REPUBLIQUEALGERIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE Université D’Oran
Faculté Des Sciences
Post-Graduation En Sciences De L’Environnement & Climatologie
Les Pluies acides Les Pluies acides
Et leurs impact Et leurs impact
sur sur
l’environnement l’environnement
Thè Thè me me
Présenté Par :
Présenté Par :
Problématique: Est-ce qu'il pleut de l'acide?
Le phénomène pluies acides est connu depuis longtemps et s’est accent ré lors de la révolution industrielle,en effet, en 1872,le
chimiste anglais Robert- Angus Smith publie un ouvrage intitulé «Air et pluies » ,les débuts de la climatologie chimique ou le terme de pluies acides est employé pour la première fois après étude de la ville industrielle de Manchester et ses environs. Depuis Smith, le phénomène ne cesse de s’amplifier, que le Suèdois Svante Oden démontre le caractère transfrontalier des pluies acides. en fait le terme précipitation acide qui englobe toutes les formes de
précipitation acide telles que la pluie mais aussi la neige et le brouillard.
Seule une démarche scientifique, parfois longue à mettre en oeuvre et nécessitant souvent des moyens technologiques, permettra de répondre d'une manière satisfaisante. L'un des rôles du chimiste est de surveiller notre environnement. Il lui appartient aussi, lorsque cela est nécessaire, de proposer les remèdes.
C'est ainsi que, depuis maintenant plus de vingt ans les
chimistes s'intéressent à l'acidité des pluies. Le pH de l'eau de pluie est régulièrement contrôlé et certaines valeurs très
inquiétantes (pH = 1,5) ont été relevées, en, particulier aux États Unis. De telles acidités sont à l'origine de la mort biologique de plusieurs lacs de notre planète et de la détérioration de
monuments qui avaient pourtant résisté à des siècles d'histoire.
a. Qu'est-ce que le pH ?
• L'abréviation pH signifie potentiel hydrogène, il indique si la solution est une base ou un acide.
Quand le pH est compris entre]0; 7[, la solution est acide.
Un pH égal à 7 montre la neutralité de la solution à 20°C.
Quand le pH est inclue entre]7 ; 14[, la solution est basique.
Il établit des correspondances entre [H3O+] et le pH.
• Le pH est une échelle logarithmique qui mesure la quantité d'acide dans un liquide comme l'eau. Étant donné que les acides libèrent des ions d'hydrogène, la teneur en acide d'une solution dépend de la concentration des ions hydrogène, ce qui est exprimée par une valeur de pH. Cette échelle est aussi appliquée à la mesure de l'acidité des échantillons de précipitations.
0 = acidité maximale 7 = point neutre
14 = basicité maximale (le contraire de l'acidité)
B. Acidité de la pluie :
• Dans le monde entier, la pluie acide est normalement acide avec un pH de 5 à 5.6. Cette faible quantité d’acide provient
principalement de l’absorption du co2 gazeux naturel dans l’air et ceci à cause de l’effet de serre par contre, les pluies aujourd’hui sont dix fois plus acides pH de 4.6 à 4.0 que la normale,
principalement à cause de l’addition de SO2, Nox dans l’atmosphère.
C. Provenance des polluants:
Les principaux polluants sont les dioxydes de soufre SO2, ainsi que les oxydes d'azote nox
D. Explication du schéma.
Lorsque les émissions
comme le dioxyde de soufre qui produit par les usines
alimentées( au charbon ou au pétrole) et les oxydes d’azote ( que l’on retrouve dans les gaz d’échappement ) atteignent l’atmosphère , elle se
combinent à l’eau pour former de l’acide sulfurique et des oxydes nitreux
Il se forme ensuite des dépôts secs et humides,on a les vents dominants transportent ces polluants sur de longues distances
et les déposent sur le sol sous différentes formes : pluie,
neige, brouillard, glace, nuages, gaz moléculaire et poussières.
Les hydrocarbures imbrûlés forment sous l'action du soleil des oxydants. Cependant, on assiste à un cercle vicieux.
Le Smog
• Il est essentiellement constitué d’ozone gaz très polluant au niveau du sol.
• le Smog (brouillard) provient de réactions chimique COV et NOX , est une forme de précipitation acide particulière qui se crée par
beau temps (Hautes Pressions) lors d'une inversion de température.
Ceci est montré sur le schéma ci-dessous
II. Quelle est l'origine de l'acidité de la pluie.
Pour retrouver des oxydes d'azote et des oxydes de soufre dans l'air, il faut que les éléments chimiques azote (N), soufre (S) et oxygène (O) interviennent. L'azote et l'oxygène sont présents dans l'air, mais le soufre?
• Le soufre est apporté par les hydrocarbures (pétrole) et par le
charbon. Ces espèces chimiques sont d'origines végétales, or dans tous les végétaux, il y a peu de cet élément chimique, dans les
constituants des protéines.
• Le soufre se conserve, lors de la décomposition des végétaux, puis lors de la formation de charbon et de pétrole et se trouve également dans diverses espèces chimiques.
Quand le charbon ou le pétrole est brûlé, les éléments chimiques carbone (C) et hydrogène (H, pour le pétrole) se retrouvent dans les espèces chimiques comme le dioxyde de carbone (CO2) et l'eau (H2O). Ce sont respectivement des oxydes de carbone et
d'hydrogène. Le soufre se retrouve sous la forme de trioxyde de soufre (SO3) qui est un oxyde de soufre.
A. Les combustions, sources d'oxydes d'azote et de soufre.
• La formation de l'oxyde de soufre passe essentiellement en deux étapes. La combustion de fuels soufrés, produits du dioxyde de
soufre, se transforme lentement dans l'atmosphère en trioxydes de soufre (SO3) à cause du oxygène (O2) présent dans l'air.
• L'origine de l'oxyde d'azote est différente. L'élément chimique N, n'est pas présent dans les combustibles, et si on brûle un
combustible en présence d'oxygène pur, on ne forme pas d'oxyde d'azote. L'oxyde d'azote provient du fait que dans la flamme, il y a également l'azote de l'air. Le rendement de production de l'oxyde d'azote est fort heureusement très faible, car il y a énormément d'azote dans l'air.
• Les origines de la présence d'acide nitrique et d'acide sulfurique dans l'air sont dons très différents. En un cas, l'azote est apporté par le comburant, alors que dans l'autre cas, le soufre est apporté par le combustible.
Les étapes du mécanisme menant à la formation des pluies acides:
• Première étape: transformation du monoxyde d'azote (NO) Le monoxyde d'azote est oxydé en dioxyde d'azote.
Monoxyde d'azote + oxygène ---> dioxyde d'azote [NO + 1/2 O2 ---> NO2]
• Deuxième étape: transformation du dioxyde d'azote
Le dioxyde d'azote réagit avec la pluie et la vapeur d'eau atmosphérique pour former de l'acide nitrique.
Dioxyde d'azote + eau ---> acide nitrique + monoxyde d'azote [3NO2 + H2O ---> 2HNO3 + NO].
• Troisième étape: mise en solution de l'acide nitrique
L'atmosphère est donc chargée en acide nitrique qui se retrouve dans les pluies.
Dans l'eau, cet acide (mis en solution) forme des ions hydrogène responsables de l'acidité des pluies, et des ions nitrates.
[Acide nitrique (en solution) ---> H+ + NO3-]
Les monoxydes d'azote sont le premier maillon de la chaîne de réactions qui mène à la formation du phénomène des pluies acides.
• 3 - Les méfaits des pluies acides.
• Depuis le début des années 1950, une augmentation de l'acidité des pluies dans les diverses régions
industrialisées du monde : Europe, Est de l'Amérique du Nord et plus récemment en Chine, où le pH moyen des pluies est passé de 6 à 4 entre 1955 et 1985.
• Cependant, en Europe, des mesures ont été prises pour limiter l'acidité des précipitations telles que limiter le
teneur en soufre des combustibles et rendant obligatoire les pots catalytiques sur tous les moteurs à essence.
• Ces mesures ne sont tout de même pas suffisantes car
les pluies acides ont des méfaits importants sur notre
environnement.
Méfaits des précipitations acides sur l’eau
• L'acide diminue la capacité des poissons à capter l'oxygène et les minéraux dont ils ont besoin pour vivre. Les poissons d'eau douce doivent garder un équilibre délicat entre les sels et les minéraux dans leur organisme.
• L'acide les empêche de garder cet équilibre, causant une réduction de la reproduction de l'espèce. Les poissons ont besoin pour vivre d'un pH compris entre 6,7 et 8,6. Lorsque le pH diminue et passe sous une valeur seuil de 5.6, on constate que la reproduction est compromise et que la survit des œufs et alevins est précaire.
• Si le pH passe au dessous de 5, alors les jeunes poissons et les adultes d'espèces fragiles (truite, saumon) sont en danger. Mais toutes les espèces animales (batraciens, amphibiens, crustacés, mollusques, insectes, micro-organismes) et végétales (plantes
aquatiques, plancton, etc.) subissent des altérations plus ou moins graves en fonction de l'acidité du milieu.
• De sorte que la chaîne alimentaire se brise, entraînant la disparition en cascade d'un grand nombre d'espèces et la prédominance de certaines.
• Voir le Tableau suivant reliant le pH aux conséquences sur les poisson;
• L'écoulement des pluies transporte des métaux toxiques dans les lacs. Ces métaux sont absorbés par les
poissons où ils deviennent mortels. Il y a une
augmentation de métaux dans les lacs à la fonte des
neiges, car l'eau qui en résulte s'écoule vers les lacs en
Les nappes phréatiques et les sources
L'acidité des précipitations peut diminuer le pH des sources ou des nappes phréatiques dans certaines conditions qui dépendent de:
la profondeur de la nappe.
la concentration en calcium du sol et de l'eau.
la vitesse de ruissellement de l'eau piégée dans le sol en fonction des pressions.
Le pouvoir tampon d'une eau est d'autant plus faible que la pluie qu'elle reçoit et le sol qui la porte sont acides. Schéma montrant l'acidification d'un plan d'eau à partir d'une pluie acide et par le parcours de cette dernière dans le sol.
B. Méfaits des précipitations acides sur les forêts et les sols:
• Les pluies acides interviennent aussi dans les dépérissements des forêts, bien que ce dernier soit un syndrome complexe dans lequel
interviennent aussi de façon directe les polluants gazeux (SO2 et photo oxydant).
• Les pluies acides rendent certains sols acides . On le constate surtout dans les zones montagneuses ou les sols sont pauvres;cela provoque une perte d’éléments minéraux.
• Sur les sols alcalins (comme le calcaire) l’acidité est en partie neutralisée et l’effet est réduit.
• Sur le granit, les sols sont minces l’acidité peut –être réduite jusqu’à un taux acceptable.
• Sur les sols sableux, les pluies acides sautent le sol et l’environnement devient trop acide; les plants et les animaux sont atteints. parfois les sols contiennent des métaux lourds en quantité et des réactions chimiques provoquées par l’acidité du sol font qu’ils sont absorbés par les plants qui contaminent à leur tour les animaux qui les avalent.
• En effet, les arbres sont particulièrement sensibles aux pluies
acides leurs feuilles ou leurs aiguilles tombent prématurément, leurs racines deviennent clairsemées, leur croissance est ralentie et la plupart du temps, ils finissent par mourir.
De plus, les dépôts acides perturbent les sols et rendent la croissance difficile pour certaines plantes. L'accroissement de la dégradation des plantes et des animaux se traduit par une hausse des émissions de méthane (CH4) dans l'atmosphère.
Forêt dévastée par les pluies acides
• Comparaison entre une feuille saine et une feuille attaquée par les pluies acides.
• Les acides brûlent les feuilles. Normalement, les eaux de pluies ont un pH de 6.5, ce qui les rend très légèrement acides. Ici, l'addition des composés sulfuriques et nitriques abaisse le pH à 2 ou 3.
C. Méfaits des précipitations acides sur les monuments:
• Les pierres calcaires sont lentement attaquées par les pluies acides. Au niveau du sol, les conséquences sont peu sensibles, au niveau des constructions, la détérioration des façades, des statues entraîne un vieillissement précoce. La pierre semble rongée. Elle perd ses propriétés de soutient et de décoration.
Le calcaire et l'acier sont donc attaqués et un grand nombre de monuments en danger (le Parthénon à Athènes, la Tour de
Londres)
Les pierres s'effritent et les dégâts dus aux retombées acides des dernières dizaines d'années sont beaucoup plus importants que ceux de plusieurs siècles d'érosion naturelle.
La cathédrale de Reims est, elle aussi un bon exemple car elle est à base de calcaire qui est une roche sensible aux attaques des pluies acides.
ACTION DES PLUIES ACIDES SUR LES
MONUMENTS :
• Les pluies acides et les dépôts qu'elles génèrent attaquent la pierre. De nombreux dégâts sont à déplorer, notamment sur les monuments des
régions industrielles. Sur cette photographie, une tête sculptée érodée par l'acidité, rendue
quasiment indiscernable, au château de Lincoln, dans le Lincolnshire (Angleterre
).
Statue de la liberté
Remèdes réduisant des dégâts causés par les pluies acides : Heureusement il existe quelques solutions.
Le chaulage
Étant donné que les solutions basiques neutralisent les solutions acides, la chaux (solution basique) peut réduire l’acidité des lacs, des rivières ou des sols lorsqu’elle y est déversée.
Malgré beaucoup de possibilités pour chauler (chaux versée en continu dans les
rivières, chaux lâchée par hélicoptère ou par avion ou, mieux encore, de répandre de la chaux sur les lacs gelés.
Son efficacité est particulièrement convaincante pour les lacs. Mais il faut en général 4 tonnes de chaux par hectares pour élever un pH de 5.5 à 6.5. Après que le p H soit redressé, de différentes variétés de plantes et d’animaux, réapparaissent rapidement dans le lac.
Étant donné que des métaux encore toxiques restent toujours au fond du lac,
certaines espèces d’animaux ne réapparaîtront pas. Dans certaines régions, la chaux est simplement répandue sur le sol. Mais cette méthode a un atout important : elle réduit non seulement l’acidité des sols mais aussi celle de l’eau et la végétation.
L’opération doit être répétée tous les 2 à 5 ans.
Diminution des rejets d’oxydes de soufre et d’azote
Le soufre :
• Il existe deux procédés pour éliminer le soufre des combustibles fossiles:
• Avant combustion:
• Ce procédé est appelé combustion sur lits fluidisés. On brûle le
combustible sur un lit de granulés, fluidisés par une circulation d'air.
L'adjonction de chaux ou de carbonate de calcium permet la fixation de 80 à 90% du soufre contenu dans les combustibles.
• Après combustion
• On réduit les émissions par neutralisation chimique en fixant les rejets sous forme de boues de sulfites ou sulfates permettant d'éliminer 80 à 90% du soufre.
Les oxydes d'azote :
• Les industries:
• Pour diminuer les émissions de NOx on s'efforce de diminuer la température de combustion (<1000°C), et par un procédé de dénitrification des gaz par l'ammoniac on élimine 90% des NOx.
Les voitures:
• Pour les voitures, le pot catalytique est le seul procédé technique efficace.
Conclusion :
• La recherche scientifique a fait beaucoup de progrès dans la
connaissance des dommages que les précipitations acides provoquent sur l'acidification des lacs. Durant les dix dernières années, les
mesures effectuées montrent une diminution de 50% des dépôts sulfureux.
• Le déclin de ces dépôts s'est accéléré depuis 1990 contribuant à
améliorer la composition chimique des eaux. Il est vu qu'après la prise de conscience de la communauté internationale au début des années 80 de réels efforts ont été entrepris pour faire diminuer les pollutions atmosphériques et par conséquent les précipitations acides.
• Il est à noter également que les sources de polluants à l'origine de précipitations acides sont pour part égale anthropiques et naturelles actuellement et que les pollutions acides étaient par conséquent présentes bien avant l'activité humaine. L'homme ayant au cours de ce dernier siècle accentué gravement le phénomène, il lui était
impératif de le résorber.
• Les programmes nationaux et internationaux de lutte contre les
précipitations acides des pays industrialisés étant prévus sur le long
