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Vapeurs de mercure élémentaire (Hg⁰)

En plus d'évaluer les réactions biogéochimiques du mercure, les chercheurs doivent évaluer le transport et le flux du mercure aux échelles locale, régionale et mondiale afin de prédire les sources, les récepteurs environnementaux et l'incidence des émissions de mercure. Le bilan global du mercure est compliqué en raison de la volatilité du mercure élémentaire (Hg⁰), ce qui permet au mercure de se déplacer dans une séquence d'émissions à nombreuses étapes dans l'atmosphère; incluant son transport, son dépôt et sa réémission. Par conséquent, le mercure provenant d'émissions à source ponctuelle peut demeurer à un endroit précis dans l'environnement ou être transporté à l'échelle régionale, ou même à l'échelle mondiale.

Le transport atmosphérique est selon toute vraisemblance le mécanisme principal selon lequel le Hg⁰ est distribué partout dans l'environnement, à la différence de nombreux polluants qui suivent les voies d'érosion ou de lixiviation. Le mercure peut pénétrer l'atmosphère sous forme de gaz ou en être lié à d'autres particules aéroportées et circuler jusqu'à ce qu'il en soit extrait. L'extraction du mercure de l'atmosphère se produit principalement par dépôt «humide» de Hg²⁺ dans la pluie; par contre, il peut également se réaliser en présence de neige, de brouillard ou par dépôt direct, ou «sec».

Près de 98 p. 100 des 5 000 tonnes de mercure dans l'atmosphère consistent en des vapeurs de Hg⁰ émises par les activités humaines, les sols et l'eau contaminés ainsi que par les sources naturelles. Ce gaz est transporté rapidement et son temps de résidence moyen dans l'atmosphère s'étend d'environ un an à un an et demi. Les chercheurs pensent que la transformation du Hg⁰ insoluble au Hg²⁺, à la forme plus réactive et soluble dans l'eau, fournit le mécanisme pour le dépôt d'émissions de Hg⁰ au sol et dans l'eau. L'oxydation du Hg⁰ peut aussi être affectée par des concentrations d'autres polluants atmosphériques comme l'ozone, le dioxyde de soufre et la suie. Par contre, d'autres études sont nécessaires afin de prédire les taux de dépôts de mercure correspondants.

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Dépôt de mercure

Après sa libération dans l'atmosphère et dépendant de sa forme physique et chimique, le mercure peut être déposé à proximité de la source d'émission ou être soumis au transport atmosphérique à grande distance par des masses atmosphériques. Étant donné que l'absorption du Hg⁰ dans l'eau de nuages est relativement lente, ce processus peut être responsable du dépôt de mercure loin de sa source et peut être important si on considère la pollution par le mercure dans le monde. En général, les émissions de Hg⁺² gazeux et les particules de mercure (Hg(p), le mercure adsorbé sur d'autres particules) produisent des dépôts humides ou secs à la surface locale du sol. Ces formes ont des temps de résidence dans l'atmosphère relativement courts qui s'échelonnent sur des heures et des mois. Le Hg²⁺ gazeux a un temps de résidence dans l'atmosphère de seulement 5 à 14 jours et peut se déplacer sur des distances allant de dizaines de kilomètres à des centaines de kilomètres. Les particules de mercure (Hg(p)) ont tendance à retomber plus près de la source d'émission, et les plus grandes particules retombent plus rapidement que les plus petites. Les dépôts de mercure dans les différents sites sont variables et peuvent être modifiés par des conditions comme la météorologie, la température et l'humidité, le rayonnement solaire et les caractéristiques d'émission (spécification, source, hauteur des cheminées et autres).

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Circulation atmosphérique

Les processus de circulation atmosphérique peuvent jouer un rôle important dans la détermination du lieu de dépôt du mercure aéroporté. Par exemple, la région du Canada Atlantique peut recevoir du mercure de sources industrielles majeures situées au nord-est des États-Unis et dans le bassin des Grands Lacs, ainsi que d'autres continents par l'entremise des courants d'air dominants de l'ouest et du sud-ouest dans les latitudes moyennes et supérieures respectivement. (Veuillez noter que les vents sont nommés d'après la direction dans laquelle ils ont pris leur origine.) En outre, des concentrations relativement élevées de mercure retrouvées dans l'Arctique canadien supérieur, une région n'ayant aucune source importante de mercure, peuvent être liées au transport atmosphérique à grande distance dans les courants d'air provenant de l'Asie et de l'Europe. Les chercheurs pensent que le mercure, comme d'autres composés semi-volatils tels que les biphényles polychlorés (BPC), font partie d'un phénomène de distillation mondial qui transfère des émissions chimiques à partir de régions équatoriales, subtropicales et tempérées jusqu'aux régions polaires par l'«effet de sauterelle».

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Lorsque ce phénomène se produit, un composé émis pénètre l'atmosphère une deuxième fois en se volatilisant après un dépôt initial et continue à «sauter» pendant une certaine période de temps dans la direction des vents dominants, favorisant ainsi l'accumulation dans les régions plus froides de la planète. Au cours des mois d'été, les courants d'air majeurs dans l'hémisphère nord se dirigent vers l'Arctique et une fois à destination, un contaminant ne peut plus prendre suffisamment de chaleur pour «sauter» hors de l'Arctique. Par conséquent, la concentration de contaminants dans l'Arctique ne correspond pas au taux relativement minime de sources d'émissions dans la région.

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Épuisement du mercure dans l'Arctique

Un processus appelé «épuisement du mercure» aggrave davantage le problème de la contamination par le mercure dans l'Arctique. Le Dr William Shroeder, un chercheur canadien, a découvert qu'après le lever du soleil polaire au printemps, le Hg⁰ atmosphérique peut être oxydé rapidement à la forme réactive et soluble dans l'eau du Hg²⁺ et se déposer dans la neige et les surfaces de glace. On estime que cette réaction est photochimique (en présence de lumière solaire) et qu'elle se manifeste en présence de produits chimiques réactifs qui sont libérés à partir du sel de mer (p. exemple, les ions de bromure et de chlorure). Par conséquent, une impulsion de mercure réactif pénètre l'environnement arctique lorsque la courte saison de croissance commence. Les chercheurs n'ont toujours pas déterminé quelle fraction de ce mercure réactif est convertie en méthylmercure toxique par des réactions biogéochimiques et est absorbée par les animaux et les plantes.

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Autres voies

En plus des voies atmosphériques, le mercure peut être transporté par des systèmes hydrographiques dans les sédiments ou dans une solution aqueuse. La distance parcourue peut être longue ou courte. Lorsque le mercure est transporté par des particules, la distance parcourue est limitée par la sédimentation. Le transport de contaminants par les particules a tendance à s'arrêter dans les lacs fluviaux ou dans les réservoirs, étant donné que la sédimentation lourde se produit à cet endroit. Le transport de contaminants se produit également dans des courants océaniques.

Les chercheurs considèrent les océans comme des puits finaux de mercure parce que les dépôts de Hg²⁺ dans l'atmosphère peuvent se déposer à des profondeurs océaniques où il est réduit et où il précipite comme du sulfure mercurique insoluble. On estime qu'environ un tiers du cycle total actuel des émissions de mercure se produit dans les océans et l'atmosphère et que de 20 à 30 p. 100 des émissions océaniques sont réémises à partir des sources anthropiques précédentes. La distinction entre les émissions anthropiques naturelles et recyclées est l'un des défis que relèvent les chercheurs lorsqu'ils tentent de décrire et de quantifier le bilan global du mercure.

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