Etude des pluies acides à Schefferville, N.Q. et de la possibilité de leur association à un transport atmosphérique de polluants sur de longues distances

t

,

5

,

o

I~

o

\ . .

_••

_r ,-

-1

• • , ...

B'l'UD~ DES PLUIES ACIDES' A SCHEF1I'ERVILLE lf.Q.

ET DE LA· POSSIBILITE' DE LEUR ASSOCIATION A UN TRANSPORT ATMOSPHERIQUE DE POLLUANTS

SUR DE U>NGUES DISTANCES

@ Mario Daou~t

•

,1

rhl ••

Bouai ••

l

la raculté de. Etud •• Gradué ••

_ et de la Recherohe, Uni v.r8~ té McGl11" oo.e

partie 4 •• e.xlgence. requiae. pour

l'obtention,

de la

Maitrtae

a.

Scieno •• ,

Départ ...

nt de Géographie

UJÛ1'eral

t'

MeGill / Molltr'al, P.Q. AoGt 1982 \ / . 1

..

1 < 1

.

l ! '

,

f 1 v 1 1 bil"

...

"i1 ~

•

•

l

, ...

•

-

..

'

.,:4>

ETUDE DES PLUIES ACIDES A SCHEFFERVILLE N.Q.

•• , " ~ ; ... l.._ .... , _ _ -'t ... _ ---~ ~._- ---, , '

,.

f.

"

..

.... 'Mario Daou.et, \

..

Ill,

Dept de, Géographie

.

\

,

" ~\

~ ,

r

./ 1

Ci

1 1 -...-..-. 1 , 1 1 , ,

(>

11 / REMERCIEMENTS r

Je remercie le Dr. B • .J. Garni~r qui fut le dlrect+ur de

cette thèse et dont les nombreux conseils" ont permis plu~ieurs

ajustements, judicieux,lors d~ la rédaotion da cet ouvrag •• Je remercie spécialement le Dr. J. j;~. Lewis qui, indirecteme*t, fut

responsable de ma venue à l'Uni versi té McGill. Ses nombr9ux con ... seils techniques au

gie employée sur le donna à mes travaux

niveau des pluies acides, de la méthqdolo-_, terrain et de l'orientation initiale!qu'il

1 furent grandement appréciés.

, '

Je remercie également le nr. T.R. Moore et J.R. Merchant pour leur collaboration au niveau de l'analyse chimique des é-chantillons de pluie prélevés à 3chefferville. De pl~s. le Dr. Moore s'avéra un conseiller utile ~ maintes occasions. Je re-mercie le Dr. B. vowinckel pour ses nombreux conseils sur la synoptique météorologhque; son dévouement permit de conserver les carte..s mé téorol ogiques estivales nécessaires à l' élabora-tion de c~tte thèse. Parallèlement, je,tiens à remercie~ le Ser-vice de l'Environnement Atmosphérique Canadien qui nous

a

four-nis les traj ectoires de rec1,ll 850. rob ~ partir 'de travaux sur or-dinateur.

I l convient de remercier" le gér-ant de la Station Subarc ... tique de l'Université McGill, M. D?ug Barr. Ses nombreux con-sei.ls sur la synoptique météorologique de Schefferville et son support moral lors de périodes difficiles t'ut sans égal. Je tiens <également l remercier les personnes suivantes: R. Julien, P.

Sa-l '

yard, S. Grignon, A. Aubut et M. Brassard"(Spécialistes en infor-mations de _, vol de l'aéroport de SChéffetvillé), qui me petmirent

'

d'obtenir les plus récentes informations météorologiques perti-nentes ! l'étude et Oolette Maheu pour l'a,ide occasionhelle qu' elle ml apporta.

..

; \

1

l

l

f

i

1

Î

, . i

i

1 ... \

C

~/ ' ) , , / -tr~~ ~~t\.;ïf\~~~~.ê - - - '1'. ...-,_ \ 1 \

~

E~

à.nUer

Mocannelt la Direc tio

Québec e

i

_'\' le

F.e.Â.C.

pbu _î

ré~lllSa. tl\on de cette rebh

'.

, '::' 1 ' \ 1 1 ,,, \

.~

li

~r~l.r

la

fondation

al~ d •

Btudea

Supérieur.. du

l ur"'80 tien tirtancier' lors de la

rQ e •. \ '

.\

,

\

1 \ , \ 1

1

, .

,

---1 J 1 , ,

()

(

\ 1 i l , 'l, l' ,~ , / /

..

~. RESUME iv le. -1 1 1

Cette recherche porte sbr les précipitations acides

~e-çues à Schefferville

N.:~.

et la possibilité de'leur assoctktion

à une extension nordique du transport atmosphérique de pol:luants

sur de longues' distances.

l

Des écha~1l1ons de pluie furent prélevés, sur une b~se

dépressionnaire étfis de travaux de ces -derniers

,

durant une période de 139- jours regroupanti deux

.

'

sur le terrain (1980-81). Une analyse Chl~ique

fut

effectué~

sur les

p~~ncipaux

anions et

ca-t'ions. Hui t cas acidiques furent choisiS-~ li'effectuer une

1" "

interprétation complète des aspects météorologiqu\s: analyses synoptiques, trajectoires de recul 850 mb des parce'ries d'air, lessivae;e des polluantp durant le transport vers notre l1.eu de recherche et analyse de la structure verticale de 1 t atmosphère

au-dessus 'des lieux d'émissions maj~ures ~e 302 et- de NO x •

"

1

Les résul tata obtenus semblent indiquer que les pluies, a-cides d' o:rigin,e anthropogénlque a tteignen t la région de Scheffer- ' ville lors de combinaisons synoptiques particuli~res. Ainsi. l'é-tude de certains cas révèle des taux de pH'de 4.3 - 4.4 <;issociés >,

à des valeurs de 30~- oscillant de 2.5 à 2.7 mg/l; les trajec-toires de recul des pa'rcelles dtair survolant des lieux d'émis-sions majeures, généralement les régions,oe ~orand~ et de

Sud-..,.J

bury. Il semble que les cas les plus aci~iques remarqués à Schf!f-· ferville surviennent lors du r:~:trai t vers

J,'

est d'uln lal'ge an-ticyclone se retrouvant dans 14,...région des Grands-$cs; ce re-trait étant suivi par un flux atmosphérique méridiqnal amenant

, 1

le secteur chaud des dépressions à proximité de no1re lieu de recherche. Par contre, du sulfat~J màrin pourrai t ~/tre présent à

l'occasion lors de certaines précipitations.

" A _ _ _ ~ j 1 1 1 1

1

f

'"'

!

1 { ' ,1.

()

"

o

.'

..

c'

..

)

Néanmoina, le. r~ultat. obtenue

8oul'vent

.

parfois

quel-que. probl'm •• rendant ~'1nterprétat1on de certains 0&8 aseez

complexe. Des reoommandations visant l amêfiorer ce type

.dtana-lyse lors de recherches ~ltérl.ures furent donc élaborées A

la fin de cette th~se. /

\

)

,

.

"

(

)

(~)

(

..

_,

... ,~-

,

, ~

'"

1. - - -.-...=-'--'9 ABSTRACT

..

• 1

This research studied acidic precipitation events st Schef-fel''\I'i11e N.'~. and the synoptic. mechanics assoctated.!ii th long range transport of air pollutants into N.~.

Rain samples were collected on a storm event basis during a 139 day period which grouped t~o summer field sea~on (1980-81). 'l'he rain samples were analyzed for major anions and cations

con-~ l • •

tente Eight sjnoptic cases were chosen for in-depth analysis based on: weather synoptl0 patterns, 850 mb bac~ trajectories of ai~ parcels, potenbial w~t depositiort during the storm's

l '

history and the nature of the atmosphere's vertical structure

\

over emission source regions for SD? and NO • _{. _ x}

Resul\s show that acidic precipitation of anthropogenic·

)

-origin can reach the Schefferville area when particu1ar synop-tic combina t 1 o'ns oocur. Thus, sorne cases presents pH valu'es near

4.3 - 4.4 with so~- values oscillating f~~",,?5 to 2.7 mg/l when back trajectories of air parcels passed

over~ajor

emission si tes, generally in the region of Noranda and Sudbury. Tt Se€IDS that

the most acidic cases studied at Schefferville came after the eastern retreat of a large anticyclone si tua ted over the Great-Lakes area; this retreat beine followed by a meridional atmos-pheric flow brinein~ th~storms' warm sector in the vicinity of our P6search area. Howevert it 8eems that marine 8uifate could

v

also be present during certain precipitation events, which could account for sorne of the higher sulfate readings. {

Neverthe1ess, the,results raise sorne important methodolo-gical problems wi th this type oL research. C.onsequently, 17ecom-mendations'are made with the intent to improye the methodology

, for subsequent w6rk. - . . . , - - - - -=--::.::--:-_----~---r 1 , .

(.)

(

)

1 ( ) "

"

Remercie\Ilents Résumé Abstract

Table des matières Liste dês tableaux Liste des figures

In troduc tion

,

~-

----_.~----'"

,

TABLE DES MATIEBES

•

Chapitre 1: Aperçu général du phénom~ne des plu~es acides

1- Pluies acides: .Sources initiales

2- Pluies acides: t·1écanisme's atmosphériques et transport des polluants

3- Pluies acides: Dépositions et domma'ges subsé-quents

crhapitre 2: Problématique de la pluie acide

.

'\

l-"Problemat,ique, no. 1: Aspects chi.miq';les ,

2- Problématique no. 2: Aspects m~têorologiques

vii ii iv vi vii ix x l 6 6 13 16

,

₂₃ 24 37.

Chapitre 3: Schefferville: analyse du milieu et

méthodo-logie de rechercÂe 46

1- Schefferville: localisation et br~ve description 46

2- Analyses des sources polluantes locales

47

3- Schefferville: Réglme pluviométrique et

recher-ches antérie~res sut les pluies acides 52

4-

Méthodologie de rech~rohe: sur le te~rain '55

5- Méthodologie de reche~che: en laboratoire 62

J

Chapitre 4: Analyse des résultats obtenus 69

..

1

1

\ '

j

\.

,

• >', - 1

6 , f 1

.1

i

..

.

()

" ~I viii

1- Premier cas analysé:' du 29 juillet au 1er ao11t 1980. Dépression ..raajeure apportant d':t8

préclpi-,tations continuelles. .. 75

v

2- Deuxi~me cas analy-sé: du 3 au 5 aoitt 1980. Cas

complexe: deux dépressions (une majeure, -l'au-tre mineure) apportant des préclpl tations

in-~ermi ttentes. r 89

)- Troisi~me cas analysé: du

30

au 31 aollt 1980. Dépression majeure apportant des précipitations

continuelles. 105

4-- !.Juatri~me cas analysé: du 23 au 24 juin 1981. Dépression majeure apportant des ~récipi

ta-tions continuelles. 117

5-. Cinqui~me cas ana.1ysé: du 29 au 30 ~uin 1981. Dépression maj~re apportant des precipi

ta-tions continue~l&s. 129

6- Sixi~me cas analysé: le 3 juillet 1981. Dépres-sion majeure apportant des averses intermi

tten-tes. 143

7- Septième css ana:lysé: du 1er 'au 2 aoi!t

1981-Dépression majeure apportant des précipi ta-tLons continuelles.

8- Huiti~me cas analysé: du"16 au 17 aollt 1981" Dépression majeure appor;tant des précipi ta-tians continuelles. Conclusion Références 155 , 168 '84 . 188 if

r

~--..

..".---?(

î i 1 1.1 1 1 1 2.1 2.2

\

2.3 3.1 4.1 4.2 4.3

4.4

4.5

()

'Ii.

4.6

4.7

4.8

"-4.9 4.,10 " ".~ '. ~ e _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ • __

LIsTI

pg§ ZÂB~~~

Emissions annuelles Canadiennes et Américaines.

r

Comportement des émissions en rapport avec la couche d'inversion.

Comportement des .polluants

e~

_{rappott avec la} vi tess-e de transport.

Variation de l' aeidi té avec le taux de précipi-tations.

Analyse chimique d,es échantillons de pluie •

.t

Episodes mensuels les plus acidiques.

Aspects chimiques par rapport aux sites Cler cas) Aspects chimiques par rapport aux sites (2e cas) Aspects chimiques par rapport aux sites Oe cas) Aspects chimiques par rapp0rt aux sites

(4

e cas) Aspects chimiques par rapport aux sites (Se _cas)

Aspects chimiques par rapport àux sites ( 6e cas) Aspects. chimiques par rapport aux sites (7e cà.s)

,

Aspects chimiques par rapport aux si tes (8e cas) Sommaire des cas analysés à sc{e'fferville.

(en pochette) " -"< - - - - . 12 26 32 36

54

70 79 92 109 120 132 147 159 171 ix </

1

,

1'.

_L

1

i

1 • 1 '1 1 1

(

o

Q

. '

-..

_, 1.1 1.3 1.4 1.6 2.1 2.2 2.4 " l

Distribution des émissions de dioxyde de souffre

dans l t est du Canada et des Etats-Unis.

D~strtbution des émissions d'oxydes d'azote dans l'est dci Canada et des Etats-Dnis.

Moyenne mensuell~ des flux d'air en surface.

rJloytmne ajustée du pH des précipitations pOlIr la

pJriodij 1976-7,'3.

Progression de i'acidité des précipitations

1955-56 à 1975-76.

!I

\

~lée1ons de l' Sst du Canada où les lacs sQ'nt

mena-cés d'acidification par les pluies acides.

1

Schéma général démontrant la formatl~de pluies

acidés par le dioxyde de souffre et l phénomène

de tr~nsport atmosphérique associé. (~ pochette)

, \

Processus d'oxydation du dioxyde de souffre (802)

Flux d'air en altitude, 00nal (a) Méridional (b)

• y

Intégration des ~olluants à un 8yst~me

dépresston-naire. '

2.5 lntégration des polluants à un sy8t~me

dépression-naire. 2.6

2.7

3.1 3.2 3.3

3.4

3.5

Intégration des polluants à un syst~me

dépression-naire.

Principales trajectoires dépressionnaires

estiva-les au-dessus de rég~ons d'émissions majeures de

S02 et _{de NOx•}

Localisation de Schefferville. Site d'inCinération.

~me de poussi~re.

Explosion aux mines.

. F'umigation d' insectiside. \ x 9 10 15 17 18 21 29 39 42 42 43 45

47

50 50 51 51

xi

( _{.3.6 Collecteur de dêpoaltLona s~ches et hul'lldea. 55}

3.7 Fonctionnement dû collee teur.

56

1

3.8 Pluviomlttres: standard et modifié. 51'

_\

3.9 Localisation des si tes d'échantillonnage'. 58

1

3.10 sfte 2 60

3.11 Si te 3 60 _!

j

3.12 3i te_-+ 61

4.1- Schefferville, variations du taux de pH avec les cas dépressionnaA.res, 1980. (En pochette) 4.2' Schefferville, variations du taux de pH avec

les cas dépressionnaires, 1981. (r~n pochette)

,

4.1 o~rajecto1re dépressionnaire en surface

'" . (type - 1) (1er cas) 80

,

..

0

4.2 - 4.6 Cartes synoptiques (type -2) (1er cas)

,

. al- 85

4.1 - 4.9 Trajectoires de recul 850 mb (type -3)

(1er cas) " 86- 88

4.1G.. Trajectoire .dépressionnaire en surface

(type -1) (2e cas) ₉₃

0, ,

4.11-4.18 Cartes synoptiques (type -2) (2e cas) 94-101

""-(type -3) 4.19-4.21 Trajectoires de recul 850 mb

(2e cas) 102-104

4.2'2 Trajectoire dépressionnaire en surface

.... (type -1) C'e cas) . 110

t

(type -2) (3e cas)

4.2'-4.26 Cartes synoptiques 111-114

.

.

_{4.21-4.28 Trajectoires} ~e recul 850 ab (type ·-3)

C~e oas) 115-116

4.29 Trajectoire dépressionnaire en surface

(tYPé -1) (4e cas) _, 121

~ .

4.30-4.34 Cartes synoptiques (type -2) (4e cas)

_.

122-126

(~)

..

\ 1 ai \ 1

J, , ~ 1 -~,. .. _ .... - ~-" _ _ _ _ _ w _ _ _ _ • --._---- 1

..

'"'

xii

()

4. 35-4.'~ Trajectoires (~:e CilS) d. reoul 850 mb (type -3) 127-128

,

Trajectoire dépressionnaire en surface 4.37

(type -1) (Se ~a8) 1:53

4~

38-4.43 Cartes synoptiques (type -2) (5e cas) 1'4-1:59

.'

1

J

4.44-4.46 Trajectoires de recul 850 mb (type -3)

(5e cas) 140-142

\ _4.47 Trajectoire dépressionnaire en surface

"1

(type -1) (6e cas) , 148

4.48-4.51 Cartes synoptiques (type -2) (6e cas) 149-152

4.52-4.53 Trajectoires de recul 850 mb (type -3)

(6e cas) 153-154

4.54 Trajectoire dépressionnaire en'surface

(type -1) (7e cas) 160

4.55-4.53 Cartes synoptiques (type -2) (7e cas) 161-165

4.60-4.61 Trajectoires de recul 85Q rob (type -3)

0

(7e cas) 166-167

4.62 Trajectoire dépressionnaire en surface

(type -1) (8e cas) 172

4.63-4.68 Cartes synoptiques (type -2) (8e. cas) -17'-178

4.69-4.70 Trajectoires de recul 850 mb (type -3)

(8e cas) 179-180

r

, 1 1

(

)

C)

.

--

---_

....

-

- ' -

---_.---_

..

_-_._---1.

INTR

onu

CTI ON

Depuis la révolution industrielle de la tin du XIXe Bi~­

cle, l'accroissement des émissions polluantes d~nB l'atmosph~­

re s'est multiplié en quantité et en toxicité. La

proliféra-tion des industries de transformaproliféra-tions, de raffineries,

fonde-ries, centrales thermiques, etc ••• fut lié à l'épanouissement

des secteurs urbains. L~s innombrables véhiculea associés au

système de transport et la formation de mégalopolis contribuè-rent également à la détérioration de laiqualité de l'air sur

r--. /

le continent nord-américain. _{, ,}

~'~-!

,

La réunion de ces nombreuses sources amena un

accroisse-ment démesuré des émissions pOlluantes, ces derni~res

s'éle-vant dans l'atmosphère en fortes concentrations.

eventuelle-ment, l'exp~nslon de ce phénomène fut à l'origine du pro ~­

me de transport atmosphérique de polluants sur de lon~es

tances·et de ses retombées sous forme de pluies acides. Ces dépositions acidiques menacent de plus en plus l'environnemen écologique des régions réceptrices au pouvoir neutralisant

fai-ble; l'effet cumulatif et. nocif des précipitations reçu~

é-tant à la base de cette situation.

Bien que le phénomène des pluies acides n'ait attiré

~

.

l'attention du grand public que depuis trois ou quatre ans, ce

probl~me est connu depuis au moins une vingtaine d'annéei dans les milieux spécialisés. Cependant, selon toute vraisemblance,

l'apparition des pluies acides est probablement survenue à une

époque ~ lointaine alors que les industries s6~ltipliaient

en nombre et1en impor~ance. Autrefois, seuls certains épisodes

locaux affectant les villes industrielles, tels que les smogs

sulfureux remarqués à Londres, reçurent l'attention des

spécia-listes. Graduellement, ces derniers s'aperçurent qu'en élevant la hauteur d'injection des cheminées polluantes, on parvenait

(

.)

o

(>

, son voisin! Ce fut le prélude l ce o qui plus tard allait

don-ner naissance au transport atmosphérlqu~ de polluants sur de

longues distances et à tout'es les complications st y rattachant.

AUjourd'hui, ce phénomèn~ de transport est répandu sur

u-ne grande échelle, non seulemeht régionale, mais égaleaent continentale. Associés aux divers mouvements et caractéristi-Cl,ues atmosphériqùes, les polluants subissent une oxydation et une transformation de leurs composantes chimi<lue's ini tia- ' les donnant éventuellement un produit fini <lui, lors<lue

agglo-méré aux gouttelettes d'eau d'une dépression, donnera la pluie

_,

acide. Si l'on se restreint au modèle nord-américain, un élé-ment important s'ajoute; soit celui de la pollution transfron-tière engendrée par les flux atmosphériques. Ainsi, en

condi-tion zonale, ce probl~me est réduit au minimum. Par contre. en

période de régime méridional, le transport des polluants

s'ef-•

fectue des Etats-Unis vers le Canada, ou \'lce versa; ce <lui

con-tribue à embrouiller une situation qui est déjà suffisamment

complexe.

Les dépositions acidiques résultantes ont de multiples effets sur les lacs, for@ts, sols et végétations. En

conséquen-~e, ces\mplications écologiques commencent de plus en plus à

affecter les aspects sociaux-économiques de l'Est du Canada et

des Etats nord-est Américains. Ainsi, apr~s l'industrie

tou-ri_tique de la p~che. l'industrie agricole et forestl~re

pour-raient bien payer les rrais de la présente situation dans un proche avenir.

'"

Malgré tout. l'extension nordique des pluies acides sem-ble prendre de plus en plus d'ampleur; la fréquence des

dépo-sitions acidiques étant à la hausse de façon alarmante dans 1&8

régions éloignées des sources émettrices. Lors de situations

synoptiques particuli~res, ces derni~res atteindraient m8me le

milieu suoarctique.

: '

r~

if 1 1

(~)

o

(

..

,. j

~~

Cette région éloignée une éco~9gis beaucoup

plus fragile que celle du 8fid. COn$éque~ent, elle pourrait

être plus susceptible à subir des dommages s'il s'avérait que

des

~ositions

acidiques s'y produisent fréquemment.

Cepen-dant, peu d'~tudes furent axées sur ce phénomène en c~ milieu.

Il de~eure donc difficile d'établir jusqu'à quel point la

pré-1 ;

sente situation favorise le passage d'épisodes acidiques en territoire nordique.

Afin d'avoir une meilleure perception de ce probl~me,

nous avons entrepris une th~se de ma!trise sur le sujet; soit,

une étude des pluies acides à Schefferville N.Q. et de la

pos-...

""'-sibilité de leur association à un transport atmosphérique de

polluants sur de lon~es distances.

Principalement, les deux objectifs majeurs de la thè-se sont;

a) Déterminer si un transport atmosphérique de polluants

sur de longues distances provenant du Mid-Ouesy A~éricain, de

l'Ontario ou du Québec peut atteindre la région de

Sche~fervil-o 0 '

le (54 48'N 60 49'W) lors de combinaisons synoptiques

parti-cufi~res.

b) Analyser chaque cas dépressionnair~ majeur affectant

notre région d'étude afin d'établir les param~tres pouvant

in-fluencer les fluctuations de pH et d'éléments chimiques asso~

ciés aux préCipitations reçues.

La réalisation de cette recherche demanda une étude sur

le terrain; cette derni~re étant effectuée lors de deux

pério-des estivales: du 1er juillet au 31 ao~t 1980 et du 12 juin au

31 ao~t 1981. Parall~lement, la succession de diverses étapes à Schefferville fllt à l'origine d'une analyse fi-able:

a) L'établissement d'un collecteur de dépositions

..

, • ₁

r

()

()

(

-.---.- ,-~~---~-_ ..

4.

"

s~'cheB et humides à la station subarctl'lue de McGill et d'un

réseau de pluviom~tres sur

le

terrain. "

b) La collection des précipi tatiQns' sur une base

dépres-sionnaire' afin de réduire au minilDl.lm toute c'ontamination locale.

c) L'analyse des effets de pollution locale à

Scheffer-ville en vue dt Y é·tablir les paramètres pouvant fausser les

lectures chimiques des échantillons de pl~les.

L'analyse chimique des précipitations recueillies couvre les éléments suivants:

pH Mesure témoin de l' acidi té.

00

2-J 4 NO .. _'3 Additif acidique lrithropogénlque.

Ha + Cl- Additif pouvant ü_émontrer la présence _,

de sulfates marins.

K+ _{Indique la présence de particules}

pé-dologiques soulevées par le vent.

Ca2+ M 2+ l g Effets variables sur les précipitations.

alors que l'évaluation de chacune des dépressions

majeu-res fut effectuée à partir d'une analys'e météorologique compl~ ..

te 'comprenant,

a) A.nalyaes de cartes synop'~ique8 de surface.

b) - Analyses des trajectolrles de recul dans le temps et

c)

, d)

l'espace des parcelles a'air au niVeau 850 mb.

Analyse, à l'aide de téphigrammea, de la structure

verticale de lratmosph~re au-dessus de 21 stations

aises l proximité de lieux d'émissions majeurs.

Association des cartes synoptiques de surface aux photographies satellites correspondantes.

A l'aide de tous ces param~tres d'études. nous eroyons

@tre en mesure de déterminer si des épisodes acidiques peuvent atteindre notre lieu de recherche lors de circonstances

parti-..

o

o

...

()

,

-·/r

, .

•

cUll'r ••• Sche::ervlll. étant un ail!. a .... trasil. (1 ••

li-chell. en partioulier) un ll1Portan-t _illon cl. la chaine

écolq-. . "

.

glque pourrait 1 'tre ale en péril

.r

un .ccrol . . . . ent de. 9é-positions acldlques se prOduisait l'moyen ou long

ter.e.

,-l,·

r

i

(

)

()

~-._---_.:... .... , . CHAPITRE 1

APERCU GENERAL DU PHENOMENE DES PLUIES ACIDES

1- Pluies acides: Sources initiales.

Le probl~me des pluies acides en Amérique du Nor~ est

relié à une multitude de facteurs. En premier lieu,

il

faut

G.

~ reconnattre le prob1~me à son point d'origine ce qui inclus:

le type d'émissions pol1uantés, les sources industrielles en

cause de même que les lieux géographiques de celles-ci.

Para1-l~lement, les particularités de la source d'émission

(collec-tive ou isolée majeure) auront un effet sur le degré de

trans-fbrmation chimique· des ~olluants et sur les dépositions

sub-séquentes. '

...

.' ~.

a- Emissions pOlluantes dans l'atmosphère.

Un certain nombre de"polluants sont injectés dans

l'at-mosphère par les industries canadiennes et américaines; cer~

tains de ceux-ci ayant une influence plus ou moins marquée sur la formation de pluies acides. L'amalgame comprend:

Oxydes de soufre Oxydes d'azote

- Particules de métaux lourds - Composés organiques persistants - Oxydants photochimiques

- M~noxyde de carbone - Ozone

- Composés chimiques divers

(Environne~ent Canada 1980)

Toutefois, deux de ces polluants s'inscrivent en tant qu'éléments majeurs menant à l'acidification de la pluie; soit, les oxydes de soufre (représentant environ 66% des

-;-1

₁

•

()

o

a._

7.

composantes acidiques) et 1 •• oxydes d'azote (regroupant

envi-ron 33~ des con\çibutions agidiques).(A1tshuller et McBean

1979) La fraction demeurante est répartie sur les polluants

divers énumérés plus haut dépendant: du type d'industrie en cause, des procédés industriels de transfprmations, de l'in-teraction entre les diverses émissions pofluantes d'un bassin industriel, etc •••

b- Sources indus~rielles potentielles.

Les dioxydes de soufre (302) _{et les 'oxydes d'azote (NOx )}

s6nt'~rincipalement

le résultat d'émissions polluan{es

prove-, T

nant de diverses indu?tries:

Spurces de ::.Jü₂ - Fonderies + - Centrales therm1ques + Industries lourdes -- Raffineries ::: Sources de NO_x - Combustion de combustibles employés dans le secteur

+ du transport - Production d'électricité + - Combustion de combustibles fossiles +

*'

Moulins à papier

- Certains proc~ssus industriels +

~

+ (Environnement Canada 1980)

• (Altshul1er et McBean 1979)

*

(Summers et Whelpdale 1976)

c- Géographie des émissions polluantes.

Les descriptions précédentes ne démontrent point l'impor-tance des sources de pollutions de m'me que leurs localisations géographiquea, facteurs fondamentaux en rapport avec le

pro-bl~me étudié. Un aperçu de la situation canadienne et américai-ne (Altshuller et McBean 1979) nous permet de constater la

dis-parité entre les émissions polluantes des deux pays. De même,

()

o

o

---~---_._---_ .. - • v ... *_tl_~

..

des concentrations industrielles. (Figures 1.1 ~t 1.2)

1- Le'cas canadien.

Le total des émissions de S02 est d'environ le 1/5 de

celui produit par les sources américaines. Cee derni~res sont

concentrées au niveau du secteur de transformation;

c'es't-à-dire, les fonderies de métaux non-ferreux re~roupant 45% du

total des émissions de S02. La production d'électricité ne

contribue que pour 10% étant donné la faiole utilisation de centrales thermiques; alors que les autres sources de

combus-tions et de proce~sus industriels sont responsables du

reste des émlpslons ,canadiennes de S02: (Environnement Canadlf

1979)

Il est intéressant de noter qu'approxim~tivement la

moi-tié de ces émissions proviennent de plUSieurs sources de fai-ble densi té de superfic"ie, mals ayant un point dt émission

ma-je~r où sont localisées certaines fonderies de métaux

non-fer-reux. ~uelques exemples sont assez révélateurs:

La compagnie I.N.C.O. de Sudbury (OntariO)

présen-te la cheminée la plus élevée én Amérique (380 m ).

C'est également le point d'émission isolé projetant

le plus de. S02 d,ans l' a

tmosph~re:

2.9 X. 106 tonnes

par an. (Summers et ~helpda1e 1976)

- La compagnie Noranda au Québec est le deuxi~me<con­

tributeur de 802 au Canada: 0.71 X 106 tonneE par

an. \Summers et Whelpdale 1976)

Ainsi, ces deux pOints d'émissions a'avè!ent

d'excellen-tes~sourcea pouvant contribuer! un possible transport de pol-luants vers les régions subarctiques.

tions

Le ~8'e des émissions de S02 prOVient des

aggloméra-urbaines, régions de Toronto et de Montréal

métropoli-La présence d'industries diverses (ra~fineries et

acié-J

:

()

0

o

·.-_ ..•

_

..

_---

..

_-

--_.-

...

,

Dieftribution d'es émissions de dioxyde de soufre (S02) dans l'est du Canada

et

des Etats-Unis

,

... ' - ... "J •

)

{0

0

MO

J

"fil '-... " ...

---a

Fi..:;. 1.1 ,. 1 t 1 1

~

1 \ \

,

,

_... , ... OUE-.ç ... _"'", , -. -. , -. >ICUlOO

o

Q801-10000 E ... G/S 2<fM

.,a:zf

r (Environnement Canada 1979 et Sure II 1978)

•

•

..

).

(),

•

/

Distribution dès émissions d'oxydes d'azote (NO_{x )}

dans l'est du ~anada et des Etats-Unis

ONTMIO

"

()

..

-.

l i

_,

-

..

_{'-----.. ...} lA

o

Fig. 1.2 \ \ • > 0,1)00

o

1000.1 - 10000 (Environnement Çanada 1979 et Sure II 1978)

(

.)

.----~.-

----...-,...--.

_._.~--- --.- _o. ~_ ... ..,...,_ .... '_

-:rll.

,

ries entre autres) de m'me que la Cfmbustion de combustibles

fOssiles sont

l~s principau~

agents poJ"luants

rem~rqué8'-

No-tonsJqu t environ le 3/4 des émission!!! de S02 au Canada se

re-trou ~t à l'est de.la frontJère ·Saskatchewan j Manitoba.

(Altshuller et MeBean 1979)

Au niveau des NOx • les émissions canad~ennes

représen-tent environ 10% du total des émissions américaines. Ces der-nières sont concentrées au niveau du secteur du transport (60%), de la production élec trique (10%) et de sources diverses (30%).

(Environnement Canada 1979) Au Canada, les ~gglomérations

ur-baines sont, à toute fin pratique, le siè~e de la majeure

par-tie de ce polluant. ~

2- Le cas américain.

Les émissions de 802 proviennent au 2/~ de complexes

gé-nérateurs d'électricité, les centrales thermiques étant en

nom-bre considérable. Les installations b~lant du combustible

fos-sile (secteur résidentiel et commercial, de m~me que les

indus-y J

tries) et certains processus industriels (fonderies de métaux non-ferreux, raffineries, coke,ries, etc ••• ) sont 'responsables de l'autre 1/3. (USEPA 1918)

La plus forte den~ité d'émissions ~~ s02'provient de la

partie supérieure de la vallée de l'Ohio (Ohio de l'est, nord

est de la Virginie, ouest de la Pennsylvanie). On y retrouve

un grand nombre de centrales thermiques brdlant du charbon à

haute teneur en soufre, dont les émissions sont à pein~

c,on-·tr~lées. (A1tshuiler et McBean 1979)

~ , ,

Le regrdUpement de certaines regions polluantes americai-nes déVOile des chiffres plutOt révélateurs:

Virginie de l'ouest, région de Co1umhus (Ohi~1,

Toledo et Détroit: 2.0 X 106 tonnes par an.

- Virginie de l'ouest, région de Pittsburgh et de

r

,

i, [)

j

1

l

₁ )

1 • " ,

.

•

, .

(

)

o

..

t

" 12.

1

Nanticoke

~

3.0 1 106

to~s

par an.

(Mc Mahon et aIl. 1976)

Les agglomérations industr

₁

elles et/ou de oentrales

ther-miq~s sont ...les sources majeureà,\...4~c collectives, qui prédo-minent par rapport aux sources majeures isolées en territoire américain.

Au niveau des émissions de NOx ' plus de 40%

provien-draient du secteur de transport, alors que 30% ~ettraient en

cause le secteur électrique (centrales thermique's). Le

pour-centage en suspens étant ~lié

A

des source~ diverses. (USEPA

1978)

' "

Les cas

can~dien8:et

américains démontrent que les

l€-gions sources sont plutat nombreuses. Néanmoins, l'importance

~es .points d'émissions aux Etats-ünis est prédominante, alors _,

que les bassins de réceptions sont plu~ nombreux au Canada.

L'observation du tableau 1.1, conjointem~pt avec les figures

,-1.1 et 1.2, démontre la véracité de ce fait.

•

Tableau 1.1

Emissions annuelles ~adiennes et américaines

5°2 NO

_x

.~

Canada

5.0

1.9 106 tonnes-.; Etats-Unis

25.7

22.2 106 t"-- "! tonnes

"

106 Total

30.7

2-\.1 . tonnes , . (Altshu11er - McBean 1979)

.

~n

défini tlve, les Etate-uiis ont un potentiel redoutable

pouvant engendrer des épisodes acidiques dont la portée est de

..,

1

(

')

(

,---_.~---- . 13.

beaucoup supérieure 1 celles possibles au Canada. En fait. les sources d'émissions collectives (te~les que rencontrées dans le Mid-ouest américain) ont un plus grand impact sur les

con-cen~ratlons élevées de S02 injectées dans l'atmosphère que les

sources isolées. Ce facteur s'avère donc important lorsqu'il

~ .

est en conjonction avec certaines situations météorologiques.

(Al tshuller 1976) ,

Ainsi, un estimé de Shannon (1979) et dé Galloway - Whelp-

_,1

dale (1979) indiq~e que les Etats-Unis rejettent annuellement

6 '

2.0 X 10 tonnes de S02 vers le Canada, alors que celui-ci y re-tourne de 0.5 à 0.7 X 106 tonnes. Cependant, il demeure diffi-cile de préciser exactement le poids de ces retombées car elles sont gouvernées par l'importance des émissions dans les deux pays, de m~me que par la fréquence des vents transfrontières en chaque direction.

2- Pluies acides: Mécanismes atmosphériques et transport des pollua.nts.

L'est des Etats-Unis et du Canada est principalement soumis à deu~ types de masses d'air: l'air -continental polai-re provenant de l'arctique canadlen et l'air tropical mariti-me issue du golfe du Mexique. Cette derni~re masse d'air exer-ce une poussée constante vers le nord, provoquant ainsi le dé-veloppement du front polaire atlantique à partir duq~el plù-sieurs des plus intenses dépressions affectant le nord-est du

0{

Canada et des Etats-UniS prennent origines.

Annuellement, les fluctuations journali~res du front

~ont considérables; toutefois, à l'été. il est moins intense

tout en se ~etrouvant ~ sa position la plus nordique. Nous insistons davantage sur cette période de l'année car elle cor-respond à celle utilisée pour la réalisation de notre étude. Ainsi, durant la saison estivaie, l'air tropical maritime peut

r

(

o

i

1

1 ,

t

1

;

(

---_

... ---,-~----~

---_.--~---~-atteindre des milieux aussi éloignés que le

comprE!n~t la région de Schèf':fervll1e et du

re 1.3)

nord du Québec [

Labrador.

(Figu-14.

L'aspèct dominant durant cette période est' lié à la for-mation dé dépressions sur le front polaire; ces dernières pre-nant généralement naissances au-dessus des plaines à l'ouest du Mi sSlssippi, pour ensui te voya~~er suivant une direction nord-est vers l'On tario, le ,oluébec et .le labrador. Lorsque des conditions anticycloniques idéal~s préc~dent la venue de tels systàmes, un éventuel transport de polluants ~èrs le Canada (et possiblement JChefferville) pourrait en résulter •

..

,Jéanmoins, sur le plan atmosphérique, les retombées

pol-luan tes sont '~ouvernéç:s par les vents en alti tude. Dépendant du cycle du flux d'air en présence, on aura un certain type de. masse d'air qui prédominera au-dessus des lieux concernés. Lors

1 d'un ré~ime climatique zonal, les polluants auront tendance à

voya~er d'ouest en est; demeurant ainsi à l'intérieur de leurs frontières respec ti ves. Au Canada, l'air polaire continental et/ou l'air pacifique maritime sera dominant, ces masses d'air n'ayant point de bonnes caractéristiques afin de permettre l'oxy-dation des polluants. Par contre, la venue d'un flux d'air mé-ridional eneendrera une migration des polluants du nord vers le sud ou, comme c'est plus souvent le cas, du sud vers le nord. Cette deuxiàme situation favorisera la pénétration des polluants vers le Canada; ces derniers étant efficacement oxydés grace aux partlculari tés physiques de l'air t'ropical maritime.

Bref, la présence d'un régime méridi~nal pourra occasion-nellement créer un impact sur les régions sise ~ l'est du Cana-da; les émissions canadiennes et américaines effectuant alors une remontée nordique • .b'n conséquence, cette si tuatlon semble propfc.e à la venue d'épisodes polluants à haut potentiel

acidi-J

_i

l

1 It' ; ! .1 1. 1

1

1: ."--"

---'.,--

.. , .. ,

--...

Moyenne mensuelle des flux d'air en surface

A c

•

fIg 13 ... ,,~ ~ ''''' ... - ... '~l\~ i " . ... "'\..~~'i' ... ...,.;"*""" ... ~ Air Polaire Continental Air Tropical MaTit! ••

.

Air Pacifique Mariti ... (d'apr~a Bryson . 1966) 1-' V1 ~~---~-.. : 1 l ' 1

.1 ·

- .~-r

(

)

()

(

16.

pourraient éventuelle.ent atteindre notre

q~ont

le. etrets

11e e rech.rche~

, r

...

3- Pluies acides: Dépositions et do . . . ,es subséquents,

Ayant entrepris un transport atmosphérique, les' polluants (gouvernés par les flux dt air en altitude) retomberont éventuel-lement sur terre sous formes sèches ou humides. Ce phénom~ne,

lié aux aléas climatiques, affectera de façon plus ou moins im-portante certaines régions sur son passage. A moyen ou long ter-me, des dommages écologiques 8ssociés ,

.

l ce proDl' •• pourraient être notés; certaines manifestations ayant déjl été ?bservéea. a- Régions atteintes par les plUies acides.

L'étendue du phénomlme sur l'est du Canada et des "Etats-Unis est assez clairement définie (Figure 1.4). Ainsi, le sec-teur ~ud-est du Québec et les régions atlantiques sont so~mis

li des moyennes de pH a t~eingnant 4.5 ; le taux d' acidi té dans les régions subarctiques variant de 5.0

A 5.5.

Bien qu'indica-trice de la tendanee acidique, cette représentation n'est pas conforme à la réalité car elle est basée sur le réseau CANSAP au Canada; ce dernier n'analysant que des échantillons recueil-lis sur une base mensuelle. L'omission de connaissances relati-ves aux variations éplso"d,lques d' acldi té d'une dépression 1 une autre minimile al~r8 lei informations et, en conséquence, la portée réelle du phénom~ne .•

Une étude aimilaire (L1kena et al1. 1919) exa.ina la progression de l'acidité de. plui •• au cour. de. vingt dernl~­

rea années. Le. résul tata, bien qu tl nouveau sur une base an-nuelle, démontrent clairellent que l'aecrois.ement dei activités industrielles canado-américaines a causé un abaissement du pH des précipitations. (Figure 1.5) Ainsi, 11 semble qu'un secteur géographique d' acldi té prononcé fi' étend en direction sud-ouest

1

..-...

,

1 /

,

_,

,

,

,

,

, 1

;

,

"~'

\

.

"

~

,_

...

,

,

1 1 . , _ ,

,

1 \ \ ,

,

\ ' U \

,

"

"

,

...JIo...L... " '

, 1

...

""

...

' . . . ,

...

_'-

,

\ 1

...

_{... -\-'y;, "}

'"

"'

"

,

,

,

\

:

:

,

&.0

,

,

~.

,

~

.. r::\.

, I I

,6.,

L' • , ID

~.'D.'D

\

160

6.5 '.J ,-, t ___ , ,. ..;,) • L -",C} ,J" ... . - . .

.-..

Figure 1.4

..

Moyenne ajuetée du pH

des précipitation. pour

la période 1976-79 (WlaniewaKy et Ie1ts 1980) 1-' -l

•

'iii

1'.

1 1 j

r-I

!

,

...

()

(

.

nord-e.t l partir du .ud. de. Grand..-Lacs yar. la vallée du

St-Laurent.

Figure 1.5

Progression de l'acidité des précipitations

1955-56 ~

1975-76

(Likena et a11. 1979)

(version modifiée)

18.

Ces recherche •• bien que tort utiles, ne mettent point

en r.~1~! les dépositions de sulfates; aoit, le Téritab~e agent

aeidique pouvant .ngencirer des do_ge ••

Ainsi. Whelpd.ale (1978) démontra que la région sud-eat du

Canada est artectée par dei précipitations hautement conoentrées

en sulfates et en bas taux d'acidité. Lors de cas épisodiques,

il releva des concentrations de particules de .ulfates solubles

-~., , 1

-" k : J

(

,

()

(

~

---

----l 19.

variant d. 40 l '0 uga' au IUd-ou •• -t de l'Ontario, .. quelque. 1.4 uga3 l Fort ChillO au nO)1Yeau Québec. Parall'lemmt. une

é-tude .en'. par Lat'leur et Whelpdale (1976) d~lIOntra que le sud de l'Ontario av&! t reçu durant la recherche une !DOyenne de dé-poli tions de sulfates variant entre 9 et 15 ugm' (lI8.ximum: 40 l 50 ugm); alors que du nord de la Baie Georgienne vers la vallée d'Ottawa et la vallée du St-Laurent jusqu'aux Maritimes, les relevés atteignaient entre 6 et 12 ugm 3 (maximum: 15 à. 35 ugm3). Le centre nord de 1"Ontario et du Québec accusait une moyenne de 3 1 5 ugm3 (maximum: 20 ugm3) et la région subarc-tique de Fort Chimo recevait en moyenne 0.6 ugm' de dépoli tions '

(maximum: 3.1 ugm3 ).

En définitive, cee résultats semblent démontrer que le

secteur sud du Québec, de meme que les régions Mari timea sont de plus en plue exposés aux précipitations acides et à l'accrois-sement de leurs concentra tlons en sulfates. Sui te à l' indu6tri~­ lisation et l l'utilisation progressive du charbon dans lee cen-trales thermiques américaines. il est probable qu'une augmen-tation des doses acidiques associées à certaines combinaisons synoptiques 80i t en expansion à court ou moyen terme •

.En conséquence. le temps pourrai t donn~r raison à une hypothJ,ae du Dr Lewis (communication personnelle) à 1 t effet que

le transport de polluants Bur de longues distances couplé l 'ùne augmentation des émissions industrielles causera un accroisse-lDent des fréquences de déposi tions acidlques dans

_...

les "endroi ta reculés tel le Grand Nord.Québecois. La présent~ th',e permet-tra de vérifier cette possible extenllion nordique des pluies a-cid •••

b- Effets sur l'environnement.

L'accumulation de dépositions acidlquea sur le territoire canadien pourrait engendrer de mul tipl.e. probl~lIle •• Dé jl, plu-sieurs eftets :itéfastes ont été constatés sur les écoByst~lIes et

II

;

,

f

l-( .)

(

)

(

.~---_._--- -

-

. _---~-. _--.

---

_{- -}

-lt.n ... ironnement en général de .'.e que IUr 1 •• structur •• et _tériaux érigé. par l'hO".

20.

Globalement, le.

e~tei.

les plue

pot.ntle~s

sont

rell~s

- L'acidification des eaux de surfacee et aouterralnes. C'est le fléau le plus important 'Car l'effet des pluies aclc1es

y est cumulatif, pouvant m'me ftre irréversible si la géologie qui lous-tend ]..acs et ri vi~res est faible en base calcaire •

•

(Environnement Canada 1980)

- Une baisse de la faune aquatique des lacs et rlvi"res découlant de cette acidLfication. (Al tahuller - MoBtan 1979)

- Un accroiesement de la percolation des ca tians prove-nant des sols et du couvert forestier. A lot1g terme. une

éven-tuelle modification de la composition pédologique ct 'u.n sol pour-rai t @tre notée; ce qui engendrerai t une perte dt éléments nu-tri tifs pour une plante associée à ce type de 801. (Abrahansen

l''t

aIl. 1976)

- Des dommages aux feuilles des arbres feuillus et une poss1ble 11 mi tatlon de la croissance de diverses eap~ces

fores-ti~res l long terme. (Altshu.ller - McBean 1919)

Ce bref aperçu démontre a.ssez bien l'étendue qu'atteint ce phénom.ne. Il est intéressant de noter que l'ensemble de la proTince de Québec est exposée aux dépolli tions acidique •• vu

qu' elle se trouve soue le passage dea trajectoires dépression-naires. De plus, elle .emble vulnérible à ces retombées sur la ... jeure partie de son territoire. (Figure 1.6)

En ce qui a trait l Scherterville, la géologie en place peraet au 101 et l la . . Jeure partie dee lacs environnants de

neutraliaer une éventuelle contribution acidique liée aux pré-cipi tationa. NéanmOins, Ils ne sont pas exeapte de po •• ible. streaa acidiques printaniers pouvant at'recter la faune aquatique.

(

)

o

(

•

.Région. d. l'E.t du Canada o~ 1 •• lac. sont . . nacé.

d'acidification- par 1 •• pluies acide ..

Fig. 1.6 (Galloway - Cowling 1978)

21.

La végétation au 801, les feuilles des arbustres, les

ar-br •• et part1culi~re_nt les lichens pourraient égale.ent 'tr.

aouaia l de possible. effets acidiques.

Donc,

m'"

si géographiquement le milieu subarctique est

une région plus favorisée que les autres du Québec, son

éloigne-ment des .ources polluantes . . jeures ne ltempAche point dt.tre

occasionnellement soumia aux dépositions acldiques. Si le trans-port atmosphérique des polluants sur de longues distance. suit

-

---.-~-~~~-..,- â&= "iL' ,j! "'-

•

~~

• •

---.---,.~.

: ... 1 _ ... '

"---22-.-"

""

1

0

. , " 1

o

cl ••

U'a1ecwl ....

"rlUft&l . . , _

tri" . . . .

~." eN

&llut ta ./",& . . . . 1 . . . " . . .

,..r

l· ... t

/

,..fta1eat . . .

ell . . .

t . .

HIN1_r •

)

..

,. j , 1

1

f \' l', ''i:

l'''~

,

",., "

(

)

1

(

J

(

1 ! ( ... ~~,.,._ ... ~-~

- - ,

_

....

-

... ..,,---23.

CHAPITRE 2

•

PROBLEMATIgUE DE LA

PJ6!IE AC!»!

•

La problématique &ntourant le phénom~ne des pluie.

aci-des est 1 l'étude depuis quelques années. Bien que la

r.cher-che en ce sen. soit encore récente, il est néanmoins possible

de tracer certain •• constatations générales touchant le

compor-tem~nt des polluants en milieu atmosphérique. Ainsi, une

meil-léure compréhension de l'oxydation du 502 ' de. Mécani ••

'&

de

transport atmosphérique de polluants sur de longues distances, de m8me que l'élaboration de techniques d'analyses de

trajec-toires et de mod~les mathématiques portant Bur la dispersion et

l'oxydation des particules polluantes, ont permis de mieux

sai-sir l'ampleur du probl~me.

•

Toutefois, m'me si nos coaaai •• ance. actuelles s'améliO-rent graduel1e.ent, beaucoup d'élément. demeus'améliO-rent encor. obscurs;

ce qui rend difficile l'ana1y.e du probl'.e. De plue, chaque

é-pi8o~e acidique représente un cas bien particulier car plusieurs

parai\tres fluctuent d'un cas l un autre; tant au,point de vue

chimique (éai8sions, oxydations. déposition.) que

météorologi-que (aires anticyclonimétéorologi-ques, trajectoires dépressionnaires, mas-8e8 d'air, etc ••• ).

En conséquence, 11 importe d'avoir un bon JQge •• nt face

allx .frete cle chacun d. c.s paraMtrea car ila gouy.ment Inti ...

é """""

~

r . . . nt la probl . . tique a •• ocle. aux pluie. aelde •• L'approfon-

_,

di . . . nt de. a.pect. chiaiqu •• et aétéorologique. penMttra

--donc d'établir le8 bases . . nant lune .eilleure compréhension

des résultats de no. recherches l Schefferville.

()

(~)

(

---._--.---

1

"

Un, précipitation deT1ent acldlqui IOnique 1 •• polluants

502 et N'0x lont oxydés en acides sulf'a t.s et acide. ni triques

ayant comme résultat le ~elachement -d'ions d ·h,.drog~ne en

solu-tion (pH) causant ainsi l t acidi té. Le seuil où les pluies sont

di tes acides est atteint lorsque le pH est ~ 5.6; soi t, lorsque

les précipitations sont en équilibre chimique avec la

concen-tration de dioxyde de carbone contenue dana l'atmosph~re

ambian-te. (Altshuller - McBean 1979)

NéanmOins, avant d'atteindre le stade de pluies

acid.Nt----de nombreuses étapes se seront succédées, formant quatre com- .

posantes rattachées aux aspects chimiques: .. Emissions

- Oxydations

Transport atmosphérique - DépQsi tions

Global . . . nt, c •• param~tres engendreront 1 ••

préciplta-tiana acid •• asaocié •• au transport atmosphérique de polluants

*

.ur de longues distancea. (Figure 2.1 )

&- Emissions pOlluantes,

Si nous taisons abstraotion de la contribution inti . . reliée aux source.! naturelles, nous pouvons définir deux types de sources anthropogéniqurs:

1- Source isolée majeure.

Elle représente unf industrie ou un ooaplexe industri.l ayant une Bouree dt injection de f'orte concentration dont la

hau-~wr .at telle qu'elle permet un transport rapide deI polluants

*

Incluse l la tin de la th~lJe (en pochette)

1-o

.

()

(

---_::::<--~---- II<

25.

hora d.. aa zone d'influence locale. 2- Source collective ••

Elle représente des sources d' émiasious couvrant hab! tuel-lement des superficies métropolitain .. majlur •• regroupant de fortes concentra tians d' acti vi tés industrielles. Inclù. égale-ment du uni tés industrielles et commerciales, le secteur du transport et les petites manufactures.

.,

Ces sources auront deft' caractéristiquel;l différentes lors de leurs émissions:

- La hauteur de la source d' émission

~ La vélocité de sortie des polluants

- La concentra.tion des polluants

- La variation de concentration

- Lee déposi tions s~ches locales (amplitude)

(Altshuller - McBean 197.~)

(Shir 1973)

Tous.oe. :t'acteurs joueront un r~l.e sur le potentiel acidi-que et le transport su baéacidi-quent d.es polluants. "

1e8 conditions de stabilité· atmosphérique au-dessus des lieux d'émissions représentent un aspect cari tal au niveau du transport des pOlluants. Ainsi. les effeta reliés aux changements .. de hauteur de la couche -d'inversion serolTt' cruciaux en rapport

avec le comportement des émi ssions (Tableau 2.1). Néanmoins. d.é-pendant du cllma t local et de la période de l'année (saisons), ce phénollJ,ne ne se produira pas avec la " ' e intenli té.

Par contre, au niveau des élllissionS pouvant 'tre l l'ori-gine d'épisodes acidiques sérieux, il semble que les conditions • suivantes soient idéal •• :

- Air stagnant au.-dessus d'une région l ~orte ooncentra-tion industrielle.

f

, "

J 1

... ,"

l

_~~~

''';

',4

': _,

1

,~~ ,~ \

~

l' 1 l ' i

-j

l '

1

l'

,...", . -" '\ J . } .

_._---

... --- --

~-_._-~--0

1"7'-" ~ '

...

~

"'

/

J

./

Tableau 2.1 ~port •• ti1t d •• j&1"l.ona en rapport avec la couche d' invenioll

...

IIJRAlfT .. LA RUTT ..: ~ IUTera10n noctŒrne ~e de . . lange basae

~bl.

aélaage ?ert1cal deI polluants

~

~

•• iOD8 , .

haute.

cheminé ••

peuvent

'éChapper 'iaU-d.SSU8 d. la- couche de

l.&nge

~. pollUDta ",VInt voyager intacts

~

plusieura

centaine. de kilo.Atres

-

DURAliT LE JOUR

Erosion de. 1. couche de~stabi1ité

Mélange des polluabts

dalUI 1 ta tlIo8ph\re

Disper8ion

.ertlc.le et

dilution

des polluants atmosphérique.

Tranaport a taoephé:t' 1

_..

que

d.. polluants

sur de longue. distance.

(Whelpdale 1918) • ~

..

6

c:---~

N 0'\

•

,

. ,~~ (f, "

r'~

~ ... .

t '.

1

.-r

r

(

)

( l '

---

---_.

---_.- ~

~---~---27.

- V.nt. légers .t faibles concl1tions de .élange vertical. Ces deux conditions étant suivies d'un transport

atmo8phé-rique efficace ~u d'un. intéçat10n lune dépres'sion. Ainsi,

8uivant .. cheminement, plus élevé sera le taux d. polluants l

l'émisei;n, plus grandes seront les chances d'obtenir des dépo-sitions acidiques ultérieures en milieu'éloigné.

b- Oxydations

Advectéea par les vents dialtitude, l.s polluants

entre-prennent une oxydat1on amenant une transformation gradu.lle de leurs composantes chimiques initiales. En définitive, lorsqu·un

polluant est injecté dans l'atmosph'ref éon comportement est

compl~tement soumis aux environnements chimiques et physiques

dans lesquels il se retrouve:

- Conditions météorologiques (masses d'air, synoptiques) Tertapéra ture s

Rayonnement solaire

- Concentration d'autres substances chimiques, organiques et au tres présente. dans l'a tmosphltre

- Réactions homog~nes (réaction des phas.s 'd'un gaz) "

- Réactionshétérog~ne8 (gouttelette. liquides et

parti-cules solides)

(Whelpdale 1978)

- HUDlidi té et va.peur d'eau - Vents légers et ciel clair

(Hidy et aIl 1978)

- Hauteur de mélange

Vélocité de déposition des polluants P

(Ronneau et aIl 1978)

- L'étend.u, de la région souroe

-'La

di.par.ion dite "croeawind"

- La. lIOyenne de concentration des polluants daDa la

cou-ch. de aélange

- La constant'e de décolllpOsl tian des polluants

Le taux de transformation des polluants

(Prahm et Torp 1976)

,

r "

-".~~----( )

()

(

---

2:~~

J

A la lumi~r. de ce. no.oreux par . . ~tr •• , 11 devient

évi-dent qu~ le phéno~n. eet ~.sable . . nt co.pl.xe; 1 •• variabl ••

pouvant grandement influencer l'oxydation de. polluante dans le temps et dans l'espace.

Des deux polluants responsables de la formation des pluies

t

acides, ltoxydation du 302 semble la mieux comprise. Ce dernier

est oxydé A partir de réactions catalytiques et ~hotochimique8

(Figure '2.2). Sa transformation en sulfate semble varier

énormé-ment dans le temps: de 3 heures (Sheih et Shir 1973) l 60

heu-res (Environnement Canada 1919), dépendant des param~tr'8

énumé-rés plus haut. En pratique, à une vitesse de vent de 5 mis, ces

temps correspondent à des échelles de distances variant entre

50 et 1,000 km approximativement. Au delà de 500 km, la

pollu-tion par le sulfate devient plus importante que celle du S02.

(Shelh 1977) Quant au il oscillerait

7.8 x 10-7 5-1

2-taux de transformation ,chimique du 302 en s04 '

entre l x 10- 6 8-1 (Hemni et Reiter 1978) et

-

.,.

(Eliassen 1978);

_.

ce qui semble démontrer qu'il y

a un taux d'oxydation chimique associé à chaque cas épisodique

en particulier car, les param~tres régissant l'oxydation du 302

et la synoptique météorologique ne sont les m@mes qu'en général.

(~ En ce qui a traitA l' oxyda tion des oxydes d' azo tè, peu ~

~-~~ses sont connues sauf le fait qu'elle se produit pteaque

instan~ent

_{sous l'action du rayonnement solaire. Lea NOx se}

t~nsforment alors en nitrates suite à la dissociation

molécu-laire du N02 ' de la pombinaiaon oxyg~ne atomique - oxyg~ne

mo-léculaire en vue de produire l'ozone, et de l'oxydation finale

de l'oxyde nitreux NO par l'ozone. (Bolavert 1916).

Bien que l'oxydation du S02 peut demander jusqu'l 2.5

jours, son contact avec des NO_x engendrera une rapide

"

1

()

(

Il .. \

Processus d' oxyda t10n du d10xyde de ~~u.~r. _.(5,0-2 )

,.,.. ... _ , , , , , , ) nt • _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ...

;;

-r".., ~ ~

---- ...-. --- .-...-.

~ ___ -...=__ --..". -~

_"'"'--::::.... --::.. --- -:::=::..".- -

- ---- ~ - - - ---.-.:::x:::.... ~ ---

-:::=---

---..-.. L ----.-....-... J " " - - - - . . - - - - " " " - . . . . - - - . . . --...-- ~ ~ - - - - -(',"- ~ ~ sa, .. --- - ... --;-+ 01.$" . : - . . . , &

..c-,.. tw- "'-2. Oa·

-.os

P"", - - - '

--

... y

...

1 _ _

•

1'1 2' "

III~ D·o. . . 'f'IOIII ... ,.. L~ . . .

... st .... . - - . , ' ' ' ' . . 'IN'aJt O' EAU

_---J~)\---~ ~ ~ ---- ~ -..=--::..-...-~ -...-- ::::::::- --... ---

-=---,.,-... ... ...-..-....-

-

.-...

-

--

~ ~

----

~~ ..""... ~ L~,...&;:Je ..::::::!-

-==-- -...-.. ...::.

----~

----

~ ~ ~

--

---(',1"

-~

ht .. - - ..., & ... - - - . . . .

-...

. . . - . . -

r<-"

,

...

-.... ""*""1, .,-

___ Il'

"aD

L-.:..

H lP __

,---,.. ... --

---ï-::t. ... ...

_{111 ... _ . . . . .}

...

29.

r-( )

()

\

--~

---

.. ,_.

}o.

1 •• plui toxiques .n

YU,

d. déposit1ons hum1d •• ult4rleur •••

Néanmoins, durant l.ur transport at.olphérique, c •• d.rnier.

seront soumis l'divera ••

co~tralnt'I

dont le te.pa de

résiden-ce

en atmoaph're et lee oondition. météorologiques rencontrées.'

Des modifications aeront alors plus ou moins actives, ce qui

contribuera au phéno~ne de variabilité observé entre les

dif-férents cas épisodiques.

c- Transport atmosphérique et temps de résidence des polluants.

sx::;c::~

La distance parcourue et la durée du tJansport

atmosphé-rique des polluants découlent de plusieurs param~tre8 dont:

- Les caractéristiques météorologiques générales.

- La vitesse des vents en altitude (1 ! 2 km au-dessus

du 801).*

- La hauteur des polluants à l'1ntérie~r de la couche de

, mélange. \

- La vitesse de déplacementl

d 'un syst~me dépressionnaire

lorsque les polluants ont franchis l'étape de l'intégra-tion.

*

(OECD 1977)

Apr~8 l'émia8ion dei polluants, la majeure partie de ces

derniers auront tendance l voyager dans la couche de mélange

entre 1 et 2 km au-dessui du sol, durant leur transport

atmos-phérique. (OECD 19(7) En moyenne, le temps de résidence dan!

, l'atmo8ph~re des polluants dus au aoufre est compris entre un

, et cinq jours (Al tehuller - HoBean 1979); alors que le'9 oxydes

d'azote auront tendance l séjourner davantage dépendant du

cl!-....

mat d'une région donnée. La durée du tempe de réeid.nc. des

pol-+uanta dans Itat.osph~r. dépendra d. plusieurs facteurs:

- Le. caractér1stiques phYSiques et chimiques des substan-cee.

- Lal hauteur d'injection dea polluants dana ltatmo8ph~re.

La fréquence des précipitatiOns

j

1 ,