ACIDIFICATION DES EAUX DE SURFACE

Variations naturelles du pH

L’acidité se mesure par le pH, qui est un paramètre déterminant de la qualité de l’eau. Le pH est étroitement lié à la productivité biologique des écosystèmes aquatiques et est un facteur limitatif pour certaines utilisations de l’eau. L’échelle du pH est logarithmique, un pH de 7,0 étant neutre. Chaque fois que l’on monte de 1 sur l’échelle, on a un facteur de multiplication de 10. Ainsi, une eau ayant un pH de 5,0 est 100 fois plus acide que si elle avait un pH de 7,0.

En l’absence d’anions acides forts comme les SO₄^-- et NO₃^-, l’eau de pluie est naturellement acide (pH = 5,7). Cette acidité est causée par une dissolution du CO₂ atmosphérique. En général, à la suite du mécanisme de météorisation, le pH naturel des rivières et des fleuves est proche de la neutralité.

Les valeurs moyennes annuelles du pH sont comprises entre 6,5 et 8,3. En temps normal, la valeur du pH ne varie pas beaucoup pour une station donnée. Selon la banque de données GEMS/Eau, la valeur médiane du pH mondial est de 7,7.

Lorsque la météorisation est limitée et que la concentration des MDT est peu élevée, la plus grande partie des matières dissoutes est souvent constituée par des acides organiques dissous à la suite du lessivage des sols. Dans ces conditions, on a mesuré des valeurs de pH inférieures à 4,0. On peut retrouver ce genre de conditions en aval des tourbières et d’autres milieux humides dans bien des parties du globe. En Amazonie centrale, et plus particulièrement dans le bassin du Rio Negro, les « eaux noires » ont un pH naturel inférieur à 5,0. D’autres cours d’eau de l’Amérique du Sud ont un pH plus neutre. Les valeurs relatives à l’Afrique utilisées ici proviennent surtout du bassin du Nil et ne sont pas représentatives de l’ensemble du continent.

Dans les rivières et les fleuves eutrophes ou en aval des lacs et réservoirs où les teneurs maximales en chlorophylle peuvent dépasser 100 mg/m³, le pH augmente à cause des mécanismes d’assimilation du bicarbonate par les plantes aquatiques. Les valeurs dépassant 8,5 sont très communes dans des eaux présentant ce genre de conditions. Dans des conditions inhabituelles, la valeur du pH peut augmenter et diminuer d’une unité de pH en une seule journée et dépasser 9,0 le midi. La Loire (rivière de France) est un exemple de ce type de phénomène, où des maxima de 200 mg/m³ de chlorophylle sont enregistrés. Dans des fleuves pollués par des déchets organiques, le Rhin par exemple, la production d’algues est compensée par la dégradation bactérienne et la concentration de CO₂ peut maintenir le pH près de la normale (voir la réf. 19).

Alcalinité

Dans les limites habituelles des valeurs de pH des cours d’eau, soit entre 6,4 et 8,3, l’ion bicarbonate (HCO₃^-) est le plus commun des carbonates présents dans l’eau naturelle. Les concentrations d’ions bicarbonate sont étroitement liées aux concentrations de Ca⁺⁺, qui reflètent le degré de météorisation des roches calcaires (CaCO₃) et des dolomites (CaCO₃, MgCO₃). Lorsque ces roches sont présentes, le risque d’acidification est faible.

La distribution des bicarbonates suit le même modèle que celle des ions Ca⁺⁺ (voir la figure). Dans les petits cours d’eau (<100 km²), les concentrations naturelles de HCO₃- peuvent atteindre 350 mg/L, tandis que dans les grandes rivières et les fleuves (>100 000 km²), elles varient de 10 à 170 mg/L (voir la réf. 4).

Acidification

L’acidité naturelle de l’eau de pluie augmente avec la présence d’anhydride sulfureux (SO₂) et d’oxydes d’azote (NO_X), qui sont des polluants atmosphériques résultant surtout de la combustion de combustibles fossiles. Ces composés sont probablement transportés par les vents sur de longues distances à partir de centres urbains ou miniers, de centrales thermiques et de sources d’émissions industrielles. Durant les précipitations, les polluants acides sont lessivés et charriés sous forme d’acide sulfurique et d’acide nitrique sur de grandes superficies et peuvent toucher des régions à l’état naturel situées à des centaines et même des milliers de kilomètres des sources de pollution. Les eaux acidifiées sont caractérisées par un déclin important de la densité et de la diversité biologiques.

On a délimité des zones régionales vulnérables aux pluies acides en combinant les secteurs sources (usage de charbon sulfurifère, grandes villes, raffineries de pétrole, industries diverses) et la présence de sols vulnérables dans les régions pluvieuses et humides. La plupart des boucliers de roche cristalline et des roches sédimentaires non carbonatées peuvent être considérés comme vulnérables aux précipitations acides. La présence de zones géologiques fragiles dans la direction sous le vent des sources majeures d’émissions existantes est le facteur déterminant dans trois régions où l’acidification présente un problème majeur : le Sud de la Scandinavie, le Nord-Est des États-Unis et l’Est du Canada, ainsi que la Chine. L’augmentation rapide des émissions qui est prévue pourrait faire de certaines régions des zones problématiques au Nigeria, en Inde, au Venezuela, dans le Sud du Brésil et en Asie du Sud-Est.