Que sait-on des précipitations acides?
Les précipitations acides constituent l'aboutissement d'un processus enclenché lorsqu'on rejette dans l'atmosphère du dioxyde de soufre et des oxydes d'azote (émissions) à partir de sources comme les centrales alimentées au charbon ou au mazout, les fonderies (surtout de cuivre et de nickel), les véhicules automobiles et d'autres sources anthropiques. Certains phénomènes naturels comme les éruptions volcaniques et les incendies de forêt produisent également des oxydes de soufre et d'azote. Ces gaz participent dans l'atmosphère à toute une série de réactions chimiques qui produisent des acides ou des sulfates et des nitrates acidifiants qui peuvent être transportés sur des centaines de kilomètres avant de revenir sur terre sous forme d'acides sulfurique et nitrique dilués dans les précipitations (pluie, neige ou brouillard) - appelées souvent " dépôts humides " - ou à la surface de fines particules -appelées " dépôts secs ". Même si la pluie ne constitue qu'une des nombreuses formes de dépôts acides, on a souvent tendance, quand on parle du phénomène, à utiliser l'expression " pluies acides ". Les scientifiques préfèrent toutefois utiliser le terme plus général de " précipitations acides ".
Le pH (potentiel d'hydrogène) est un indice communément utilisé pour exprimer le degré d'acidité ou d'alcalinité (une mesure de la capacité de neutralisation de l'acidité, ou " pouvoir tampon "). Le pH peut varier de 0 (très acide) à 14 (très alcalin); le pH 7 est neutre. Comme l'échelle du pH est logarithmique, chaque variation d'une unité signifie que l'acidité (ou l'alcalinité) a été multipliée (ou divisée) par 10. Le pH du vinaigre est 3, et celui du lait de magnésie 10. La pluie normale est légèrement acide (5,6) à cause des réactions entre l'eau et le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Le pH des précipitations acides varie normalement entre 4 et 5.
Les précipitations acides endommagent les lacs, les cours d'eau, les forêts, les sols et les immeubles; elles ont un impact considérable sur la faune aquatique et terrestre. De plus, le dioxyde de soufre présent dans l'air peut se combiner avec d'autres polluants et avec l'eau pour former de fines particules qui présentent un risque sérieux pour les gens souffrant de maladies cardiaques et respiratoires. Le brouillard formé par ces particules nuit en outre à la visibilité, en particulier dans certaines régions du centre et de l'est du Canada. Finalement, les particules de sulfates contribuent au changement climatique en reflétant le rayonnement solaire et en favorisant la formation des nuages, provoquant ainsi un phénomène local et régional de refroidissement.
Le problème des précipitations acides se pose à l'échelle mondiale. C'est un problème sérieux en Amérique du Nord et dans certaines régions d'Europe, notamment en Scandinavie. Il se pose en outre avec une acuité grandissante en Chine et dans d'autres régions industrialisées d'Asie. Comme les émissions qui causent les précipitations acides sont souvent transportées outre-frontière, ce problème doit être traité dans le cadre de négociations internationales.
Les précipitations acides au Canada - histoire et situation actuelle
On connaît depuis les années 60 les problèmes que peuvent poser les précipitations acides pour les lacs et les forêts du Canada, mais les pouvoirs publics n'ont commencé que vers la fin des années 70 à financer les recherches visant à en déterminer l'ampleur et les premières mesures concrètes d'atténuation n'ont été prises qu'à partir des années 80. Depuis, des progrès sensibles ont été réalisés dans la réduction des sources de pollution acidifiante, mais le problème est encore loin d'être résolu.
Les mesures de réduction des dépôts acides
ont surtout porté sur les émissions de dioxyde de
soufre à cause, surtout, de leur rôle beaucoup plus
important que celui des oxydes d'azote dans l'acidification. Le
premier grand accord international ayant trait aux précipitations
acides a été négocié sous les auspices
de la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe,
au début des années 80. Cet accord, auquel le Canada
est partie, prévoyait une réduction de 30 % des émissions
de dioxyde de soufre. Un nouveau pas important a été
franchi en 1985 lorsque le gouvernement fédéral canadien
et ses sept provinces orientales ont lancé le Programme de
lutte contre les pluies acides dans l'est du Canada. Ce programme
avait pour objectif de réduire les émissions de soufre
dans ces provinces à 50 % des niveaux mesurés en 1980,
au plus tard en 1994. À la fin de 1995, les émissions
canadiennes avaient été réduites de 43 % par
rapport à leurs niveaux de 1980 (voir
les émissions).
On espérait que ces mesures permettraient de réduire les quantités de sulfates déposées sur le sol par les précipitations (pluie et neige) d'un niveau annuel qui pouvait atteindre jusqu'à 40 kg par hectare à un maximum de 20 kg/ha. Cette " charge cible ", fondée sur les meilleures informations disponibles à l'époque, était censée protéger les milieux aquatiques. Toutefois, comme la moitié des précipitations acides de l'est du Canada provenaient de sources américaines, il fallait également obtenir la collaboration du gouvernement des États-Unis pour atteindre cet objectif. Cette coopération s'est traduite par une série d'amendements apportés en 1990 au Clean Air Act et qui prescrivaient des réductions massives des émissions de soufre avant l'an 2000, et des réductions supplémentaires de ces émissions avant 2010. Les États-Unis ont déjà réussi à franchir le point médian des réductions auxquelles ils s'étaient engagés en vertu de l'Accord Canada-États-Unis sur la qualité de l'air signé en 1991; on s'attend à ce qu'ils atteignent l'objectif final d'ici à la date limite de 2010 (voir tableau). Par contre, les émissions d'oxyde d'azote sont restées relativement inchangées au cours des 20 dernières années.
La Stratégie pancanadienne sur les émissions acidifiantes après l'an 2000, adoptée en octobre 1998 par les ministres de l'Énergie et de l'Environnement des gouvernements fédéral, provinciaux et territoriaux, mise sur la réussite du Programme de lutte contre les pluies acides dans l'est du Canada de1985. Cependant, elle admet que les précipitations acides continueront d'endommager les écosystèmes fragiles, même lorsque les programmes canadiens et américains de lutte contre ce fléau auront été pleinement mis en œuvre.
La notion de « charge critique
»
Même si on prévoit que l'objectif de 20 kg/ha sera atteint d'ici à 2010, beaucoup de lacs et de zones forestières sensibles resteront vulnérables à l'acidification. Les lacs et les sols diffèrent en effet considérablement, d'une région à l'autre, quant à leur pouvoir tampon, c'est-à-dire leur capacité de neutraliser les acides qu'ils reçoivent. Pour venir en aide aux décideurs chargés de fixer des objectifs plus précis de réduction des dépôts acides à l'avenir, les chercheurs ont créé la notion de " charge critique ". Cet indice est une estimation de la quantité de dépôts qu'une région particulière peut recevoir sans que ses écosystèmes en soient sensiblement perturbés. Essentiellement, la charge critique dépend de la quantité de bases - par exemple, les sels de calcium et de magnésium - présentes dans l'eau, les roches et le sol de la région et qui peuvent neutraliser l'acide. Certaines régions, comme celles qui sont riches en calcaire, possèdent de telles bases en abondance et bénéficient donc d'un pouvoir tampon important. D'autres, comme celles où le granit prédomine, sont beaucoup moins riches en bases et donc moins aptes à neutraliser les acides. L'acidification des écosystèmes survient lorsque l'apport en acides dépasse la capacité de neutralisation de l'environnement local. Lorsque l'inverse se produit, l'acidité devrait diminuer au fil des ans.
La charge critique d'un écosystème lacustre est la quantité maximale annuelle de dépôts acides en deçà de laquelle 95 % des lacs d'une région donnée maintiendront un pH de 6 ou plus. Les valeurs estimées de la charge critique correspondant aux dépôts humides de sulfates dans les écosystèmes aquatiques de l'est du Canada varient de plus de 20 kg de sulfates par hectare et par année dans les régions les plus tolérantes à moins de 8 kg/ha/an dans les régions les plus sensibles. Ces zones très sensibles se trouvent principalement dans les régions du Bouclier canadien du centre de l'Ontario, de l'est du Québec et des provinces de l'Atlantique. Des cartes interpolées des valeurs mesurées (S1 : 1982-1986 et S2 : 1990-1993) et modélisées des dépôts humides de sulfates dans l'est de l'Amérique du Nord montrent que ces dépôts ont en général diminué et que cette tendance se maintiendra sous l'effet des réductions des émissions de soufre actuellement prévues par la loi, c'est-à-dire des mesures adoptées par le Canada (S3 : réduction d'environ 40 % avant 1994; objectif atteint) et par les États-Unis (S4 : réduction d'environ 40 % d'ici à 2010; objectif en voie d'être atteint) (voir diagramme). Le sud de l'Ontario reçoit généralement les quantités les plus élevées de dépôts de sulfates, mais ces dépôts sont également très élevés dans une vaste région du centre de l'Ontario et du Québec. Selon chacun des scénarios de réduction envisagés, la situation s'améliorera dans la plupart des régions sauf dans les provinces canadiennes de l'Atlantique, où l'amélioration sera relativement limitée avant l'atteinte des objectifs de réduction de 2010, ce qui signifie que le problème de précipitations acides de cette région est surtout dû aux sources d'émissions américaines. La plupart des régions du sud de l'Ontario et du Québec continueront de recevoir de 15 à 20 kg/ha/an de dépôts humides de sulfates, soit une quantité inférieure à l'objectif fixé au milieu des années 80, mais néanmoins supérieure aux charges critiques calculées pour beaucoup de plans d'eau sensibles de ces régions. Dans certaines zones du sud du Québec et du sud du Nouveau-Brunswick, les dépôts de sulfates resteront supérieurs de plus de 1kg/ha/an à la charge critique.
Acidité des eaux de surface : les mesures actuelles d'atténuation sont-elles suffisantes?
Il existe dans le sud-est du Canada environ 800 000 plans d'eau touchés par les précipitations acides. La plupart sont petits (moins de 5 ha) et se trouvent surtout dans les régions les plus sensibles de l'Ontario et du Québec (voir tableau). En Ontario, 43 % de la zone comprise dans le Bouclier canadien (environ 540 000 km2) reçoit actuellement plus de 10 kg/ha/an de dépôts humides de sulfates. Cette région compte à elle seule plus de 170 000 plans d'eau (dont 90 % ont une superficie inférieure à 20 ha) où se reproduisent environ 192 000 couples de canards et de huards. Ces petits lacs et ces milieux humides sont particulièrement vulnérables aux effets des précipitations acides, et leur situation est d'autant plus préoccupante qu'ils représentent des habitats importants pour la faune, y compris des oiseaux qui dépendent des milieux aquatiques.
L'examen d'une base de données sur la distribution générale du pH et de la teneur en carbone organique dissous recueillies dans près de 5 000 lacs échantillonnés dans l'est du Canada entre 1980 et 1995 montre que le pH de l'eau des lacs est supérieur à 7 dans une proportion d'environ 31 % de la zone étudiée (près de 440 000 km2), qu'il varie entre 6 et 7 dans 43 % de cette zone (600 000 km2) et qu'il est inférieur au seuil critique de 6 dans 26 % des cas (324 000 km2). À l'échelle régionale, certaines parties du centre de l'Ontario, une grande partie du sud du Québec et l'ensemble des provinces de l'Atlantique se caractérisent par des plans d'eau au pH inférieur à 6 (voir tableau).
En tenant pour acquis que les objectifs de réduction des émissions fixés pour 2010 seront atteints, on prévoit que la superficie totale de l'est du Canada où les dépôts acides dépasseront la charge critique atteindra presque 800 000 km2. Dans toute cette zone, qui englobe le centre de l'Ontario, le sud du Québec et la presque totalité des provinces de l'Atlantique et qui compte environ 95 000 lacs, de nombreuses espèces de poissons et d'autres organismes aquatiques disparaîtront entièrement de certains lacs et verront leurs populations péricliter dans d'autres. On a estimé que la baisse de la diversité des espèces (nombre d'espèces par lac) qui en résultera variera entre 6 et 15 % dans le cas des poissons. Dans l'ensemble, on estime que l'acidification croissante de ces lacs entraînera une perte nette de près de 162 000 populations de poissons.
Pour assurer la protection de tous ces écosystèmes vulnérables, il faudra réduire encore de façon considérable les émissions de dioxyde de soufre au Canada et aux États-Unis. On estime qu'il serait nécessaire de réduire de 75 % les émissions qui résulteront de l'atteinte des objectifs prévus pour 2010 pour empêcher les dépôts humides de sulfates de dépasser les charges critiques dans la presque totalité des écosystèmes aquatiques de l'est du Canada.
Que sait-on du niveau actuel d'acidité des plans d'eau douce (lacs, cours d'eau, milieux humides, etc.) de l'est du Canada? Les informations dont nous disposons à ce sujet nous viennent d'un réseau de stations fédérales et provinciales de surveillance installées dans toute cette région. Les données recueillies dans le cadre de ces divers programmes de surveillance montrent que les progrès accomplis en matière de qualité des eaux de surface ont été lents et inégaux.
Une étude réalisée sur 152 lacs du sud-est du Canada montre que 41 % seulement de ces lacs sont moins acides aujourd'hui qu'ils ne l'étaient il y a 20 ans, que la situation n'a pas évolué pour 50 % d'entre eux et que 9 % sont plus acides. Le centre de l'Ontario est la seule région où on a observé une baisse sensible de l'acidité dans la majorité des lacs, et ces résultats sont dus en grande partie à la réduction significative des émissions de dioxyde de soufre provenant des fonderies de la région de Sudbury.
Les concentrations de sulfates ont diminué dans la majorité des lacs de l'Ontario et du Québec, mais pas dans les provinces de l'Atlantique. Les changements observés dans l'acidité des lacs ont également varié d'une région à l'autre, et ont en général été limités. Comme beaucoup des lacs et des milieux humides de l'est du Canada reçoivent toujours deux fois plus de sulfates qu'ils ne peuvent en tolérer, les modèles prédisent que la proportion des lacs qui resteront chimiquement perturbés après 2010 pourrait atteindre jusqu'au quart dans cette région.
Pourquoi la réduction de l'acidité des lacs est-elle si lente à venir? Cela s'explique en partie par le fait que les mesures de réduction des émissions sont passablement récentes, et qu'il faut du temps aux écosystèmes pour se rétablir. Par ailleurs, beaucoup de lacs reçoivent toujours des quantités de sulfates supérieures à la charge critique. Dans leur cas, les réductions réalisées jusqu'à aujourd'hui n'ont pas été suffisantes. C'est ce qu'on a constaté, en particulier, dans les provinces de l'Atlantique, où beaucoup de lacs ont un pouvoir tampon limité. Cependant, même dans les régions où les dépôts acides sont aujourd'hui inférieurs à la charge critique, les facteurs énumérés ci-après peuvent ralentir le processus de rétablissement.
- On a observé dans certains lacs une baisse des concentrations de bases capables de neutraliser les acides comparable à celle mesurée dans les précipitations. Ce phénomène, sur lequel s'interrogent toujours les chercheurs, réduit le pouvoir tampon des lacs. On observe le même problème dans les sols forestiers où des décennies de précipitations acides ont lessivé le calcium et le magnésium, rendant les sols moins aptes à neutraliser l'eau de surface avant qu'elle n'atteigne les lacs et les cours d'eau.
- Le soufre inactif issu des dépôts du passé qui s'est accumulé dans les milieux humides et dans les sols peut être réactivé et former des sulfates acidifiants. Ce phénomène s'observe d'ordinaire en périodes de sécheresse, et est donc en train de devenir plus fréquent à cause du changement climatique. Au retour des pluies, les sulfates sont entraînés dans les lacs des environs et en retardent donc la remise en état.
- Les oxydes d'azote commencent à jouer un rôle plus actif dans l'acidification, en particulier dans le centre-sud de l'Ontario et le sud-ouest du Québec. Ce phénomène est préoccupant puisqu'il menace d'annuler les progrès accomplis jusqu'à présent grâce aux efforts de réduction des émissions de dioxyde de soufre.
- Il arrive souvent que l'acidification vienne s'ajouter aux effets d'autres agents stressants, pour en accroître considérablement l'impact sur les écosystèmes. Les agents stressants comme le mercure, l'appauvrissement de la couche d'ozone qui donne lieu à une augmentation du rayonnement ultraviolet et le changement climatique comptent parmi les facteurs dont les effets cumulatifs (ou l'interaction) dans le milieu naturel sont difficiles à prévoir.
pH des lacs et diversité biologique
Le pH de l'eau est un indicateur fiable de la diversité biologique des lacs de l'est du Canada. Dans le contexte des précipitations acides, les lacs sains seront ceux dont le pH est supérieur à 6 et qui présentent un potentiel de neutralisation de l'acide (PNA) généralement modéré à élevé, de sorte qu'ils seront capables de tolérer des apports d'acides sans que leur faune aquatique n'en souffre outre mesure (voir tableau). Les lacs endommagés sont ceux dont le potentiel de neutralisation est faible à modéré, dont le pH varie généralement entre 5 et 6, et qui abritent un ensemble d'espèces différent ou moins riche que les lacs qui se situent au-dessus de ce seuil critique. Une augmentation de l'apport en acide entraînera généralement une aggravation de l'état des écosystèmes de ces lacs. Les lacs acides ont un pH inférieur à 5 et un potentiel de neutralisation nul. Ces lacs se caractérisent par leurs chaînes trophiques perturbées à divers degrés; ils ont presque toujours perdu certaines populations de poissons et de nombreux invertébrés sensibles à l'acidité. Ils conservent en général une chaîne alimentaire simple, tolérante aux acides, et dominée par de gros insectes prédateurs.
Les espèces qui habitent les lacs, les cours d'eau et les milieux humides se distinguent par leur tolérance plus ou moins grande à l'acidité. Une acidification légère ne nuit qu'aux espèces les plus sensibles, mais plus l'acidité augmente, plus le nombre d'espèces disparues augmente également. Dans l'est du Canada, les courbes de disparition des espèces dérivées de diverses sources de données confirment cette tendance générale . Les crustacés et les mollusques sont très sensibles à l'acidité puisque leur carapace ou leur coquille contient des composés du calcium qui se dissolvent dans l'eau acidifiée. Les effets nocifs de l'acidité sont visibles même dans des conditions d'acidification très légère (pH de 6,5). Les poissons sont un peu plus tolérants, mais commencent eux aussi à souffrir lorsque le pH devient inférieur à 6. La truite, par exemple, a du mal à se reproduire lorsque le pH atteint 5,5, et survit difficilement à des pH inférieurs à 5. Par contre, certains organismes se montrent beaucoup plus tolérants à l'acidité. Les larves de simulies, par exemple, se développent très bien en milieux acides. Les populations de plantes benthiques (celles qui vivent au fond des lacs) ont également tendance à profiter de l'acidification de l'eau.
Il reste que l'acidification réduit la variété des espèces lacustres et modifie l'équilibre qui existe entre les populations survivantes. Les changements dans la variété des espèces des milieux aquatiques influent également sur les oiseaux et les autres espèces des maillons supérieurs de la chaîne alimentaire, puisque certaines catégories de ressources se raréfient alors que d'autres deviennent plus abondantes.
Les chercheurs sont incapables d'affirmer si une espèce disparue d'un
lac acidifié pourra y revenir un jour, même si le pH
redevient normal. Toutefois, près de Sudbury (Ontario), où
les émissions de dioxyde de soufre provenant des fonderies
ont été considérablement réduites, certains
invertébrés refont leur apparition et certaines populations
de poissons disparues des lacs de la région s'y rétablissent
naturellement ou grâce au repeuplement artificiel. On observe
des effets semblables en Europe où on a commencé dix
ans plus tôt qu'en Amérique du Nord à réduire
les émissions de dioxyde de soufre. Le rétablissement
des écosystèmes lacustres endommagés par les
précipitations acides est un processus de longue haleine,
mais les chercheurs croient que des objectifs plus ambitieux de
réduction des émissions contribueront à remettre
ces écosystèmes sur la voie du rétablissement.
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