Ce que sont les pluies acides et les moyens de réparer les dommages qu’elles causent

Les pluies acides peuvent avoir de graves répercussions sur l’environnement — notamment sur les milieux aquatiques et les sols. Bien que des mesures aient été prises pour nettoyer bon nombre des émissions qui en sont la cause, les dommages ont déjà été causés à de nombreux milieux naturels dans le monde.

Cependant, il y a de la lumière au bout du tunnel. Il s’avère qu’il existe certaines méthodes qui peuvent être employées pour aider à réduire et à inverser les effets des pluies acides sur le monde naturel.

Qu’est-ce que les pluies acides et qu’est-ce qui les provoque ?

Comme vous vous en souvenez peut-être depuis vos années de lycée, les pluies acides se forment lorsque du dioxyde de soufre (SO2) et des oxydes d’azote (NOX) sont émis dans l’atmosphère et
transportés par le vent et les courants atmosphériques. Ces polluants réagissent avec les molécules d’eau dans l’atmosphère, ainsi qu’avec l’oxygène et d’autres produits chimiques pour former des acides sulfurique et nitrique.

Ces acides se mélangent ensuite avec davantage d’eau et d’autres matériaux dans l’atmosphère, avant de tomber sur le sol sous forme de pluies acides.

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Le phénomène a été identifié pour la première fois dans les années 1800, au plus fort de la révolution industrielle. Robert Angus Smith, un chimiste écossais travaillant à Manchester, en Angleterre, a fait le lien entre les pluies acides et les polluants atmosphériques.

Une petite quantité de dioxyde sulfurique et d’oxydes nitreux sont des composants naturels de l’environnement et proviennent de sources comme les volcans, les décharges électriques de la foudre, etc. Cependant, les quantités beaucoup plus importantes de pluies acides que l’on trouve aujourd’hui proviennent des activités industrielles humaines — plus particulièrement de la combustion de combustibles fossiles.

À l’heure actuelle, les sources les plus courantes de ces oxydes sont :

• La combustion de combustibles fossiles pour produire de l’électricité. Les deux tiers du SO2 et un quart des NOX présents dans l’atmosphère proviennent des générateurs électriques.
• Les gaz d’échappement des véhicules et des équipements lourds.
• L’industrie manufacturière, les raffineries de pétrole et d’autres industries.

Un problème majeur de ces polluants est qu’ils peuvent être transportés sur de très longues distances avant de former des pluies acides. Cela signifie que les pays peuvent subir les conséquences des activités industrielles dans des endroits très éloignés, et pas seulement localement.

Quelles sont les différentes formes de pluies acides ?

Les pluies acides peuvent se former, ou être déposées, de deux manières différentes :

• Dépôt humide
• Dépôt sec

Le dépôt humide est ce que nous appelons le plus souvent les pluies acides. Il s’agit des acides sulfuriques et nitriques formés dans l’atmosphère qui tombent sur le sol, transportés par la pluie, la neige, le brouillard ou la grêle.

Les dépôts secs, en revanche, consistent en des dépôts provenant de l’atmosphère en l’absence d’humidité.

« Les particules et les gaz acides peuvent se déposer sur des surfaces (plans d’eau, végétation, bâtiments) rapidement ou réagir pendant le transport atmosphérique pour former des particules plus grosses qui peuvent être nocives pour la santé humaine. Lorsque les acides accumulés sont emportés d’une surface par la pluie suivante, cette eau acide s’écoule sur et dans le sol et peut nuire aux plantes et à la faune, comme les insectes et les poissons. » – EPA.

La quantité à laquelle les dépôts secs ou humides se produisent est dictée par la quantité de pluie d’une zone affectée. Les déserts, par exemple, ont tendance à montrer plus de dépôts secs par rapport à un endroit qui connaît plusieurs centimètres de pluie par an.

Quel est le pH des pluies acides?

Le terme de pluie acide est intéressant car la pluie ordinaire, en moyenne, est en fait légèrement acide elle aussi. Généralement, une pluie propre a un pH compris entre 5 et 5,6.

Comme vous le savez probablement, l’échelle de pH va de 0 à 14 et mesure l’acidité ou l’alcalinité relative d’une solution aqueuse déterminée par la teneur en ions hydrogène (H+). Cette échelle a été inventée par un scientifique danois, Søren Sørensen, en 1909.

C’est une échelle logarithmique et chaque unité de pH représente une augmentation de l’acidité d’un facteur dix.

À titre de référence, l’eau pure distillée a un pH de 7 et l’acide contenu dans une batterie peut avoir un pH de 0. À l’autre extrémité de l’échelle de pH, l’eau de Javel a un pH d’environ 12,6 et le produit de débouchage liquide jusqu’à un pH de 14.

La raison pour laquelle la pluie ordinaire est légèrement acide est due au dioxyde de carbone dissous qui forme de l’acide carbonique. Les pluies acides, en revanche, ont tendance à avoir un pH compris entre 4,2 et 4,4.

Cette diminution du pH entre les pluies propres et les pluies acides signifie que ces dernières peuvent être considérablement plus acides.

À certaines occasions, le pH des pluies acides a été enregistré aussi bas que 3 — semblable au pH du vinaigre. Un chiffre encore plus bas a été enregistré une fois en 1982, lorsque le pH du brouillard sur la côte ouest des États-Unis a mesuré un pH de 1,8 !

Pourquoi les pluies acides sont-elles nuisibles à l’environnement ?

Les pluies acides peuvent être incroyablement nuisibles à l’environnement naturel. D’un point de vue écologique, les pluies acides sont beaucoup plus dévastatrices dans les environnements aquatiques tels que les cours d’eau, les lacs et les marais.

Les pluies acides peuvent, et vont, modifier considérablement le pH moyen de ces environnements, tuant potentiellement de nombreuses espèces de poissons et d’autres organismes aquatiques qui sont adaptés à un pH plus élevé.

De nombreux organismes aquatiques ont quelque chose appelé un « niveau de pH critique » dans lequel ils peuvent survivre. Par exemple, les escargots ont tendance à souffrir gravement dans des pH inférieurs à 6, les éphémères à environ pH 5,5, et les grenouilles quelque part dans la région de pH 4.

Pour les poissons, les faibles niveaux de pH peuvent également empêcher leurs œufs d’éclore. Tous ces effets tendent à réduire considérablement la biodiversité de ces écosystèmes.

Lorsque les pluies acides pénètrent et s’infiltrent dans le sol, elles peuvent lixivier des métaux toxiques comme l’aluminium, le cadmium et le mercure du sol et des particules d’argile, qui ont ensuite tendance à s’écouler dans les cours d’eau et les lacs. Par exemple, plus la pluie est acide, plus l’aluminium est libéré, ce qui aggrave les problèmes de pollution.

Les pluies acides éliminent également un grand nombre de cations calcium du sol — qui est un minéral important pour l’écologie locale. Une perte importante de celui-ci peut endommager, voire tuer, les arbres, les plantes et les cultures.

L’aluminium est reconnu depuis longtemps comme étant très toxique pour les organismes d’eau douce, et peut également affecter gravement les écosystèmes terrestres. Dans les milieux aquatiques, l’aluminium est une toxine particulièrement puissante pour les organismes à respiration branchiale comme les poissons et les invertébrés.

L’exposition à de fortes doses d’aluminium entraîne des problèmes de plasma et d’hémolymphe (un équivalent du sang chez les invertébrés) et peut finalement conduire à une défaillance de l’osmorégulation (la régulation des fluides et des électrolytes dans les organismes) chez les animaux touchés. Pour les poissons, en particulier, l’aluminium réduit l’efficacité de leurs branchies et peut conduire à la mort des cellules des branchies.

L’aluminium peut également s’accumuler dans les invertébrés d’eau douce. Cela a un effet d’assommoir pour tous les prédateurs mammifères et aviaires.

Sur terre, l’aluminium, lessivé dans le sol à la suite de pluies acides, peut nuire aux systèmes racinaires fins des plantes. Comme chez certains animaux aquatiques, la présence d’aluminium à des concentrations suffisantes affecte les systèmes qui sont importants pour l’absorption des nutriments vitaux.

« En haute altitude, le brouillard et les nuages acides pourraient dépouiller le feuillage des arbres de ses nutriments, les laissant avec des feuilles et des aiguilles brunes ou mortes. Les arbres sont alors moins capables d’absorber la lumière du soleil, ce qui les rend faibles et moins aptes à résister aux températures glaciales. » – EPA.

L’aluminium s’accumule également dans les plantes, comme certains invertébrés, affectant à leur tour toute la chaîne alimentaire.

Les pluies acides peuvent également endommager, et finalement, tuer directement les plantes. Outre l’acidification du sol, les pluies acides peuvent également provoquer le dessèchement des cuticules cireuses des feuilles qui ont évolué chez certaines plantes pour empêcher la perte d’eau.

Ceci entraîne finalement une perte excessive d’eau de la plante vers l’atmosphère. Les plantes affectées se déshydratent et périssent. Les plantes qui subissent ce phénomène présentent généralement un jaunissement entre les nervures de leurs feuilles.

L’acidification accrue des tissus internes de la plante peut également entraîner la dissolution de minéraux importants, l’affaiblissant fatalement.

L’acidification du sol a également un impact dramatique sur la biodiversité microbienne du sol. Certains microbes ne peuvent pas tolérer un pH faible et sont par conséquent tués.

Les pluies acides peuvent également être très néfastes pour les eaux côtières peu profondes. L’acidification des océans peut empêcher les invertébrés marins de créer efficacement des exosquelettes calcifiés.

Les coraux sont particulièrement sensibles aux niveaux de pH plus faibles, où leur squelette de carbonate de calcium peut se dissoudre. Tout effet sur les membres inférieurs de la chaîne alimentaire océanique aura également un effet d’entraînement sur les autres animaux marins supérieurs.

En résumé, les 3 principaux effets des pluies acides sur l’environnement sont (avec l’aimable autorisation de l’Université de Washington) :

• Les habitats d’eau douce deviennent si acides que les animaux ne peuvent plus y vivre.
• La dégradation de nombreux minéraux du sol produit des ions métalliques qui sont ensuite emportés par les eaux de ruissellement, provoquant plusieurs effets :
• La libération d’ions toxiques, comme l’Al3+, dans l’approvisionnement en eau.
• La perte de minéraux importants, tels que le Ca2+, dans le sol, tuant les arbres et endommageant les cultures.
• Les polluants atmosphériques sont facilement déplacés par les courants de vent, de sorte que les effets des pluies acides se font sentir loin des endroits où les polluants sont générés.

Les pluies acides sont-elles nocives pour l’homme ?

En dehors des graves dommages que les pluies acides peuvent causer à l’environnement, elles sont également nocives pour les bâtiments, les monuments historiques et les statues, en particulier ceux qui sont faits de calcaire et de marbre.

Elles peuvent également affecter la santé humaine.

Bien que pas directement, en soi, les particules dans l’air qui forment les pluies acides peuvent contribuer à des problèmes cardiaques et pulmonaires si elles sont inhalées, en particulier par les personnes souffrant d’asthme et de bronchite. Les NOx peuvent également conduire à la création d’ozone au niveau du sol qui, lorsqu’il est également inhalé, peut favoriser de graves problèmes pulmonaires tels que la pneumonie chronique et l’emphysème.

Les pluies acides en altitude peuvent également conduire à la formation d’un épais brouillard acide qui affecte la visibilité et irrite les yeux et le nez.

Y a-t-il des effets positifs des pluies acides ?

Comme il s’avère, il y a en fait quelques effets positifs intéressants des pluies acides. Par exemple, on a constaté que les pluies acides peuvent contribuer à réduire la production naturelle de méthane — un gaz à effet de serre plus puissant que le dioxyde de carbone.

Cela a été particulièrement remarqué dans les zones humides. Il a été démontré que la teneur en soufre des pluies acides limite l’activité des microbes producteurs de méthane présents dans ces milieux.

Comment les pluies acides affectent-elles le sol ?

Le sol est l’une des bases les plus fondamentales de toute vie terrestre. Tout dommage significatif qui lui est causé a un impact dramatique sur des écosystèmes entiers sur terre.

Lorsque la valeur chimique et nutritionnelle des sols est épuisée, des écosystèmes entiers peuvent s’effondrer. C’est pourquoi il est d’une importance capitale d’éliminer ou du moins de réduire autant que possible les effets des pluies acides sur les sols.

Nous avons déjà mentionné ci-dessus certains effets majeurs des pluies acides sur le sol, mais dans certains cas, les forêts, les cours d’eau et les lacs qui subissent des pluies acides sont capables de tamponner les effets. Le tamponnement est la capacité d’un écosystème à tolérer une augmentation de l’acidification due aux pluies acides.

Cela dépend entièrement d’un certain nombre de facteurs. Les deux principaux étant l’épaisseur et la composition du sol, ainsi que le type de roche-mère sous-jacente.

Par exemple, les zones ayant des sols épais et riches en calcium, en calcaire ou en marbre, sont plus à même de neutraliser l’acide contenu dans l’eau de pluie. Cela est dû au fait que le calcaire et le marbre sont plus alcalins (basiques) et produisent des pH plus élevés lorsqu’ils sont dissous dans l’eau.

Dans les endroits où la géologie sous-jacente, et par extension, la chimie du sol, est incapable de tamponner les effets des pluies acides, l’acidification du sol peut être dévastatrice. Elle dépouille le sol de minéraux vitaux qui peuvent tuer les plantes existantes et menace également l’avenir de la productivité des forêts.

Les sols acides ont tendance à entraîner un ralentissement de la croissance des plantes et des arbres, s’ils ne sont pas carrément tués.

« Dans les Green Mountains du Vermont et les White Mountains du New Hampshire aux États-Unis, 50 % des épinettes rouges sont mortes au cours des 25 dernières années. On a également noté une réduction de la croissance des arbres existants, mesurée par la taille des anneaux de croissance des arbres dans ces régions. » – airquality.org.uk.

Comment peut-on restaurer les zones endommagées par les pluies acides ?

Comme nous l’avons déjà vu, les dommages causés par les pluies acides peuvent être très importants pour l’environnement — notamment pour les sols et les milieux aquatiques. Bien que la nature ait une grande capacité à se guérir elle-même, il est parfois nécessaire que les humains prennent des mesures.

Voici quelques façons dont les humains peuvent aider à restaurer les dommages causés par les pluies acides.

Le calcaire en poudre peut être ajouté aux cours d’eau acidifiés

Une méthode pour restaurer artificiellement les dommages causés par les pluies acides aux lacs et aux rivières consiste à introduire du calcaire en poudre. Appelé « chaulage », le carbonate de calcium, et d’autres composants alcalins du calcaire, aident à neutraliser le pH des eaux affectées.

Bien que cette solution soit assez simple, ce n’est pas la méthode la moins chère. En outre, elle n’est jamais qu’une solution temporaire et doit être poursuivie à intervalles réguliers jusqu’à ce que les pluies acides cessent.

Elle a été utilisée avec succès, dans des endroits comme la Norvège et la Suède, pour aider à restaurer les lacs et les cours d’eau touchés. Un autre grand projet de chaulage a également été entrepris au Pays de Galles, au Royaume-Uni, où 12 000 km, environ, de cours d’eau s’étaient acidifiés.

Ce projet a eu lieu en 2003 sur la rivière Wye (une voie navigable importante qui s’étend du centre du Pays de Galles à l’estuaire de la Severn) et a effectivement permis le retour du saumon dans ces zones. Ces poissons n’avaient pas été vus dans la rivière depuis le milieu des années 1980.

Le « blanket bombing » de pastilles de calcium a également été utilisé pour restaurer les sols acidifiés

Les solutions à base de calcium peuvent également être utilisées pour aider à restaurer les sols endommagés par les pluies acides. Par exemple, en 1999, 40 tonnes de granules de calcium sec ont été répandues sur un bassin versant de 29 acres à Hubbard Brook, dans le New Hampshire, aux États-Unis, par hélicoptère pendant plusieurs jours.

Les granules ont été spécialement conçues pour se frayer lentement un chemin dans le bassin versant pendant de nombreuses années et neutraliser l’acidification du sol. Les chercheurs ont surveillé la forêt pendant une décennie et demie pour comparer la zone avec les bassins versants adjacents qui n’ont pas reçu le même traitement.

« Le traitement a augmenté la résilience de la forêt aux perturbations majeures », a déclaré l’un des membres de l’équipe de recherche. « Les arbres du bassin versant traité au calcium ont pu se remettre plus rapidement d’une grave tempête de glace qui a frappé la région en 1998. »

Réglementer les industries pour contrôler les émissions

Cela semble évident, mais l’un des moyens les plus efficaces pour aider à restaurer les zones endommagées par les pluies acides est de réduire les émissions d’oxydes de soufre et d’oxydes nitreux des industries les plus polluantes. En stoppant le problème à la source, cela permet à la nature de se rétablir d’elle-même.

Cela peut se faire par un mélange de lavage du charbon, en ne brûlant que des charbons à faible teneur en soufre, ou en installant des dispositifs appelés « épurateurs » sur les conduits de fumée et les cheminées. Également appelé désulfuration des gaz de combustion (DGC), ce dispositif fonctionne généralement pour éliminer chimiquement le SO2 des gaz sortant des cheminées.

Ils sont incroyablement efficaces et peuvent éliminer jusqu’à 95 % du dioxyde de soufre des gaz d’émission. Bien sûr, les centrales électriques peuvent également être converties de l’utilisation du charbon à des combustibles à faible teneur en soufre comme le gaz naturel, ou à des formes d’énergie alternatives.

Pour les véhicules, l’introduction du convertisseur catalytique dans les systèmes d’échappement fournissent un pivot pour réduire les émissions de NOx des voitures.

Cela a été particulièrement efficace dans des endroits comme les États-Unis et le Canada, où les réglementations gouvernementales où introduites il y a plus de 25 ans pour forcer les industries à nettoyer leur acte. Notamment, la loi sur la qualité de l’air de 1970 et l’accord Canada-États-Unis sur la qualité de l’air de 1991.

Certaines études de 2015 ont montré qu’après un démarrage lent, les sols acidifiés montrent maintenant une récupération accélérée dans une large bande de l’ouest de l’Ontario et du Maine.

Le passage à des sources d’énergie alternatives aide aussi

Une autre stratégie employée pour arrêter les pluies acides et aider à réparer les dommages causés a été l’introduction généralisée de sources d’énergie alternatives pour produire de l’électricité. L’éolien, la géothermie, le solaire, l’hydroélectricité et le nucléaire en tête.

En supprimant complètement la nécessité d’utiliser des combustibles fossiles, ces sources d’énergie alternatives éliminent effectivement les émissions de dioxyde de soufre et de polluants NOx dans l’air. Et bien sûr, il en va de même pour le passage aux véhicules électriques.

Et c’est la conclusion.

Les effets des pluies acides sur l’environnement naturel et bâti peuvent être incroyablement graves s’ils ne sont pas maîtrisés. Heureusement, un mélange de législation importante et de certaines stratégies d’atténuation innovantes se sont avérées efficaces pour réduire, voire inverser, certains des dommages les plus graves.

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