Les pluies acides - Maxicours

Les pluies acides

Objectifs
Préciser ce que sont les pluies acides.
Indiquer leurs origines.
Exposer les conséquences des pluies acides.
Montrer comment il est possible de lutter contre ce phénomène.
1. Les pluies acides
a. Définition
L’eau de pluie est naturellement acide. En effet, le atmosphérique réagit avec l’eau des nuages, selon la réaction : .
L’espèce chimique formée est nommée acide carbonique. C’est un diacide qui réagit avec l’eau selon deux réactions:



et

pour la première, et pour la seconde. En conséquence, comme l’atmosphère comporte un taux de d’environ 0,04 %, cela entraîne un pH voisin de 5,6 pour une eau de pluie normale, c'est-à-dire non polluée.

Cependant, des polluants libérés dans l’atmosphère sont susceptibles de faire baisser ce pH.
Pour des valeurs de pH inférieures à 5, on parle alors de pluies acides. Les polluants responsables de ce phénomène sont principalement le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote.
b. Le dioxyde de soufre
Le dioxyde de soufre () peut provenir de la combustion du soufre, selon l’équation :


Cependant bon nombre de combustibles fossiles contiennent du soufre. Leur combustion entraîne alors la production de .

Le pétrole brut présente un taux de quelques pour cents en soufre : 1,5 % pour un pétrole brut de bonne qualité, mais pouvant monter à 5% pour des pétroles de qualités inférieures.

Pour le charbon, les taux sont également de quelques pour cents, mais deviennent importants dans certains gisements (jusqu’à 15 % !). Une fois libéré, le dioxyde de soufre réagit avec de l’eau et du dioxygène selon l'équation:


L’espèce chimique produite est l’acide sulfurique. Elle contribuera au phénomène d’acidification des eaux de pluie.

Remarque : le dioxyde de soufre est également libéré dans l’atmosphère par des volcans. Ces derniers sont ainsi susceptibles d’induire des pluies acides dans leur voisinage.
c. Les oxydes d'azote
Un autre acteur important est le dioxyde d’azote (). Produit notamment par les moteurs thermiques et les centrales thermiques où se déroule une combustion. A hautes températures, le dioxygène et le diazote réagissent ensemble pour former du monoxyde d’azote, selon: .

Celui-ci réagit alors avec le dioxygène, afin de former du dioxyde d’azote: .

On retiendra ainsi la réaction globale:

Le dioxyde d’azote, gaz de couleur orangée, donne un aspect coloré aux nuages de pollutions au-dessus des grandes villes. Une fois dans l’atmosphère, il produira de l’acide nitrique ( ) en réagissant avec l’eau :



Comme l’acide sulfurique, l’acide nitrique a des propriétés acides marquées, et contribue aussi à acidifications des eaux de pluies.

Les émissions d’oxydes d’azote sont liées à la circulation automobile terrestre, mais aussi aux bateaux et aux avions.
d. Autres polluants
D’autres espèces chimiques interviennent dans l’acidification des eaux de pluies:

Le chlorure d’hydrogène se dissout dans l’eau pour former l’acide chlorhydrique : .

L' ammoniac, produit par l’agriculture et l’élevage. Présent dans les sols, l'ammoniac peut former des oxydes d’azote (nitrification) qui seront alors libérés dans l’atmosphère selon l'équation: .
2. Conséquences des pluies acides
Les pluies acides sévissent au voisinage des régions où les polluants sont émis. Cependant, elles peuvent être emportées par le vent sur des distances d'une centaine de kilomètres.
L’Amérique du Nord et l’Europe ont été les premières régions touchées par le phénomène. L’Asie, suite à son industrialisation, est désormais aussi concernée.

Les pluies acides ont des conséquences à différents niveaux, sur la Nature et sur l’Homme :

Action sur les forêts

Les arbres sont très sensibles aux pluies acides. Les feuilles sont fragilisées, les sols attaqués, la croissance des arbres altérée. La faune est également affectée (de manière directe ou indirecte). Les forêts d’Europe centrale sont particulièrement concernées.

Concentration des acides dans les lacs

Dans les lacs, le pH peut descendre très bas, car ils recueillent les eaux de pluie. Les bactéries puis les poissons meurent, car ils ne peuvent pas vivre dans ces conditions. La vie peut même disparaître dans les lacs atteints sévèrement par ces eaux de pluie.
L’eau est alors spectaculairement transparente, car le lac est biologiquement mort. Des lacs de Scandinavie et du Canada sont très touchés par le phénomène.

Acidification progressive des océans

Les fleuves déversent l’acidité des pluies dans les océans. Cet effet est combiné à l’augmentation du taux de atmosphérique : comme nous l’avons vu, ce gaz se dissous dans l’eau et l’acidifie. Le plancton, les récifs coralliens, et les animaux à coquilles calcaires sont ainsi menacés.

Effets sur l’Homme

Les polluants évoqués peuvent attaquer les poumons et accentuer certaines pathologies (allergies, asthmes, difficultés respiratoires, …). D’autre part, les pluies acides rongent les tuyauteries (cuivre, plomb). Des traces de métaux lourds comme le plomb passent alors en phase aqueuse. Si cette eau est bue, elle peut à long terme entrainer l’accumulation dans l’organisme de ces métaux, entrainant des problèmes de santé.

Action sur les bâtiments

Les effets néfastes des pluies acides concernent aussi les constructions humaines. Les matériaux de construction à base de calcaire sont attaqués par les acides sulfuriques et nitriques. Des métaux, comme le zinc des toits parisiens, sont également sujet à une corrosion accélérée.
3. Lutte contre les pluies acides
a. En amont
Agir en amont, c'est-à-dire à la source !

• En diminuant l'émission des deux acteurs principaux (qui sont le dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote), les pluies acides sont diminuées de manière efficace.

• Il est possible de désulfurer le pétrole, lors de son raffinage, afin d’obtenir des carburants propres en soufre. Le dihydrogène est mis à contribution durant une étape de désulfuration nommée hydrotraitement, selon une réaction écrite symboliquement comme . Le soufre extrait est d’ailleurs exploitable industriellement (synthèse d’engrais, …).

Il n’est pas possible de désulfurer le charbon. Par contre, pour des installations industrielles utilisant du charbon comme combustible,

Agir au niveau des fumées issues de sa combustion. Plus précisément, avec la réaction :

le soufre est « fixé » dans le produit solide formé, du gypse.

Depuis les années 1970, les rejets en dioxyde de soufre ont diminués en Europe et en Amérique du Nord. tout cela résulte de politiques de plus en plus sévères concernant les émissions de ce gaz. Des signes d’amélioration ont été observés sur certains sites naturels qui avaient été touchés.

• Pour limiter l’émission d’oxydes d’azote, les véhicules automobiles furent progressivement équipés de pots catalytiques. Leur but est de catalyser des réactions entre les gaz d’échappement les plus nocifs, afin de les transformer en gaz moins polluants, comme la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone, par exemple selon la réaction :



Pour qu’un pot catalytique soit efficace, il est nécessaire qu’il soit chaud (400 °C). Ainsi, les polluants nocifs sont tout de même émis pendant les premiers kilomètres parcourus avec le véhicule. De plus, les métaux employés comme catalyseur sont polluants quand ils sont rejetés dans l’environnement (usure du pot).

Les mesures évoquées ont eu pour effet une diminution du taux de dioxyde d’azote. Mais, les taux tendent actuellement à stagner, notamment en Amérique du Nord et Europe, alors qu’ils augmentent dans des pays en voie de développement.
b. En aval
Il existe quelques solutions pour soulager des milieux contaminés par des pluies acides :

Répandre des tonnes de chaux ou de calcaire dans les lacs contaminés (Scandinavie) pour permettre au PH d'augmenter

• Agir sur des écosystèmes isolés

⇔ Les solutions en aval n'ont qu'un effet ponctuel.

c. Surveillance des pollutions
Une surveillance en continue des polluants se met en place au niveau des grandes villes. La finalité est de suivre au jour le jour l’évolution des polluants et de pouvoir alerter les populations si besoin est. Des périodes de fortes chaleurs et/ou d’absence de vent sont propices aux pics de pollution.

En parallèle, une surveillance par satellite rend possible une cartographie des polluants dans le monde entier. Cela permet de cerner les régions où la production de ces polluants est la plus forte, et comment ils migrent au grès des vents.
L'essentiel
•  Le dioxyde de carbone atmosphérique rend naturellement l’eau de pluie, acide.

Le pH ordinaire est de 5,6.

Les pluies acides sont des précipitations où le pH de l’eau inférieur à 5.

• Cette acidification provient de l’action combinée de polluants. Les deux polluants majeurs responsables de ce phénomène sont le dioxyde de soufre () et les oxydes d’azote () . L’un et l’autre réagissent avec le dioxygène et l’eau afin de produire respectivement de l’acide sulfurique et nitrique :
    et    

• Les pluies acides entrainent la fragilisation des forêts, l’acidification des étendues d’eau, ce qui entraîne des conséquences écologiques désastreuses sur certains habitats naturels. L’Homme est également touché par le phénomène.

• Un moyen efficace de lutter contre les pluies acides : réduire les émissions polluantes.
Pour aller plus loin...
Cette fiche s’est focalisée sur les polluants impliqués dans le phénomène des pluies acides. Il faudrait également parler des autres, comme l’ozone, les émissions de particules des moteurs, suies, métaux lourds, monoxyde de carbone, méthane, …

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