UAA 14 – FSC

Les expériences de chimie proposées sur ce site n’exigent pas toutes le même niveau d’expertise, ni les mêmes dispositifs de sécurité.

Voici un classement de chaque activité expérimentale selon les pictogrammes suivants :

Code	Pictogramme	Mention
SGH01		Substance explosive Une telle substance peut exploser : au contact d’une flamme, d’une étincelle, d’électricité statique sous l’effet de la chaleur, de chocs, de frottements …
SGH02		Substance inflammable Une telle substance peut s’enflammer, suivant le cas : au contact d’une flamme, d’une étincelle, d’électricité statique sous l’effet de la chaleur, de chocs, de frottements … au contact de l’air au contact de l’eau si elle dégage un gaz inflammable
SGH03		Substance comburante Une telle substance peut : provoquer un incendie aggraver un incendie provoquer une explosion si elle est en présence de produits inflammables
SGH04		Substance gazeuse sous pression contenue dans un récipient Une telle substance peut exploser sous l’effet de la chaleur : c’est le cas des gaz comprimés, des gaz liquéfiés et des gaz dissous. Les gaz liquéfiés réfrigérés peuvent, quant à eux, être responsables de brûlures ou de blessures liées au froid, appelées brûlures cryogéniques ou blessures cryogéniques.

L’acidification de l’océan est un problème induit par l’augmentation des émissions de CO₂. Il s’agit de la diminution progressive du pH des océans.

Il a été estimé que, de 1751 à 2004, le pH des eaux superficielles des océans a diminué, passant de 8,25 à 8,143. Cette diminution de pH est loin d’être terminée. L’acidité des océans a donc augmenté de 30 % en 250 ans, soit depuis le début du développement industriel. Des simulations ont montré que, au rythme des émissions actuelles, l’acidité des eaux de surface de l’océan pourrait tripler d’ici la fin du siècle. Cette absorption du CO₂ se produit à une vitesse 100 fois plus rapide que ce qui s’est produit naturellement au cours des 300 derniers millions d’années !

Chaque jour, nos océans absorbent un quart du dioxyde de carbone (CO₂) produit par l’homme entrainant une acidification des océans qui n’est pas sans conséquences pour certaines espèces de plantes et animaux marins.

Origine de l’acidification des océans

On sait que le changement climatique a pour conséquence le réchauffement de la planète, dû à l’effet de serre. On sait aussi que ce sont les activités de l’Homme, et notamment nos rejets de gaz carbonique (CO₂) provenant par exemple de nos voitures et industries, qui sont en cause. En fait, l’acidification des océans est parfois appelée « l’autre problème du CO₂ ». Cependant, les scientifiques ne parviennent pas encore à expliquer l’ampleur de cette acidification des océans, qui ne peut s’expliquer par la seule augmentation du CO₂.

La chimie

La totalité du CO₂ que nous produisons tous les jours ne reste pas dans l’atmosphère. Environ un quart du CO₂ émis est absorbé par les océans. Sans les océans, la quantité de CO₂ dans l’atmosphère serait encore plus importante. A l’instar des forêts, les océans sont donc des puits de carbone.

Les chercheurs ont longtemps pensé que cette absorption du CO₂ serait sans conséquence importante pour les océans et pour les organismes qui y vivent. Mais ils se sont rendus compte, il y a une quinzaine d’années, que la dissolution du CO₂ dans l’eau de mer entraîne des changements chimiques : une diminution du pH (mesure de l’acidité) et de la quantité d’ions carbonates (CO₃^2–) qui sont l’une des briques nécessaires aux plantes et animaux marins pour fabriquer leurs squelettes, coquilles et autres structures calcaires.

Lorsque le CO₂ est absorbé dans l’eau de mer, il se dissout et provoque une acidification. Cela ne veut pas dire que les océans deviendront acides (pH < 7), on va vers une acidité plus importante (c’est-à-dire une concentration plus élevée en ions H+).

Ce schéma reprend le processus décrit :

Impacts sur les organismes marins

Lorsque le CO₂ se dissout dans l’eau de mer, cela entraîne donc une augmentation de son acidité (augmentation de la concentration en ions H₃O⁺) mais aussi la diminution de certaines espèces, les ions carbonates (CO₃^2–), nécessaires à de nombreux organismes marins pour fabriquer leur squelette ou coquille calcaire (coraux, moules, huîtres…). Ces plantes et animaux auront donc de plus en plus mal à fabriquer ces structures calcaires. Leurs squelettes et coquilles sont aussi menacés de dissolution. En effet, au-dessus d’un certain seuil d’acidité, l’eau de mer devient corrosive vis-à-vis du calcaire, la matière dont les squelettes et coquilles sont fabriqués.

L’impact de l’acidification des océans sur les coraux est souvent évoqué : l’acidification des océans est le principal facteur de risque pour la santé des coraux. Or, l’effet de l’augmentation de la température est aussi un paramètre très important. Le couplage de ces deux facteurs de dommages induirait une prolifération d’algues qui érodent le corail.

Quel pourrait être l’impact de l’acidification des océans sur l’Homme ?

L’acidification des océans peut avoir des effets directs sur les organismes que nous consommons, par exemple les moules et les huîtres, qui fabriquent des coquilles calcaires. Mais même des effets néfastes sur le zooplancton, comme ceux observés sur les ptéropodes, pourraient avoir des conséquences pour l’homme. Dans l’océan, tout est connecté. Beaucoup d’organismes dépendent, par exemple, du plancton ou des coraux comme source de nourriture ou d’habitat. Ainsi, l’acidification pourrait avoir des conséquences sur les réseaux alimentaires et la biodiversité de certains écosystèmes.

Que peut-on faire pour limiter l’acidification des océans ?

Les organismes marins ne verront les effets du CO₂ que nous émettons aujourd’hui que dans plusieurs années. Il n’est pas possible d’arrêter complètement l’acidification des océans qui se poursuivra, quoi qu’il arrive. Des modèles montrent que la chimie de l’eau de mer restera altérée pendant des centaines d’années. Des techniques de géo-ingénierie plus ou moins réalistes ou désirables ont été proposées pour limiter l’acidification (par exemple l’ajout de composés basiques dans les océans pour contrer l’acidification et augmenter le pH). Cependant la seule solution éprouvée, efficace et sans risque est de s’attaquer à la cause, c’est-à-dire le CO₂. La réduction de son rejet peut se faire à plusieurs niveaux, notamment à travers des discussions entre politiciens aux échelles nationale et internationale, visant à utiliser des énergies renouvelables plutôt que les carburants fossiles.

AUTEURS : Philippe Capelle, Brigitte Janssens, Pascale Papleux, Pascale Sartiaux

Les phénomènes de pollution acide à grande échelle ont été mis en évidence dans les années 1970 par l’acidification des eaux des lacs scandinaves et canadiens. Le pH des eaux est devenu plus acide, entraînant des modifications importantes de la faune piscicole. On a ensuite observé un dépérissement à grande échelle des forêts européennes et nord-américaines. Les mesures effectuées montrent que certaines pluies sont beaucoup plus acides (pH compris entre 3 et 4) comparativement à l’eau de pluie « non polluée » (pH de 5,6). Ce phénomène a donc été dénommé « pluies acides ».

Causes des pluies acides

Les pluies acides proviennent de la fumée des volcans, de la fumée des usines, des gaz d’échappement des véhicules et des chauffages des maisons. Ce phénomène a été fortement amplifié depuis l’ère industrielle.

L’acidification est liée aux émissions de trois polluants :

• le dioxyde de soufre (SO₂) : l’industrie est la première émettrice de SO₂. En Wallonie, en 2012, le dioxyde de soufre est essentiellement généré par les activités industrielles (63%), suivies du secteur de la production d’énergie (10%) et du résidentiel (21%).
• les oxydes d’azote (NO_x) émis principalement par le transport. En Wallonie, en 2012, les oxydes d’azote sont essentiellement générés par le transport routier (50%) et l’industrie (33%).
• l’ammoniac (NH₃) est essentiellement lié à l’agriculture. En Wallonie, en 2012, l’ammoniac provient principalement (88%) des pratiques agricoles (stockage et épandage des effluents d’élevage, épandage d’engrais minéraux).

Mécanisme de formation

Au cours de leur transport dans l’atmosphère, ces polluants subissent de très nombreuses réactions chimiques complexes qui sont impliquées dans le processus d’acidification. Par exemple, SO₂ et NO_x sont oxydés et se transforment respectivement en acide sulfurique et acide nitrique.

Tous ces polluants évoluent différemment dans l’atmosphère et retombent sous forme de retombées sèches ou humides en se combinant aux molécules d’eau (pluie, brouillard, neige).

Conséquences de l’acidification

• L’acidification a des impacts sur la santé humaine : les polluants acides présents dans l’atmosphère provoquent, selon leurs concentrations, des irritations et inflammations des yeux, des muqueuses et du système respiratoire.
• La modification de l’équilibre des eaux de surface : les lacs, étangs et cours d’eau sont affectés par l’acidification.

Les pluies acides peuvent détruire la vie végétale et animale des plans d’eau. Par exemple, les poissons et d’autres animaux risquent de mourir. En effet, le plancton, comme d’autres espèces végétales ou animales vivant dans l’eau est très sensible à l’acidité de l’eau en particulier pour ce qui concerne sa reproduction. En particulier, dans un milieu aquatique acide, le nombre d’espèces de plancton diminue. Par conséquent les poissons mangeurs de plancton se raréfient et les animaux qui ont besoin de poissons pour se nourrir ont du mal à survivre également.

• Ces pluies acides engendrent notamment un dépérissement à vaste échelle des forêts de conifères. Selon les observations, les arbres dépérissent, y compris le sol et la flore du sol devenu acide. Au niveau des arbres, les feuilles jaunissent, adoptent une coloration anormale et finalement voient leur feuillage s’étioler totalement.
• Dans une moindre mesure les cultures sont également atteintes de dépérissement lié à l’acidification.

L’acidification des sols : les précipitations acides modifient la composition chimique de certains sols en les acidifiant. Les sols pauvres sont les plus sensibles. L’acidification se traduit par une perte d’éléments minéraux nutritifs pour la végétation, une disparition ou un appauvrissement de celle-ci.

• Les pluies acides rongent les monuments, les façades d’immeubles, les ouvrages d’art en pierre ou en métal (zinc et plomb des toitures).

Comment limiter l’impact des pluies acides ?

L’acidification est un phénomène de pollution transfrontière à longue distance, qui se manifeste à l’échelle des continents. Les moyens de lutter contre cette pollution doivent par conséquent être envisagés non seulement au niveau local, mais aussi au niveau international.

• Les mesures prises contre les pluies acides

En Europe, les émissions de SO₂ ont été réduites de manière significative grâce à la législation de l’UE qui exige l’utilisation de technologies d’épuration des émissions et une plus faible teneur en soufre des carburants. 2010 a été la première année où la population urbaine de l’UE n’a pas été exposée à des concentrations de dioxyde de soufre supérieures à la valeur limite de l’UE. Toutefois, ce phénomène menace toujours 240 000 km² de forêts.

• Atténuer les conséquences des pluies acides

Lorsqu’un lac devient trop acide, une technique efficace permet de réduire l’acidité et de rééquilibrer le pH : le chaulage. Il s’agit d’une technique de traitement à la chaux, c’est-à-dire avec du CaCO₃.

Le chaulage consiste à déverser du carbonate de calcium, un produit qui neutralise l’acidité des eaux de surface. Le carbonate de calcium réagit avec l’acide, ce qui augmente le pH. Un chaulage à la calcite (substance minérale naturelle dont le composé principal est le CaCO₃) permet d’augmenter graduellement le pH des eaux, les concentrations en métal lourd diminuent de nouveau dans des limites sûres pour la vie des poissons. Le nombre d’espèces de poissons augmente ainsi que la quantité de plancton, de même que la production totale de matière vivante.

Des lacs acidifiés en Suède ont été restaurés à court terme par le chaulage. Des milliers de tonnes de calcaire sont vaporisés tous les ans sur les lacs et les cours d’eau, à l’aide de camions, de bateaux ou d’hélicoptères.

Le chaulage à plusieurs points positifs : il favorise la disponibilité des éléments nutritifs dans le sol, il diminue les toxicités de l’aluminium, il accroit la vitesse de décomposition de la matière organique et pour finir, il favorise le développement de l’activité biologique.

Cependant, le chaulage présente une conséquence qui concerne les sphaignes qui sont des mousses bryophytes. En effet, lorsque l’on verse du carbonate de calcium dans un lac, on augmente la concentration de celle-ci. La sphaigne, sensible aux concentrations de calcium, risque de périr. Malheureusement, le chaulage nécessite beaucoup de temps et d’argent.

AUTEURS : Philippe Capelle, Brigitte Janssens, Pascale Papleux, Pascale Sartiaux