5. Retombées acides

• Généralités

• Introduction

• Eau moyenne

• Evolution des concentrations

• Bilans ioniques

• Dépôts humides

• Commentaires

5.1. Généralités

L'acidification de l'environnement est un problème environnemental majeur qui manifeste principalement des effets sur les édifices et la végétation, en particulier le dépérissement des forêts. A cet égard, les effets sont plus ou moins marqués selon le pouvoir tampon de l'écosystème considéré (capacité à amortir les variations du pH par rapport à la variation des concentrations en espèces ayant un caractère acide ou basique). En Wallonie, l'Ardenne, dont les sols sont pauvres en calcaire, est particulièrement fragile.

Les principaux composés responsables de l'acidification sont les acides nitrique (HNO₃) et sulfurique (H₂SO₄), résultant de la transformation des composés soufrés (surtout SO₂, SO₃ et H₂S) et azotés (surtout NO, NO₂, N₂O₅) dans l'air.

Cet acidification du milieu s'opère par deux voies : d'une part, les retombées humides, sous forme de pluie, de neige et de brouillard, et d'autre part, les retombées sèches, sous forme de gaz et de poussières. Par conséquent, il est préférable de parler en terme de " dépôts acides " et non de pluies acides, comme c'est généralement le cas. Actuellement, en Région wallonne, seule la contribution des pluies est estimée.

Pour une zone géographique et une période données, le caractère acide de chacune des voies décrites ci-dessus résulte de l'action de l'ensemble des composés présentant un caractère acido-basique, les composés à caractère acide tendant à faire diminuer le pH, les composés basiques tendant à le faire augmenter. C'est la raison pour laquelle, on ne se contente pas de mesurer le pH de l'eau de pluie, mais on y procède également au dosage des espèces chimiques présentant un caractère acido-basique.

L'eau pure possède un pH neutre de 7, alors que le pH théorique de la pluie est de 5.65 en raison de la présence de CO₂ dans l'air, lequel se dissout dans les gouttes de pluie. Le pH naturel de la pluie est donc acide; il peut être influencé par la présence dans l'air de divers composés acides ou basiques. Ces composés peuvent avoir une origine naturelle, c'est le cas des sulfates contenus dans les embruns marins, ou anthropique. Dans les pays industrialisés, les sources anthropiques sont majoritaires; elles sont généralement liées au transport, à l'industrie et au chauffage domestique. En Europe, le pH moyen se situe entre 4 et 4.5. Mais, on signale des cas où l'influence des composés acido-basiques présents dans l'eau conduit à des pluies basiques.

A l'échelle de la Wallonie, les variations de pH moyen (pris sur une année) sont faibles. Mais par contre, les pH des échantillons pris isolément varient fortement. Ils sont influencés par plusieurs facteurs dont voici les principaux :

• Au départ, la charge de pollution  de l'eau contenue dans les gouttelettes dépend de celle de l'air dans laquelle le nuage s'est formé (phénomène de washout).

• Au sein d'un nuage, la charge de pollution des gouttelettes n'est pas uniforme, celles situées en tête et au pourtour sont beaucoup plus polluées, du fait qu'elles lavent l'atmosphère avant le passage des gouttelettes centrales.

Au sol, la charge de pollution de l'eau contenue dans les gouttelettes dépend de celle de l'air dans laquelle elles ont transité (phénomène de rainout). Ainsi, les premières gouttes sont plus chargées que celles venant après une longue pluie, car l'atmosphère a déjà été lavée, de même, les pluies venant après une longue période de sécheresse seront probablement plus chargées.

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5.2. Introduction

Le réseau de mesure de la composition des retombées humides, appelé également " réseau pluie " ou " réseau pluies acides ", est opérationnel, en Région wallonne, depuis le début 1996. En réalité, il s'agit plus de la réactivation de la partie wallonne de l'ancien réseau, géré par l'IHE, que de la création d'un nouveau réseau.

Ce réseau permet des études relatives à la physico-chimie des polluants et l'évaluation des dépôts humides sur le territoire wallon.

Ce réseau se compose actuellement de 5 stations de prélèvements dont l'emplacement a été choisi de manière à couvrir l'ensemble du territoire wallon et à respecter, dans la mesure du possible, les emplacements de l'ancien réseau IHE. Il peut ainsi se rattacher à un certain historique.

Le Tableau 22 reprend la localisation des stations et le type d'environnement.

Tableau 22 : Réseau Pluies - Localisation des stations

L'appareil de prélèvement utilisé est identique à celui utilisé dans l'ancien réseau; il composé d'une jauge de type " NILU " munie d'un couvercle empêchant les retombées sèches (poussières) de pénétrer dans la jauge en l'absence de pluie. Un détecteur commande l'ouverture de ce panneau lors des périodes de pluie. Le fond de la jauge est relié à un flacon en verre où l'eau est recueillie, un commutateur permettant le passage d'un flacon à l'autre tous les jours à 0 h G.M.T. (capacité de 8 flacons soit une autonomie de 8 j). La station est équipée d'un dispositif permettant un contrôle sommaire de la température de l'enceinte afin d'assurer la meilleure conservation possible des échantillons.

Les différents paramètres mesurés sont :

• le volume, à l'aide d'une éprouvette graduée;
• la conductivité, grâce à un conductimètre;
• l'acidité, à l'aide d'un pHmètre de précision;
• les ions sodium, potassium, calcium, magnésium, ammonium, chlorure, fluorure, nitrate, sulfate et phosphate, analysés par chromatographie ionique.

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5.3. Eau moyenne

La dispersion des résultats des mesures des échantillons journaliers est grande par rapport aux moyennes. On peut en effet montrer que les valeurs des différents paramètres mesurés sont fonction du volume pour les précipitations faibles, ce qui n'est plus le cas lorsque les volumes récoltés sont importants. Pour réduire ce phénomène, on s'intéresse aux périodes suffisamment longues pour obtenir une quantité de pluie suffisante. On introduit ainsi le concept d'eau moyenne, qui correspond à l'eau obtenue si on mélangeait les différents échantillons récoltés durant cette période. Les concentrations moyennes des différents ions sont alors obtenues en pondérant les concentrations de chaque échantillon par son volume. Dans le cas du pH, la moyenne se calcule après transformation du pH en concentration en ions H⁺.

Le Tableau 23 reprend l'eau moyenne des différentes stations pour l'année 1996.

Tableau 23 : Réseau Pluies - Eau moyenne 1996

(*) Ces deux stations ne sont entrées en fonction qu'au début du mois de février 1996; la moyenne ne porte donc que sur les 11 derniers mois de l'année.

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5.4. Evolution des concentrations

La Figure 20 reprend l'évolution pour l'année 1996, des différents paramètres mesurés. Pour avoir une représentation lisible, les moyennes glissantes ont été calculées sur plusieurs jours, afin d'avoir une concentration pondérée par un volume suffisant. Ces moyennes portent sur une période de 61 jours et sont centrées sur le 31^ième jour. Pour avoir une idée de la répartition réelle des jours de pluie sur l'année, le premier graphique reprend le volume réel mesuré pour chaque jour de l'année.

Figure 20 : Réseau Pluies - Evolution des concentrations

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5.5. Bilans ioniques

Les concentrations ioniques des différents constituants figurent au Tableau 24 et les bilans ioniques des différentes stations sont représentés à la Figure 21. Nous avons représenté les pourcentages des différents constituants par rapport au double de la quantité totale de cations mesurés, qui eux sont analysés de façon plus exhaustive.

Tableau 24 : Réseau Pluies - Composition ionique

Figure 21 : Réseau Pluies - Bilans ioniques

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5.6. Dépôts humides

A partir de l'eau moyenne, et connaissant la quantité de précipitation, il est possible de calculer les dépôts humides des différents constituants de la pluie. Les résultats de l'année 1996, sont présentés sous forme de cartes (Cartes 5 à 9).

Les volumes de précipitation récoltés sont systématiquement inférieurs aux mesures pluviométriques effectuées par l'IRM à cause notamment du temps de réaction du collecteur ou des pannes éventuelles. Pour éviter ce biais, les dépôts humides sont calculées sur base du volume interpolé à partir des données pluviométriques IRM (le facteur de pondération est l'inverse de la quatrième puissance de la distance).

Les distributions de fréquence des dépôt humides, par rapport au nombre total de jours de pluie mesurés, sont reprises au Tableau 25.

Tableau 25 : Réseau Pluies - Distributions de fréquences des dépôts

Carte 5 : Précipitations - 1996

Carte 6 : Dépôts en H⁺ - 1996

Carte 7 : Dépôts en cations - 1996

Carte 8 : Dépôts en anions - 1996

Carte 9 : Dépôts en anions(2) - 1996

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5.7. Commentaires

Volume

On observe une répartition des précipitations présentant des valeurs plus élevées dans le Sud et surtout dans l'Est de la Région wallonne.

Acidité

L'acidité des pluies est plus forte pour les stations du Nord et de l'Est de la Région wallonne c'est-à-dire dans les régions sous plus forte influence industrielle. Etant donné les plus fortes précipitations et les pH relativement acides mesurés à la station de Jalhay (Mont Rigi), la quantité de retombées acides est importante pour cette station. La station de Gembloux montre également une eau moyenne plus acide que les autres stations.

Composants anthropogéniques (sulfate, nitrate et ammonium)

Les évolutions des teneurs en ions sulfate, nitrate et ammonium semblent identiques quels que soient l'ion et la station envisagés. On observe une nette augmentation au printemps et au début du mois de juillet, augmentation plus importante pour la station de Gembloux (milieu semi-urbain). Les dépôts de ces ions sont assez équivalentes sur toute la Région wallonne.

Ca⁺⁺(*), Mg⁺⁺(*) et K⁺

Ces trois paramètres présentent des évolutions similaires mais différentes des composés anthropogéniques. On remarque deux périodes où les concentrations sont plus importantes, correspondant au printemps et à l'automne. On note également une brusque augmentation pour le magnésium, au début du mois de novembre.

(*) Ces éléments sont parfois qualifiés d'éléments marins, parfois d'éléments telluriques.

Na⁺ et Cl^-

Ces composants sont essentiellement d'origine marine. Les concentrations et les dépôts sont plus importantes à l'Ouest (station de Peruweltz). Comme pour le magnésium, on observe une brusque augmentation du sodium , au début du mois de novembre.

PO₄^3- et F^-

Les concentrations sont faibles avec, cependant, une brusque augmentation au début du mois de novembre, comme pour le magnésium et le sodium. Les retombées pour ces deux ions sont plus faibles à la station de Jalhay et plus élevées à la station d'Offagne.

Bilans ioniques

Les bilans ioniques des différentes stations marquent tous un défaut en anions; ce déficit anionique est d'autant plus faible que la part des ions d'origine anthropogénique (nitrate, sulfate et ammonium) et l'acidité est importante.

On note également un déséquilibre entre les deux éléments d'origine marine (Na⁺ et Cl^-).

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