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POLLUTION

Bien que d'usage banal, le terme pollution recouvre des acceptions fort diverses et qualifie une multitude d'actions qui dégradent d'une façon ou d'une autre le milieu naturel. Certes, le vocable désigne sans ambiguïté les effets des innombrables composés toxiques rejetés par l'homme dans l'environnement ; cependant, il s'applique également à d'autres altérations du milieu de nature physique ou chimique (émission de dioxyde de carbone dans l'atmosphère par exemple) qui, sans être nocives par elles-mêmes pour la santé humaine, sont susceptibles de provoquer des perturbations écologiques d'ampleur catastrophique.

Polluer signifie étymologiquement profaner, souiller, salir, dégrader. Ces termes ne prêtent pas à équivoque et paraissent tout aussi adéquats que les longues définitions données par les experts. Parmi ces dernières, on peut cependant retenir la suivante : « constitue une pollution toute modification anthropogénique d'un écosystème se traduisant par un changement de concentration des constituants chimiques naturels, ou résultant de l'introduction de substances chimiques artificielles ; toute perturbation du flux de l'énergie, de l'intensité des rayonnements, de la circulation de la matière ; toute altération d'une biocénose naturelle provoquée par une modification due à l'homme de l'abondance de certaines de ses espèces ou à la pullulation d'espèces exotiques introduites dans des habitats éloignés de leur aire d'origine » (Ramade, 2007).

D'autres définitions, plus restrictives, limitent l'usage du terme pollution au rejet de produits chimiques ou radioactifs dans l'environnement et désignent sous le vocable général de nuisance les autres altérations du milieu ambiant provoquées par l'homme (on parlera alors, par exemple, de nuisance sonore ou de nuisance esthétique...).

1.   Histoire et évolution du concept de pollution

Malgré une opinion fort répandue, les pollutions ne constituent en aucun cas un problème récent ou un phénomène épisodique. Leurs origines remontent aux époques protohistoriques lorsque se constituèrent les premières cités souillées par les ruisseaux d'écoulement des eaux usées domestiques et par l'entassement dans les rues des ordures ménagères et autres résidus. Depuis ces temps reculés, la pollution urbaine a toujours sévi de façon chronique.

Pendant des millénaires, les causes de pollution furent peu nombreuses et d'importance limitée, résultant surtout de la contamination localisée des eaux superficielles et des nappes phréatiques par des bactéries pathogènes et des substances fermentescibles introduites dans les réseaux hydrologiques par les déchets domestiques, problème toujours aigu dans les pays en développement où ces pollutions restent une cause de morbidité grave : salmonelloses, hépatites virales ou choléra en sont des exemples.

Au cours du xixe siècle, la mutation industrielle a exacerbé les besoins énergétiques, faisant d'abord appel pour les couvrir au charbon puis au pétrole, de sorte que les combustibles fossiles devinrent la source d'innombrables pollutions de l'air, de l'eau et des sols, depuis le stade de leur extraction jusqu'à celui de leur utilisation.

Avec le développement de la civilisation technologique contemporaine se sont ajoutées aux anciennes causes de contamination de l'environnement par les résidus des activités humaines des causes nouvelles liées, par exemple, à la spectaculaire croissance de la chimie organique de synthèse et, depuis les années 1960, à celle de l'énergie nucléaire.

Divers facteurs de nature socio-économique ont aggravé les problèmes de pollution. En premier lieu, l'urbanisation accélérée des pays industrialisés a eu pour corollaire une concentration incessante des industries et de l'habitat, multipliant les sources de contamination de l'environnement et les causes de nuisance. Ensuite, la technologie moderne, en permettant une expansion considérable de la production industrielle, a engendré des masses énormes de déchets, tout en élaborant une multitude de substances minérales ou organiques non biodégradables, parfois très toxiques, ou encore quasi indestructibles (matières plastiques, certains pesticides, résidus de fabrication tels les redoutables dioxines, métaux inoxydables, radionucléides, etc.).Déchets

Déchets Photographie

Déchets Bouteilles, boîtes, cartons, autant de possibilités de recyclage. 

Crédits: Chris Thomaidis, Tony Stone Images/ Getty Consulter

Quelques spectaculaires affaires de pollution, survenues au cours de la seconde moitié du xxe siècle, ont fait prendre conscience, non seulement au grand public mais aussi aux hommes politiques, de la gravité des conséquences pouvant résulter de la contamination accidentelle ou chronique de l'environnement.

L'accident de Seveso (Italie), survenu le 10 juillet 1976, a donné une illustration saisissante des risques écotoxicologiques (cf. encadré L'écotoxicologie : la discipline qui étudie les polluants dans les écosystèmes) associés à un polluant aussi toxique et persistant que les dioxines. Ce jour-là, l'explosion d'un réacteur de synthèse de trichlorophénol provoqua la contamination par ce redoutable sous-produit d'une surface de 1 500 hectares dans la banlieue de Milan où est située cette localité. Moins de 4 kilogrammes de dioxines ont été répandus dans cette zone suburbaine, mais cela suffit pour provoquer la mort de 600 gros animaux (chevaux et bovins) et l'intoxication de 1 288 personnes !

La catastrophe de Bhopal (Inde), en décembre 1984, provoquée par l'explosion d'un réservoir d'isocyanate de méthyle, dans une usine de pesticides de la firme multinationale Union Carbide, libéra au-dessus de la ville un nuage toxique de 40 tonnes de cette redoutable substance. Cette « brume » provoqua la mort immédiate de 4 000 personnes (quelque 12 000 à terme) et l'intoxication de 300 000 autres dont 40 000 restèrent invalides.

En matière de pollution nucléaire, l'accident de Tchernobyl, survenu le 26 avril 1986, a donné un exemple spectaculaire des dimensions cataclysmiques que peuvent prendre les pollutions liées à ce type d'énergie. Cette catastrophe provoqua la mort immédiate de trente-quatre personnes et l'irradiation à des doses très élevées de plusieurs centaines d'autres. De plus, un accroissement important de la prévalence des cancers de la thyroïde fut observé chez les enfants habitant dans les zones contaminées. Il convient toutefois de souligner que les prévisions alarmistes, qui estimaient à 130 000 la mortalité par cancer devant survenir dans le prochain demi-siècle parmi les millions de personnes exposées aux retombées radioactives, se sont fort heureusement révélées infondées. Un bilan sanitaire établi en 2006, soit vingt ans après le sinistre, a montré qu'aucun accroissement significatif des leucémies et autres affections radio-induites – à l'exception des cancers de la thyroïde –n'avait eu lieu. De même, aucune modification du taux de mutations géniques n'a pu être observée dans la descendance des « liquidateurs de Tchernobyl », les dizaines de milliers de personnes civiles et militaires qui furent chargées de la décontamination du site.. Il en fut tout autrement des conséquences écologiques car, aujourd'hui encore, 3 000 kilomètres carrés de terres cultivables, de prairies et de forêts contaminés sont toujours inutilisables bien qu'une fraction de la population locale, surtout des personnes âgées, s'y soit réinstallée en toute illégalité.

À côté des risques « qualitatifs » liés à la redoutable toxicité de certaines substances existent des causes de pollution « quantitatives » dont les conséquences écologiques peuvent être catastrophiques, malgré la moindre nocivité des polluants concernés, par suite de l'énormité des masses qui sont déversées dans le milieu naturel. Les « marées noires » en donnent un exemple fort illustratif. Ainsi, lors du naufrage de l'Exxon Valdez, qui a eu lieu le 24 mars 1989 dans la baie du Prince-Guillaume (Alaska), quelque 40 000 tonnes de pétrole brut contaminèrent près de 500 kilomètres de littoral, provoquant des ravages dans la flore et la faune marines (oiseaux de mer, phoques et surtout les rares loutres de mer)Marée noire : l'Exxon Valdez, 1989. Plus récemment, la marée noire de l'Erika, survenue le 12 décembre 1999, contamina la côte atlantique, du Morbihan jusqu'aux bouches de la Gironde, sur plus de 400 km avec quelque 17 000 tonnes de fuel lourd no 2, provoquant des dommages économiques excédant, à l'époque, un milliard de francs.

Marée noire : l'Exxon Valdez, 1989 Photographie

Marée noire : l'Exxon Valdez, 1989 La marée noire provoquée par le naufrage du pétrolier Exxon Valdez, en mars 1989, dans la baie du Prince-Guillaume, en Alaska (États-Unis). 

Crédits: Ken Graham, Tony Stone Images/ Getty Consulter

En définitive, tout au long de son histoire, la civilisation industrielle s'est caractérisée par une croissance spectaculaire du nombre et de l'intensité des pollutions dont elle est la cause. En sus de leurs conséquences directement néfastes à la santé humaine, celles-ci perturbent de façon préoccupante divers processus écologiques fondamentaux propres au fonctionnement de la biosphère.

En ce qui concerne la classification des polluants, toute systématique est ici malaisée car elle repose sur des critères dont le choix est toujours arbitraire. On peut prendre une approche toxicologique et considérer la manière par laquelle les pollutions contaminent l'organisme humain (inhalation, ingestion, contact). Bien que d'usage courant, cette classification est anthropocentrique et donne au terme pollution un sens plus restrictif que celui envisagé jusqu'ici. On peut aussi considérer le niveau écologique touché par les pollutions : celui de l'individu, de la population, de la communauté, de l'écosystème, voire de la biosphère tout entière. Il est aussi possible de considérer la nature des milieux contaminés : atmosphère, eaux continentales, océans, sols. On peut également grouper les polluants selon leur nature : physique, chimique, biologique, etc. La classification ici adoptée (tabl. 1Principaux types de pollution) fait la synthèse de ces deux derniers types de critères.

Principaux types de pollution Tableau

Principaux types de pollution Classification des principaux types de pollutions et de nuisances en fonction des agents perturbateurs et/ou des polluants afférents (d'après F. Ramade, « Introduction à l'écotoxicologie », Lavoisier Tec&Doc, 2007. 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

2.   La notion de nuisance

Le terme nuisance désigne toute dégradation de l'environnement qui ne présente pas d'impact écotoxicologique mais qui a pour conséquence d'induire une gêne pour les personnes qui la subissent. À la différence des pollutions, les nuisances ne provoquent pas d'effet néfaste sur la santé humaine et/ou sur le plan écologique. Toutefois, elles sont perçues à juste titre par ceux qui y sont exposés comme une modification défavorable de l'environnement.

On peut citer, entre autres, les nuisances esthétiques provoquées par un urbanisme indigent (qui peut altérer gravement la qualité des paysages) ou par la dispersion d'emballages plastiques dans la nature, les nuisances sonores dues aux bruits liés au voisinage, à la circulation ou encore aux activités industrielles, ces bruits ayant des intensités inférieures au seuil de lésions physiologiques, les nuisances olfactives résultant de l'émanation d'odeurs nauséabondes provenant d'activités agricoles ou industrielles.

Une confusion fréquente est faite entre pollutions et nuisances. Elle résulte du fait que les premières réglementations destinées à protéger l'environnement de l'homme ne faisaient pas la distinction entre des altérations de l'environnement de nature fort différente et aux conséquences d'ampleur très inégale tant pour les populations humaines que pour les milieux naturels. Ainsi, les réglementations successives sur les installations classées – établissements industriels et autres usines dont les activités sont potentiellement polluantes et qui de ce fait entrent dans un cadre législatif qui définit leur zone d'implantation et contrôle les émissions de polluants – mettaient sur un même plan des industries malodorantes et des usines polluantes pour l'atmosphère. Elles ne prenaient donc pas en considération le fait qu'il existe une différence fondamentale entre l'émission d'effluents gazeux dont le seul inconvénient est de provoquer une mauvaise odeur et celle de gaz polluants – certes éventuellement malodorants – mais qui présentent surtout une toxicité souvent importante pour les animaux et les végétaux. À l'opposé, certains polluants de l'air peuvent être d'une effroyable toxicité pour l'homme tout en étant entièrement inodores.

À la différence des pollutions, les nuisances ne provoquent donc aucune perturbation écologique ou toxicologique et ne concernent généralement que le milieu urbain et les environs des agglomérations. Le concept de nuisance est essentiellement anthropocentrique.

Le bruit représente la nuisance la plus répandue. Elle est provoquée par des sons d'intensité trop forte. À partir d'une certaine intensité, dont les effets nocifs peuvent être accrus par des fréquences trop basses ou trop élevées, le bruit peut atteindre des valeurs où se produisent des effets physiologiques dangereux pour l'organisme (cf. sons). Dans la gamme des intensités sonores, il existe des valeurs qui dépassent le seuil de douleur de l'oreille (120 dB), à partir desquelles peuvent apparaître des lésions physiologiques irréversibles de l'oreille interne. Les infrasons (fréquences inférieures à 15 Hz) ont même pu expérimentalement provoquer, à de très fortes intensités, des hémorragies internes mortelles chez des animaux de laboratoire.

À la limite des intensités réputées tolérables, c'est-à-dire au-dessous de 80 dB, le bruit excessif, même pendant le sommeil, peut engendrer des effets psychophysiologiques défavorables.

Cependant, dans l'immense majorité des cas, le bruit reste du domaine des nuisances dans la mesure où ses intensités sont inférieures à celles qui causent des dommages physiologiques détectables ; il crée en revanche une gêne de voisinage psychologiquement intolérable.

La nuisance visuelle (dite encore esthétique) est hélas assez répandue. Elle est liée soit à la laideur de l'habitat, soit à l'existence de constructions qui dénaturent le paysage, soit encore à la présence de détritus chimiquement inertes mais qui souillent les sites. Une plage couverte d'emballages rejetés par la merPollution, la présence dans un espace naturel de nombreux résidus de matières plastiques entraînés par le vent et accrochés aux branchages constituent une nuisance esthétique, bien qu'il n'y ait très généralement aucune pollution chimique associée. Un autre type de nuisance est constitué par les mauvaises odeurs non associées à des émanations gazeuses toxiques. Cette nuisance, dite olfactive, est beaucoup moins fréquente que les précédentes et généralement circonscrite aux alentours de certaines installations telles que les porcheries et autres élevages industriels importants, les usines d'équarrissage, certaines stations d'épuration des eaux usées présentant un dysfonctionnement manifeste, etc.

Pollution Photographie

Pollution Détritus rejetés par la marée, sur une plage du Texas, aux États-Unis. 

Crédits: Rosemary Calvert, Tony Stone Images/ Getty Consulter

3.   Les principales causes de pollution

De nos jours, les principales causes de pollution de l'environnement proviennent en premier lieu de la production et de l'utilisation des diverses sources d'énergie, puis des activités industrielles et, de façon paradoxale mais néanmoins importante, de l'agriculture.

À chacune de ces causes fondamentales de pollution vont correspondre d'innombrables sources de dispersion des agents polluants. Ces dernières prennent place depuis l'amont (industries extractives) jusqu'à l'aval, c'est-à-dire jusqu'aux usages domestiques, lesquels peuvent jouer dans certains cas (matières organiques fermentescibles polluant les eaux par exemple). Ainsi, la consommation de substances chimiques commercialisées auprès du grand public intervient de façon non négligeable dans la contamination de l'environnement, sans oublier les masses considérables d'engrais et de pesticides dispersés dans l'espace rural par les activités agricoles.

  Pollutions liées à la production et à l'utilisation d'énergie

La production et l'utilisation d'énergie viennent incontestablement au tout premier rang des causes de pollution de la biosphère.

Malgré les crises pétrolières de 1973 et de 1979, et celle larvée et chronique qui a émergé depuis 2004, la consommation globale d'énergie a continué de croître. La diminution épisodique de la consommation du pétrole ou, à tout le moins, le ralentissement de la croissance de son usage, observé depuis la fin des années 1970, a été compensé par l'augmentation de la consommation du charbon, du gaz naturel et aussi par le développement de l'électronucléaire. En 2005, la consommation mondiale d'énergie dépassait 10 milliards de tonnes d'équivalent pétrole (tep). Sur ce total, le pétrole représentait près de 3,9 milliards de tonnes, le charbon 3 milliards de tep, le gaz naturel 2,5 milliards de tep, le reste étant assuré par l'hydroélectricité et le nucléaire.

Cette consommation d'énergie fossile a rejeté cette année-là quelque 7,6 milliards de tonnes d'équivalent carbone sous forme de CO2 dans l'atmosphère, contribuant ainsi de façon significative à l'augmentation de l'effet de serre.

À cela, il faudrait ajouter l'usage du bois comme combustible dans les divers pays en développement (3 milliards de tonnes par an), qui est la source d'une déforestation massive et d'une pollution sous-estimée de l'intérieur des habitations en raison des mauvaises combustions.

De telles données numériques permettent de saisir le rôle majeur joué par la production de l'énergie dans la pollution de la biosphère. À tous les stades de l'activité humaine, l'usage des hydrocarbures liquides et du charbon, les place au premier rang des sources de contamination de l'environnement.

L'exploitation et la combustion des produits pétroliers s'accompagnent d'innombrables pollutions : marées noires provenant des fuites de puits offshore ou d'accidents de transport qui contaminent l'océan mondial, raffinage qui pollue les eaux continentales, de même que les vidanges « sauvages » et autres usages dispersifs des hydrocarbures. Enfin, leur combustion libère dans l'atmosphère divers polluants (dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, oxydes de soufre et d'azote, hydrocarbures imbrûlés, traces de métaux toxiques tels que le mercure, le molybdène, le vanadium). En définitive, la boulimie énergétique propre aux pays industrialisés s'accompagne d'une contamination sans cesse accrue de l'air, des eaux continentales, de l'océan et même des sols par les innombrables substances polluantes produites par les combustions.

D'autres inquiétudes résultent du développement de l'énergie nucléaire. Aux appréhensions justifiées dues à la prolifération des armements nucléaires s'ajoute la crainte d'une pollution insidieuse et généralisée provoquée par les rejets d'effluents radioactifs dans l'air et les eaux. On soulignera néanmoins, si l'on fait table rase de toute attitude « émotionnelle » sur ces questions, qu'un examen des données concrètes disponibles sur les pollutions potentielles ou observées dues à l'électronucléaire montre que le seul problème incontestable auquel on est confronté est celui de la gestion des déchets nucléaires, qui pourrait poser de sérieux problèmes de stockage au cours des prochaines décennies. On a pu calculer que, si les États-Unis voulaient subvenir à tous leurs besoins en électricité à l'aide de centrales nucléaires, ils devraient gérer dans les années qui viennent une production annuelle de déchets équivalente à celle engendrée par l'explosion de 8 millions de bombes atomiques de type Hiroshima. Force est de constater que ce problème deviendra préoccupant en l'absence de solution alternative aux modalités actuelles qui consistent à entreposer les déchets sur les sites de production ou dans des centres de stockages superficiels pour les moins radioactifs d'entre eux. Des études sont en cours pour valider la solution d'un stockage en profondeur, dans des couches géologiques judicieusement choisies. Il faut en effet convenir que le stockage des déchets radioactifs, pour l'instant maîtrisé, pourrait devenir critique en France dans la seconde moitié de ce xxie siècle, compte tenu d'un stock croissant de produits de fission et d'activation (déchets les plus radioactifs) dû au retraitement des combustibles irradiés des centrales nucléaires (cf. nucléaire - Les déchets). Cependant, aujourd'hui, les risques provenant de la filière nucléaire pour l'hygiène publique sont inférieurs, de plusieurs ordres de grandeur par kilowattheure produit, à ceux qui sont liés aux polluants rejetés par les centrales électriques au charbon ou au fuel, ce que les opposants au nucléaire omettent systématiquement d'évoquer.

En sus de la pollution chimique et autres nuisances engendrées par la production de l'énergie, on ne saurait omettre l'une d'entre elles, particulièrement importante, la pollution thermique des eaux, qui est de nature physique.

Comme le rendement thermodynamique des combustions excède rarement 40 p. 100, quelque 60 p. 100 de l'énergie potentielle est perdue dans l'environnement sous forme de basses calories inutilisables lorsque l'homme « brûle » du charbon, du pétrole ou de l'uranium 235. Le refroidissement d'une centrale électrique ayant une puissance nominale de 1 000 mégawatts nécessite de la sorte le débit d'un fleuve entier comme la Seine à son étiage ! La pollution thermique des eaux fluviales ou littorales qui en résulte se traduit par un réchauffement dont les conséquences sont catastrophiques pour les êtres vivants dulçaquicoles et marins.

  Pollutions d'origine industrielle

L 'industrie chimique moderne, mais aussi la métallurgie, voire l'électronique mettent en circulation dans la biosphère d'innombrables composés minéraux ou organiques de toxicité souvent élevée ou encore peu dégradables, parfois même indestructibles : mercure, cadmium, niobium, antimoine, vanadium représentent autant de corps simples ne se rencontrant qu'à l'état de trace dans les milieux terrestres ou aquatiques mais qui sont aujourd'hui devenus d'usage banal dans diverses branches industrielles.

Quant à la chimie organique de synthèse, elle élabore des composés artificiels en nombre sans cesse accru. En 1992, on estimait déjà que plus de 500 nouvelles molécules étaient mises sur le marché chaque année et qu'au total environ 120 000 molécules minérales ou organiques de synthèse faisaient l'objet d'un usage commercial dans le monde. Plus inquiétant encore, en ce qui concerne les risques écotoxicologiques de cette invasion chimique, on considère que tout au plus un tiers de ces substances ont fait l'objet d'une étude crédible de leur impact potentiel sur l'environnement de l'homme. À partir d'un tel constat, la directive Reach (enregistrement, évaluation et autorisation des substances chimiques), adoptée par l'Union européenne en décembre 2006 et entrée en vigueur le 1er juin 2007, oblige les industries chimiques à procéder d'ici à 2018 au réexamen approfondi de quelque 30 000 substances les plus utilisées dans le monde, afin de mieux connaître leur impact potentiel sur l'environnement et la santé publique.

Un nombre considérable de substances chimiques est rejeté dans le milieu naturel et contribue à une pollution à vaste échelle des divers écosystèmes. Si l'opinion publique des pays industrialisés est depuis longtemps au fait des « retombées » radioactives, elle ignore souvent que le même phénomène se produit pour un grand nombre de contaminants d'origine industrielle. On trouve des fragments de matières plastiques dérivant dans les zones les plus reculées des océans et des concentrations parfois importantes de composés organochlorés non biodégradables (insecticides tels que le dichloro-diphényl-trichloréthane – D.D.T. –, ou de substances d'usage industriel telles que les polychlorobiphényles ou PCB) dans l'organisme des mammifères du Grand Nord canadien (ours blancs, par exemple) ou dans celui des manchots de l'Antarctique ! Un autre exemple de cette invasion chimique de l'écosphère a été donné par la mise en évidence, dans la seconde moitié des années 1980, de traces de chlorofluorocarbures (CFC) dans la stratosphère antarctique.

  Les déchets solides

La civilisation moderne produit aussi des masses colossales de déchets solides, qui peuvent se classer selon diverses modalités. On pourra, par exemple, distinguer des déchets domestiques (ordures ménagères), agricoles et industriels (cf. déchets). Les deux premières catégories sont essentiellement constituées de matières organiques, donc biodégradables. En revanche, les déchets des industries minières, métallurgiques, chimiques et nucléaires renferment des résidus intrinsèquement non biodégradables, voire inaltérables, et/ou des substances dont la toxicité est importante. Certains composés, tels que les dioxines, présentent même la particularité d'être à la fois peu ou pas dégradables et extrêmement toxiques.

Les déchets domestiques et agricoles peuvent représenter des volumes considérables. Ainsi, les seuls déchets solides de l'agriculture américaine excédaient 1,5 milliard de tonnes par an à la fin des années 1990. Les déchets urbains posent aussi des problèmes spécifiques, car leur « production », si l'on peut dire, se concentre sur de faibles surfaces. En outre, les ordures ménagères posent, par les volumes considérables produits, de sérieux problèmes de protection de l'environnement. En France, la production urbaine d'ordures excède 1 kilogramme par personne et par jour, et dépasse 450 kg par personne et par an dans certaines grandes agglomérations.

Parmi les divers déchets produits, les plus redoutables – en dehors des résidus de l'industrie nucléaire, qui font l'objet de traitements spécifiques et très stricts dans les pays de l'Organisation de coopération et de développement économiques (O.C.D.E.) – résultent des industries chimiques et éventuellement métallurgiques, qui produisent de grandes quantités de déchets toxiques.

Depuis le début du xxie siècle, les déchets dangereux produits par les industries américaines excèdent 200 millions de tonnes par an. La production allemande de déchets chimiques toxiques dépasse 5 millions de tonnes par an et celle de la France 2 millions de tonnes. Ce dernier pays est en réalité un importateur net de déchets chimiques toxiques avec une balance des flux largement excédentaire, supérieure à 200 000 tonnes par an. En particulier, il dispose d'incinérateurs spéciaux dans lesquels sont brûlées d'importantes quantités de polluants organiques persistants, certaines étant importées de régions très éloignées comme l'Asie orientale.

Même si l'on prend en considération les seules ordures ménagères, en sus de la nuisance esthétique associée à l'accumulation d'une fraction non négligeable de ces déchets solides dans des décharges à ciel ouvert dites « contrôlées », le lessivage par les eaux pluviales d'anciennes décharges utilisées sans étanchéisation du substrat provoque aujourd'hui encore une pollution clandestine et préoccupante de certaines nappes phréatiques. On notera qu'en dépit de l'interdiction faite par l'Union européenne de la mise en décharge des ordures ménagères depuis juillet 2002, la France persévère dans ce type de gestion des déchets, les pouvoirs publics délivrant encore en 2008 des autorisations d'extension de décharges existantes !

  Pollutions d'origine agricole

L' agriculture moderne représente une importante source de pollution de l'espace rural mais aussi des milieux intégrés par l'homme. L'usage massif des engrais chimiques, le recours aux pesticides ont permis une augmentation considérable des rendements agricoles. Ils se sont malheureusement accompagnés d'une pollution accrue des eaux continentales, des terres cultivées, ainsi que des productions végétales et animales par divers contaminants minéraux ou organiques.

La consommation mondiale des engrais chimiques, en croissance incessante depuis plus d'un demi-siècle, tant dans les nations développées que dans les pays en développement, est passée de 5 millions de tonnes en 1945 à plus de 150 millions de tonnes en 2000.

L'abus des fertilisants en agriculture a été tel que, dans de nombreux pays, la pollution des eaux souterraines atteint localement des niveaux qui excèdent les concentrations réputées admissibles en nitrates dans l'eau potable. En France, c'est le cas d'environ 10 p. 100 des eaux de puits situées en général dans des zones de céréaliculture intensive. Les métaux et métalloïdes toxiques (cadmium, vanadium, chrome, cuivre, arsenic, etc.) contenus comme impuretés dans la deuxième grande catégorie d'engrais chimiques, les superphosphates, s'accumulent dans les sols et peuvent passer dans les plantes cultivées. L'usage des pesticides (insecticides, fongicides, herbicides, etc.) a également connu une expansion spectaculaire en agriculture. La consommation mondiale de ces produits (matières actives pures) approchait les deux millions de tonnes à la fin du xxe siècle, en dépit de mesures de réduction de leur usage déjà en œuvre dans certains pays développés. La masse de ces substances dispersées est considérable si l'on songe au pouvoir extraordinairement biocide de certains de ces produits dont la toxicité compense largement sur le plan du potentiel toxicologique la réduction en tonnage de divers composés insecticides tel le D.D.T., dont la fabrication est interdite dans les pays industrialisés. Il en est de même de certains insecticides tels les pyréthroïdes qui, bien que quasi inoffensifs pour les animaux à sang chaud, sont très toxiques pour les poissons et les autres organismes aquatiques.

L'usage excessif des pesticides, qui s'accompagne aujourd'hui d'une pollution croissante des nappes phréatiques – en sus de leurs impacts écologiques indésirables –, a conduit des pays comme les Pays-Bas à diviser par deux les quantités de ces substances employées en agriculture depuis la fin des années 1980. De telles mesures ont également été mises en œuvre aux États-Unis par l'U.S.D.A. En France, plus de 260 molécules présentant des propriétés pesticides sont actuellement homologuées pour des usages agricoles. Bien qu'une diminution des tonnages utilisés ait eu lieu, notre pays, avec plus de 70 000 tonnes de matières actives répandues annuellement, figure au troisième rang mondial pour l'utilisation de ces substances dites phytosanitaires ! Ces masses dispersées dans l'espace rural sont considérables si l'on réfléchit à la toxicité et/ou à la persistance de certaines d'entre elles. Ainsi, la toxicité aiguë de certains insecticides, comme le dimefox ou l'aldicarbe, place ces produits à la limite de celle qui est propre aux armes chimiques. La persistance (mesurée par le temps de demi-vie) d'un insecticide organochloré comme le chlordécone, molécule longtemps utilisée pour lutter contre les charançons dans les bananeraies des D.O.M.-T.O.M., en particulier aux Antilles, se compte en siècles, ce qui explique le scandale soulevé par la « découverte », en septembre 2007, d'une contamination généralisée des eaux et des produits agricoles en Martinique et en Guadeloupe, bien que cette molécule y soit officiellement interdite depuis 1992Bananeraie à la Martinique. Plus de 4 millions de tonnes de D.D.T. ont été dispersées dans le monde depuis sa mise au point dans les années 1940. Comme le temps moyen de résidence dans les biotopes de cet insecticide excède souvent vingt ans, il en subsistera des quantités appréciables dans les milieux qu'il a contaminés plus d'un siècle après son interdiction. L'insertion de ces pesticides dans les chaînes alimentaires n'est plus à démontrer et concerne en dernière analyse l'homme, qui est situé au sommet de la pyramide écologique.

Bananeraie à la Martinique Photographie

Bananeraie à la Martinique Le chlordécone, un pesticide contre le charançon du bananier, a été largement utilisé à la Martinique et en Guadeloupe jusqu'en 1993 pour sauver l'industrie bananière. Depuis lors, il a été confirmé que le chlordécone est bien associé à une augmentation du risque de cancer de la prostate. 

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4.   Circulation et dispersion des polluants

Deux erreurs fondamentales sont très souvent commises lorsque sont envisagés les problèmes de pollution. La première consiste à considérer que les effluents nocifs exercent essentiellement leurs méfaits dans le voisinage immédiat du point de rejet. La seconde présuppose que les substances toxiques se dilueront rapidement dans l'air, les sols ou les eaux, de sorte que leurs concentrations tomberont spontanément au-dessous des seuils de nocivité fixés par les réglementations nationales ou multilatérales. Ces deux propositions, toujours associées, sont considérées comme complémentaires, et elles postulent que les dilutions engendrées par les phénomènes biogéochimiques naturels diminueront les concentrations de polluants à un niveau assez faible pour que ne se manifeste aucun effet écotoxicologique nocif sur les communautés vivantes exposées.

L'expérience infirme hélas souvent cette conception par trop simpliste, qui méconnaît la complexité des mécanismes biogéochimiques caractérisant l'écosphère. Le rejet des polluants dans l'environnement est un phénomène complexe, il ne saurait être limité à l'aspect fallacieusement ponctuel du panache de fumée d'une cheminée d'usine ou à l'émissaire d'égout déversant ses effluents dans la mer. Dans la quasi-totalité des cas, les substances libérées dans l'écosphère vont être entraînées fort loin du point de rejet. La circulation atmosphérique et hydrologique les dispersera de façon progressive dans l'ensemble de l'écosphère.

Les mouvements atmosphériques jouent un rôle fondamental dans la dispersion des polluants et leur répartition dans les divers biotopes. Tout composé organique ou minéral, même s'il est solide, peut théoriquement passer dans l'air. Direct dans le cas des gaz, ce passage s'effectue sous forme d'aérosols pour les liquides à faible tension de vapeur et à l'état de fines particules dans le cas des solides non sublimables.

Certains des contaminants introduits par l'homme dans l'atmosphère sont en fait des constituants naturels. L'anhydride sulfureux, le dioxyde de carbone, les oxydes d'azote, ou même le mercure s'ajoutent aux quantités normalement présentes dans l'air. Ces dernières proviennent des divers processus biogéochimiques, donc de phénomènes naturels comme le volcanisme. D'autres substances polluantes : radionucléides, pesticides, PCB, agents plastifiants, etc., sont exclusivement d'origine technologique.

  Lois générales de la circulation atmosphérique

La connaissance des lois générales de la circulation des masses d'air dans l'atmosphère est essentielle pour comprendre les mécanismes par lesquels s'effectue la contamination de la biosphère.

Ces lois décrivent les mouvements horizontaux et verticaux des masses d'air, qui assurent rapidement la dispersion des polluants dans l'ensemble de l'atmosphère.

Le sens et la vitesse des courants stratosphériques et troposphériques sont connus avec précision. Ainsi a-t-on pu montrer l'existence d'un vent dominant d'ouest qui souffle au niveau de la tropopause (limite entre la troposphère, qui correspond aux couches les plus basses de l'atmosphère, et la stratosphère) dans l'hémisphère Nord. Sa vitesse moyenne, de l'ordre de 35 mètres par seconde, permet un transit circumterrestre de toute substance injectée à ce niveau en douze jours. Cela explique la célérité avec laquelle les particules émises par une éruption volcanique se dispersent dans l'ensemble de l'atmosphère planétaire.

À ces courants horizontaux se combinent des mouvements verticaux des masses d'air, qui permettent une circulation atmosphérique du nord vers le sud. La combinaison des vents ouest-est, avec une dérive ascensionnelle au niveau des basses latitudes engendre un type de circulation atmosphérique dénommé cellule de Hadley. Celui-ci permet l'échange des masses d'air entre les deux hémisphères au niveau de la troposphère des régions équatoriales. Entre l'équateur et les régions polaires viennent se placer en contact avec les cellules de Hadley d'autres cellules – celle de Ferrel ainsi la cellule polaire –, qui assurent le transfert des masses d'air polaires vers les tropiques et des masses d'air tropicales vers les pôles (fig. 1Circulation en cellules de l'atmosphère).

Circulation en cellules de l'atmosphère Dessin

Circulation en cellules de l'atmosphère Schéma de la circulation en cellules de l'atmosphère. La combinaison de mouvements verticaux et horizontaux provoque la dispersion de polluants dans l'ensemble de l'atmosphère à l'échelle globale (d'après F. Ramade, « Écologie fondamentale », Dunod Sciences, 2003). 

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  Le transport à distance des polluants dans l'atmosphère

Les distances parcourues par les polluants introduits dans l'atmosphère dépendent de plusieurs paramètres et en particulier de l'intensité de l'émission, de son altitude d'injection, de la taille des particules (pour les produits solides et les aérosols) et de la stabilité chimique de la substance considérée.

On peut distinguer trois catégories de transport atmosphérique des polluants, qui correspondent à une circulation à l'échelle locale, moyenne ou globaleTransport atmosphérique des polluants (tabl. 2).

Transport atmosphérique des polluants Tableau

Transport atmosphérique des polluants Principaux types de transport atmosphérique des polluants (d'après Miller et Robinson, 1989). 

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Dans le cas de la circulation globale, au transport troposphérique se superpose un transport stratosphérique et mésosphérique qui explique l'accumulation de certains polluants dans la stratosphère arctique et antarctique. Il existe en effet une ascendance verticale dans la basse stratosphère équatoriale qui prolonge la cellule de Hadley. Dans la stratosphère, cette branche se sépare en deux : l'une se dirige vers le pôle d'été, où elle s'associe au mouvement ascendant des masses d'air induit par le réchauffement dû à l'ozone stratosphérique, qui capte une partie de l'énergie solaire (fig. 2)Circulation stratosphérique, puis se dirige vers le pôle d'hiver ; l'autre branche passe dans la mésosphère et se dirige directement vers le pôle d'hiver, où elle contribue, avec la première branche, en redescendant dans la stratosphère, à l'accumulation de polluants qui s'y observe pendant cette période de l'année.

Circulation stratosphérique Dessin

Circulation stratosphérique Schéma de la circulation stratosphérique expliquant le transport d'aéropolluants émis dans l'hémisphère Nord vers la stratosphère antarctique (d'après F. Ramade, « Écotoxicologie », Masson, 1992). 

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On y retrouve ainsi tous les gaz polluants dont la stabilité chimique est assez forte pour permettre leur transfert dans des zones si reculées de l'atmosphère : acides nitrique et sulfurique mais aussi des traces de leurs précurseurs (NO2, SO2). C'est à ces phénomènes de circulation stratosphérique des polluants gazeux que l'on doit attribuer l'existence du « brouillard arctique » mis initialement en évidence en Alaska au début des années 1980 et qui recouvre en fait toute la zone arctique boréale pendant l'hiver. Ce sont aussi ces phénomènes de circulation stratosphérique qui expliquent la présence, en Antarctique, au début du printemps, de polluants gazeux (fréons en particulier) et d'aérosols dans les nuages stratosphériques, situés entre 10 et 20 kilomètres d'altitude. Ces nuages constituent un site préférentiel de la destruction de l'ozone stratosphérique par les CFC. En dépit de l'interdiction de ces substances, par le protocole de Montréal en 1987, une production limitée subsiste dans certains pays nouvellement industrialisés, en particulier en Chine. En outre, leur temps de demi-vie excédant, pour la plupart d'entre ces substances, le siècle, des quantités significatives se trouvent encore dans l'atmosphère.

  Le temps de séjour des polluants dans l'atmosphère

Si la diffusion des polluants est rapide, voire presque immédiate au niveau de la troposphère, elle s'effectue en revanche très lentement dans la stratosphère à cause de la faible vitesse d'échange entre les couches d'altitude différente. Les mouvements verticaux y atteignent tout au plus quelques centimètres par seconde, de sorte que des particules introduites à ce niveau peuvent y séjourner des années. On a pu calculer que la durée moyenne pendant laquelle une particule insédimentable demeure dans la stratosphère est comprise entre deux et trois ans à l'altitude de 30 kilomètres ; elle est d'un an dans la basse stratosphère (entre 15 et 18 km) et de deux mois au niveau de la tropopause. Cette durée ne dépasse pas trente jours dans la troposphère moyenne (vers 6 000 m). Les aérosols ne séjournent qu'une semaine dans la basse troposphère, au-dessous de 3 000 mètres d'altitude.

Quand un polluant est libéré dans l'atmosphère, il peut soit être transformé en une autre forme chimique, soit être éliminé ou demeurer dans l'atmosphère, contribuant ainsi au phénomène général d'accumulation.

En réalité, très peu de polluants chimiques se déplacent à grande distance dans l'air sans subir des mécanismes de transformation ou d'élimination par suite de phénomènes de réaction avec la vapeur d'eau, d'oxydation, associés ou non à des processus de dégradation photochimique.

En réalité, le temps de séjour d'un polluant dépend de l'efficacité des mécanismes physico-chimiques (lorsqu'ils existent), qui permettent leur extraction de l'atmosphère puis leur transformation et leur accumulation dans les eaux et les sols. De tels processus font défaut pour certaines substances volatiles peu réactives libérées dans l'air, comme les CFC et, a fortiori, pour les gaz rares radioactifs dont l'absence totale de réactivité chimique est bien connue. Ces éléments lorsque leur période est assez longue, peuvent donc s'accumuler et persister dans l'atmosphère pendant une durée indéterminée, mais prolongée, à des concentrations variables selon la valeur de l'intensité des rejets. C'est surtout le cas du krypton 85 produit par les réacteurs nucléaires, dont la période est de 10,5 ans.

  Passage des polluants de l'atmosphère dans l'eau et les sols

Fort heureusement, à quelques rares exceptions près, les polluants atmosphériques ne séjournent pas indéfiniment dans l'air. Les précipitations et les mécanismes de dépôt sec des particules les ramènent à la surface du sol et/ou dans l'hydrosphère. Les particules solides sont entraînées mécaniquement ou par dissolution ; les substances gazeuses sont également dissoutes dans les eaux pluviales. Ces mécanismes inertes de dépôt à la surface des eaux, des sols et de la végétation constituent les processus d'épuration de l'atmosphère de loin les plus importants pour les polluants qui ne sont pas dégradés in situ dans l'air.

Les polluants circulent ensuite à la surface des continents, cheminant dans les sols et contaminant les eaux superficielles et les nappes phréatiques. En outre, le jeu du lessivage et de l'érosion hydrique intervient de façon essentielle dans le transfert des polluants des sols vers l'hydrosphère. En définitive, les phénomènes géochimiques vont avoir pour conséquence d'amener, tôt ou tard, la masse des polluants émis par l'homme dans l'océan mondial, qui constitue l'ultime réceptacle des agents toxiques et autres contaminants.

Le rôle fondamental du cycle de l'eau et de la circulation atmosphérique générale dans le transfert des polluants fut mis en évidence au cours des années 1950 lors du suivi des retombées radioactives provoquées par les expériences nucléaires (cf. infra).

De nombreuses études de chimie analytique sur les contaminants traces ont confirmé que le jeu combiné de la circulation atmosphérique et des précipitations pouvait transférer les polluants fort loin de leurs zones d'émission.

Le premier exemple démontrant le transport de composés chimiques polluants à l'échelle planétaire fut la découverte, dès la fin des années 1960, d'une contamination par le D.D.T. des neiges tombant sur l'Antarctique.

Les pluies acides constituent aussi un excellent exemple de transfert des polluants atmosphériques à grande distance. Elles peuvent affecter de grandes surfaces, voire des continents entiers. L'étude du pH des eaux de pluie montre que celui-ci a sérieusement diminué (augmentation de l'acidité) à la suite de l'usage sans cesse accru de combustibles fossiles riches en soufre. Les zones où les pluies sont les plus acides sont certes celles où se concentrent les industries et/ou les grandes agglomérations, mais on a remarqué le même phénomène dans des régions reculées de Scandinavie septentrionale. L'acidité des pluies dans ces dernières régions s'explique par le déplacement des masses d'air polluées émises par les pays d'Europe occidentale et centrale : plus de la moitié des apports annuels en SO2 étant importée du sud de la Grande-Bretagne et du nord-est de l'Europe occidentale sous l'effet des vents dominants d'ouest.

La catastrophe de Tchernobyl a, elle aussi, montré de façon concrète la vitesse à laquelle des masses d'air contaminées sont susceptibles d'atteindre des régions éloignées de la source d'émission. Le nuage radioactif s'étendit sur l'Europe puis sur tout l'hémisphère Nord dans la semaine qui suivit l'accident (fig. 3).

La circulation hydrologique assure ensuite le transfert des effluents liquides et des apports telluriques émis dans les fleuves à partir de sols pollués vers l'océan. Il faut mentionner que les quantités d'hydrocarbures dues aux pertes de carburants et aux rejets sauvages d'huiles de vidange (ainsi qu'aux éventuels accidents survenant en milieu terrestre) apportent dans l'océan plus de 1 million de tonnes de pétrole par an, soit une quantité nettement supérieure à celle qui a été déversée en moyenne chaque année par les marées noires depuis les années 1960.

Enfin, en milieu océanique, le jeu des courants marins contribue à introduire des contaminants fort loin des zones où ils ont été rejetés.

Le seul transport des hydrocarbures – même en l'absence de naufrage catastrophique d'un tanker – est la cause d'une contamination chronique de l'océan mondial, les courants dispersant le pétrole sur de vastes surfaces océaniques estimées à plus de 60 millions de kilomètres carrés en moyenne.

  Transfert des polluants dans la biomasse et contamination des réseaux trophiques

La contamination des divers écosystèmes continentaux et marins par les agents polluants va se traduire par leur transfert sur les êtres vivants.

Ici intervient une notion importante, celle de dégradabilité. Il apparaît, de façon fort opportune, qu'un grand nombre de substances dispersées dans l'environnement sont instables. L'action des facteurs physico-chimiques les décomposera très vite en dérivés peu ou pas toxiques. Dans bien des cas, les micro-organismes – bactéries édaphiques ou aquatiques – joueront un rôle actif dans cette décomposition : on dit alors que la substance est biodégradable.

Malheureusement, si de nombreuses substances organiques et même minérales peuvent être converties par le jeu des facteurs biogéochimiques en des formes de toxicité atténuée, voire nulle, il existe toutefois toute une série de polluants qui sont peu ou pas biodégradables : les composés organochlorés, la plupart des matières plastiques, les diverses formes de métaux ou de métalloïdes toxiques en sont quelques exemples.

Ces éléments non biodégradables vont alors contaminer les communautés végétales puis animales, c'est-à-dire l'ensemble des réseaux trophiques (différents niveaux de la chaîne alimentaire) de chaque biocénose.

L'étude systématique de la contamination d'animaux terrestres ou marins à régime carnivore ou ichtyophage a révélé l'étendue de la pollution de la biosphère par des polluants non biodégradables, en particulier par les composés organohalogénés (insecticides tel le D.D.T., ou les polychlorobiphényles – PCB –), mais aussi par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ou encore les dioxines que l'on retrouve dans des poissons superprédateurs (thons ou requins par exemple) ou dans des oiseaux de mers (pétrels, puffins) prélevés dans les zones océaniques les plus reculées. Plus près de nous, l'accumulation de ces mêmes substances chez les phoques de la mer Baltique a été la cause d'une importante régression des populations de ces mammifères. Il en est de même des populations de bélougas, cétacés autrefois abondants dans le Saint-Laurent, au Québec, et dont les effectifs se sont effondrés au cours des années 1970 et 1980.

  Concentration par les êtres vivants : notions de bioaccumulation et de bioconcentration

La dernière phase de la circulation d'un polluant dans la biosphère correspond en définitive à la contamination même des êtres vivants propres aux diverses communautés terrestres ou aquatiques.

Les processus évoqués ci-dessus montrent que non seulement les organismes effectuent une dispersion active de nombreux polluants, mais, pis encore, qu'ils peuvent les concentrer dans leurs tissus, ce qui accroît les risques toxicologiques.

En réalité, la valeur de la concentration « inerte » d'un polluant dans un biotope terrestre ou aquatique ne présente pas une grande signification biologique car elle n'apporte aucune information sur le fait que cette substance polluante pourra être absorbée par tel ou tel organisme constituant la biocénose. La biodisponibilité d'une substance en général, et d'un polluant en particulier, est donc la fraction de la quantité totale présente dans un habitat déterminé qui est absorbable par des producteurs (végétaux), des consommateurs (animaux) et/ou des décomposeurs (champignons, bactéries), et qui peut donc être prélevée dans le biotope par un organisme et être transférée, stockée et métabolisée par ce dernier.

La notion de biodisponibilité est particulièrement importante pour les éléments toxiques (métaux par exemple) car, selon leur état chimique, ils sont plus ou moins assimilables et d'une toxicité très variable. Ainsi, le chrome CrIII est beaucoup moins toxique que le CrVI toutes choses égales par ailleurs. De même, une concentration identique de plomb présentera sous forme de nitrate une toxicité 10 000 fois plus faible pour le zooplancton marin que si elle est sous forme de plomb tétraéthyle. Toutefois, la biodisponibilité intervient aussi pour les polluants organiques qui, selon par exemple la plus ou moins grande teneur en humus d'un sol, peuvent présenter un risque différent.

La biodisponibilité des polluants organiques présents dans un biotope donné peut varier selon leur constitution chimique et, aussi, dans un même biotope, en fonction du temps. Ainsi, la plus ou moins forte teneur en acides humiques d'une eau modifie la toxicité de deux insecticides, le chlorpyriphos et le DDT, pour divers crustacés propres aux eaux continentales.

La bioaccumulation correspond au processus d'absorption par lequel les êtres vivants peuvent accumuler dans leur organisme un polluant, quelle que soit la voie de pénétration dans l'organisme considéré. Chez les animaux terrestres, elle résulte des absorptions par voie digestive, respiratoire et cutanée. Chez les plantes, elle s'effectue, en règle générale, par les voies transradiculaires et transfoliaires – éventuellement par voie respiratoire, via les stomates, lorsqu'il s'agit de polluants gazeux. Chez les organismes aquatiques, la bioaccumulation correspond à la somme des absorptions par contact, par ingestion et par voie transbranchiale. Elle n'implique pas obligatoirement un accroissement de concentration d'un polluant quand celui-ci passe du biotope à l'organisme considéré.

La bioconcentration désigne le processus physiologique par lequel un polluant prélevé dans un biotope par un être vivant va se rencontrer dans l'organisme de ce dernier à des concentrations supérieures à celles auxquelles il se trouve selon le cas dans les eaux, l'air et/ou les sols.

Il n'existe pas de différence fondamentale entre les processus de bioaccumulation et de bioconcentration, ce dernier terme ne représentant qu'un cas particulier de la bioaccumulation : celui où il existe un accroissement de concentration lorsque le polluant passe du biotope dans la biomasse, quel que soit le niveau trophique de l'organisme concerné.

On appelle facteur de concentration Fc, le rapport entre la concentration d'un polluant dans les tissus d'un organisme donné et sa concentration dans le biotope.

Selon le groupe taxonomique, les valeurs de Fc peuvent varier considérablement. Cependant, on constate généralement que, pour la plupart des polluants et des espèces vivantes, les Fc sont inférieurs à un, ce qui signifie que l'on a affaire à une simple bioaccumulation puisque la concentration du polluant dans le biotope demeure supérieure à celle qui est observé dans l'organisme considéré. On utilise alors le terme facteur de bioaccumulation (FBA ou FBA) pour désigner ce cas de figure.

Lorsque la valeur de la concentration d'un polluant dans un organisme donné excède celle dans le biotope, c'est-à-dire aux cas où Fc est supérieur à 1, on parle alors de bioconcentration (FBC ou FBC).

  Existence de concentreurs biologiques

Il existe toutefois dans la nature un nombre important d'espèces animales et végétales appartenant à divers groupes taxonomiques qui se comportent en véritables concentreurs biologiques. Avec ces espèces, les FBC atteignent ou dépassent largement un facteur dix et peuvent même être beaucoup plus élevés avec certains polluants persistants, atteignant des dizaines voire, dans les cas extrêmes, plus de cent mille fois la concentration du polluant dans le biotope.

Bioconcentration dans les organismes terrestres

Divers végétaux terrestres en particulier des plantes cultivées, comme la carotte, l'arachide, voire les tubercules de pomme de terre, sont capables de concentrer certaines substances minérales ou organiques présentes dans le sol, en particulier divers pesticides. Un des cas les plus extraordinaires de bioconcentration d'un métal toxique est celui d'un arbre de Nouvelle-Calédonie, Sebertia acuminata (Sapotacées), dont le latex renferme en moyenne 60 000 ppm de nickel, métal pourtant très phytotoxique, soit des concentrations de l'ordre de 11 p. 100 rapportées à l'extrait sec, mais qui peuvent atteindre dans les cas extrêmes 35 p. 100.

Le pouvoir de concentration biologique est aussi particulièrement élevé chez certaines espèces animales. Les lombrics et autres oligochètes peuvent bioaccumuler les éléments toxiques et les divers polluants organiques persistants (POP), en particulier les insecticides organochlorés à des taux plusieurs dizaines de fois supérieurs à celui auquel ils sont présents dans la litière ou le sol dont ils se nourrissent. Ainsi, des recherches effectuées dans les années 1980 sur des terres agricoles contaminées expérimentalement par de la dieldrine à des concentrations croissantes (de 0,56 à 9 kilogrammes par hectare), ont montré que, chez un oligochète épigée, Lumbricus terrestris, après quatre mois d'exposition, le FBC excédait 150 pour la parcelle la plus contaminée. De même, des expérimentations menées sur des vers de terre anoeciques, Eisenia andrei, en contact durant trois semaines avec un sol artificiel contaminé par divers métaux lourds, ont montré que les FBC atteignaient 31 pour le cadmium et 100 pour le zinc.

D'autres invertébrés terricoles se sont révélés être de forts bioconcentrateurs. Tel est en particulier le cas des oniscoïdes, isopodes dénommés vulgairement cloportes, pour les métaux lourds. Ces crustacés terrestres se nourrissent de détritus végétaux et autres matières organiques mortes présentes à la surface des sols. Ils sont donc particulièrement exposés à la contamination de ces derniers, qu'elle soit directe où causée par la retombée de polluants atmosphériques. Il a pu être montré qu'avec le cadmium, le FBC était supérieur à 37 chez le cloporte Porcellio scaber. D'autres recherches ont mis en évidence leur grande aptitude à bioconcentrer les polluants organiques tels les HAP ou encore des pesticides.

Bioconcentration dans les organismes aquatiques

Divers organismes autotrophes, tant océaniques qu'inféodés aux eaux continentales, se comportent comme d'hyper-bioconcentrateurs, c'est-à-dire qu'ils présentent des facteurs de bioconcentration particulièrement élevés.

Ainsi, l'aptitude des Fucus et plus encore des laminaires à concentrer l'iode mais aussi le brome et les autres halogènes « lourds » présents dans l'eau de mer est connue de longue date. Ces algues, qui présentent pour ces éléments des facteurs de concentration égaux ou supérieurs à 105, sont d'ailleurs employées pour l'extraction industrielle de ces deux éléments dilués dans les eaux océaniques et à l'état de traces. D'autres substances, encore plus rares dans l'hydrosphère, peuvent être absorbées et concentrées par certains animaux marins. Ainsi, le vanadium se rencontre à des taux très élevés dans le sang des calmars. L'hépato-pancréas des mollusques bivalves retient, lui, jusqu'à plus d'1 g.kg—1 de cadmium rapporté à son poids sec. On a en même trouvé, chez des Pecten, jusqu'à 1 500 ppm dans cet organe. Mais ce phénomène de bioconcentration n'est pas le seul fait de substances naturelles, il s'observe aussi avec de nombreux composés organiques de synthèse et bien d'autres substances produites par l'homme. Il a été mis en évidence pour des POP dès les années 1960. Ainsi Hunt et Bischoff (1960) constatèrent que le phytoplancton d'un lac de Californie renfermait 5 ppm d'un insecticide voisin du DDT, le DDD (ou TDE), alors que sa concentration dans les eaux n'était que de 0,014 ppm.

Parmi les Invertébrés aquatiques, les mollusques bivalves peuvent atteindre des facteurs de bioconcentration considérables. Ainsi, Butler dès 1965 montrait que l'huître Crassostraea virginica pouvait accumuler le DDT dans son organisme à un taux 70 000 fois supérieur à celui dans lequel il se trouvait dans l'eau de mer. Une des valeurs maximales de bioconcentration d'un polluant organique persistant chez des mollusques a été observée chez des moules (Mytilus galloprovincialis) de la région de Marseille qui ont présenté un facteur de concentration de 690 000 pour les PCB.

  Circulation des polluants dans les réseaux trophiques

En réalité, tous les êtres vivants présentent, certes à des degrés divers, cette propriété de pouvoir bioconcentrer dans leur organisme toute substance peu ou pas biodégradable, tant minérale (mercure par exemple) qu'organique. De ce fait, il apparaîtra des phénomènes d'amplification biologique des polluants dans tout écosystème contaminé. En effet, les organismes qui ont ainsi concentré telle ou telle substance toxique vont servir de nourriture à d'autres espèces animales qui les accumuleront à leur tour dans leurs tissus. Le facteur de bioconcentration sera d'autant plus élevé, toutes choses égales par ailleurs, que la substance sera moins rapidement métabolisable.

Dans une chaîne trophique, on appelle facteur de transfert (Ft) le rapport entre la concentration d'un polluant dans les êtres vivants situé au niveau trophique n + 1 et celle à laquelle ce polluant se trouve dans les organismes du niveau trophique n, qui servent de proies aux précédents :

, où N.T. désigne le niveau trophique réel de l'organisme considéré. En effet, il faut tenir compte du fait qu'il existe des animaux omnivores et que des superprédateurs peuvent se nourrir de proies situées à des niveaux trophiques différents.

Il va se produire de la sorte, de proche en proche, une contamination de tout le réseau trophique de l'écosystème, initiée par les producteurs primaires qui « pompent » le polluant dispersé dans le biotope, les phénomènes de bioaccumulation se produisant dans l'ensemble de la chaîne trophique.

Avec les polluants xénobiotiques (c'est-à-dire correspondant à des substances étrangères aux êtres vivants) persistants peu ou pas biodégradables, il se produit assez souvent une bioconcentration de ces derniers dans toute la chaîne trophique le long de laquelle la concentration du toxique dans les êtres vivants s'élèvera à chaque niveau trophique. Ainsi, dans tous les cas, ce seront les superprédateurs, situés au sommet de la pyramide trophique, qui présenteront les taux de contamination les plus élevés. Ce phénomène est appelé bioamplification des polluants, terme qui est préférable à celui de biomagnification qui est d'origine anglo-saxonne.

Le schéma général de la contamination des chaînes trophiques dans les eaux lacustres est donné dans le schéma ci-après.

Il en est de même pour les chaînes trophiques océaniques.

De façon générale, on constate que, lors des phénomènes de bioamplification, les FBC atteignent leur valeur maximale dans les réseaux trophiques aquatiques. Cela résulte du fait que les chaînes trophiques aquatiques sont plus longues, possédant un nombre moyen de niveaux trophiques supérieur à celui des chaînes terrestres. De plus, le phytoplancton et le zooplancton, situés à la base des réseaux trophiques aquatiques, possèdent une forte aptitude à la bioconcentration des polluants des eaux se traduisant par des FBC élevés atteignant ou excédant souvent un facteur 10 000. De la sorte, les organismes des niveaux supérieurs de la pyramide écologique se nourrissent de proies présentant en règle générale un niveau élevé de contamination.

Des records de bioamplification ont ainsi été atteints dans les réseaux trophiques de divers écosystèmes lacustres contaminés par des POP tels que les insecticides organochlorés et les PCB.

Ainsi, à la suite de la contamination du lac Kariba, au Zimbabwe, par le DDT utilisé dans le traitement des gîtes larvaires d'Anopheles, vecteurs du paludisme, les crocodiles (Crocodilus niloticus), superprédateurs par excellence, situés au sommet de longues chaînes trophiques, présentaient un facteur de bioconcentration supérieur à 1,7 million par rapport à la teneur moyenne des eaux lacustres en cet insecticide (fig. 4Pollution : bioamplification du D.D.T.).

Pollution : bioamplification du D.D.T. Dessin

Pollution : bioamplification du D.D.T. Bioamplification du D.D.T. dans le réseau trophique du lac Kariba au Zimbabwe. Les nombres indiquent les concentrations en D.D.T. dans les différents maillons de la chaîne trophique, exprimées en ppb (1 ppb = 1 µg/l) (d'après Berg in F. Ramade, « Introduction à l'écotoxicologie », Lavoisier Tec&Doc, 2007). 

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L'étude de la contamination des grands lacs nord-américains par les composés organochlorés a mis en évidence des phénomènes de bioamplification d'ampleur inégalée par toute autre substance et dans tout autre écosystème.

Dans les conditions naturelles, les facteurs de bioconcentration les plus élevés ont donc été observés chez des poissons des grands lacs d'Amérique du Nord (lacs Érié, Ontario et Michigan). Ils atteignaient 3 400 000 pour le DDT chez un omble (Salvellinus namayacush) du lac Érié. Ils s'élevaient à 120 × 106 pour les PCB dans les œufs de goélands, animaux situés au sommet des réseaux trophiques de ce même lac !

De même, des FBC excédant 2 × 107 ont été relevés pour les PCB chez les ombles et autres salmonidés des lacs Erié et Michigan.

Les processus de bioamplification sont donc très importants avec les PCB car ces molécules se caractérisent par une quasi-absence de biodégradabilité et par une telle stabilité chimique que ces éléments ne sont que très lentement dégradés par des processus physico-chimiques tels que la photolyse.

Les processus de bioamplification des polluants dans les chaînes trophiques peuvent aussi concerner des éléments-traces dits xénobiotiques pour lesquels il n'existe, selon toute évidence, aucun mécanisme de régulation de l'absorption à la différence des oligoéléments. En réalité, ces processus furent mis en évidence pour la première fois avec un métal lourd, le mercure, lors de la catastrophe de Minamata, au Japon, au début des années 1950. Cette dernière résulta d'une bioamplification du mercure rejeté par une usine chimique dans les chaînes trophiques marines de la baie de Minamata aux sommets desquelles se plaçaient les populations littorales japonaises affectées. Cette intoxication, dont les séquelles se prolongèrent pendant trois décennies, affecta plus de 2 000 personnes et se solda par la mort de 1 436 d'entre elles et par l'invalidité de plusieurs centaines d'autres. Les poissons dont se nourrissait la population victime de cette catastrophe en renfermaient une concentration moyenne 500 000 fois supérieure à celle des eaux marines polluées.

Bien évidemment, des phénomènes analogues de bioamplification des polluants dans des chaînes trophiques terrestres ont été décrits pour divers polluants persistants, tant minéraux qu'organiques.

5.  La pollution atmosphérique

Provoquée par le rejet intempestif de substances diverses dans l'atmosphère, la pollution atmosphérique constitue sans aucun doute la plus évidente des dégradations de l'environnement.

La pollution de l'air est la résultante de multiples facteurs qui caractérisent la civilisation contemporaine : croissance de la consommation d'énergie, développement des industries extractives, métallurgiques et chimiques, de la circulation routière et aérienne, de l'incinération des ordures ménagères, des déchets industriels, des épandages de pesticides en agriculture, etc.

Elle sévit certes à son maximum d'intensité en zone urbanisée, non seulement en raison de la concentration des industries et des foyers domestiques, mais aussi à cause de la circulation des véhicules à moteur. Néanmoins, certains polluants sont sujets à une pollution diffuse et contaminent l'ensemble de l'atmosphère et cela à une échelle globale. Ce sont, en particulier, les rejets de gaz à effet de serre : dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4), dioxyde d'azote (NO2). Ces éléments sont en grande partie responsables du bouleversement climatique global hélas largement engagé. Il en est de même, quoique de façon moins ubiquiste, du dioxyde de soufre, produit par les combustions et la métallurgie des métaux non ferreux, ainsi que de polluants organohalogénés comme les CFC qui sont des agents de la destruction de l'ozone stratosphérique.

  Principaux polluants atmosphériques

Il est possible de répartir les principaux polluants de l'atmosphère en deux groupes principaux : d'une part, les gaz et, d'autre part, les particules solides (poussières, fumées). Ces dernières sont dénommées à tort aérosols, ce terme devant être réservé aux suspensions de microgouttes de substances liquides présentes dans l'air (tabl. 3)Polluants atmosphériques : nature et origine. Aujourd'hui, les polluants gazeux représentent plus de 95 p. 100 des masses globales de polluants rejetés dans l'air. Nous avons vu que l'origine de cette pollution est très variée. Le tableau 3 décrit la nature et les principales causes d'émission de ces polluants que nous qualifierons de primaires. En effet, le problème est compliqué par le fait que beaucoup de contaminants injectés dans l'atmosphère vont réagir entre eux, même à forte dilution, pour donner de nouveaux composés très toxiques. Ainsi, l'anhydride sulfureux (SO2) va s'oxyder dans l'air en SO3, lequel, à son tour, donnera, avec la vapeur d'eau, de l'acide sulfurique. Il contribuera ainsi, de façon déterminante, avec l'acide nitrique formé à partir des oxydes d'azote, à l'apparition des pluies acides. Si ces dernières ont été très importantes dans l'ensemble des pays de l'O.C.D.E. au cours des années 1980, elles régressent depuis lors. Toutefois, ce phénomène continue à s'amplifier dans des pays émergents comme la Chine ou l'Inde, ainsi que dans les zones industrialisées de l'Afrique australe ou encore de l'Amérique du Sud où des surfaces significatives sont notamment affectées au Brésil.

Polluants atmosphériques : nature et origine Tableau

Polluants atmosphériques : nature et origine Nature et origine des principaux polluants atmosphériques. 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

Bien que, d'une façon générale, une tendance à la diminution de la pollution de l'air urbain se soit manifestée dans de nombreux pays industrialisés, essentiellement à la suite des chocs pétroliers des années 1970, la pollution atmosphérique demeure préoccupante dans l'ensemble des villes du monde, certains types d'aéropolluants, en particulier les dérivés de l'azote et de l'ozone, ayant même tendance à augmenter en raison de l'accroissement incessant de la circulation automobile urbaine. La réaction des oxydes d'azote avec les hydrocarbures imbrûlés rejetés dans l'air par les échappements des véhicules à moteur produit des PAN (peroxyacylnitrates), polluants secondaires beaucoup plus nocifs que les contaminants primaires dont ils proviennent.

  Effets de la pollution atmosphérique

Les polluants de l'air vont induire une multitude d'effets néfastes non seulement sur les espèces vivantes exposées, homme inclus, mais également sur l'ensemble des écosystèmes et même à l'échelle globale en perturbant les grands cycles biogéochimiques.

Dérivés du soufre, de l'azote, du fluor

L' anhydride sulfureux (SO2) constitue le polluant atmosphérique dont l'impact sur l'ensemble des êtres vivants est de loin le plus préoccupant. Ce gaz se transforme rapidement dans l'air en acide sulfurique, très hygroscopique, qui joue un rôle essentiel dans la formation des smogs acides, brouillards propres aux milieux urbains des régions à climat tempéré froid où sévit une forte pollution de l'air.

L'anhydride sulfureux est aussi responsable des pluies acides, car il provoque une acidification incessante du pH des précipitations dans l'ensemble des pays industrialisés. Ces pluies acides sont responsables du dépérissement à vaste échelle des forêts de conifères, et de l'acidification des eaux des lacs situés sur terrains cristallins.

La pollution de l'air par le SO2 est particulièrement néfaste pour les végétaux. Parmi ces derniers, certains cryptogames comme les lichens présentent une telle sensibilité qu'on les utilise comme indicateurs biologiques de pollution de l'air. Aucune espèce de lichen ne peut survivre à une concentration supérieure à 35 ppb dans l'air (ppb = partie par milliard = 10—9). À Paris, la teneur moyenne annuelle de SO2 au début des années 2000 était de 30 mg/m3 d'air, soit 85 ppb, ce qui explique la disparition des lichens dans les parcs situés au centre des villes. Le SO2 est également fortement toxique pour les phanérogames, aucune plante supérieure ne pouvant croître normalement dans un air qui renferme en permanence plus de 80 ppb de SO2. Même chez les végétaux très résistants, des lésions foliaires apparaissent après à peine une demi-journée d'exposition à 0,25 ppm (ppm = partie par million  = 10—6) de ce gaz. Elles se caractérisent par une nécrose internervaire et bifaciale du limbe foliaire qui prend une coloration variable, souvent de teinte ivoire.

Parmi les arbres forestiers, les conifères présentent une sensibilité particulière au SO2, bien que les espèces à feuilles caduques soient aussi affectées.

Les animaux et l'homme souffrent également de la pollution de l'air par le SO2. Sa toxicité chez les mammifères se traduit par une diminution de l'élasticité pulmonaire à des concentrations de l'ordre de 0,5 ppm et, au-delà, par une hypersécrétion bronchique.

Le SO2 agit de façon synergique à la fumée de tabac dans l'induction chez l'homme de la bronchite chronique et de l'emphysème pulmonaire.

Les oxydes d'azote, quoique toxiques pour les végétaux et les animaux à de fortes concentrations, constituent une catégorie importante d'aéropolluants, surtout à cause de leurs effets indirects. Ils se transforment en effet en des composés très dangereux, les peroxyacylnitrates (PAN) dans les atmosphères urbaines polluées et ensoleillées, propices à la formation de smog photochimique, siège de diverses réactions conduisant à la formation d'ozone, lequel va à son tour agir sur d'autres polluants, les hydrocarbures imbrûlés, qu'il oxyde en peroxyacycles. La réaction de ces derniers avec les oxydes d'azote produit des PAN, lesquels sont particulièrement toxiques à la fois pour les végétaux et les animaux : 15 ppb de ces substances suffisent pour provoquer en quatre heures des brûlures foliaires chez les phanérogames une dizaine de ppb induit une forte irritation des muqueuses oculaires et bronchiques chez les mammifères alors que des taux de PAN supérieurs à 50 ppb sont par exemple relevés régulièrement dans diverses villes californiennes.

Les effets de l'exposition aux aéropolluants gazeux (SO2, oxydes d'azotes, PAN, ozone, etc.) et/ou aux précipitations acides sont à l'origine de sérieux dommages à la végétation, en particulier dans les écosystèmes forestiers qui présentent, dans l'ensemble des pays industrialisés depuis la fin des années 1970, divers signes de dégénérescence. En Europe occidentale et centrale, dans le nord-est de l'Amérique du Nord, les boisements de conifères sont particulièrement affectés.

Au début des années 2000, on pouvait estimer, en Europe, que de 1 à 4 p. 100 des arbres des forêts feuillues étaient morts sur pied selon les pays et jusqu'à 8 p. 100 de ceux des forêts de résineux.

Les dérivés fluorés constituent une autre catégorie importante de polluants atmosphériques.

Les fluorures sont rejetés dans l'air par diverses industries, surtout celle de l'électrochimie de l'alumine. La contamination des sols qui en résulte s'avère catastrophique pour de nombreuses plantes cultivées ou spontanées et pour les forêts de conifères. De plus, elle s'accompagne d'une concentration du fluor dans les chaînes alimentaires des animaux domestiques et de l'homme. Ainsi, de nombreux cas de fluorose ont été signalés chez les bovins pâturant des herbages contaminés par des rejets de fluor, surtout là ou existent des sites d'électrochimie de l'alumine qui sont des sources importantes d'émanations fluorées

Les chlorofluorocarbures, connus commercialement sous le nom de Fréons, sont des dérivés chlorofluorés chimiquement inertes du méthane et de l'éthane, longtemps utilisés comme gaz réfrigérant ou propulseur dans les bombes aérosols. L'adoption du protocole de Montréal, en 1987, qui a interdit ces substances, a été suivie d'une baisse significative de leur teneur dans la stratosphère. En conséquence, on observe depuis le début des années 2000 un arrêt de l'aggravation continue du trou dans la couche d'ozone, et même, depuis peu, une tendance à la réduction de ce dernier, qui apparaît chaque année dans la stratosphère antarctique lors du printemps austral.

Les Fréons s'accumulent dans la stratosphère, où ils se décomposent sous l'action des rayons ultraviolets en libérant du chlore, lequel réagit à son tour avec l'ozone qu'il dissocie en oxygène. On a pu calculer que le maintien de la production de CFC au niveau qu'elle atteignait au cours des années 1980 aurait pu provoquer une véritable catastrophe écologique due à une réduction significative du bouclier d'ozone stratosphérique. Toutefois, l'accumulation constatée des CFC dans la haute stratosphère, dont le temps de demi-vie est de l'ordre de la centaine d'années pour de nombreux Fréons, voire de plusieurs siècles pour certains d'entre eux, continuera donc à détruire l'ozone stratosphérique longtemps après l'arrêt total de rejet de ces substances.

La destruction de la couche d'ozone stratosphérique s'accompagnerait d'un tel accroissement de l'intensité des rayonnements ultraviolets (UV) de courte longueur d'onde à la surface des continents et des océans, qu'il pourrait détruire toute vie terrestre.

Dérivés du carbone

Les hydrocarbures imbrûlés constituent des contaminants prépondérants dans les atmosphères polluées des grandes agglomérations ; certains d'entre eux sont des polluants secondaires qui se forment dans les combustions incomplètes. Tel est le cas des hydrocarbures polycycliques carcinogènes : benzopyrène, benzanthracène, fluoranthrène, etc., qui sont particulièrement abondants dans les fumées, les suies et les échappements de moteurs (diesels notamment)Gaz d'échappement.

Gaz d'échappement Photographie

Gaz d'échappement Les gaz d'échappement, principale source de la pollution atmosphérique urbaine. Cette pollution, surveillée aujourd'hui dans toutes les villes françaises de plus de cent mille habitants, devient un problème majeur de santé publique. 

Crédits: Nello Giambi, Tony Stone Images/ Getty Consulter

L' oxyde de carbone (CO), également produit par les combustions incomplètes, représente le principal polluant de l'air (en masse). Il se rencontre usuellement à des teneurs comprises entre 20 et 40 ppm dans les atmosphères urbaines polluées, le seuil de toxicité étant fixé à 100 ppm. Il s'agit d'un toxique respiratoire très puissant qui bloque la fixation de l'oxygène par l'hémoglobine en se combinant à cette dernière de façon irréversible.

Le dioxyde de carbone (CO2), bien qu'il soit un constituant normal de l'atmosphère, est rejeté dans l'air en quantités considérables par suite de l'usage des combustibles fossiles.

En 1960, les quantités de dioxyde de carbone introduites dans l'atmosphère atteignaient 10,5 milliards de tonnes ; en 2005, elles s'élevaient à 28 milliards de tonnes (ce qui correspond à 7,6 milliards de tonnes de CO2 en équivalent carbone).

En conséquence, on observe une croissance continue de la teneur de l'air en CO2, au rythme actuel de 2,25 ppm(v) par an. Les mesures effectuées à l'observatoire de Mauna Loa (Hawaii) et l'étude des bulles d'air emprisonnées dans les glaces de calottes polaires montrent que la concentration de ce constituant est passée d'environ 270 ppm dans les années 1850 (début de la civilisation industrielle) à 384 ppm en 2007.

La civilisation technologique a donc perturbé le cycle du carbone à l'échelle globale. En outre, cette augmentation de la teneur en CO2 atmosphérique et des autres gaz à effet de serre induit un réchauffement climatique planétaire susceptible de provoquer un bouleversement global au cours de ce xxie siècle. Tout accroissement de la concentration de ces gaz dans l'atmosphère induit un réchauffement systématique des basses couches de la troposphère. En conséquence, corrélativement à l'accroissement de l'usage des combustibles fossiles et, donc, des masses de CO2 injectées dans l'atmosphère, on assiste à une hausse continue de la température moyenne de la Terre (tabl. 4Combustibles fossiles et pollution).

Combustibles fossiles et pollution Tableau

Combustibles fossiles et pollution Consommation de combustibles fossiles, accroissement corrélatif des rejets de CO2 dans l'atmosphère et augmentation de la température à la surface du globe (d'après Worldqatch Institute, 2007). 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

Le G.I.E.C. (Groupe international d'experts sur l'évolution du climat ; en anglais I.P.C.C., Intergovernmental Panel on Climate Change) a pu estimer, lors de son rapport de 2007, que d'ici à la fin du xxie siècle, dans le scénario moyen – le plus probable – de consommation des combustibles fossiles, la température moyenne terrestre s'élèverait de 3,2 0C (de 1,8 0C à 6 0C dans les scénarios extrêmes), ce qui vient confirmer leurs estimations antérieures (rapport de 2001). Cette élévation générale des températures terrestres sera particulièrement sensible aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère Nord. Simultanément se produirait une baisse moyenne des précipitations de l'ordre de 15 p. 100 dans deux bandes comprises, d'une part, entre 300 et 500 N et, d'autre part, entre l'équateur et 200 S. Le réchauffement général et les autres modifications climatiques associées à cette augmentation de la teneur de l'atmosphère en CO2 et autres gaz à effet de serre atteignent déjà des niveaux désastreux, comme en témoigne la fonte accélérée de la banquise arctique, les accidents climatiques répétés tels que les inondations qui ont atteint des dimensions inégalées en Asie en 2007, ou encore l'accroissement de la fréquence et de l'intensité des ouragans aussi bien dans les zones tempérées que tropicales.

Polluants atmosphériques xénobiotiques

L'air, essentiellement en milieu urbain et dans les zones périphériques des grandes agglomérations, est pollué par un large spectre de traces de substances xénobiotiques, c'est-à-dire des substances chimiques – naturelles ou artificielles– étrangères au vivant et qui sont généralement hautement toxiques. Outre divers métaux et les dérivés gazeux du soufre et de l'azote, on relève la présence de divers pesticides – une quarantaine de molécules de ce groupe ont, par exemple, été détectées voici quelques années dans l'air de la ville de Strasbourg, en provenance des zones rurales avoisinantes – et aussi de redoutables dioxines (généralement appelées PCDD, polychlorodibenzodioxines). Ces dernières proviennent surtout des rejets des incinérateurs d'ordures. En France, ces installations ont encore la particularité, pour la plupart d'entre elles, d'excéder les 0,1 ng/m3 de PCDD qui est la limite maximale autorisée selon les normes de l'Union européenne. Dans les années 1990, plusieurs de ces incinérateurs ont été la cause de graves contaminations de terres cultivées et d'herbages avoisinants. Le cas de celui de Gilly-sur-Isère (Savoie) a conduit à une véritable catastrophe écologique, cet incinérateur « hors norme » ayant rejeté pendant une vingtaine d'années des quantités de dioxines 750 fois supérieures aux normes européennes en vigueur. Fermée en octobre 2001 par décision administrative, cette installation a pollué par les dioxines plusieurs dizaines de milliers d'hectares de prairies et d'alpages, contaminant les productions animales – lait et viande – sur une surface significative du département de la Savoie (cf. encadré : Les dioxines).

Particules solides

On es classe en catégories de taille décroissante, les plus petites, dites insédimentables, car incapables de se déposer au sol sous l'effet de la gravitation, possèdent un diamètre inférieur à 0,1 micromètre. Ce sont les plus dangereuses pour la santé humaine car elles sont susceptibles de pénétrer dans les alvéoles pulmonaires. Par ailleurs, elles contaminent les plus hautes couches atmosphériques et sont donc responsables d'une pollution globale.

Deux types de « particules » soulèvent des problèmes d'hygiène publique des plus préoccupants en milieu urbain depuis l'interdiction des additifs au plomb des supercarburants : les fibres d'amiante, qui polluent les locaux ; les particules carbonées, qui sont émises par les moteurs Diesel et lors des combustions incomplètes de fuels et de charbons. Les plus redoutables de ces particules, celles qui présentent un diamètre inférieur à 2 μm, pénètrent jusque dans les alvéoles pulmonaires, favorisant la prévalence de l'asthme en plus du fait qu'elles sont de redoutables cancérogènes. L'amiante est un matériau isolant et ignifuge qui a été fort utilisé dans les industries métallurgiques et dans le bâtiment, avant d'être interdite dans de nombreux pays (dont le 1er janvier 1997 pour la France... alors que l'Allemagne avait signé un accord volontaire avec l'industrie dès 1979 avec pour objectif de parvenir en dix ans à une totale interdiction). L'inhalation des fibres d'amiante polluant l'atmosphère induit diverses pneumopathies dont une affection redoutable, le mésothéliome pulmonaire.

6.  La pollution des eaux continentales

La pollution des eaux continentales constitue sans aucun doute un des problèmes les plus graves auxquels sont confrontés les pays industrialisés. À l'échelle mondiale, on a pu estimer que 80 p. 100 des eaux fluviales servent à transporter des déchets vers l'océan. En France, malgré les efforts entrepris depuis la fin des années 1960, l'essentiel de notre réseau hydrographique, et en particulier les grands fleuves (Rhin, Seine, Rhône, partie inférieure des cours de la Loire et de la Garonne), présente toujours un état de pollution préoccupant. En effet, la tendance à la diminution de la charge en matières fermentescibles ne s'est pas accompagnée, tant s'en faut, de celle en micropolluants xénobiotiques.

  Pollution « biologique »

La pollution « biologique » des eaux, qui vient au tout premier rang des causes de dégradation des écosystèmes dulçaquicoles, résulte du rejet dans ces derniers d'effluents chargés de matières organiques fermentescibles et de nombreux agents pathogènes qui leur sont généralement associés.

Les eaux d'égout chargées d'effluents domestiques, celles qui sont produites par de nombreuses industries alimentaires, par les papeteries, etc., exercent une influence catastrophique sur la qualité des eaux fluviales dans lesquelles elles sont rejetées, en l'absence de traitement épurateur.

Une conséquence quasi immédiate de la pollution des eaux par des matières organiques fermentescibles tient en la diminution de la teneur en oxygène dissous (fig. 5). Celle-ci résulte de l'action des bactéries aérobies qui se mettent à dégrader par voie oxydative les matières organiques polluantes. Il en résulte une demande biochimique d'oxygène, dite DBO5, car elle se mesure après cinq jours, qui sert d'étalon pour évaluer la charge de pollution en matières organiques d'un cours d'eau ou d'une nappe phréatique. Si Q est le débit de l'effluent pollué rejeté par une industrie, on peut évaluer la pollution organique exprimée en équivalent-habitant par la formule DBO5 (i)/Q × DBO5 (h), où DBO5 (i) est la DBO de l'effluent industriel et DBO5 (h) la pollution organique correspondant aux eaux usées produite par habitant en moyenne. Lorsque la pollution organique des eaux par des matières fermentescibles est par trop importante, elle provoque leur désoxygénation totale avec pour conséquence la mort massive des poissons et autres animaux qui les peuplent. Ces accidents, souvent spectaculaires, surviennent pendant la saison estivale, époque où la teneur en oxygène est la plus basse et l'activité bactérienne maximale en raison de l'échauffement des eaux.

Notons, en outre, que certains polluants organiques (tanins, par exemple) ne seront pas toujours dégradés par voie biologique mais par oxydation chimique. On parle alors de DCO, demande chimique en oxygène de l'effluent pollué.

  Pollution « chimique »

Les sels minéraux représentent, à la fois par les masses mises en cause et par leurs effets biologiques, des polluants majeurs des eaux continentales.

Le rejet de chlorure de sodium par diverses installations minières nuit à la potabilité des eaux superficielles et même aux usages industriels s'il est important. En France, plusieurs millions de tonnes de sel ont été déversées annuellement dans le Rhin par les Potasses d'Alsace pendant plusieurs décennies et ont soulevé de graves problèmes d'environnement avec les autres États riverains.

Les engrais chimiques, nitrates et phosphates, provenant du lessivage des terres cultivées, représentent aussi une importante cause de pollution des eaux continentales. Dans les régions d'agriculture intensive, les rivières, les lacs, les nappes phréatiques renferment des concentrations anormalement élevées de ces sels minéraux nutritifs tant en Europe occidentale qu'en Amérique du Nord. Il s'agit donc de la conséquence directe de la fertilisation des sols [cf. sols]. En France, dans les zones céréalicoles, la plupart des eaux souterraines renferment des teneurs en nitrates supérieures à 50 mg/l (exprimée en azote nitrique). Cette valeur est nettement supérieure à la concentration maximale admissible (CMA) définie par l'Union européenne qui est de 25 mg/l, ce qui a conduit la France à être condamnée à nouveau en 2007 par les autorités de Bruxelles pour non-conformité avec la directive de l'Union européenne sur la qualité des eaux de boisson. L'excès de nitrates dans l'alimentation humaine est susceptible de provoquer une anémie, la méthémoglobinémie. En outre, les nitrates en excès sont suspectés de provoquer la formation, dans le tube digestif, de nitrosamines, composés hautement cancérogènes.

Cependant, la conséquence la plus préoccupante de la pollution des eaux continentales par les nitrates et les phosphates tient à présent dans l'induction du phénomène de dystrophisation (parfois dénommée à tort eutrophisation).

La plupart des lacs et même les fleuves à débit très lent (le Rhône dans la région de Lyon, par exemple) sont exposés à une dystrophisation chronique. Celle-ci résulte de l'apport direct ou secondaire de ces sels minéraux aux eaux superficielles par suite de l'usage des engrais en agriculture, mais aussi de divers effluents industriels, et surtout, de façon certes paradoxale, par suite des rejets des stations d'épuration. Celles-ci ont en effet précisément pour rôle de minéraliser, c'est-à-dire de transformer en sels dérivés de l'azote et du phosphore les matières organiques fermentescibles.

La dystrophisation des eaux lacustres ou fluviales se manifeste par une multiplication anarchique du phytoplancton et des phanérogames aquatiques résultant de cette surfertilisation en sels minéraux nutritifs (fig. 6).

Les masses colossales de matières végétales produites par l'activité photosynthétique accrue qui en résulte vont s'accumuler au fond du lac. Les bactéries aérobies vont alors se mettre à dégrader par voie oxydative ces masses considérables de matières organiques fermentescibles, engendrant une DBO très importante, dite secondaire, car c'est une conséquence de la pollution primaire par les sels minéraux. Il en résulte une désoxygénation totale des eaux du lac à l'exception des parties les plus superficielles où la photosynthèse est très active, avec pour corollaire la mort massive des animaux benthiques et la disparition des poissons nobles (salmonidés) qui exigent une bonne oxygénation des eaux. Un stade ultime de dystrophisation peut être atteint, caractérisé par l'apparition de fermentations anaérobies dans les sédiments et les couches profondes avec dégagement de méthane et de divers gaz putrides (SH2 et NH3 en particulier).

La plupart des Grands Lacs nord-américains, la quasi-totalité des lacs alpins de quelque importance et maintenant de nombreux lacs chinois sont atteints à des degrés divers par la dystrophisation.

Les eaux continentales sont également polluées de façon permanente ou épisodique par divers composés minéraux et organiques fortement toxiques. Parmi ces derniers, nous citerons des métaux lourds : cadmium, mercure, plomb, zinc, vanadium, d'origine agricole (pesticides, impuretés des engrais) ou industrielle, ainsi que des anions toxiques (dérivés arséniés, cyanures, chromates en particulier).

Parmi les composés organiques, les détergents de synthèse et de nombreux pesticides (insecticides organohalogénés, herbicides dérivés de l'acide phenoxyacétique) représentent les micropolluants le plus souvent détectés dans les sols [cf. sols] comme dans les eaux. En France, on a pu ainsi mettre en évidence, dans les zones d'agriculture intensive, jusqu'à plus de 50 pesticides différents dans les eaux des nappes phréatiques.

La pollution des eaux continentales et des eaux littorales (toutefois à un degré moindre) par les composés organiques de synthèse pose également de redoutables problèmes écotoxicologiques. Il s'agit, en règle générale, de micropolluants xénobiotiques présents dans le milieu aquatique (eaux et sédiments) à l'état de traces, toujours inférieures à la fraction de ppm, voire de ppb. Parmi ces substances, les composés organochlorés (insecticides, solvants, PCB, dioxines) sont les plus ubiquistes.

Plus haut a déjà été évoqué le cas des Grands Lacs nord-américains, qui présentent une pollution chronique marquée par une bioamplification importante des PCB dans les réseaux trophiques des poissons d'intérêt halieutique.Bioamplification des PCB Alors que la teneur en PCB des eaux des Grands Lacs atteint en moyenne 0,005 ppb, elle peut atteindre environ 4,53 ppm dans les tissus des truites et à 124 ppm dans les œufs de goélands, animaux se trouvant au sommet de la pyramide écologique) (fig. 7Pollution : dystrophisation des eaux)

Bioamplification des PCB Tableau

Bioamplification des PCB Les polychlorobiphényles (PCB) sont des composés très résistants aux dégradations. Adsorbés par des particules en suspension, ils sont entraînés vers les milieux aquatiques où ils se déposent. Une fois dans l'eau, ils sont captés par le phytoplancton, consommé à son tour par le zooplancton, et se co… 

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Pollution : dystrophisation des eaux Dessin

Pollution : dystrophisation des eaux Principales étapes de la dystrophisation des eaux (d'après F. Ramade, 2005). 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

Cette pollution d'un grand nombre d'écosystèmes aquatiques de l'est des États-Unis et du Canada a conduit les autorités responsables de l'hygiène publique des États concernés à interdire la consommation des poissons pêchés dans les lacs ou les cours d'eau concernés.

7.  La pollution des océans

Bien que les eaux marines soient exposées aux mêmes catégories de polluants que les écosystèmes dulçaquicoles, la pollution des océans comporte quelques particularités.

Le rejet intempestif de métaux lourds en milieu marin pose des problèmes majeurs. L'affaire du Minamata au Japon, déclenchée dans les années 1950, a présenté des conséquences sanitaires d'une ampleur jusque-là inégalée. D'autres cas de pollution des eaux côtières par des métaux spécifiques se sont manifestés depuis lors. On peut citer ceux qui sont liés à l'usage de composés organostanniques comme le Tributylétain (TBT) et du Triphénylétain (TPT) utilisés dans les peintures anti-salissures des coques des navires. Il a été montré que ces substances étaient toxiques pour les mollusques à des concentrations inférieures à 0,1 μg/l, soit 0,1 ppb. La France a interdit l'emploi du TBT sur les bateaux à partir de 1982.

  Les rejets d'hydrocarbures

Le pétrole répandu en mer constitue une pollution encore plus préoccupante à l'échelle globale. Plus du tiers des quelque 3,8 milliards de tonnes de pétrole extraites annuellement emprunte les grandes voies maritimes sous forme brute ou raffinée. En outre, une proportion importante de la production pétrolière mondiale est extraite de gisements offshore. En conséquence, les accidents survenus pendant l'extraction et le transport des hydrocarbures, et, surtout, le lavage des soutes en mer – qui est responsable à lui seul de près de 90 p. 100 de cette pollution – constituent les principales causes de rejets d'hydrocarbures dans les eaux marinesNettoyage des plages polluées. Les plus grandes marées noires d’origine accidentelle furent celles des plates-formes Ixtoc One (ayant déversé, de juin 1979 à février 1980, entre 470 000 tonnes – estimation basse – et 1 500 000 tonnes de brut – estimation haute) et Deepwater Horizon (dont la fuite, qui a débuté le 20 avril 2010 et a duré 86 jours, a officiellement répandu 780 000 tonnes de pétrole), situées toutes les deux dans le golfe du Mexique. La cause majeure de la contamination chronique des océans par les hydrocarbures est donc le « déballastage » des pétroliers. Ces derniers nettoient en effet leurs soutes avec de l'eau de mer après déchargement. Quelque 20 p. 100 des tankers se débarrassent toujours de cette eau souillée de pétrole en la rejetant en haute mer – ce qui est toléré –, ou parfois dans les eaux littorales, mais alors clandestinement. Comme de 1 à 3 p. 100 de la cargaison reste dans les soutes, on estime à plus de 1 million de tonnes par an la pollution océanique qui en résulte dans les principales voies maritimes empruntées par les pétroliers. On peut évaluer à quelque 5 millions de tonnes par an la quantité totale d'hydrocarbures introduite dans l'océan mondial par l'ensemble des activités humaines. Comme une tonne de pétrole peut recouvrir 12 kilomètres carrés d'océan, des surfaces considérables du milieu marin sont de la sorte recouvertes en permanence par un film d'hydrocarbures.

Nettoyage des plages polluées Photographie

Nettoyage des plages polluées Nettoyage d'une plage polluée par une marée noire, aux États-Unis, en 1990. 

Crédits: Jonathan Nourok, Tony Stone Images/ Getty Consulter

Lors des marées noires, l'impact de la pollution pétrolière sur les êtres vivants benthiques et pélagiques est considérable cf. marées noires). Les oiseaux de mer paient aussi un lourd tribut. Au cours du xxe siècle, la colonie de macareux des îles Scilly en Cornouailles, par exemple, a connu une régression particulièrement spectaculaire, passant de 100 000 oiseaux au début des années 1900 à 100 individus en 1967, à la suite de la catastrophe du Torrey Canyon, première grande marée noire dans les eaux européennes. Lors du naufrage de l'Erika, on a pu estimer entre 100 000 et 300 000 le nombre d'oiseaux de mer qui ont péri, surtout des guillemots de Troïl (Uria aalge) (L. Laubier et al., 2008). Ce nombre est considérable si l'on songe que la catastrophe de l'Amoco-Cadiz, ayant déversé en Manche quelque 223 000 tonnes de pétrole léger, certes moins toxique que le fuel lourd de l'Erika, avait provoqué la mort de moins de 10 000 oiseaux de mer.

La pollution chronique des océans par le pétrole présente aussi des effets désastreux sur les populations d'oiseaux marins. Ainsi, dans l'ensemble de l'Atlantique nord, on estime que les rejets clandestins ou légaux d'hydrocarbures – hors marée noire –, provoqueraient chaque année la mort de quelque 500 000 individus, les familles les plus atteintes étant les Procellariidés (pétrels, puffins) et les Alcidés (pingouins, guillemots, macareux).

La pollution chronique de l'océan par le pétrole exerce aussi des effets pernicieux sur les ressources vivantes marines. Ainsi, des doses modérées de pétrole diminuent l'activité photosynthétique des algues et du phytoplancton. Les poissons qui vivent dans des zones contaminées accumulent des hydrocarbures dans leurs muscles, ce qui les rend inconsommables.

Enfin, en période de couvaison, le pétrole qui souille les plumes des oiseaux adultes contamine les œufs et provoque la mort des embryons. On a pu montrer, par exemple, que 20 microgrammes de fuel no 2 déposés sur des œufs d'eider cause 90 p. 100 de mortalité chez ces derniers.

  Apports telluriques

Les apports telluriques constituent une cause très importante de pollution des eaux marines. Des quantités colossales de matières solides en suspension et de substances dissoutes sont amenées dans l'océan par des rejets d'effluents domestiques et industriels provenant des émissaires d'égout qui se déversent dans des fleuves ou directement dans les eaux littorales. Une autre cause de pollution des milieux néritiques résulte des exploitations minières, des opérations d'endigage et d'autres grands travaux qui mettent en suspension dans l'eau de grandes quantités de particules solides. Un autre facteur majeur est lié à l'érosion des sols cultivés qui est une source importante d'apports terrigènes dans les océans.Apports terrigènes, Tahiti

Apports terrigènes, Tahiti Photographie

Apports terrigènes, Tahiti Apports terrigènes, provenant de l'érosion des sols à la suite de fortes pluies, dans le lagon du récif frangeant à Tahiti. 

Crédits: M. Porcher Consulter

Rejets d'effluents urbains

Les rejets d'effluents urbains sont constitués par des eaux usées d'origine domestique et industrielle. Ainsi, sur la côte nord-méditerranéenne, depuis Gibraltar jusqu'à la frontière turque, les rejets s'accroissent en permanence sous l'effet conjugué de l'afflux des touristes et de la migration de la population vers le littoral. Pendant la saison estivale, l'activité de ces villes touristiques se surajoute aux rejets des cités plus anciennes, ce qui accroît la pollution des eaux marines par des matières organiques fermentescibles d'autant que, même s'il existe des stations d'épuration, ces dernières sont saturées par les variations de charge intempestives qu'elles subissent.

Les conséquences de la pollution organique engendrée par ces rejets d'eaux usées d'origine urbaine sont catastrophiques pour la quasi-totalité des organismes constituant les peuplements des milieux néritiques. Des études effectuées dans la zone de rejet du grand émissaire de l'agglomération toulonnaise, au cap Sicié, avant que ne soit construite l'usine d'épuration des eaux usées de cette communauté urbaine (mise en service en 1997), ont montré que le déversement d'effluents pollués à raison de « seulement » 7,5 m3 . sec—1 suffisait pour dégrader, voire pour détruire totalement les peuplements sous-marins sur plus d'une centaine d'hectares, les dégâts étant décelables jusqu'à des profondeurs excédant 40 mètres. Ces dégâts se manifestent en réalité bien au-delà de la nappe de pollution visible et se traduisent par des destructions, entre autres celle des herbiers de posidonies, ces grandes plantes à fleur sous-marines qui constituent une des communautés vivantes les plus riches et les plus productives de toutes les eaux littorales méditerranéennes.

Des observations analogues sur les peuplements infra-littoraux à Cystoseira stricta, une grande algue brune, furent réalisées sur la côte des calanques, au niveau du grand émissaire de Cortiou qui déversait les effluents urbains de la région marseillaise jusqu'en 1989. Depuis cette date, correspondant à la mise en service de la station d'épuration, l'ensemble des eaux usées de la région marseillaise sont traitées avant d'être rejetées en mer bien que l'épuration soit incomplète pour la charge en matières organiques fermentescibles.

Le développement touristique des côtes des mers chaudes bordées de récifs coralliens présente également un impact désastreux sur ces écosystèmes. La pollution organique des eaux due aux rejets des hôtels et des habitations résidentielles provoque la mort des coraux en raison de la turbidité et de la désoxygénation des eaux induites par le déversement de ces effluents pollués.

Rejets de matières solides d'origine industrielle

Au cours du xxe siècle, plusieurs affaires de décharges en milieu marin de boues résiduaires d'origine industrielle ont suscité des mouvements d'opinion en Europe occidentale. Il s'agissait, en règle générale, de résidus du traitement de minerais non ferreux (d'alumine ou de bioxyde de titane).

Aujourd'hui, le problème subsiste dans les zones côtières de bien d'autres régions du monde où sont exploités des gisements de minerais de métaux non ferreux, cette exploitation étant la source de déversements de divers effluents inorganiques toxiques. Ainsi, en Nouvelle-Calédonie, l'exploitation du nickel a déjà conduit à la dégradation de la grande barrière corallienne calédonienne par des apports telluriques de métaux toxiques à l'état dissous ou particulaire. Un vif débat s'est élevé au cours de ces dernières années, autour de la mise en exploitation (prévue pour 2009) du gisement nickélifère et cobaltifère de Goro,Baie de Prony, Nouvelle-Calédonie localisé dans le sud de l'île. Cela conduira à déverser par semaine, dans les eaux récifales, des millions de mètres cubes d'eaux de traitement chargées de nombreux métaux toxiques, avec des concentrations anormalement élevées de manganèse, mais aussi de nickel, cobalt, cadmium...

Baie de Prony, Nouvelle-Calédonie Photographie

Baie de Prony, Nouvelle-Calédonie Vue de la baie de Prony dans l'extrême sud de la Nouvelle-Calédonie. La mise en exploitation du gisement nickélo-cobaltifère de Goro conduira à une pollution de ces eaux récifales classées parmi les eaux marines côtières les plus pures du monde. 

Crédits: F. Ramade Consulter

  Pollution de l'océan par les composés organiques de synthèse

On a pu montrer que les composés organochlorés (DDT, PCB) contaminaient la biomasse marine même dans les zones les plus reculées de l'océan mondial. Des requins capturés en plein centre de l'Atlantique en 1972 renfermaient dans leur foie plus de 1 ppm (partie par million) de DDT et de ses dérivés (DDE, par exemple) et jusqu'à 13 ppm de PCB. Ces dernières substances, dont l'utilisation est strictement industrielle, ont même été observées vers l'océan glacial antarctique où elles contaminent les chaînes trophiques tant pélagiques (calmars et phoques) que benthiques (poissons notothenioides). Elles se sont déplacées, par voie atmosphérique, depuis les moyennes latitudes boréales pour finir leur course dans les eaux océaniques antarctiques.

La flore et la faune marines les plus contaminées se rencontrent évidemment dans les zones littorales des pays les plus industrialisés. Le record de concentration de ces polluants organiques persistants est détenu par des moules (Mytilus galloprovincialis) du littoral méditerranéen français, dans la région de Fos-sur-Mer, près de Marseille. Ces mollusques renfermaient 680 000 fois plus de PCB que l'eau de mer dans laquelle elles se développaient. On peut estimer à plus de 1,5 million de tonnes de DDT ont été rejetées dans l'océan, essentiellement au niveau du plateau continental, depuis le début de son utilisation (1943). Même dans l'hypothèse d'un arrêt immédiat et total de l'emploi de cet insecticide et de d'autres encore plus persistants (dieldrine, chlordécone), ils persisteront dans l'environnement pendant des siècles. En effet, le temps de demi-vie de ces composés dans les sédiments peut être estimé à cinquante ans, voire bien au-delà pour le chlordécone.

8.  Pollution nucléaire

Les usages pacifiques de l'énergie nucléaire et a fortiori ses applications militaires soulèvent toute une série de problèmes spécifiques liés aux particularités qu'elle présente et à son immense potentiel de pollution.

  Causes de la pollution nucléaire

Depuis les premiers travaux du projet Manhattan jusqu'au milieu des années 1960, les essais atmosphériques d'armement nucléaire ont constitué, de fort loin, la principale cause de pollution radioactive de la biosphère. Cette cause de pollution a considérablement régressé après le traité de 1963 qui interdit ce genre d'expérimentation, bien qu'il n'ait pas été ratifié par tous les États. Cependant, d'autres préoccupations provoquées par la crise pétrolière de 1973 sont apparues, liées à l'important développement de l'industrie électronucléaire observé entre cette date et la fin des années 1980. Ainsi la puissance électronucléaire française qui atteignait 3,5 gigawatts électriques (GWe) en 1970 s'est élevé à 59,5 GWe en 1990. Puis, la baisse transitoire des prix du pétrole a diminué l'intérêt qu'avait suscité cette source d'énergie. Ainsi, alors qu'elle était passée de 45 GWe en 1973 à 328 GWe en 1990, la capacité électronucléaire installée dans le monde n'a crû que de 58 GWe supplémentaires entre cette dernière date et 2005. Toutefois, depuis 2004, l'envolée des prix du pétrole et du gaz naturel relance l'intérêt pour l'énergie d'origine nucléaire. Cette filière énergétique présente l'avantage stratégique de ne pas produire de gaz à effet de serre, donc de ne pas avoir d'influence sur le climat, et d'être largement indépendante du prix de son « combustible », l'uranium 235, lequel peut en outre être stocké massivement, sans problème technique en raison de son faible volume. De plus, les gisements majeurs d'uranium sont totalement indépendants des pays de l'O.P.E.P. puisque une partie importante des réserves connues est localisée au Canada et en Australie.

Plusieurs préoccupations se sont toutefois manifestées par le passé et persistent face au développement des usages pacifiques de l'atome, en un temps exacerbées par l'accident de Tchernobyl (1986). Elles concernent les effets biologiques chroniques et à long terme des radiations, ainsi que les risques écologiques inhérents au problème de la pollution radioactive, que celle-ci soit accidentelle ou liée au fonctionnement du cycle du combustible nucléaire, en particulier ceux associés aux rejets de radioactivité sous forme d'effluents dilués dans les eaux continentales ou marines.

La connaissance du cycle du « combustible » nucléaire est indispensable pour comprendre où se situent les principaux risques de pollution (fig. 8Pollution : bioamplification des P.C.B.).

Pollution : bioamplification des P.C.B. Dessin

Pollution : bioamplification des P.C.B. Bioamplification des PCB dans le réseau trophique du lac Érié, l'un des cinq grands lacs d'Amérique. Ces substances atteignent une concentration de 124 ppm dans les œufs des goélands, animaux représentant le sommet de cette chaîne trophique, soit un facteur de biococentration de 107 par r… 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

Au niveau des mines d'uranium, il existe un danger d'irradiation des mineurs par un gaz rare radioactif, le radon, lequel émet un rayonnement alpha. Par ailleurs, il a été montré, dans certains cas, que les rejets de « stériles » par ces mines étaient susceptibles de provoquer une pollution des eaux superficielles par divers actinides, le radium en particulier.

Les réacteurs électronucléaires constituent, même en fonctionnement normal, une source de pollution radioactive de l'air et des eaux. Le type de réacteurs de loin le plus courant est dénommé R.E.P. (réacteur à eau pressurisée), dont l'actuel E.P.R. (European Pressurized water Reactor), en construction dans certains pays (dont la France), n'est qu'une version perfectionnée du R.E.P., utilisant mieux la matière fissile et produisant moins de déchets nucléaires par kilowattheure généré, tout en ayant une sûreté de fonctionnement encore accrue. Ces types de réacteurs sont refroidis par de l'eau légère sous pression, qui sert aussi de ralentisseur de neutrons. Comme il existe, en fonctionnement normal, une certaine fréquence de rupture des gaines qui isolent de façon étanche le « combustible » nucléaire (uranium enrichi à 3 p. 100 d'uranium 235), l'eau du circuit de refroidissement est contaminée par divers produits de fission. En outre, l'intensité du flux neutronique à l'intérieur du cœur du réacteur est telle qu'elle engendre, par irradiation des matériaux qui le constituent, des produits d'activation extrêmement dangereux (manganèse 54, cobalt 60, par exemple). On est donc obligé de renouveler périodiquement l'eau du circuit de refroidissement, ce qui entraîne une pollution de l'air et des eaux de surface dans lesquelles les effluents dilués sont déversés. Il convient toutefois de noter que cette pollution est vraiment modeste en fonctionnement normal. Ainsi, malgré la présence de nombreuses installations nucléaires sur le Rhône, on relève, en Arles, dans les eaux de ce fleuve, une radioactivité hors tritium de l'ordre de 1 Bq/l pour la somme des deux principaux polluants que sont le ruthénium 106 et le césium 144, valeur vraiment minime.

Des travaux effectués sur la contamination radioactive des sédiments des étangs de la réserve naturelle de Camargue, zone pourtant située en aval de toutes ces installations, montrent aussi des valeurs est très faibles. Seul, un pic important par rapport au « bruit de fond » de cette pollution a été détecté, correspondant aux retombées de l'accident de Tchernobyl.

En réalité, les principaux problèmes de contamination de l'environnement propres à l'industrie nucléaire se situent à l'endroit des usines de retraitement des combustibles irradiés (la Hague, en France, par exemple).

Celles-ci ont pour objet de séparer la matière fissile résiduelle (uranium 235 non brûlé) ainsi que le précieux plutonium, qui s'est formé par capture neutronique dans les éléments combustibles, et les divers déchets radioactifs inclus dans ces derniers. En sus des produits de fission qui proviennent de la désintégration de l'uranium (les uns ayant une masse atomique voisine de 90 : krypton 85, strontium 90, par exemple ; les autres une masse atomique voisine de 130 : iode 131, césium 137, par exemple), ces déchets nucléaires renferment aussi des produits d'activation (tritium, divers matériaux activés). En outre, comme aucune technique de récupération n'est efficace de façon absolue, on trouve dans les résidus du retraitement du plutonium 239 et d'autres transuraniens (americium, curium), dont la période se chiffre en milliers d'années. Il convient toutefois de reconnaître que des progrès considérables ont été effectués au cours des années 1980 et 1990, diminuant les rejets de radioactivité contenus dans les effluents dilués d'un facteur 104, tant à l'usine de retraitement de combustibles irradiés de Sellafield en Angleterre que dans celle de la Hague en France.

Le seul problème réel auquel on n'a pas encore apporté une solution satisfaisante, laquelle tiendrait en leur destruction, résulte de la production par les usines de retraitement de déchets hautement radioactifs.. Ainsi, le programme électronucléaire français nécessite le retraitement annuel de quelque 800 tonnes de combustibles irradiés. Aux États-Unis, les autorités responsables du nucléaire ont décidé, depuis le début des années 1980, de ne pas procéder au retraitement des combustibles irradiés et de les stocker dans des piscines. Cette décision est, entre autres raisons, justifiée par le prix relativement bas de l'uranium, même si ce dernier a doublé depuis 2005 à la suite du démarrage des programmes de construction de réacteurs électronucléaires par la Chine, l'Inde et d'autres pays.

Le fait de ne pas retraiter immédiatement les combustibles irradiés présente aussi l'avantage de permettre une baisse considérable de radioactivité de ces derniers avec le temps par le jeu de la désintégration spontanée des radioéléments.

  Conséquences radioécologiques

La pollution nucléaire se traduit par une augmentation de la quantité d'irradiation à laquelle l'homme est en moyenne soumis dans son environnement par exposition externe ou interne (respiration, alimentation). Cette pollution ajoute en effet son action à celle de l'irradiation naturelle (rayons cosmiques, « vents » solaires, radioactivité de l'air, des roches, etc.) à laquelle tous les êtres vivants sont soumis en milieu terrestre (fig. 9Risques de pollution nucléaire).

Risques de pollution nucléaire Dessin

Risques de pollution nucléaire Risques inhérents aux diverses phases du cycle de traitement et de l'usage des matières fissiles comme « combustibles » dans les réacteurs nucléaires de puissance. 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

En l'absence de guerre nucléaire, la seule cause d'irradiation aiguë à laquelle les populations humaines pourraient être exposées résulterait d'un accident qui surviendrait à des installations nucléaires civiles. Jusqu'à présent, seule la catastrophe de Tchernobyl, en avril 1986, a donné lieu à de telles conséquences et à une contamination d'importantes surfaces d'habitats naturels terrestres et aquatiques.

La principale cause de contamination à laquelle l'espèce humaine est exposée provient de la pollution de sa nourriture par le jeu des phénomènes de bioconcentration des radionucléides dans les chaînes trophiques terrestres et aquatiques. Les radioéléments les plus dangereux de ce point de vue sont, en règle générale, ceux qui possèdent une activité biologique spécifique intense comme l'iode 131 par exemple, qui se fixe en quelques heures dans la thyroïde. Ce sont aussi les radioéléments de période assez longue, supérieure à l'année, qui leur permet donc d'irradier l'organisme qu'ils contaminent pendant une durée prolongée. Tel est par exemple le cas du strontium 90 (période de 28 ans), qui se fixe dans les os car il est chimiquement voisin du calcium, ou du césium 137 (analogue du potassium), de période de trente-deux ans, qui se fixe dans les muscles.

On a pu de la sorte observer une concentration de tels éléments dans diverses chaînes alimentaires de l'homme, soit en raison de la pollution de sols par des retombées radioactives, soit à cause du rejet, dans les eaux, d'effluents dilués par des usines de retraitement de combustibles irradiés. Lors de l'accident de Tchernobyl, on a pu assister à une contamination – importante en Europe centrale et septentrionale – du lait (fig. 10Nucléaire : causes d'irradiation et doses reçues) et de la viande des animaux domestiques.

Nucléaire : causes d'irradiation et doses reçues Dessin

Nucléaire : causes d'irradiation et doses reçues Principales causes d'irradiation et importance des doses reçues par la population aux États-Unis. On constate que le radon, contenu dans l'air des habitations construites avec des roches magmatiques ou dissous dans les eaux minérales, représente à lui seul 55 % de la dose totale reçue et que l'indus… 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

Plusieurs milliers de rennes ont dû être abattus en Laponie, car leurs muscles renfermaient des doses excessives de césium 137, ce qui interdisait leur consommation. Pour la même raison, plusieurs milliers de tonnes de lait en poudre ont été détruits en Allemagne.

Pour les populations humaines exposées, la pollution nucléaire se traduit par une augmentation de la probabilité d'effets carcinogènes et de l'induction de mutations génétiques provoquées par l'exposition permanente à de faibles doses de radiations. Les experts estiment qu'un doublement de la dose d'irradiation naturelle à laquelle l'homme est soumis augmenterait de 20 p. 100 le taux de mutation, et qu'une exposition à une dose de 20 millisieverts (mSv) par an pendant toute une vie accroîtrait de 10 p. 100 la mortalité par cancer.

En conséquence, la Commission internationale de radioprotection a établi des normes très strictes. Celles-ci stipulent que l'on ne doit pas dépasser une dose d'irradiation annuelle de 30 mSv chez les travailleurs de l'industrie nucléaire, de 3 mSv chez les « individus isolés » qui vivent au voisinage d'installations nucléaires, enfin de 1 mSv (une valeur analogue à la dose moyenne d'irradiation naturelle) pour l'ensemble des populations humaines. Enfin, une autre conséquence redoutable de la pollution nucléaire pour les populations humaines tient, en certaines circonstances, en la contamination des sols qui peut rendre certaines zones inutilisables pendant des décennies (cas de la zone d'exclusion de Tchernobyl).

  Le problème des déchets radioactifs

Le problème des déchets radioactifs constitue la question la plus préoccupante associée au développement de l'énergie nucléaire eu égard aux masses considérables de combustibles irradiés qui devront être retraitées. Au niveau des usines de retraitement, la plupart des radionucléides sont contenus dans des effluents liquides. Ceux-ci sont concentrés et stockés dans des récipients étanches afin de confiner la radioactivité. Cependant, les gaz rares radioactifs et certaines radio-iodes sont libérés dans l'atmosphère au niveau des évaporateurs. Par ailleurs, le tritium ainsi qu'une partie des produits de fission ou d'activation (90Sr, 137Cs, 106Ru, 60Co, transuraniens, par exemple), qui ne peuvent pas entièrement récupérés, sont déversés dans les fleuves ou la mer sous forme très diluée (effluents dits de faible activité). En définitive, pour se débarrasser des déchets radioactifs, l'industrie nucléaire est assez désarmée, car elle ne peut ni détruire – dans les données techniques actuelles – ni modifier les rayonnements émis. Elle ne peut donc protéger l'homme et le milieu naturel qu'en diminuant la densité du rayonnement par dilution ou interposition d'écrans.

Depuis quelques années, une solution provisoire a été trouvée pour résoudre le préoccupant problème des volumes considérables et croissants d'effluents de haute activité qui s'accumulaient sur les aires de stockage des usines de retraitement. Mise au point en France par le C.E.A., cette solution consiste à déshydrater totalement les effluents et à insolubiliser par vitrification à haute température les déchets radioactifs qu'ils renferment. Les cylindres de « verre » ainsi obtenus peuvent être stockés sous contrôle en surface, dans des locaux adéquats, voire dans des mines de sel désaffectées, et de façon sûre en raison de l'insolubilité du verre.

Il n'empêche que la durée pendant laquelle ces déchets radioactifs devront être stockés à l'extérieur de la biosphère est très considérable. Comme il faut attendre une vingtaine de périodes pour qu'ils se désactivent de façon suffisante par décroissance radioactive, cela implique des durées de stockage fort longues, à l'échelle des temps historiques (fig. 11). À titre d'exemple, cette durée doit s'étendre sur six cent quarante ans dans le cas des déchets renfermant du césium 137 (période 32 ans) et sur quatre cent quatre-vingt-dix mille ans dans le cas de déchets renfermant du plutonium 239 (période de 24 500 ans) !

Qui prétendrait pouvoir se porter garant de l'étanchéité des containers pendant de telles durées ? Certes, la solution d'enfouir ces containers dans des couches géologiques, étanches et profondes, et selon un cadre réglementaire, permettra de les stocker pour des durées considérables.Durée de stockage des déchets nucléaires Après tout, si l'on dispose d'une mine de sel remontant à la fin du Trias (Rhétien), cela signifie que depuis 203 millions d'années aucune trace d'eau n'a accédé à ces couches sinon cet élément aurait depuis longtemps disparu par dissolution. On voit mal comment de l'eau pourrait apparaître à brève échéance dans de telles strates. Toutefois, il faut bien convenir que la seule solution rationnelle du problème des déchets de l'industrie nucléaire tient en la mise en œuvre d'une technologie nouvelle, aujourd'hui en cours d'étude, qui permettrait de les détruire physiquement.

Durée de stockage des déchets nucléaires Dessin

Durée de stockage des déchets nucléaires Durée pendant laquelle devraient être stockés les déchets nucléaires si l'on attend qu'ils s'inactivent spontanément par décroissance naturelle de leur radioactivité. Cette durée du risque est définie arbitrairement en la comparant à celle qui serait liée à l'ingestion par voie bucale d'un minerai d'uranium à 4 % (d'après Rochlin, in F. Ramade, « Écologie appliquée », Dunod, 2003). 

Crédits: Encyclopædia Universalis France Consulter

François RAMADE

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Pour citer cet article

François RAMADE, « POLLUTION  », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le  . URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/pollution/

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NESTERENKO VASSILI (1934-2008)
NIGER, fleuve
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PÉKIN ou BEIJING
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PÉKIN (JEUX OLYMPIQUES DE) [2008] - Contexte, organisation, bilan
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SANDOZ ACCIDENT DE L'USINE DE BÂLE (31 octobre 1986)
SANTÉ ET ENVIRONNEMENT
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SEVESO ACCIDENT CHIMIQUE DE (10 juillet 1976)
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TCHERNOBYL
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TORREY CANYON MARÉE NOIRE DU (1967)
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TRANSPORTS - Transports et environnement
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WATT-CLOUTIER SHEILA (1953- )

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Bibliographie

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L. Laubier et al., La Marée noire de l'« Erika ». Quelles conséquences écologiques ?, Institut océanographique, Paris, 2008

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Dictionnaire encyclopédique de l'écologie et des sciences de l'environnement, Ediscience International, Dunod, 2002

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J. C. White, Global Climate Change Linkages : Acid Rains, Air Quality and Stratospheric Ozone, Elsevier, 1989.

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Voir aussi

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