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Plan du cours. Quelques notions sur les

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Presentation Transcript

    2. Plan du cours Quelques notions sur les quilibres acide-base Dfinition dun acide La force dun acide pH de leau de pluie pure Capacit de neutralisation des acides Origine des dpts acides Dfinition dun dpt acide Formation des acides dans latmosphre missions naturelles vs missions anthropiques: cas du S Rpartition des missions anthropiques de SO2 et NOx par secteur dactivit, historique des missions (.U., Canada, R.U.) et tendances actuelles

    3. Plan du cours (suite) Rpartition gographique des dpts acides/zones sensibles lacidification Amrique du Nord Province du Qubec Europe Impacts sur les milieux rcepteurs cosystmes aquatiques Chimie de leau (pH, mtaux traces) Effets sur les producteurs primaires Effets sur les invertbrs Effets sur les poissons cosystmes terrestres Sols Vgtation

    7. Problme des dpts acides Le terme pluie acide, acid rain a merg la fin du 19me sicle (Angus Smith) et dsigne les effets des missions industrielles sur les prcipitations dans les midlands (G.B.) Limpact global ( lchelle dun continent) des pluies acides sur lenvironnement na pas t reconnu avant la moiti du 20me sicle Ce nest pas avant la fin des annes 70 que les gouvernements ont subventionn des tudes grande chelle sur le problme des dpts acides Mise en vidence des sources industrielles des dpts acides par les tudes palolimnologiques faites par les chercheurs canadiens (J. Smol, Univ. Queens) et de lest des tats-Unis (G. Likens, New Hampshire).

    8. Reconstruction palolimnologique Fossiles: Algues diatomes ou chrysophytes Sdiments superficiels Diatoms vs pH Datation au Pb 210 Reconstruction historique Diatoms acidophiles Diatoms alcalinophiles Modle empirique dinfrence du pH

    9. Problme qui nest pas nouveau: lacidification des lacs dbute ds la moiti du 19me sicle (Europe) Problme qui sest intensifi dans les annes 70 Reconstitution historique du pH en utilisant les assemblages de diatomes dans les sdiments lacustres (palolimnologie)

    11. 1. Quelques notions sur les ractions acides-bases

    12. Thorie acide-base Conformment la thorie de Brnsted, les acides sont considrs comme des donneurs de protons (H+) et les bases comme des accepteurs de protons: Acide1 ? Base1 + Proton Proton + Base2 ? Acide2 Acide1 + Base2 ? Base1 + Acide2 Le proton H+ en milieu aqueux existe toujours sous sa forme hydrate H3O+

    13. chelle de pH pH = log10([H3O+]) = log10([H+]) [H+] = 10pH Une solution de pH 4 est 10 ? plus acide quune solution de pH 5 et 100 ? plus acide quune solution de pH 6

    14. Quel est le pH dune eau de pluie pure?

    15. pH dune eau de pluie En ralit, le pH de leau de pluie pure nest pas seulement control par la dissociation du CO2 dissous mais galement par la prsence dacides dorigine naturelle En absence de bases (NH3, CaCO3), le pH de leau de pluie naturelle varie entre 5,3 (exceptionnellement 4,6) et 5,6 dans les rgions loignes de toute source anthropique de pollution . Charlson, R. J. et Rodhe, H. Nature 295, 683-685 (1982) Les acides naturels dans les milieux aquatiques sont les acides humiques et fulviques provenant de la dcomposition de lhumus vgtal Dautre part, la prsence darosols marins ou de poussires terrestres alcalines peut faire monter le pH de leau de pluie jusqu 6,0 Les dpts acides de sources industrielles (SO2) ou dues au transport automobile (NO3) peuvent faire baiser le pH de leau de pluie jusqu 4,0

    16. Capacit de neutralisation des acides sols-roches mres La sensibilit dune rgion ou dun cosystme aux dpts acides dpend de sa capacit neutraliser lexcs dacidit, elle-mme dtermine par les caractristiques des sols et de la roche mre: Les sols dvelopps sur une roche mre carbonate (calcaires, dolomies) contiennent une plus grande rserve de cations changeables (Ca, Mg)CO3 + H+ ? Ca2+ + HCO3 Les roches granitiques peu altrables et les podzols sont caractriss par une faible rserve de cations changeables: Roches du Bouclier prcambrien en Ontario et au Qubec

    17. Capacit de neutralisation des acides milieux aquatiques La sensibilit des eaux de surface aux dpts acides dpend de leur capacit neutraliser les ions H+ = alcalinit pour les eaux naturelles alcalinit = [HCO3] + 2[CO32] + [OH] [H+] Dans un environnement calcaire, plus de 80% des lments dissous de leau dun lac sont dtermins par les quilibres calco-carboniques, i.e. les quilibres des carbonates et la dissolution du calcaire (CaCO3, calcite)

    18. 2. Origine des dpts acides

    19. Dfinition des dpts atmosphriques acides Le terme pluie acide est communment utilis pour dsigner toute prcipitation rendue acide par la prsence dacides forts; il sapplique aux prcipitations acides aqueuses (brouillard, neige, rose, verglas) Dans un sens plus gnral, le terme dpt acide fait rfrence tout dpt sur la surface terrestre dacides sous forme aqueuse, gazeuse (SO2) ou de sels les dpts en solution sont des prcipitations acides les dpts sous forme de gaz ou de particules sont des dpts secs

    21. Formation des acides au niveau de latmosphre

    22. Sources Lhistorique des pluies acides est relie lvolution des missions atmosphriques doxydes de soufre et dazote Lutilisation du charbon et le smeltage des minerais sulfurs constituent aujourdhui la principale source de SO2 atmosphrique Le transport automobile est la principale source de NO3 atmosphrique Dans les milieux loigns des centres industriels et urbains, on estime quenviron 5 20 % des retombes dacide sulfurique proviennent dmissions naturelles (biognes), surtout le H2S (acide sulfhydrique) et le CH3SCH3 (DMS) issu de la dcomposition des cellules du phytoplancton

    23. missions naturelles vs. missions anthropiques: exemple du soufre (S)

    24. missions de SO2 par secteurs dactivit, aux tats-Unis et au Canada (1998)

    25. missions des NOx par secteurs dactivit, aux tats-Unis et au Canada (1998)

    28. volution des missions anthropiques de NOx en Amrique du N.

    29. Objectif dmissions pour le Canada et les tats-Unis

    30. 3. Rpartition gographique des dpts acides/zones sensibles lacidification

    32. Rpartition des zones sensibles lacidification (Canada)

    33. Dpts de substances acides au Qubec mridional

    34. Sensibilit lacidification des eaux de surface du Qubec mridional

    35. Acidit des lacs du Qubec mridional

    36. Origine de lacidit des lacs du Qubec mridional

    37. Sensibilit lacidification/cas de lEurope

    38. 4. Impacts sur les milieux rcepteurs

    39. Impacts sur les cosystmes aquatiques Lapport dacides aux eaux continentales peut se faire selon trois modes: directement partir de latmosphre indirectement partir de latmosphre via lcoulement dans le bassin versant par cration de sols acides lintrieur du bassin versant (acidification des sols)

    40. Environnements aquatiques /chimie des eaux Processus dacidification dun lac: 3 stades selon Henriksen (1989): les bicarbonates (HCO3) neutralisent les acides forts H+ + HCO3 ? H2O + CO2 forte variabilit du pH (pouvoir tampon des bicarbonates faisant dfaut certaines priodes) perte totale dalcalinit, les lacs restent un pH stable < 5 units de pH, [M] leves

    41. Impacts sur les cosystmes aquatiques/solubilisation de laluminium toxique (Al3+) Al: lment abondant dans la nature Rendu non-toxique pour des pH > 6 par la formation de composs insolubles En milieu acide: Al(OH)3 +3 H+ = Al3+ + 3 H2O

    42. Impacts sur les cosystmes aquatiques/importance du couvert forestier Lutilisation des sols influence galement lacidification des eaux douces: Sous un couvert forestier les prcipitations arrivant au sol sont plus acides car elles contiennent la fois les polluants retenus par la vgtation et les produits de lessivage des plantes (ex: conifres)

    43. Choc acide printanier Les lacs sensibles lacidification montrent une baisse de pH de 1 2 units pendant la fonte des neiges: lessivage dacides forts (acides sulfurique et nitrique) de la neige pendant la fonte lessivage dacides organiques naturels (acides faibles) prsents dans les sols augmentation de la pression partielle en CO2 sous la glace et dans les eaux de ruissellement scoulant sous la neige

    44. Impacts de lacidification sur les organismes aquatiques Lacidification des cosystmes aquatiques affecte les organismes de diffrentes manires directe: stress physiologique (rgulation Ca, Na, balance acide/base sanguine) indirecte: augmentation des concentrations en mtaux traces qui peuvent tre toxiques pour de nombreuses espces indirecte: changements au niveau des rseaux trophiques, i.e. rduction de la production primaire et/ou rduction de la dcomposition de la MO par les bactries, changements dans les rgimes de prdation et de comptition

    45. Effets sur les producteurs primaires Diminution gnrale de la diversit spcifique du phytoplancton % dalgues vertes diminue, % dinoflagells et Cryptomonas augmente Rponse diffrente pour le priphyton diminution de la diversit en gnral mais plus forte croissance (cause de la diminution du broutage et laugmentation de la clart de leau en milieu acide) ? pH ? 5,5 Diminution de la richesse spcifique des macrophytes des pH peu levs

    46. Effets sur les producteurs primaires

    47. Effet protecteur de la MOD (matire organique dissoute) sur la toxicit de lAl

    48. Effets de lacidification sur les invertbrs

    49. Communaut zooplanctonique: espces tolrantes lacidification

    50. Effets de lacidification sur les poissons Impacts directs sur les branchies: rgulation ionique osmorgulation quilibres acido-basiques excrtion de N respiration

    51. Effets de lacidification sur les poissons Les ufs de poissons sont particulirement sensibles lacidification rle protecteur du Ca dissous qui peut rduire leffet toxique du pH

    52. Tableau rcapitulatif: baisse de la diversit des espces avec lacidification

    53. Effets de lacidification au niveau de lcosystme

    54. Tendances actuelles de lacidification des lacs au Qubec

    55. Squences de rcupration des lacs acides

    56. Facteurs influenant la recupration de la chimie de leau Effets positifs Rduction des dpts de SO2 Pouvoir tampon du lac Capacit de neutralisation des dpts acides dans le bassin versant Temps de renouvellement des eaux Effets ngatifs Dpts accrus en acide nitrique Scheresse et remobilisation du soufre accumul dans le bassin versant Baisse des rserves en bases et cations dans le bassin versant Faible pouvoir tampon des eaux lacustres

    57. Facteurs influenant la recupration de la biologie des lacs Effets positifs Invasion et colonisation par de nouvelles espces Rapparition despces partir des oeufs et spores de dure conservs dans les sdiments Meilleure survie et reproduction pH plus levs Effets ngatifs Isolation physique limitant la dispersion des espces Effets de comptition entre les espces colonisatrices et les espces indignes Autres stresseurs physico-chimiques: mtaux, pesticides, etc.

    58. Rcupration de la biologie des lacs acides

    59. Comparaison aux conditions de rfrence

    60. Impacts des prcipitations acides en milieu terrestre

    61. Impact des dpts acides sur les forts

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