Pluie acide

Cette acidification est due à la présence dans l'atmosphère de gaz susceptibles de se dissoudre dans l'eau en formant des espèces acides. Il s'agit essentiellement des oxydes de soufre (SO₂ et SO₃) et d'azote (NO et NO₂). Ces polluants réagissent dans l'atmosphère avec le dioxygène et l'eau pour former respectivement de l'acide sulfureux H₂SO₃ et de l'acide nitrique HNO₃. D'autres acides peuvent intervenir dans une moindre mesure : acide chlorhydrique, acide fluorhydrique, ammonium, acide formique, acide acétique...

L'acidité d'une solution aqueuse est mesurée par son potentiel hydrogène (pH) :

• une solution de pH < 7 est dite acide ; plus le pH d’une solution est faible, plus elle est acide ;
• une solution de pH = 7 est dite neutre ;
• une solution de pH > 7 est dite basique, ou alcaline ; plus le pH d’une solution est élevé, plus elle est basique.

L'échelle de pH est une échelle logarithmique, ce qui signifie que lorsque le pH diminue d'une unité (dans le domaine acide), l'acidité de la solution est multipliée par 10. Ainsi, une solution de pH = 3 est 10 fois plus acide qu'une solution de pH = 4, 100 fois plus acide qu'une solution de pH=5.

Dans des conditions normales, le pH de l'eau de pluie se situe autour de 5,6 (mais peut osciller entre 3,8 et 8)[6] : elle est donc naturellement légèrement acide, en raison essentiellement de la solvatation du dioxyde de carbone atmosphérique, qui forme de l'acide carbonique H₂CO₃ selon la réaction :

CO₂(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ H₂CO₃(aq)

On parle donc généralement de pluie acide lorsque le pH de l'eau est inférieur à 5.

Schéma explicatif de la formation des pluies acides.

Une forêt dévastée par les pluies acides, République tchèque.

L'acidification peut être due à des émissions locales de polluants, mais aussi à des polluants transportés sur des centaines, voire des milliers de kilomètres. L'acidité de ces retombées a deux origines principales :

• des sources naturelles ou semi-naturelles : émissions volcaniques soufrées, oxydes d'azote produits par la foudre, gaz issus de certaines formes de décomposition biologique terrestres, ou émis par les océans, feux de forêts, etc.
• des sources anthropiques, dont l'industrie, les centrales électriques thermiques, le chauffage et les transports.

Les pluies acides résultent essentiellement de la pollution de l’air par le dioxyde de soufre (SO₂) produit par l’usage de combustibles fossiles riches en soufre, ainsi que des oxydes d’azote (NO_x) qui se forment lors de toute combustion de l’atmosphère, produisant de l'acide nitrique.

En ce qui concerne l’action humaine sur l'environnement, les usines, le chauffage et la circulation routière sont les principales sources. L'acide chlorhydrique issu de l'incinération de certains déchets plastiques, et l'ammoniac généré par les activités agricoles contribuent également aux pluies acides[7].

Le composé azoté responsable de l'acidification des pluies est l'oxyde d'azote issu des combustions d'énergie fossile (charbon, pétrole et gaz) ou plus rarement de biomasse. Dans les sols, l'ammoniac est métabolisé par les bactéries du cycle de l'azote, ce qui le convertit en nitrite puis nitrate, qui forme le couple H⁺NO₃⁻ et contribue donc à acidifier le sol[8], mais n'est pas émis dans l'atmosphère.

D'autres produits, tels que le dioxyde de carbone (CO₂), qui produit de l'acide carbonique lorsqu'il se dissout dans l'eau, et les acides fluorhydriques, sont en cause, mais dans une moindre mesure.

Les pays industriels ont été les premiers touchés ; les principales zones de production de polluants ont d'abord été les régions minières et industrielles de l'hémisphère nord, dont la Ruhr, la Lombardie, les anciens pays miniers français et anglais et ceux de Chine et des États-Unis.

Portés par les vents dominants, les acides circulent dans l'atmosphère avec les masses d'air. Ainsi, une bonne partie des pluies acides de Scandinavie résulte des polluants accumulés par les masses d'air venant de la mer et ayant survolé l'Angleterre, la France et l'Allemagne. En Europe, en 1995, les charges critiques pour l'acidification étaient dépassées sur 75 millions d'hectares de sols forestiers d'Europe, et l'acidification a localement contribué à exacerber l'érosion des sols touchant à cette époque environ 115 millions d'hectares, et entraînant une chute de la fertilité agricole et naturelle[9].

En Europe, grâce à l'usage de fuels et gaz mieux désoufrés et aux délocalisations industrielles, les retombées de soufre ont localement fortement diminué des années 1980 à 2000[10]. En 2000, « les dépôts acides restaient encore supérieurs aux seuils jugés critiques dans certaines parties d’Europe occidentale, mais le pourcentage de forêts affectées dans l’UE des 25 devrait décroître, passant de 23 % en 2000 à 13 % en 2020. L’ammoniaque devrait représenter la principale source d'acidification à l’avenir »[11].

Avec les délocalisations industrielles et l'accroissement de l'utilisation de pétrole et charbon en Asie, les pics sont apparus en Asie du Sud-Est et surtout en Chine où les régions du sud-est sont très touchées par les pluies acides ; les émissions d’oxydes d’azote et de dioxyde de soufre étaient vers 2005/2007 devenues 8 à 9 fois plus élevées en Chine que dans les pays développés[12]. Les pluies acides touchent également le Japon[13]. La Chine est devenue le premier émetteur d'oxyde d'azote et de dioxyde de soufre du monde, ainsi que de CO₂, mais en grande partie pour produire des biens consommés dans d'autres pays.

L'acidification des précipitations a des conséquences sur les champignons, les lichens et les végétaux (dont certains sont considérés comme bioindicateurs).

Elle entraîne également l'acidification des sols, de certaines eaux douces de surface[14] (lacs d'Europe du Nord par exemple) et l'acidification des océans.

L'acidité des lacs ou d'autres grandes masses d'eau empêche le développement normal des espèces et des végétaux qu'ils abritent et peut en modifier les équilibres écologiques et par suite les services écosystémiques fournis par les zones humides et les milieux aquatiques. La flore aquatique et riveraine est affaiblie, résiste moins bien aux maladies et aux hivers rigoureux. Les eaux et sols acidifiés libèrent plus facilement les métaux lourds ou métalloïdes contenus dans les sédiments et les sols des berges, qui peuvent alors contaminer l'écosystème et/ou affaiblir les arbres, voire les tuer dans les cas graves. La chaîne alimentaire est alors également touchée, et tous les animaux qui y participent ou en dépendent. Les oiseaux et mammifères aquatiques sont en particulier touchés.

Des traitements par épandage de produits calcaires sont faits pour éviter la stérilisation de grands lacs d'Europe du Nord. La part des acides naturels (acides organiques essentiellement) et des acides d'origine anthropique pourrait jouer un rôle[15] ; par exemple en Nouvelle-Zélande on trouve des eaux brunes très acides (souvent pH de 4) en raison de teneurs élevées en acides organiques, avec alors plus de 90 % de l'aluminium dissous lié à de la matière organique, alors que dans des milieux acidifiés par l'Homme dans l'Hémisphère nord (où l'aluminium est présent sous une forme plus bioassimilable et toxique[16]), les poissons ont déjà disparu à un pH inférieur à 5[15]. Dans le Westland de Nouvelle-Zélande 9 des 14 espèces natives de poissons sont trouvés dans les eaux brunes et acides présentant un pH inférieur à 5, et 7 espèces sont encore trouvées à un pH inférieur à 4,5[15]. De même chez les invertébrés : 34 des 37 taxons d'insectes aquatiques les plus communs sont trouvés dans les cours d'eau du Westland à un pH < 5, pour 24 encore trouvés à un pH de moins de 4,5[15]. Les espèces du Westland sont clairement adaptées aux milieux acides et il est possible que de telles souches acidorésitantes se substituent discrètement à d'autres espèces dans les milieux récemment acidifiés par l'Homme[15].

Conséquences sur la flore

Champignon dénommé Tache goudronneuse (Rhytisma acerinum) attaquant typiquement l'érable sycomore affaibli par l'acidité de l'air ou des pluies[17].

Les conséquences sur la flore sont nombreuses, et comprennent à la fois les conséquences directes de l'acidité du sol, mais aussi un appauvrissement du sol en raison d'un lessivage accru en milieu acide.

Certains champignons phytopathogènes comme Rhytisma acerinum peuvent être favorisés[17].

Une autre conséquence des pluies acides sur la flore est le dépérissement important des forêts boréales et tempérées. Les lésions apparaissent d'abord sur les conifères, dont les aiguilles, exposées toute l'année, jaunissent et tombent. L'arbre, conifère ou feuillu, subit une défoliation progressive, se dessèche et meurt sur pied.

Les pluies acides sont une « pollution planétaire » et constituent pour cette raison un problème international.

La conférence internationale sur l'arbre et la forêt SILVA se tient à la Sorbonne, à Paris, en février 1986 : autour du président français François Mitterrand et du chancelier ouest-allemand Helmut Kohl, dont les deux pays sont lourdement touchés par les pluies acides, une soixantaine de chefs d'État et de gouvernement débattent des actions à mener.

En 1988, un traité (Convention sur la pollution atmosphérique transfrontalière à longue portée ; Convention on Long-Range Transboundary Pollution) a engagé les signataires à limiter les émissions d'oxydes d'azote à leur niveau de 1987.

La Commission européenne se préoccupe de la question, avec des normes européennes et nationales qui ont permis une forte diminution de la pollution acide de l’air des années 1980 aux années 2000. Mais alors que les émissions terrestres diminuaient fortement, les émissions du transport maritime augmentaient tant, qu'à ce rythme en 2015, les seules émissions des navires croisant au large de l'UE 25 émettront plus de SO₂ que toutes les sources terrestres de l'UE-25[19].

Diverses législations cherchent à limiter le niveau de polluants libérés pour l'adapter à la charge critique (niveau maximal de polluants pouvant être tolérés) du milieu, voire moins. Pour cela, la composition de certains carburants a été modifiée, et certains moteurs ont été adaptés. Des filtres ou des systèmes de purification des effluents gazeux sont installés en amont des cheminées d'usines polluantes. Les pots catalytiques sur les véhicules sont obligatoires dans un nombre croissant de pays, avec des résultats encore discutés pour certains paramètres.