gaz naturel et les batteries peuvent également remplacer les combustibles fossiles en tant que sources d’énergie plus propres. À l’heure actuelle, toutes les sources d’énergie ont des coûts environnementaux et économiques, ainsi que des avantages. La seule solution consiste à utiliser des énergies durables qui peuvent protéger l’avenir.
4. Actions individuelles, nationales/étatiques et internationales
Des millions de personnes contribuent, directement et indirectement, aux émissions de SO2 et de NOx. Pour atténuer ce problème, les individus doivent être mieux informés sur les économies d’énergie et les moyens de réduire les émissions, notamment en éteignant les lumières ou les appareils électriques lorsqu’ils ne sont pas utilisés, en utilisant les transports publics, en utilisant des appareils électriques à haut rendement énergétique et en utilisant des véhicules hybrides ou des véhicules à faibles émissions de NOx.