Pluie acide comment elle se forme, composition, réactions et effets

La pluie acide Il s'agit de la précipitation humide ou sèche des substances qui génèrent un pH inférieur à 5,6. Cette précipitation peut être humide (diluée dans l'eau de pluie) ou sèche (dépôts de particules ou d'aérosols).

Le terme «pluie acide» a été proposé pour la première fois par le chercheur anglais Robert Angus Smith en 1850, en pleine révolution industrielle. Les acides les plus abondants formés dans l'atmosphère sont nitriques et sulfuriques par oxydation des polluants naturels ou artificiels.

Carte des pluies acides. Source: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)]

Les polluants les plus pertinents sont les oxydes: NO2, NO3, SO2, dont les sources naturelles sont des éruptions volcaniques, des incendies de forêt et une dégradation bactérienne. Les sources artificielles sont les émissions de gaz Produit de combustibles de combustibles fossiles (activité industrielle et trafic automobile).

Les pluies acides provoquent des impacts négatifs dans l'environnement tels que l'acidification des sols et des eaux, affectant les êtres vivants, y compris l'être humain. De même, les sols et l'eau sont contaminés par des métaux lourds, et dans le corps d'eau, il se produit l'eutrophisation.

Au niveau de la végétation, les dommages directs se produisent dans les feuilles et sont affectés par la croissance des plantes. De plus, l'acidification du sol immobilise les nutriments et affecte les mycorhizes (champignons du sol). De même, les bâtiments, les machines, les monuments et les œuvres d'art exposés aux intempéries sont sévèrement oxydés ou érodés par l'effet des acides précipités.

Pour remédier à l'effet des pluies acides, vous pouvez prendre des mesures punrales telles que la protection des monuments et la correction de l'acidification des sols et de l'eau. Cependant, la solution de fond pour les pluies acides est de réduire l'émission à l'atmosphère des composés chimiques précurseurs de la formation d'acide.

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Comment se former la pluie acide?

Fog acide par les émissions SO2 de la raffinerie PDVSA à Curacao. Source: hdek [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Agents chimiques précurseurs

Le phénomène des pluies acides commence par l'émission de l'atmosphère des composés chimiques précurseurs de la formation d'acide. Ces composés peuvent être émis par des sources ou naturelles ou artificielles.

Parmi les sources naturelles figurent des éruptions volcaniques, des incendies de végétation et des émissions océaniques. Alors que les sources artificielles agissent les émissions industrielles, les véhicules à moteur à combustion ou les déchets.

Ces sources émettent divers composés qui peuvent générer des acides dans l'atmosphère. Cependant, les plus importants sont les oxydes d'azote et les oxydes de soufre.

Les oxydes d'azote sont connus sous le nom de NOX et comprennent le dioxyde d'azote (NO2) et l'oxyde nitreux (NO). Pour sa part, l'oxyde de soufre est SO2 ou dioxyde de soufre.

Processus de troupe de troupe et d'acide produit

Le phénomène de pluie acide se produit dans la troposphère (zone atmosphérique qui va de la surface de la Terre à une hauteur de 16 km).

Dans la troposphère, les courants d'air peuvent transporter ces composés sur n'importe quelle partie de la planète, ce qui en fait un problème mondial. Dans ce processus, les oxydes d'azote et de soufre interagissent avec d'autres composés pour former respectivement l'acide nitrique et l'acide sulfurique.

Support des réactions

Les réactions chimiques peuvent être effectuées soit sur des particules en suspension solides, soit en gouttes de suspension.

L'acide nitrique est principalement formé dans la phase gazeuse, en raison de sa faible solubilité dans l'eau. Pour sa part, l'acide sulfurique est plus soluble dans l'eau, étant le principal constituant des pluies acides.

Acide nitrique

Pour la formation d'oxydes d'azote à l'acide nitrique (HNO3) réagissent avec l'eau, avec des radicaux tels que OH (dans une moindre mesure avec HO2 et CH3O2), ou avec l'ozone troposphérique (O3).

Acide sulfurique

Dans le cas de la production d'acide sulfurique (H2SO4), les radicaux OH, HO2, CH3O2, l'eau et l'ozone participent également. De plus, il peut être formé en réagissant avec le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et divers oxydes métalliques.

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Acide carbonique

H2CO3 est formé grâce à la réaction photochimique du dioxyde de carbone avec de l'eau atmosphérique.

Acide chlorhydrique

Le HCL ne représente que 2% des pluies acides, et son précurseur est le chlorure de méthyle (CLCH3). Ce composé provient des océans et est oxydé par des radicaux OH pour former de l'acide chlorhydrique.

Précipitation

Une fois que les composés acides (acide nitrique ou acide sulfurique se sont formés et, dans une moindre mesure, de l'acide chlorhydrique), ceux-ci précipiteront.

Les précipitations peuvent être dues à des particules de suspension dans lesquelles la réaction de phase gazeuse a eu lieu. Une autre façon est que sous la pluie, l'eau condensée précipite où les acides se sont formés.

Composition

L'acidité naturelle de la pluie est proche d'un pH de 5,6, bien que dans certaines zones non contaminées, des valeurs de 5 aient été indiquées. Ces valeurs de pH faibles ont été associées à la présence d'acides naturels.

Il est considéré que selon le niveau de pH, la pluie peut être classée en:

a) légèrement acide (pH entre 4,7 et 5,6)
b) modérément acide (pH entre 4,3 et 4,7)
c) fortement acide (pH inférieur ou égal à 4,3).

Si la pluie a une concentration> 1,3 mg / L de nitrates et> 3 mg / L dans le cas des sulfates, la pollution est considérée comme élevée.

Les pluies acides sont composées dans plus de deux tiers des cas en raison de la présence d'acide sulfurique, suivi en abondance par l'acide nitrique. Les autres composants qui peuvent contribuer à l'acidité de la pluie sont l'acide chlorhydrique et l'acide carbonique.

Réactions chimiques des pluies acides

Formation d'acide sulfurique (H2SO4)

La production d'acide sulfurique peut se produire dans une phase gazeuse ou une phase liquide.

Phase gazeuse

Seulement 3 à 4% du SO2 oxydé dans une phase sulfurique pour produire de l'acide sulfurique. Il existe de nombreux itinéraires pour la formation d'acide sulfurique à partir de précurseurs gazeux, montre ici la réaction de SO2 avec l'ozone troposphérique.

La réaction se produit en deux étapes:

1.- Le dioxyde de soufre réagit avec une ozone troposphérique générant du trioxyde de soufre et libérant de l'oxygène.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Puis le trioxyde de soufre s'oxyde avec la vapeur d'eau et produit de l'acide sulfurique.

SO3 + H2O = H2SO4

Phase liquide

Dans les gouttes d'eau qui formeront la pluie, l'acide sulfurique peut se produire de diverses manières:

1.- Le SO2 se dissout dans l'eau générant des acides de soufre, et cela est oxydé par du peroxyde d'hydrogène:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mécanisme photocatalytique: Dans ce cas, les particules d'oxydes métalliques (fer, zinc, titane) sont activées grâce à l'action de la lumière du soleil (activation photochimique) et oxydent l'acide sulfurique générant SO2.

Formation d'acide nitrique (HNO3)

O3 Ozono O3 produit la transformation de NO2 en HNO3 en un processus en trois étapes:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2hno3

Effets sur l'environnement

Effet des pluies acides dans une forêt des montagnes de Jizera en République tchèque. Source: lovecz [domaine public]

Acidification des sols et leurs effets sur la végétation

L'effet des pluies acides sur le sol varie en fonction de la composition de la même. Par exemple, les sols d'origine calcaire, basaltique et ignée ont une plus grande capacité à neutraliser l'acidité.

Pour leur part, les sols riches en quartz comme matériau inerte ne sont pas en mesure de réguler la teneur en acide. Ainsi, dans les sols où les pluies acides augmentent l'acidité, les ions métalliques qui sont toxiques pour les plantes et les animaux sont libérés et traîner.

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Un cas pertinent est la dissolution des aluminosilicats, qui libèrent des ions en aluminium très nocifs pour la végétation.

En général, l'acidité du sol diminue la disponibilité des nutriments pour les plantes. De plus, il favorise la libération et le lavage du calcium, ce qui provoque des carences dans les plantes.

Effet sur les aquifères et la santé humaine

Dans la plupart des cas, les pluies acides n'ont pas d'apparence ou de saveur différente de la pluie normale, ni génère des sensations cutanées. Ses effets sur la santé de l'être humain sont indirects et provoquent rarement des dommages cutanés dus à une acidité extrême.

L'un des problèmes des pluies acides est qu'en diminuant les valeurs de pH inférieures à 5, les métaux lourds sont libérés et traînent. Ces polluants tels que l'aluminium et le cadmium peuvent aller aux aquifères souterrains.

Si l'eau de ces aquifères contaminés passe aux puits utilisés pour la consommation humaine, cela peut causer de graves dommages à la santé.

Détérioration des constructions, des monuments et des matériaux

Gargola endommagé par les pluies acides. Source: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /]]

Pierres de type calcaire

Les constructions, les monuments et les sculptures fabriqués avec du calcaire ou du marbre sont très affectés par des pluies acides. C'est assez grave, car de nombreux bâtiments historiques et œuvres d'art sont construits avec ces matériaux.

Dans le cas du calcaire, les pluies acides provoquent la dissolution du calcaire et génère la recristallisation de la calcite. Cette recristallisation produit des tons blanchâtres à la surface.

Dans le cas spécifique de la pluie avec de l'acide sulfurique, le phénomène de sulfatation se produit. À travers ce processus, la surface de la roche est transformée en plâtre et CO2 est libéré.

Le marbre, bien qu'il soit plus résistant, est également affecté par les pluies acides. Dans ce cas, l'exfoliation de la pierre se produit, donc des couches de surface de même sont détachées.

Autres matériaux non corrosifs

Dans certains bâtiments, la détérioration structurelle est plus faible, mais aussi avec des effets négatifs. Par exemple, les dépôts d'acide sèche salissaient les murs, donc les coûts d'entretien augmentent.

Les métaux

Les pluies acides provoquent la corrosion des métaux due au phénomène d'oxydation. Cela provoque d'énormes pertes économiques, car les structures, l'équipement, les machines et les véhicules avec des pièces métalliques sont gravement affectés.

Flore et faune

Poisson mort pour les pluies acides. Source: United States Fish and Wildlife Service. [Domaine public]

Les pluies acides modifient l'équilibre naturel des écosystèmes aquatiques et terrestres.

Plantes et animaux dans les plans d'eau lentiques

Les corps d'eau luntiques sont plus susceptibles de l'acidification, car ce sont des écosystèmes fermés. De plus, l'accumulation d'acides dans l'eau entraîne des conséquences négatives sur la vie qui abrite.

Une autre conséquence de l'acidification est la précipitation des nitrates sous la pluie, ce qui provoque l'eutrophisation dans le corps d'eau. L'excès de nutriments réduit l'oxygène disponible et affecte négativement la survie des animaux aquatiques.

Un autre effet négatif indirect est la traînée vers les plans d'eau des ions de métaux lourds de l'environnement terrestre. Ces ions sont libérés sur le terrain par l'action des ions hydronium lorsque l'acidité augmente.

Végétation et disponibilité des nutriments

Les problèmes les plus graves causés par l'acidification du sol sont l'immobilité des nutriments essentiels et l'augmentation des métaux toxiques.

Par exemple, l'aluminium et le magnésium sont libérés à partir de particules de sol lorsqu'ils sont remplacés par l'hydrogène. L'aluminium affecte la structure et la fonction des racines et diminue l'absorption du calcium essentiel pour les plantes.

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D'un autre côté, l'acidification du sol cause des dommages aux mycorhizes (champignons associés aux racines), qui sont essentiels dans la dynamique de la forêt.

Dommages directs dans les plantes et les animaux

L'acide sulfurique cause des dommages directs aux feuilles en dégradant la chlorophylle et en produisant de la chlorose (jaune feuille). Chez certaines espèces, la croissance et la production de graines viables diminue.

Les amphibiens (grenouilles et crapauds) sont particulièrement sensibles aux effets de l'acidité de l'eau. Certains dommages sont des lésions directes et diminuent en défense contre les agents pathogènes (en particulier les champignons de la peau).

Solutions

Réduire les émissions

La solution de fond pour les pluies acides consiste à réduire les émissions de l'environnement des produits chimiques d'acide. Les plus importants d'entre eux sont les oxydes de soufre et d'azote.

Cependant, cela a des difficultés, car cela implique d'affecter les intérêts économiques et de développement des entreprises et des pays. Par exemple, l'une des principales sources de dioxyde de soufre est la combustion du charbon qui représente plus de 70% d'énergie en Chine.

Il existe des alternatives technologiques qui peuvent aider à réduire les émissions. Par exemple, dans l'industrie, les «lits fluidisés» ainsi appelés incorporent l'absorbant (calcaire ou dolomite) qui conserve le SO2. Dans le cas des véhicules à moteur et en général, les moteurs à combustion, les convertisseurs catalytiques se conforment également à réduire les émissions de SO2.

D'un autre côté, certains pays ont mis en œuvre des programmes spécifiques pour réduire les pluies acides. Par exemple, les États-Unis ont développé le programme national d'évaluation des précipitations en acides (NAPAP). Parmi l'une des mesures envisagées par NAPAP, il y a pour mettre en œuvre l'utilisation de carburants à faible teneur en soufre.

Une autre mesure possible est le remplacement du parc automobile par des voitures électriques pour réduire à la fois les pluies acides et le chauffage mondial. Cependant, bien qu'il existe une technologie pour y parvenir, la pression de l'industrie automobile et du pétrole a retardé les décisions à ce sujet. D'autres facteurs qui affectent sont les éléments culturels liés à la vitesse qui aspire à atteindre un véhicule.

Appliquer des mesures de correction d'acidité

Dans certains cas, le pH des sols et des eaux peut être augmenté en ajoutant des alcalis, par exemple incorporant de grandes quantités de chaux. Cependant, cette pratique n'est pas réalisable dans de très grandes extensions de terres.

Protection de surface

Calcul

Il existe différentes méthodes pour protéger ou au moins réduire la détérioration de la pierre sous l'effet des pluies acides. L'une de ces méthodes est de la laver avec de la vapeur ou de l'eau chaude.

Les agents chimiques tels que l'acide fluorhorique ou le bifluoride d'ammonium peuvent également être utilisés. Une fois lavé, la pierre peut être scellée en appliquant des produits spéciaux qui branchent les pores, comme l'hydroxyde de baryum.

Métal

Les surfaces métalliques susceptibles de corrodage peuvent se protéger en les couvrant d'un métal non corrosif comme du zinc.

Pour cela, l'électrodéposition peut être appliquée ou submergé la structure métallique à protéger dans le métal de protection à l'état liquide.

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