Chapitre 55 - La lutte contre la pollution de l'environnement

Tableau 55.1 Polluants atmosphériques courants et leurs sources

Source: Economopoulos, 1993.

Les plans de préservation de la pureté de l’air

La gestion de la qualité de l’air vise à préserver la qualité de l’environnement par la définition du degré de pollution toléré, en laissant aux pouvoirs locaux et aux pollueurs le soin de formuler et d’appliquer les mesures nécessaires pour que ce degré ne soit pas dépassé. On trouve un exemple de législation conforme à cette optique dans l’adoption de normes de qualité de l’air ambiant qui reposent très souvent sur les directives (OMS, 1987a) concernant différents polluants; celles-ci définissent des niveaux maximaux acceptés de polluants (ou indicateurs) dans la zone cible (par exemple, au niveau du sol à un point déterminé dans une collectivité) et elles peuvent être des normes primaires ou secondaires. Les normes primaires (OMS, 1987b) représentent les niveaux maximaux compatibles avec une marge de sécurité suffisante et avec la préservation de la santé publique, et il faut s’y conformer dans un délai déterminé; les normes secondaires sont celles que l’on juge nécessaires pour assurer la protection contre des effets nocifs connus ou attendus autres que des risques d’atteinte à la santé (principalement sur la végétation); et il faut s’y conformer «dans un délai raisonnable». Les normes de qualité de l’air sont des valeurs à court, moyen ou long terme valables pour 24 heures par jour, 7 jours par semaine et pour l’exposition mensuelle, saisonnière ou annuelle de tous les êtres vivants (y compris les sous-groupes sensibles comme les enfants, les personnes âgées et les malades), ainsi que pour des objets non vivants. Elles se distinguent des normes maximales autorisées pour l’exposition au travail, qui s’appliquent à une exposition hebdomadaire partielle (par exemple, 8 heures par jour, 5 jours par semaine) de travailleurs adultes et théoriquement en bonne santé.

Dans la gestion de la qualité de l’air, on recourt généralement à des mesures de limitation à la source telles que l’obligation d’utiliser des convertisseurs catalytiques dans les véhicules ou de respecter des normes d’émission dans les incinérateurs, les actions d’aménagement du territoire et la fermeture des usines ou la réduction du trafic lorsque les conditions météorologiques sont défavorables. La meilleure méthode de gestion insiste sur la nécessité que les émissions de polluants atmosphériques soient maintenues à un minimum, défini essentiellement par des normes relatives aux diverses sources de pollution atmosphérique, qui pourrait être atteint dans le cas des sources industrielles, par exemple, à l’aide de systèmes en circuit fermé et de collecteurs extrêmement efficaces. Une norme d’émission est une limite imposée à la quantité ou à la concentration d’un polluant émis par une source. Ce type de législation suppose que l’on décide pour chaque industrie des meilleurs moyens de limiter ses émissions (par exemple, en fixant des normes).

La gestion de la pollution atmosphérique vise principalement à établir un plan de préservation de la qualité de l’air (ou plan de réduction de la pollution atmosphérique) (Schwela et Köth-Jahr, 1994) comportant les éléments suivants:

• description de la zone en termes de topographie, de météorologie et de conditions socio-économiques;
• inventaire des émissions;
• comparaison avec les normes d’émission;
• inventaire des concentrations de polluants atmosphériques dans l’air;
• concentrations simulées de polluants atmosphériques dans l’air;
• comparaison avec les normes de qualité de l’air;
• inventaire des effets sur la santé publique et l’environnement;
• analyse des causes;
• mesures antipollution;
• coût des mesures antipollution;
• coût des effets sur la santé publique et l’environnement;
• analyse coûts-avantages (coûts des mesures de lutte comparés aux coûts des effets);
• transports et aménagement du territoire;
• plan d’application; engagement des ressources;
• projections concernant l’évolution de la population, du trafic, des industries et de la consommation de combustible;
• stratégies de suivi.

Certains de ces problèmes sont examinés ci-après.

L’inventaire des émissions; la comparaison avec les normes d’émission

L’inventaire des émissions est une liste très complète des sources dans une zone donnée et des émissions de chacune d’elles, estimées avec autant de précision que possible pour toutes les sources ponctuelles, linéaires et dispersées (diffuses). En comparant ces émissions aux normes fixées pour une source donnée, on obtient une première idée des mesures antipollution possibles dans le cas où ces normes ne sont pas respectées. L’inventaire permet aussi de dresser une liste prioritaire des sources importantes en fonction de la quantité de polluants émise et il indique l’influence relative des différentes sources, par exemple le trafic par rapport aux sources industrielles ou résidentielles. Il sert enfin à faire une estimation des concentrations de polluants atmosphériques dans le cas des polluants pour lesquels il est difficile ou trop onéreux de mesurer les concentrations ambiantes.

L’inventaire des concentrations de polluants atmosphériques; la comparaison avec les normes de qualité de l’air

L’inventaire des concentrations de polluants atmosphériques intègre les résultats de la surveillance des polluants de l’air ambiant sous forme de moyennes annuelles, de percentiles et de tendances de ces quantités. Les composés mesurés pour un tel inventaire sont:

• dioxyde de soufre;
• oxydes d’azote;
• particules en suspension;
• monoxyde de carbone;
• ozone;
• métaux lourds (Pb, Cd, Ni, Cu, Fe, As, Be);
• hydrocarbures polycycliques aromatiques: benzo[a]pyrène, benzo[e]pyrène, benzo[a]anthracène, dibenzo[a,h]anthracène, benzo[ghi]pérylène, coronène;
• composés organiques volatils: n-hexane, benzène, 3-méthylhexane, n-heptane, toluène, octane, éthylbenzène, xylène (o-, m-, p-), n-nonane, isopropylbenzène, propylbenzène, n-2-/3-/4-éthyltoluène, 1,2,4-/1,3,5-triméthylbenzène, trichlorométhane, 1,1,1-trichloroéthane, tétrachlorométhane, trichloroéthylène, tétrachloroéthylène.

La comparaison des concentrations de polluants atmosphériques avec les normes ou directives de qualité de l’air, si elles existent, indique les secteurs à problèmes pour lesquels il faut procéder à une analyse des causes, afin de repérer les sources incriminées. Pour cette analyse des causes, il faut modéliser la dispersion (voir l’article «La pollution de l’air: la modélisation de la dispersion des polluants de l’air»). On trouvera dans l’article «La surveillance de la qualité de l’air» une description des moyens et procédures utilisés de nos jours pour surveiller la pollution atmosphérique ambiante.

Les concentrations simulées de polluants atmosphériques; la comparaison avec les normes de qualité de l’air

En se fondant sur l’inventaire des émissions, dont les milliers de composés ne sauraient tous être surveillés dans l’air ambiant pour des raisons financières, on peut recourir à la modélisation de la dispersion pour estimer les concentrations des composés les plus «exotiques». En se servant de paramètres météorologiques appropriés dans un modèle de dispersion bien choisi, on peut estimer les moyennes et percentiles annuels et les comparer aux normes ou directives de qualité de l’air, s’il en existe.

L’inventaire des effets sur la santé publique et l’environnement; l’analyse des causes

Une autre source importante d’information est l’inventaire des effets (Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen, 1993) qui regroupe les résultats des études épidémiologiques réalisées dans une zone donnée et les effets de la pollution de l’air observés sur les récepteurs biologiques et matériels, par exemple les plantes, les animaux, les métaux utilisés dans la construction et les pierres des bâtiments. Les effets observés attribués à la pollution atmosphérique doivent faire l’objet d’une analyse causale pour rechercher le constituant responsable d’un effet donné — par exemple, une prévalence accrue de la bronchite chronique dans une zone polluée. Si un ou plusieurs composés ont été repérés dans une analyse des causes (analyse composé-cause), il faut en faire une deuxième pour trouver les sources responsables (analyse source-cause).

Les mesures antipollution; leur coût

Pour les installations industrielles, les mesures antipollution consistent en dispositifs d’épuration de l’air qui soient bien conçus, bien installés, qui fonctionnent efficacement et qui soient bien entretenus; ce sont les collecteurs ou séparateurs. On peut définir un séparateur ou un collecteur comme «un appareil servant à séparer un ou plusieurs des éléments d’un milieu gazeux dans lequel ils sont en suspension ou avec lequel ils sont mélangés: particules solides (filtre et séparateur de poussières), particules liquides (filtre et séparateur de gouttelettes) et gaz (purificateur de gaz)». Les principaux types de matériels antipollution (examinés ci-après dans l’article «La lutte contre la pollution atmosphérique») sont:

• pour les particules: séparateurs inertiels (cyclones, par exemple), filtres en tissu (installations de filtres à sacs), précipitateurs électrostatiques, dépoussiéreurs par voie humide;
• pour les polluants gazeux: dépoussiéreurs par voie humide, équipements d’adsorption (lits d’adsorption, par exemple), brûleurs de postcombustion pouvant être allumés directement (incinération thermique) ou par catalyse (combustion catalytique).

Les dépoussiéreurs par voie humide peuvent servir à recueillir en même temps les polluants gazeux et les particules. Par ailleurs, certains types de dispositifs à combustion peuvent brûler les gaz et vapeurs combustibles aussi bien que certains aérosols combustibles. Selon le type d’effluent, on peut utiliser un ou plusieurs types de séparateurs.

La lutte contre les odeurs qui peuvent être identifiées chimiquement repose sur la maîtrise de l’agent ou des agents chimiques dont elles émanent (par exemple, par absorption ou par incinération). Lorsqu’une odeur n’est pas définie chimiquement ou que l’agent l’émet à des niveaux extrêmement faibles, on peut recourir à d’autres techniques, notamment pour la masquer (par un agent plus fort, mieux accepté et inoffensif) ou pour la contrecarrer (par un additif qui contrarie ou neutralise partiellement l’odeur désagréable).

Il ne faut pas oublier qu’il est indispensable de bien utiliser et entretenir les séparateurs pour en obtenir l’efficacité attendue. Il faut s’en assurer au stade de la planification, sur le plan du savoir-faire comme sur celui du financement. Il ne faut pas négliger les besoins en énergie. Lors du choix d’un dispositif d’épuration de l’air, il faut prendre en considération non seulement son coût initial, mais aussi les frais de fonctionnement et d’entretien. Lorsqu’il s’agit de polluants très toxiques, il faut veiller à obtenir une grande efficacité et à adopter des procédures spéciales pour l’entretien et l’élimination des déchets.

Dans les installations industrielles, les mesures antipollution fondamentales sont:

Remplacement d’une matière par une autre . Exemples: remplacer les solvants très toxiques employés dans certains procédés industriels par des produits moins toxiques; utiliser des combustibles à teneur plus faible en soufre (charbon lavé, par exemple) qui produisent donc moins de composés du soufre, etc.

Modification ou remplacement du procédé ou de l’équipement . Exemples: dans l’industrie sidérurgique, remplacer le minerai brut par du minerai en boulettes agglomérées (pour réduire la poussière libérée lors de la manutention); se servir de systèmes en circuit fermé plutôt qu’en circuit ouvert; remplacer les systèmes de chauffage au combustible par des techniques faisant appel à la vapeur, l’eau chaude ou l’électricité; utiliser des catalyseurs à la sortie des gaz d’échappement (procédés de combustion), et ainsi de suite.

La modification des procédés et de l’aménagement de l’usine peut aussi faciliter ou améliorer les conditions de dispersion et de captage des polluants. Ainsi, une configuration différente de l’usine peut faciliter l’installation d’un système d’échappement local; en abaissant le rendement d’un procédé, on pourra peut-être utiliser un certain collecteur (avec des limitations de volume, mais des résultats satisfaisants par ailleurs). Les modifications du procédé qui agissent sur différentes sources d’effluents dépendent étroitement du volume traité, et l’efficacité de certains dispositifs d’épuration de l’air augmente avec la concentration des polluants dans l’effluent. Le remplacement d’une matière par une autre et la modification des procédés peuvent présenter des limitations techniques et économiques qu’il faut prendre en considération.

Ordre, propreté et stockage approprié . Exemples: imposer une hygiène rigoureuse dans le traitement des denrées alimentaires et des produits d’origine animale; éviter de stocker à l’air libre les substances chimiques (tas de soufre, par exemple) ou les poussières et matières particulaires (comme le sable) ou, à défaut, asperger d’eau (si possible) les amas de particules volatiles ou appliquer un revêtement de surface (agents mouillants, plastique, par exemple) aux tas de matières qui risquent de libérer des polluants.

Elimination appropriée des déchets . Exemples: ne pas se contenter d’entasser les déchets chimiques (comme ceux des réacteurs de polymérisation) ou de déverser les matières polluantes (solides ou liquides) dans les cours d’eau. Cette dernière pratique non seulement souille les eaux, mais peut aussi créer une source secondaire de pollution atmosphérique, comme c’est le cas des déchets liquides provenant des papeteries qui utilisent le procédé au bisulfite, lequel dégage des polluants gazeux aux odeurs désagréables.

Entretien . Exemple: les moteurs à combustion interne qui sont bien entretenus et bien réglés produisent moins de monoxyde de carbone et d’hydrocarbures.

Méthodes de travail . Exemple: tenir compte des conditions météorologiques, en particulier des vents, lorsqu’on pulvérise des pesticides.

Comme pour les méthodes sur le lieu du travail, l’adoption de bonnes pratiques au niveau de la collectivité peut contribuer à réduire la pollution de l’air, par exemple en modifiant l’utilisation des véhicules automobiles (recours accru aux transports en commun, aux voitures de petite cylindrée, etc.) et en agissant sur les installations de chauffage (meilleure isolation des bâtiments qu’il faudra de ce fait moins chauffer, meilleurs combustibles, etc.).

Pour lutter contre la pollution par les émissions des véhicules automobiles, on peut adopter des programmes efficaces d’inspection et d’entretien obligatoires pour le parc de voitures existant, imposer des convertisseurs catalytiques dans les nouvelles voitures, remplacer résolument les automobiles utilisant des carburants par des voitures fonctionnant à l’énergie solaire/électrique, réglementer la circulation routière et se doter d’une bonne politique des transports et d’aménagement du territoire.

On réduit la pollution causée par les véhicules à moteur en diminuant les émissions par kilomètre parcouru par véhicule (km/v) et en abaissant le nombre de km/v (Walsh, 1992). On peut réduire les émissions par km/v en améliorant la performance du véhicule — matériel, entretien — pour les nouvelles voitures comme pour celles en circulation. On peut agir sur la composition de l’essence au plomb en diminuant la teneur en plomb ou en soufre, ce qui a également pour avantage de réduire les émissions d’hydrocarbures (HC) provenant des véhicules. Abaisser la teneur en soufre du carburant diesel pour réduire les émissions de particules présente en outre l’avantage d’augmenter les possibilités de limitation catalytique des émissions de particules diesel et d’HC organiques.

Un autre moyen important de réduire les émissions par évaporation, en particulier lorsqu’on fait le plein, consiste à agir sur la volatilité de l’essence, ce qui permet d’abaisser fortement les émissions d’HC par évaporation. L’emploi d’additifs oxygénés dans l’essence réduit les émissions d’HC et de CO, pour autant que la volatilité du carburant ne soit pas accrue.

Outre la réduction du nombre de km/v, on peut limiter les émissions des automobiles en recourant aux stratégies suivantes:

• utiliser des modes de transport plus efficaces;
• augmenter le nombre moyen de passagers par voiture;
• étaler les pointes de trafic;
• réduire la demande de déplacements.

Bien que ces solutions conduisent à économiser le carburant, elles ne sont pas encore acceptées par le grand public, et les gouvernements n’ont pas encore tenté sérieusement de les appliquer.

Toutes ces solutions techniques et politiques au problème des automobiles, exception faite de l’adoption des voitures électriques, sont de plus en plus contrecarrées par l’augmentation du nombre de véhicules. Ce problème ne trouvera une solution que si l’on s’attaque réellement à la question de l’extension du parc automobile.

Le coût des effets sur la santé publique et l’environnement; l’analyse coûts-avantages

L’estimation du coût des effets sur la santé publique et l’environnement est la partie la plus difficile d’un plan de préservation de la qualité de l’air, étant donné qu’il est très difficile d’évaluer le prix de la réduction de durée de la vie causée par les maladies invalidantes, les taux d’hospitalisation et les heures de travail perdues. Pourtant, il est absolument nécessaire de procéder à cette estimation et de la comparer au coût des mesures antipollution si l’on veut le mettre en regard de ce que coûterait l’inaction en termes d’effets sur la santé publique et l’environnement.

Les transports et l’aménagement du territoire

Le problème de la pollution est intimement lié à l’aménagement du territoire et aux transports, notamment à des questions comme l’urbanisme, la conception des routes, la réglementation de la circulation et des transports en commun, ainsi qu’aux considérations démographiques, topographiques, économiques et sociales (Venzia, 1977). En général, l’expansion rapide des agglomérations urbaines crée de graves problèmes de pollution parce que les politiques d’aménagement du territoire et des transports ont été peu satisfaisantes. Pour planifier les transports en vue de lutter contre la pollution, il faut adopter une réglementation, définir une politique, choisir les transports en commun urbains et prendre en compte le coût des embouteillages sur les routes. Les mesures de réglementation des transports ont un impact important sur le grand public en termes d’équité, d’interdictions et de perturbations économiques et sociales — et, plus particulièrement, les dispositions directes comme les contraintes relatives aux automobiles, les restrictions concernant l’essence et la réduction des émissions de véhicules. On peut estimer de manière fiable les réductions d’émissions imputables aux mesures directes et les vérifier. Les mesures indirectes, comme la réduction du nombre de kilomètres parcourus par véhicule obtenue grâce à l’amélioration des transports en commun urbains, la réglementation visant à accroître la fluidité de la circulation, les dispositions concernant les aires de stationnement, les péages et les taxes sur l’essence, les autorisations d’utiliser la voiture et les incitations à accepter librement des restrictions, reposent généralement sur l’expérience des succès et échecs passés et comportent un grand nombre d’incertitudes si l’on cherche à établir un plan viable des transports.

Les plans d’action nationaux prévoyant des mesures de réglementation indirectes peuvent influer sur les transports et l’aménagement du territoire en ce qui concerne les routes, les aires de stationnement et les centres commerciaux. La planification à long terme du réseau des transports en commun et des zones qu’il dessert empêchera une détérioration importante de la qualité de l’air et contribuera au respect des normes en la matière. On considère généralement que les transports en commun urbains constituent une solution potentielle aux problèmes de pollution de l’air en milieu urbain. Le choix d’un système de transports en commun urbains desservant une région donnée et les diverses formules de répartition modale entre la circulation individuelle et l’autobus ou le chemin de fer modifieront en fin de compte les caractéristiques de l’aménagement du territoire. Il existe une répartition optimale qui réduit la pollution atmosphérique à un minimum; elle peut toutefois ne pas se révéler acceptable lorsqu’on prend en considération les facteurs non environnementaux.

On a dit de l’automobile qu’elle était le plus grand producteur d’effets économiques externes que l’on ait jamais connu. Certains d’entre eux, comme la création d’emplois et la mobilité, sont positifs, mais les effets négatifs, comme la pollution atmosphérique, les accidents qui entraînent morts et blessures, les dommages causés aux biens, le bruit, le temps perdu et le stress incitent à conclure que les transports ne sont pas une industrie à coût décroissant dans les zones urbaines. Le coût des embouteillages sur les routes est un autre effet économique externe, mais il est difficile de déterminer le prix du temps perdu et des encombrements. Or, on ne saurait obtenir une juste évaluation des différents modes de transport en concurrence, notamment les transports en commun urbains, si le coût des déplacements pour se rendre au travail n’inclut pas celui des embouteillages.

L’aménagement du territoire en vue de la lutte antipollution englobe les règlements de zone et les normes de performance, la réglementation de l’utilisation du domaine foncier, ainsi que la politique en matière de logement et d’urbanisation. Le zonage foncier a été la première tentative pour protéger la population, ses biens et ses chances économiques. Toutefois, comme les polluants atmosphériques se dispersent partout, il faut davantage qu’une séparation physique entre les industries et les zones résidentielles pour protéger les personnes. On a donc introduit dans certains règlements fonciers des normes de performance reposant initialement sur des considérations esthétiques ou des décisions qualitatives en vue de quantifier les critères qui doivent permettre de repérer les problèmes éventuels.

Pour planifier à long terme l’aménagement du territoire, il faut connaître les limitations de l’environnement en termes de capacité d’assimilation. On peut alors élaborer les mesures réglementant l’occupation foncière de façon à répartir équitablement la capacité entre les activités que l’on désire implanter sur un territoire donné. On peut avoir recours à des systèmes de permis pour les nouvelles sources stationnaires, à un zonage qui distingue les zones industrielles et résidentielles, à l’imposition de restrictions sous forme de servitudes ou d’achat de terrains, à la réglementation des milieux récepteurs, au zonage en fonction de la densité des émissions et aux règles d’attribution de droits d’émission.

Les politiques de logement qui visent à rendre la propriété accessible à un grand nombre de personnes auxquelles elle resterait autrement interdite (mesures fiscales d’encouragement et politique du crédit immobilier) favorisent l’étalement des villes et découragent indirectement le développement d’un habitat plus dense. Or, on constate de nos jours que ces politiques sont désastreuses pour l’environnement, car elles n’ont pas été accompagnées de la mise en place de systèmes efficaces de transport en commun pour répondre aux besoins de toutes les nouvelles zones bâties. Cette constatation démontre qu’il convient de coordonner les programmes qui ont un impact sur l’environnement et que la planification doit intervenir au niveau où le problème se pose et sur une échelle suffisamment vaste pour englober l’ensemble du système.

Pour protéger convenablement l’environnement à long terme, il faut examiner l’aménagement du territoire aux niveaux national, régional et local. Les programmes gouvernementaux commencent habituellement par le choix des sites pour les centrales électriques, l’emplacement des industries extractives, le zonage côtier et l’aménagement des espaces désertiques ou montagneux ou d’autres zones récréatives. Etant donné que, par leur multiplicité, les autorités locales d’une région ne sont pas en mesure de traiter correctement les problèmes environnementaux de la région, ce sont les administrations ou organismes régionaux qui devraient coordonner les schémas d’utilisation et de densité foncières en contrôlant la répartition spatiale ainsi que l’emplacement et l’utilisation des nouvelles constructions et des moyens de transport. L’aménagement du territoire et la planification des transports doivent aller de pair avec le respect des règlements visant à maintenir la qualité de l’air désirée. Dans l’idéal, la lutte contre la pollution de l’air devrait être planifiée par le même organisme régional que celui qui gère l’aménagement du territoire, étant donné le chevauchement des effets externes associés à ces deux problématiques.

Le programme d’application; l’engagement des ressources

Le plan antipollution de l’air devrait toujours contenir un programme d’application qui indique comment faire respecter les mesures prises. Pour ce faire, il faut aussi engager des ressources qui, selon le principe du pollueur payeur, définiront ce que le pollueur doit faire et comment l’administration l’aidera à remplir ses engagements.

Les projections sur l’avenir

A titre de précaution, le plan antipollution devrait inclure des estimations des tendances de l’évolution démographique, de la circulation, des industries et de la consommation de combustible, pour que l’on puisse définir les parades aux problèmes futurs. On évitera alors les perturbations en prenant les mesures voulues longtemps avant l’apparition des problèmes entrevus.

Les stratégies de suivi

La stratégie de suivi pour la gestion de la qualité de l’air consiste en programmes et mesures concernant l’application de futurs plans antipollution.

Le rôle des études d’impact sur l’environnement

L’étude d’impact sur l’environnement (EIE) est la procédure qui permet à l’organisme responsable de fournir un exposé détaillé de l’effet d’une action envisagée qui risque d’influer sensiblement sur la qualité de l’environnement humain (Lee, 1993). L’EIE est un instrument de prévention visant à prendre l’environnement humain en compte dès la première phase d’élaboration d’un programme ou d’un projet.

Cette étude revêt une importance particulière pour les pays qui élaborent des projets dans le cadre de la réorientation et de la restructuration de leur économie. Elle est prévue par la loi dans un grand nombre de pays développés et est aujourd’hui appliquée de plus en plus largement dans les pays en développement et les économies en transition.

L’EIE constitue une synthèse en ce sens qu’elle intègre la planification et la gestion globales de l’environnement en prenant en considération les interactions entre les différents milieux environnementaux. D’autre part, elle incorpore au processus de planification l’estimation des conséquences pour l’environnement et devient ainsi un instrument du développement durable. Elle associe aussi les aspects techniques et la participation des citoyens puisque, d’une part, elle collecte, analyse et exploite les données scientifiques et techniques en prenant en considération les contrôles de qualité et l’assurance qualité et que, d’autre part, elle souligne l’importance des consultations, avant l’octroi de permis, entre les organismes responsables de l’environnement et le public qui pourrait être touché par le projet. Le plan antipollution de l’air peut être considéré comme un élément de la procédure EIE en ce qui concerne l’air.

Figure 55.2 Structure topographique d'une région modèle

Figure 55.3 Distribution des fréquences au niveau de sol déduites à l'aide de la
distribution des fréquences géostrophiques pour des champs de vents hétérogènes

Figure 55.4 Concentrations annuelles moyennes de polluants pour une région
hypothétique, calculées à de la distribution des fréquences géostrophiques
pour des champs de vent hétérogènes

La modélisation de la dispersion dans le cas de sources de faible hauteur

Lorsqu’on examine la pollution atmosphérique causée par des sources de faible hauteur (c’est-à-dire par des cheminées de même hauteur que le bâtiment ou les émissions de la circulation routière), il faut tenir compte de l’influence des constructions avoisinantes. Les émissions de la circulation routière sont emprisonnées dans une certaine mesure par les couloirs de rue urbains. Des formules empiriques ont été mises au point pour décrire ce phénomène (Yamartino et Wiegand, 1986).

Les polluants émis par une cheminée de faible hauteur située sur un bâtiment seront retenus dans la circulation sur le côté du bâtiment qui est sous le vent. L’extension de cette circulation sous le vent dépend de la hauteur et de la largeur du bâtiment, ainsi que de la vitesse du vent. C’est pourquoi on ne peut généralement utiliser les méthodes simplifiées pour décrire la dispersion des polluants en pareil cas, en se fondant seulement sur la hauteur d’un bâtiment. On a pu connaître l’extension verticale et horizontale de cette circulation sous le vent grâce à des études faites en soufflerie (Hosker, 1985) et on peut l’appliquer à des modèles de diagnostic basés sur la conservation de la masse. Dès que l’on a déterminé le champ du vent, on peut s’en servir pour calculer le transport et le brassage turbulent du polluant émis. On peut utiliser pour ce faire le modèle lagrangien ou eulérien de dispersion.

Des études plus détaillées — concernant les rejets accidentels, par exemple — ne peuvent être réalisées qu’à l’aide de modèles de circulation et de dispersion non hydrostatiques, et non par un modèle diagnostique. Comme ce travail exige en général un ordinateur puissant, il est recommandé d’utiliser la méthode pour les conditions les plus défavorables décrites ci-dessus avant la modélisation statistique complète.

Les programmes internationaux de surveillance

Figure 55.1 Système mondial de surveillance continue de l’environnement

Tableau 55.2 Paramètres applicables au mesurage des concentrations de polluants dans
l'air ambiant (avec un exemple d'application)

Tableau 55.3 Méthodes manuelles de mesurage des gaz inorganiques

Une variante spéciale des prélèvements, utilisée principalement en liaison avec les méthodes manuelles, est celle du tube de séparation par diffusion (le «dénudeur»). La technique du dénudeur vise à séparer les phases gazeuses des phases particulaires en se fondant sur leurs taux différents de diffusion. Cette technique est utilisée souvent pour les problèmes difficiles de séparation, par exemple: ammoniac et composés de l’ammonium; oxydes d’azote, acide nitrique et nitrates; oxydes de soufre, acide sulfurique et sulfates; ou halogénures d’hydrogène/halogénures. Dans la méthode classique du dénudeur, l’air à analyser est aspiré à travers un tube de verre possédant un revêtement spécial, selon la ou les matières à recueillir. Cette technique a été perfectionnée en un grand nombre de variantes et a aussi été partiellement automatisée. Elle a fortement élargi les possibilités de l’échantillonnage différencié, mais elle peut être très laborieuse, selon la variante, et il faut une grande expérience pour l’utiliser convenablement.

Les procédures automatisées

Tableau 55.4 Procédures automatisées de mesurage des gaz inorganiques

Il faut souligner que toutes les procédures automatisées reposant sur des principes physico-chimiques doivent être étalonnées à l’aide des procédures de référence (manuelles). Etant donné que le matériel automatique des réseaux de mesurage fonctionne souvent pendant de longues périodes (plusieurs semaines, par exemple) sans supervision humaine directe, il est indispensable de contrôler régulièrement et automatiquement son bon fonctionnement. On le fait généralement au moyen de gaz témoins et de gaz d’essai qui peuvent être produits par plusieurs méthodes (préparation de l’air ambiant, bouteilles de gaz sous pression, imprégnation, diffusion, dilution statique et dynamique).

Les procédures de mesurage des polluants atmosphériques particulaires et de leur composition

Parmi les polluants atmosphériques particulaires, on distingue les retombées de poussières et les particules en suspension (Suspended Particulate Matter (SPM)). Les retombées de poussières sont des particules plus grandes, qui tombent au sol en raison de leur taille et de leur masse volumique. Les SPM comprennent la fraction des particules qui est dispersée dans l’atmosphère de manière quasi stable et quasi homogène et qui y reste donc en suspension pendant un certain temps.

Le mesurage des particules en suspension et des composés métalliques dans les SPM

Tout comme dans le cas des polluants atmosphériques gazeux, on peut différencier pour les SPM les procédures de mesurage continu ou discontinu. En règle générale, les SPM sont d’abord séparées sur des filtres à fibres de verre ou à membrane. On procède ensuite à un dosage gravimétrique ou radiométrique. Selon l’échantillonnage, on peut distinguer deux procédures de mesurage de la quantité totale de SPM: l’une sans fractionnement en fonction de la dimension des particules, et l’autre avec fractionnement pour mesurer les poussières fines.

Tableau 55.5 Procédures les plus importantes de mesurage pour les particules
en suspension (SPM)

On a mis au point des changeurs automatiques qui contiennent un grand nombre de filtres et les connectent automatiquement à l’échantillonneur, l’un après l’autre, à intervalle fixe. Les filtres exposés sont entreposés dans un magasin. Les seuils de détection pour les procédures à filtre sont généralement compris entre 5 et 10 µg/m³.

Enfin, il faut signaler la procédure à la fumée noire pour la mesure des SPM. Originaire de Grande-Bretagne, elle a été incorporée dans les directives de l’Union européenne pour le SO₂ et les poussières en suspension. Avec cette méthode, on mesure le noircissement du filtre avec un photomètre réflexe après l’échantillonnage. Les valeurs de fumée noire ainsi obtenues par photométrie sont converties en unités gravimétriques (µg/m³) à l’aide d’une courbe d’étalonnage. Comme cet étalonnage dépend dans une large mesure de la composition de la poussière, spécialement de sa teneur en suie, la conversion en unités gravimétriques est problématique.

Aujourd’hui, les composés métalliques sont souvent dosés d’office dans les échantillons d’immissions de poussières en suspension. En général, la collecte des poussières en suspension sur les filtres est suivie d’une dissolution chimique des poussières retenues, étant donné que les étapes finales les plus courantes de l’analyse présupposent la conversion des composés métalliques et métalloïdes dans une solution aqueuse. En pratique, les méthodes de loin les plus importantes sont la spectroscopie à absorption atomique (AAS) et la spectroscopie d’émission optique à plasma inductif (ICP-OES). Les autres procédures de dosage des composés métalliques dans les poussières en suspension sont l’analyse par fluorescence X, la polarographie et l’analyse par activation des neutrons. Bien que l’on mesure depuis maintenant plus de 10 ans les composés métalliques en tant que composants des SPM dans l’air à l’extérieur sur certains sites de mesurage, d’importantes questions n’ont pas encore trouvé de réponse. L’échantillonnage classique effectué par séparation des poussières en suspension sur les filtres suppose que la séparation des composés de métaux lourds sur le filtre soit complète. Or, on trouve des indications plus anciennes qui en font douter. En tout état de cause, les résultats sont très hétérogènes.

Un autre problème tient au fait que l’on ne peut distinguer les différentes formes de composés métalliques, ou les composés simples des divers éléments, dans l’analyse réalisée à l’aide des procédures classiques de mesurage. Si, dans de nombreux cas, on peut faire des dosages totaux adéquats, il serait souhaitable de procéder à une différenciation plus poussée pour certains métaux particulièrement cancérogènes (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). Il y a souvent de grandes différences dans les effets cancérogènes des éléments et de leurs composés (par exemple, composés du chrome dans les niveaux d’oxydation III et VI — seuls ceux du niveau VI sont cancérogènes). En pareil cas, il serait souhaitable de mesurer séparément les divers composés (analyse par substance). En dépit de l’importance de ce problème, on commence seulement à faire l’analyse par substance dans la technique de mesurage.

Le mesurage des particules en suspension et des composés métalliques dans les SPM

Il existe deux méthodes fondamentalement différentes pour recueillir les retombées de poussières:

• prélèvement dans des récipients de collecte;
• prélèvement sur des surfaces adhésives.

Une méthode répandue de mesurage des retombées de poussières (dépôt de poussières) est la procédure Bergerhoff. Elle consiste à recueillir la totalité des précipitations atmosphériques (dépôts secs et humides) pendant 30 ± 2 jours dans des récipients à environ 1,5 à 2 m au-dessus du sol (dépôt brut). Les récipients de collecte sont ensuite transportés au laboratoire et préparés (filtrage, évaporation de l’eau, séchage, pesée). Le résultat est calculé sur la base de la surface du récipient de collecte et de la durée d’exposition en grammes par m² et par jour (g/m²j). Le seuil relatif de détection est de 0,035 g/m²j.

Parmi les autres procédures de collecte des retombées, on peut citer le système Liesegang-Löbner et les méthodes qui recueillent la poussière déposée sur des feuilles adhésives.

Tous les résultats des mesurages des retombées de poussière sont des valeurs relatives qui dépendent de l’appareil utilisé, étant donné que la séparation est fonction des conditions d’écoulement au voisinage du dispositif mais aussi d’autres paramètres. Les écarts entre les valeurs obtenues avec les différentes procédures peuvent atteindre 50%.

La composition de la poussière déposée a également son importance, notamment les teneurs en plomb, en cadmium et en autres composés métalliques. Les procédures d’analyse utilisées sont fondamentalement les mêmes que pour la poussière en suspension.

Le mesurage des matières spéciales sous forme de poussières

Les matières spéciales sous forme de poussières sont notamment l’amiante et la suie. Il est important de recueillir les fibres en tant que polluants atmosphériques, car l’amiante est classé comme cancérogène avéré. Les fibres d’un diamètre D ≤ 3 µm et d’une longueur L ≥ 5 µm, avec L:D ≥ 3, sont considérées comme cancérogènes. Les procédures de mesurage des matières fibreuses consistent à compter, sous le microscope, les fibres qui ont été retenues sur des filtres. Seules les méthodes faisant appel à des microscopes électroniques peuvent être envisagées dans le cas de l’air extérieur. Les fibres sont séparées sur des filtres poreux revêtus d’or. Avant d’être évalué dans un microscope électronique à balayage, l’échantillon est libéré des substances organiques par incinération par torche à plasma directement sur le filtre. Les fibres sont comptées sur une partie de la surface du filtre choisie au hasard et sont classées d’après leur géométrie et leur type. A l’aide d’une analyse par rayons X à dispersion d’énergie (EDXA), les fibres d’amiante, celles de sulfate de calcium et d’autres fibres inorganiques peuvent être différenciées sur la base de leur composition en éléments. Toute cette procédure est extrêmement coûteuse et exige le plus grand soin pour donner des résultats fiables.

La suie sous forme de particules émises par les moteurs diesel doit être prise en considération, étant donné qu’elle a également été classée parmi les matières cancérogènes. En raison de sa composition changeante et complexe et du fait que plusieurs de ses composants sont également émis par d’autres sources, il n’existe pas de procédure de mesurage propre à la suie du diesel. Néanmoins, si l’on veut une indication concrète sur les concentrations dans l’air ambiant, la suie est définie classiquement comme un carbone élémentaire, faisant partie du carbone total. Elle est mesurée après prélèvement et une étape d’extraction et de désorption thermique. On détermine ensuite la teneur en carbone par combustion dans un flux d’oxygène et par titrage coulométrique ou détection IR non dispersive du dioxyde de carbone formé lors de ce processus.

En principe, pour la suie, on utilise aussi l’æthalomètre et la sonde photoélectrique de mesurage des concentrations en aérosols.

Le mesurage des dépôts humides

Avec les dépôts secs, les dépôts humides dans la pluie, la neige, le brouillard et la rosée constituent les modes les plus importants de pénétration des matières nocives en provenance de l’air dans le sol, l’eau ou les végétaux.

Pour distinguer clairement les dépôts humides dans la pluie et la neige (brouillard et rosée soulèvent des problèmes spéciaux) du dépôt total (dépôt brut, voir ci-dessus «Le mesurage des particules en suspension et des composés métalliques dans les SPM») et des dépôts secs, on se sert pour les prélèvements de collecteurs de précipitations dont l’ouverture est couverte lorsqu’il ne pleut pas (échantillonneur réservé aux matières humides). Dans ces appareils, qui fonctionnent généralement selon le principe des variations de conductivité, le couvercle s’ouvre lorsqu’il commence à pleuvoir et se referme lorsque la pluie cesse.

Les échantillons sont transférés par un entonnoir (surface à l’air libre d’environ 500 cm² ou davantage) dans un récipient obscurci et, si possible, isolé (en verre ou en polyéthylène pour les composants inorganiques exclusivement).

En général, on peut analyser l’eau recueillie pour en connaître les composants inorganiques sans préparer l’échantillon. L’eau doit être centrifugée ou filtrée si elle est visiblement trouble. La conductivité, le pH et les anions (NO₃^–, SO₄^2–, Cl^–) et cations (Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₄⁺, etc.) importants sont mesurés de façon systématique. Les composés instables à l’état de traces et les états intermédiaires comme H₂O₂ ou HSO₃^– sont également mesurés à des fins de recherche.

Pour l’analyse, les procédures suivies sont celles dont on dispose en général pour les solutions aqueuses, comme la conductométrie pour la conductivité, les électrodes pour les valeurs du pH, la spectroscopie par adsorption atomique pour les cations (voir ci-dessus «Le mesurage des matières spéciales sous forme de poussières») et, de plus en plus, la chromatographie à échange d’ions avec la détection par conductivité pour les anions.

Les composés organiques sont extraits de l’eau de pluie à l’aide, par exemple, du dichlorométhane, ou en sont aspirés avec de l’argon et adsorbés avec des tubes Tenax (seulement pour les matières très volatiles). Les matières sont ensuite soumises à une analyse chromatographique en phase gazeuse (voir ci-après «Les procédures de mesurage des polluants atmosphériques organiques»).

Les dépôts secs sont directement fonction des concentrations dans l’air ambiant. Les différences de concentration des matières nocives transportées par l’air dans la pluie sont cependant relativement faibles, de sorte que, pour mesurer les dépôts secs, on peut se servir de réseaux à maillage large. A titre d’exemple, on peut citer le réseau de mesurage EMEP en Europe, formé d’environ 90 stations qui recueillent les données concernant les ions de sulfate et de nitrate, certains cations et le pH des précipitations. Il existe aussi de vastes réseaux de mesurage en Amérique du Nord.

Les procédures de mesurage optique à longue distance

Alors que les méthodes décrites jusqu’à présent ne prélèvent la pollution de l’air qu’à un seul point, les procédures de mesurage optique à longue distance le font de manière intégrée sur des trajectoires de lumière de plusieurs kilomètres ou en déterminent la distribution spatiale. Elles utilisent les caractéristiques d’absorption des gaz dans l’atmosphère dans la gamme spectrale UV, visible ou IR et reposent sur la loi de Lambert-Beer, selon laquelle le produit de la trajectoire de la lumière et de la concentration est proportionnel à l’extinction mesurée. En changeant la longueur d’onde de l’émetteur et du récepteur de l’installation de mesurage, plusieurs composants peuvent être mesurés parallèlement ou successivement avec un seul dispositif.

Tableau 55.6 Procédures de mesurage à longue distance

LIDAR (Light Detection and Ranging) = Détection et spectre de la lumière; DIAL (Differential Absorption LIDAR) = Absorption différentielle LIDAR.

Les procédures de mesurage des polluants atmosphériques organiques

Le mesurage de la pollution atmosphérique contenant des composants organiques est compliqué principalement par l’éventail des matières entrant dans cette catégorie. On trouve plusieurs centaines de composants aux caractéristiques toxicologiques, chimiques et physiques très différentes sous le titre général de «polluants atmosphériques organiques» dans les registres des émissions et les plans de qualité de l’air des zones surpeuplées.

En raison principalement des grandes différences d’impact potentiel, la collecte des divers composants pertinents a de plus en plus remplacé les procédures par sommation que l’on utilisait précédemment (par exemple, détecteur à ionisation de flamme (DIF), procédure du carbone total), dont les résultats ne peuvent pas être évalués sur le plan toxicologique. La méthode DIF a cependant conservé une certaine importance en liaison avec une courte colonne séparatrice pour isoler le méthane, qui n’est pas très réactif photochimiquement, et comme moyen de recueillir les composés organiques volatils précurseurs (COV) pour la formation de photo-oxydants.

La nécessité fréquente de séparer les mélanges complexes des composés organiques en leurs différents composants fait de leur mesurage un travail qui relève pratiquement de la chromatographie appliquée. Les procédures chromatographiques sont les méthodes de choix lorsque les composés organiques sont suffisamment stables, thermiquement et chimiquement. Pour les matières organiques comportant des groupes fonctionnels réactifs, on continue d’utiliser des procédures distinctes qui font appel aux caractéristiques physiques de ces groupes fonctionnels ou à des réactions chimiques qui les détectent.

A titre d’exemple, on citera l’utilisation d’amines pour convertir les aldéhydes en hydrazones, suivie de la mesure photométrique, la dérivation avec la 2,4-dinitrophénylhydrazine et la séparation de la 2,4-hydrazone qui s’est formée, ou la formation de colorants azoïques avec la π-nitroaniline pour déceler les phénols et crésols.

Parmi les procédures chromatographiques, la chromatographie en phase gazeuse (CPG) et la chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP)) sont les plus fréquemment employées pour séparer les mélanges souvent complexes. Pour la chromatographie en phase gazeuse, on emploie presque exclusivement de nos jours des colonnes séparatrices d’un diamètre très étroit (environ 0,2 à 0,3 mm et d’une longueur de 30 à 100 m environ), appelées colonnes capillaires à haut pouvoir de résolution (CCHR). Il existe une série de détecteurs pour trouver les différents composants après la colonne de séparation, comme le DIF cité plus haut, le DCE (détecteur à capture d’électrons) (en particulier pour les substituts électrophiles comme l’halogène), le PID (détecteur à ionisation photoélectrique) particulièrement sensible aux hydrocarbures aromatiques et autres systèmes par π-électrons et le DTI, détecteur thermoïonique spécialement conçu pour les composés azotés et phosphorés. La CLHP utilise des détecteurs spéciaux à flux continu qui sont conçus, par exemple, pour la cuvette à flux continu d’un spectromètre UV.

Il est particulièrement efficace, mais aussi fort coûteux, d’employer un spectromètre de masse comme détecteur. En fait, certaines identifications, surtout pour les mélanges inconnus de composés, ne sont souvent possibles que par le spectre de masse du composé organique. L’information qualitative du temps de rétention (temps pendant lequel la matière reste dans la colonne contenue dans le chromatogramme avec les détecteurs classiques) est complétée à l’aide de la détection spécifique de chaque composant par les fragmentogrammes de masse à haute sensibilité de détection.

La procédure d’échantillonnage doit être établie avant l’analyse proprement dite. Le choix de la méthode de prélèvement est déterminé principalement par la volatilité, mais aussi par la gamme de concentrations attendue, la polarité et la stabilité chimique. En outre, pour les composés non volatils, il faut choisir entre les mesures de concentration et les mesures de dépôt.

Tableau 55.7 Aperçu des procédures courantes de mesurage de la qualité de l'air par
chromatographie des composés organiques (avec des exemples d'applications)

CPG = chromatographie en phase gazeuse; GCMS = CPG/spectroscopie de masse; DIF = détecteur à ionisation de flamme; CCHR/DCE = CPG/DCE à haut pouvoir de résolution; DCEH = détecteur à capture d'élctrons; CLHP = chromatographie en phase liquide à haute performance; DIP = détecteur à ionisation photoélectrique; SM = spectroscopie de masse.

Le mesurage des dépôts de composés organiques de faible volatilité (par exemple, dibenzodioxines et dibenzofurannes (PCDD/ PCDF), hydrocarbures polycycliques aromatiques (HPA)) gagne en importance du point de vue de l’impact sur l’environnement. Etant donné que les aliments sont la principale source d’absorption par l’être humain, les matières en suspension dans l’air transférées dans les végétaux alimentaires revêtent une grande importance. On sait toutefois que le transfert des matières sous forme de dépôts particulaires est moins important que les dépôts secs de composés quasi gazeux.

Pour mesurer les dépôts totaux, on utilise les dispositifs normalisés pour la précipitation des poussières (procédure Bergerhoff, par exemple), qui ont été légèrement modifiés et obscurcis pour les protéger contre la pénétration d’une lumière intense. D’importants problèmes techniques, comme la remise en suspension de particules déjà séparées, l’évaporation ou même la décomposition photolytique, font maintenant l’objet de recherches systématiques afin d’améliorer les procédures d’échantillonnage des composés organiques, lesquelles ne sont pas encore optimales.

Les investigations olfactométriques

Les investigations olfactométriques sur les immissions sont utilisées dans la surveillance pour quantifier les plaintes concernant des odeurs et pour établir la pollution de niveau initial dans les procédures d’autorisation. Elles servent principalement à déterminer si les odeurs existantes ou prévues doivent être considérées comme significatives.

En principe, on peut différencier trois approches méthodologiques:

• mesurage de la concentration de l’émission (nombre d’unités d’odeur) à l’aide d’un olfactomètre et modélisation subséquente de la dispersion;
• mesurage des différents composants (par exemple, NH₃) ou des mélanges de composés (par exemple, chromatographie en phase gazeuse des gaz provenant des décharges), s’ils sont suffisamment caractéristiques de l’odeur;
• détermination des odeurs au moyen d’inspections.

La première possibilité combine le mesurage des émissions avec la modélisation et, à vrai dire, n’entre pas dans le cadre de la surveillance de la qualité de l’air. Dans la troisième méthode, c’est le nez de l’humain qui sert de détecteur avec une précision sensiblement réduite par rapport aux méthodes physico-chimiques.

Des précisions relatives aux inspections, aux plans de mesurage et à l’évaluation des résultats sont données, par exemple, dans la réglementation sur la protection de l’environnement de certains Länder d’Allemagne.

Les procédures concernant les mesurages de présélection

On utilise parfois des procédures simplifiées de mesurage pour les études préparatoires (de présélection). Il s’agit notamment d’échantillonneurs passifs, de tubes d’essai et de procédures biologiques. Avec les échantillonneurs passifs (diffusifs), la matière objet de l’essai est recueillie selon des procédés à écoulement libre comme la diffusion, l’imprégnation ou l’adsorption dans des collecteurs de forme simple (tubes, plaques) et enrichie dans des filtres imprégnés, tamis ou autres milieux d’adsorption. L’échantillonnage actif (aspiration de l’échantillon d’air à travers une pompe) n’a donc pas lieu. La quantité de matière enrichie, dosée analytiquement en fonction d’un temps d’exposition défini, est convertie en unités de concentration sur la base des lois physiques (diffusion, par exemple) en prenant en compte la durée de la collecte et des paramètres géométriques du collecteur. Cette méthode était utilisée à l’origine dans le domaine de la santé au travail (échantillonnages individuels) et du mesurage de l’air à l’intérieur des locaux, mais elle l’est de plus en plus pour contrôler les concentrations de polluants dans l’air ambiant. On en trouve un aperçu dans Brown, 1993.

On se sert souvent de tubes indicateurs pour l’échantillonnage et les analyses préparatoires rapides des gaz. On aspire un certain volume d’air à travers un tube de verre rempli d’un réactif d’adsorption qui correspond à l’objectif de l’essai. Le contenu du tube change de couleur selon la concentration de la matière à doser qui est présente dans l’air étudié. On utilise souvent de petits tubes d’essai pour la surveillance sur le lieu du travail ou comme procédure rapide en cas d’accidents, comme les incendies. Ils ne sont pas employés pour les mesurages courants des concentrations de polluants dans l’air ambiant du fait que leurs seuils de détection sont généralement trop élevés et leur sélectivité trop limitée. Il existe des tubes indicateurs pour un grand nombre de matières dans diverses gammes de concentration.

Parmi les procédures biologiques, deux méthodes se sont imposées pour la surveillance courante. Avec la procédure normalisée d’exposition des lichens, on détermine le taux de mortalité du lichen sur une durée d’exposition de 300 jours. Selon une autre procédure, l’herbe de prairie française est exposée pendant 14 ± 1 jours. On détermine ensuite le volume de la croissance. Ces deux procédures servent à évaluer sommairement les effets des concentrations de polluants atmosphériques.

Les réseaux de surveillance de la qualité de l’air

On utilise de par le monde les types les plus variés de réseaux de surveillance de la qualité de l’air. Il faut établir une distinction entre les réseaux de mesurage composés de stations automatiques commandées par ordinateur (récipients de mesure) et les réseaux virtuels, qui ne font que définir les emplacements pour divers types de mesurage des concentrations des polluants atmosphériques sous la forme d’une grille préalablement définie. Les types de réseaux et leur rôle ont été décrits plus haut.

Les réseaux de surveillance continue

Les réseaux de mesurage fonctionnant en continu sont constitués de stations automatiques et servent principalement à surveiller la qualité de l’air dans les zones urbaines. On y mesure les polluants atmosphériques comme le dioxyde de soufre (SO₂), les poussières, le monoxyde d’azote (NO), le dioxyde d’azote (NO₂), le monoxyde de carbone (CO), l’ozone (O₃) et, dans une certaine mesure, la somme des hydrocarbures (méthane libre, C_nH_m) ou divers composants organiques (benzène, toluène, xylènes, par exemple). En outre, selon les besoins, on inclut les paramètres météorologiques comme la direction du vent, sa vitesse, la température de l’air, l’humidité relative, les précipitations, le rayonnement global ou le bilan radiatif.

Les appareils de mesurage utilisés dans les stations consistent généralement en un analyseur, une unité d’étalonnage et un dispositif électronique de commande et de direction qui surveille l’ensemble de l’équipement et contient une interface normalisée pour la collecte des données. Outre les valeurs mesurées, l’appareil fournit des «signaux de situation» sur les erreurs et l’état de fonctionnement. L’étalonnage des dispositifs fait l’objet d’une vérification automatique par ordinateur à intervalles réguliers.

En règle générale, les stations de mesurage sont reliées au moyen de lignes fixes de transmission des données, de liaisons téléphoniques ou d’autres systèmes de transfert de données à un ordinateur (ordinateur de traitement, poste de travail ou PC, selon la portée du système), qui reçoit, traite et affiche les résultats. Les ordinateurs du réseau et, si nécessaire, un personnel spécialement formé effectuent une surveillance continue pour s’assurer que les valeurs seuils ne sont pas dépassées. On peut ainsi déceler à tout moment les situations critiques. C’est très important, surtout pour surveiller les cas de smog massif en hiver et en été (photo-oxydants) et pour donner au public des informations à jour.

Les réseaux pour le mesurage des échantillons aléatoires

Outre le réseau de mesurage télémétrique, d’autres systèmes sont utilisés à des degrés divers pour surveiller la qualité de l’air. A titre d’exemple, on citera les réseaux (partiellement automatisés à l’occasion) qui déterminent:

• les dépôts de poussières et leurs composants;
• la poussière en suspension (SPM) et ses composants;
• les hydrocarbures et les hydrocarbures chlorés;
• les matières organiques faiblement volatiles (dioxines, furannes, biphényles polychlorés).

On a classé comme cancérogènes une série de substances mesurées de cette manière, notamment les composés du cadmium, les HPA et le benzène. Il est donc particulièrement important de les surveiller.

Tableau 55.8 Surveillance systématique de la qualité de l'air en
Rhénanie-du-Nord-Westphalie (Allemagne)

Tableau 55.9 Etapes du choix des mesures antipollution

* Lorsqu’on fixe les niveaux d’exposition dans l’étape 3, il ne faut pas oublier qu’il s’agit d’expositions totales et non seulement de celles qui proviennent de l’usine. Une fois le niveau admissible établi, il faut soustraire les niveaux de fond et les apports d’autres usines pour déterminer le volume maximal que l’usine peut émettre sans dépasser le niveau d’exposition admissible. Si on ne le fait pas et que trois usines par exemple soient autorisées à émettre le volume maximal, les groupes cibles seront exposés à un niveau triple du niveau admissible.

** Certaines matières comme les cancérogènes n’ont pas de niveau au-dessous duquel elles n’auront pas d’effets nocifs. Par conséquent, aussi longtemps que certaines de ces matières seront relâchées dans l’environnement, il y aura un certain risque pour les populations cibles. En pareil cas, il n’est pas possible de fixer un niveau sans effets (autre que zéro). Il faut au contraire fixer un niveau admissible de risque. D’ordinaire, il se situe dans la fourchette de 1 résultat nocif pour 100 000 à 1 000 000 de personnes exposées.

Certaines autorités se sont acquittées d’une partie de ce travail en fixant des normes fondées sur la concentration maximale d’un contaminant que peut recevoir une cible vulnérable. Avec ce type de normes, le gestionnaire ne doit pas s’occuper des étapes 2 et 3 puisque l’organisme de réglementation l’a déjà fait. Dans ce système, il doit seulement fixer la norme pour les émissions non réglementées de chaque polluant (étape 1) et décider des mesures nécessaires pour respecter cette norme (étape 4).

Tableau 55.10 Eventail des normes de qualité de l'air pour un contaminant
communément réglementé (dioxyde de soufre)

Tableau 55.11 Eventail des normes américaines de qualité de l'air pour un contaminant
moins couramment réglementé (benzène)

Les niveaux ont été normalisés sur une durée moyenne de 24 heures pour faciliter les comparaisons. (D’après Calabrese et Kenyon, 1991.)

Tableau 55.12 Exemples choisis de la meilleure technique de maîtrise disponible (MTMD)
indiquant la méthode utilisée et son rendement estimatif

La MTMD ne garantit pas en soi des niveaux de réduction appropriés. Bien que ce soit le meilleur système de maîtrise fondé sur des mesures d’épuration des gaz et de bonnes pratiques opératoires, la MTMD peut ne pas suffire si la source est une grande usine ou si elle est située à proximité d’une cible sensible. La meilleure technique de maîtrise disponible doit être mise à l’épreuve pour s’assurer qu’elle est vraiment suffisante. Il faut vérifier les normes d’émission ainsi obtenues pour voir si elles ne resteraient pas nocives malgré tout, même avec les meilleures mesures d’épuration des gaz. Si elles le sont encore, il faudra peut-être envisager d’autres solutions de base, comme le choix de procédés ou de matières plus sûrs, ou la réimplantation de l’usine dans une zone moins sensible.

Une autre «solution universelle», qui évite certaines des étapes, est celle des normes d’efficacité à la source. De nombreuses autorités fixent des normes d’émission à ne pas dépasser. Celles-ci reposent sur les émissions à la source. D’ordinaire, cela donne de bons résultats, mais, tout comme la MTMD, ces normes peuvent ne pas être fiables. Les niveaux devraient être suffisamment bas pour contenir les émissions maximales à un niveau assez faible pour protéger les groupes cibles vulnérables contre les émissions typiques. Toutefois, tout comme dans le cas de la MTMD, cela ne suffira pas toujours à protéger tout le monde lorsque les sources d’émission sont importantes ou situées près de populations vulnérables. En pareil cas, il faut d’autres procédures pour garantir la sécurité de tous les groupes cibles.

La MTMD et les normes d’émission ont un défaut fondamental. Elles supposent que si certains critères sont satisfaits à l’usine, les groupes cibles seront automatiquement protégés. Ce n’est pas nécessairement vrai, mais lorsqu’un système de ce genre a acquis force de loi, ses effets sur la cible deviennent secondaires par rapport au respect de la législation.

La MTMD tout comme les normes d’émission à la source ou les critères de conception devraient être utilisés en tant que critères minimaux pour les mesures antipollution. Si la MTMD ou les critères d’émission protègent les cibles vulnérables, ils peuvent être appliqués tels quels; sinon il faut recourir à d’autres mesures organisationnelles.

Les mesures antipollution

Ces mesures peuvent se diviser en deux types fondamentaux — technique et organisationnel. Les mesures techniques sont définies ici comme les équipements installés sur une source d’émission pour abaisser les concentrations de contaminants dans le flux gazeux à un niveau qui soit acceptable pour la collectivité et qui protège le groupe le plus sensible. Les mesures organisationnelles sont définies comme les autres dispositifs antipollution.

Les mesures techniques

Tableau 55.13 Méthodes d'épuration des gaz par élimination des vapeurs, particules et
gaz nocifs des émissions industrielles

L’épurateur de gaz fait partie d’un ensemble complexe formé de hottes, de conduits, de ventilateurs, de laveurs et de cheminées. La conception, le fonctionnement et l’entretien de chacun de ces éléments influent sur la performance de tous les autres et du système dans son ensemble.

Tableau 55.14 Exemples de taux d'émission non contrôlés pour quelques procédés industriels

Dans certains cas, les déchets contiennent des produits utiles susceptibles d’être recyclés, comme les métaux lourds provenant d’une fonderie ou les solvants d’une fabrique de peinture. Les déchets peuvent servir de matière première dans un autre procédé industriel, tel le dioxyde de soufre extrait de l’acide sulfurique qui sert à la fabrication d’engrais.

Lorsque les déchets ne peuvent être ni recyclés, ni réutilisés, l’élimination n’est pas toujours simple. Non seulement leur volume peut poser problème, mais ils sont parfois dangereux en eux-mêmes. Ainsi, quand l’acide sulfurique récupéré d’une chaudière ou d’une fonderie ne peut être réutilisé, il faudra lui faire subir de nouveaux traitements pour le neutraliser avant de l’éliminer.

La dispersion

La dispersion peut réduire la concentration d’un polluant à la cible. Il ne faut pas oublier pourtant que la dispersion ne réduit pas la quantité totale de matières émise par une usine. Une cheminée élevée permet seulement au panache de se disperser et d’être dilué avant d’atteindre le niveau du sol, où il existe sans doute des cibles vulnérables. Si le polluant est essentiellement une nuisance, comme une odeur, la dispersion peut ne pas être acceptable. Si la matière est rémanente ou cumulative, comme les métaux lourds, la dilution ne sera peut-être pas la réponse au problème de pollution atmosphérique.

La dispersion devrait être utilisée avec prudence. Il faut tenir compte des conditions météorologiques locales et des conditions à la surface du sol. Dans les climats plus froids, par exemple, particulièrement avec couverture de neige, il peut y avoir fréquemment des inversions de température qui peuvent emprisonner les polluants à proximité du sol, donnant lieu à des expositions anormalement élevées. De même, si l’usine est implantée dans une vallée, les panaches peuvent monter et descendre le long de celle-ci, ou rester bloqués par les collines avoisinantes, si bien qu’ils ne s’étalent pas et ne se dispersent pas comme prévu.

Les mesures organisationnelles de prévention

Outre les systèmes techniques, il est un autre groupe de mesures à prendre en considération dans la conception d’ensemble d’un système de lutte contre la pollution atmosphérique. Pour l’essentiel, elles font partie des instruments fondamentaux de l’hygiène industrielle.

La substitution

L’une des méthodes d’hygiène les plus employées pour réduire les dangers environnementaux sur le lieu de travail consiste à remplacer une matière ou une méthode dangereuse par une autre qui l’est moins. S’il est possible de le faire et si l’on évite des émissions nocives, on n’a plus à se poser de questions sur le type ou l’efficacité des mesures de lutte. Il est préférable en effet d’éviter le problème plutôt que de chercher à corriger une première décision qui était mauvaise. A titre d’exemple, on citera l’emploi de combustibles plus propres, la pose de bâches sur les matières stockées en vrac et la réduction des températures dans les séchoirs.

Cette règle s’applique aux achats peu importants aussi bien qu’aux principaux critères de conception de l’usine. Si l’on utilise uniquement des matières ou des méthodes qui ne nuisent pas à l’environnement, il n’y aura aucun risque, ni à l’intérieur, ni à l’extérieur. En revanche, quand on a fait le mauvais choix, le reste du programme consistera à essayer de remédier à cette décision première. Si l’on utilise un produit ou un procédé bon marché, mais dangereux, on devra peut-être recourir à des procédures et matériels spéciaux de manipulation, ainsi qu’à des méthodes spéciales d’élimination. L’article bon marché peut alors se révéler coûteux à utiliser et à éliminer, alors qu’une matière ou une méthode plus sûre, mais plus chère, aurait peut-être été plus économique à long terme.

La ventilation localisée

Des mesures doivent être prises pour tous les problèmes recensés qui n’ont pu être évités par la substitution de matières ou de méthodes plus sûres. Les émissions prennent naissance à chaque poste de travail et non à la cheminée. Un système de ventilation bien conçu qui capte et maîtrise les émissions à la source aidera à protéger la collectivité. Les hottes et conduits du système de ventilation font partie du dispositif total de lutte contre la pollution atmosphérique.

Figure 55.5 Diagramme d’un échantillonneur isocinétique pour le dioxyde de soufre

Cette méthode d’échantillonnage, spécialement sous la forme isocinétique, peut être très précise et adaptable, et elle a plusieurs usages:

• c’est une méthode d’échantillonnage reconnue qui offre des contrôles de qualité appropriés et peut donc servir à déterminer le respect des normes;
• par la précision qu’elle peut atteindre, elle convient aux essais de performance des nouveaux équipements antipollution;
• comme les échantillons peuvent être prélevés et analysés dans des conditions de laboratoire strictement contrôlées pour un grand nombre de composants, elle se prête à la caractérisation du flux gazeux.

Un système d’échantillonnage simplifié et automatisé peut être relié à un analyseur en continu des gaz (capteurs électrochimiques, photométriques dans l’ultraviolet ou à ionisation de flamme) ou à un analyseur de particules (néphélomètre) pour surveiller continuellement les émissions. On peut ainsi obtenir une documentation des émissions et connaître instantanément l’état de fonctionnement du dispositif antipollution.

L’échantillonnage in situ

Figure 55.6 Transmissomètre simple pour mesurer les particules dans une cheminée

A l’aide de sources de lumière différentes et de détecteurs comme les rayons ultraviolets (UV), on peut déceler les gaz transparents à la lumière visible. Ces dispositifs peuvent être adaptés à des gaz déterminés et peuvent alors mesurer les concentrations de gaz dans un flux de déchets.

Le système de surveillance in situ a l’avantage, par rapport au procédé par prélèvement, de pouvoir mesurer les concentrations dans l’ensemble de la cheminée ou du conduit, alors que l’autre méthode ne les mesure qu’au point où l’échantillon a été prélevé. Elle peut donc introduire une erreur importante si le flux gazeux n’est pas homogène. En revanche, le prélèvement dans la cheminée permet d’utiliser un plus grand nombre de méthodes d’analyse et peut donc être employé dans des applications plus nombreuses elles aussi.

Etant donné que la méthode in situ donne une lecture en continu, elle peut servir à documenter les émissions ou à procéder au réglage fin du système d’exploitation.

Figure 55.7 Le cycle hydrologique

En tant que référence de qualité, l’eau distillée (H₂O) représente l’état de pureté le plus élevé. Les eaux du cycle hydrologique peuvent être considérées comme naturelles, mais elles ne sont pas pures. Elles sont polluées par les activités de la nature et celles des humains. La dégradation naturelle peut être le résultat d’une myriade de sources — faune, flore, éruptions volcaniques, éclairs causant des incendies, etc. — et, du point de vue scientifique, cet état est considéré comme le niveau de base.

La pollution anthropique perturbe l’équilibre naturel par l’addition des déchets issus de diverses sources. Les polluants sont introduits dans les eaux du cycle hydrologique en n’importe quel point. Ainsi, les précipitations atmosphériques (pluies) peuvent être contaminées par les polluants de l’air; les eaux superficielles sont polluées du fait du ruissellement en provenance des bassins hydrographiques; les eaux usées sont parfois rejetées dans les fleuves et les cours d’eau; enfin, les eaux souterraines peuvent être polluées par infiltration et contamination du sous-sol.

Figure 55.8 Distributions des précipitations

Les sources de pollution des eaux dans le bassin versant

Figure 55.9 Cycle hydrologique régional

Les précipitations sont considérées comme la forme de départ du bilan hydrologique. Le terme de ruissellement est synonyme d’écoulement. L’accumulation se réfère aux réservoirs ou systèmes de rétention qui recueillent l’eau, comme les barrages construits sur les cours d’eau. Les eaux souterraines se réunissent en un réseau d’accumulation et peuvent s’écouler d’un endroit à un autre; il peut s’agir de flux entrants ou de flux sortants par rapport aux cours d’eau de la surface. L’évaporation est un phénomène de surface et la transpiration est associée à la transmission en provenance des biotes.

Bien que l’étendue des bassins hydrographiques soit très variable, certains systèmes de drainage sont classés, sur le plan de la pollution des eaux, comme urbains ou non urbains (agricoles, ruraux, non aménagés). La pollution à l’intérieur de ces systèmes de drainage provient des sources ci-après:

Sources ponctuelles: déchets rejetés dans une masse d’eau réceptrice à un emplacement déterminé, en un point comme un tuyau d’égout ou un type quelconque d’exutoire d’un réseau concentré.

Sources non ponctuelles (dispersées): pollution pénétrant dans une masse d’eau réceptrice à partir de sources dispersées dans le bassin hydrographique; un exemple typique est celui du drainage dans un cours d’eau des eaux de ruissellement provenant des pluies non recueillies. On les appelle parfois aussi eaux «diffuses», mais l’expression «dispersées» est considérée comme plus descriptive.

Sources intermittentes: pollution provenant d’un point ou d’une source qui rejette des effluents dans certaines circonstances, comme en cas de surcharge; un exemple caractéristique est celui du déversoir des égouts lors de pluies abondantes.

Les polluants de l’eau dans les fleuves et les rivières

Lorsque des matières nocives provenant des sources précitées sont rejetées dans les cours d’eau ou autres masses d’eau, elles entrent dans la catégorie des polluants classés et décrits précédemment. Les polluants ou contaminants qui pénètrent dans une masse d’eau peuvent en outre être subdivisés comme suit:

• polluants dégradables (non persistants): impuretés qui finissent par se décomposer en substances inoffensives ou qui peuvent être extraites par des méthodes de traitement, à savoir certaines matières organiques et substances chimiques, eaux usées domestiques, effets de la chaleur, nutriments végétaux, la plupart des bactéries et virus, certains sédiments;
• polluants non dégradables (persistants): impuretés qui persistent dans l’eau et dont la concentration ne diminue pas, sauf si elles sont diluées ou bien extraites par traitement, c’est-à-dire certaines substances chimiques organiques et inorganiques, les sels, les matières colloïdales en suspension;
• polluants dangereux entraînés par l’eau: formes complexes de matières nocives, y compris les métaux en traces toxiques, certains composés inorganiques et organiques;
• polluants radionucléides: matières qui ont été exposées à une source radioactive.

Les réglementations de lutte contre la pollution de l’eau

Les réglementations de lutte contre la pollution de l’eau qui sont d’application générale sont d’ordinaire édictées par les organismes du gouvernement national, tandis que les règles plus détaillées le sont par l’Etat, la province, la ville, les services des eaux, les services de la conservation, les commissions d’assainissement et d’autres organes. Au niveau de la nation et de l’Etat (ou de la province), cette tâche est habituellement du ressort de l’organisme de protection de l’environnement et du ministère de la Santé (Environmental Protection Agencies (EPA)). Dans l’examen des règlements ci-après, la présentation et certains passages s’inspirent des normes de qualité de l’eau actuellement en vigueur dans l’Etat de l’Ohio aux Etats-Unis.

Les désignations d’utilisation en fonction de la qualité de l’eau

Le but ultime de la lutte contre la pollution de l’eau est de réduire à zéro le rejet de polluants, mais il n’est généralement pas possible d’atteindre complètement cet objectif en raison de son coût. La méthode adoptée de préférence consiste à imposer des limitations aux rejets de déchets de manière à protéger raisonnablement la santé humaine et l’environnement. Bien que ces normes puissent varier fortement selon les juridictions, on prend généralement comme base la désignation de l’utilisation de masses d’eau déterminées, comme on le verra brièvement ci-dessous.

L’approvisionnement en eau comprend:

• le système public de distribution d’eau de consommation: eau qui peut être consommée par l’humain une fois traitée par les moyens classiques;
• la distribution pour l’agriculture: eau convenant à l’irrigation et au bétail, sans traitement;
• l’approvisionnement de l’industrie et du commerce: eau convenant aux usages industriels et commerciaux, avec ou sans traitement.

Les eaux utilisées pour les activités récréatives comprennent:

• les eaux de baignade: celles qui se prêtent à la natation pendant certaines saisons et dont la qualité est approuvée en même temps que les conditions et installations de protection;
• les eaux de contact primaire: celles qui se prêtent pendant certaines saisons à des activités récréatives entraînant le contact complet du corps comme la natation, le canoë et la plongée sous-marine et dont la qualité présente un risque minimal pour la santé publique;
• les eaux de contact secondaire: celles qui se prêtent pendant certaines saisons à des activités récréatives entraînant le contact partiel du corps (marcher dans l’eau par exemple) et qui présentent un risque minimal pour la santé publique du fait de la qualité de l’eau.

Les ressources publiques en eau sont définies comme les masses d’eau qui se trouvent dans les parcs, les zones humides, les zones protégées de la faune et de la flore sauvages, les rivières à l’état sauvage, celles qui présentent un intérêt pour le tourisme ou les loisirs et les lacs du domaine public, ainsi que les eaux d’une importance exceptionnelle sur le plan récréatif ou écologique.

Les habitats de la faune et de la flore aquatiques

Les désignations varient selon les climats, mais elles se rapportent aux conditions nécessaires à la vie de certains organismes aquatiques dans les masses d’eau, spécialement les diverses espèces de poissons. Les désignations de l’utilisation dans un climat tempéré, telles que définies dans la réglementation de l’Agence de protection de l’environnement (EPA) pour l’Etat de l’Ohio, sont indiquées ci-après, sans être précisées davantage:

• eaux chaudes;
• eaux moyennement chaudes;
• eaux chaudes dans des conditions exceptionnelles;
• eaux chaudes modifiées;
• eaux saisonnièrement salmonifères;
• eaux froides;
• eaux de ressources limitées.

Les critères de lutte contre la pollution des eaux

Les eaux naturelles et les eaux usées sont caractérisées par leur composition physique, chimique et biologique. Les principales propriétés physiques et les composants chimiques et biologiques des eaux usées et de leurs sources forment une longue liste qui figure dans le manuel de Metcalf and Eddy, Inc. (1991). Les méthodes analytiques utilisées pour ces définitions sont données dans un ouvrage largement utilisé publié par l’Association américaine de santé publique (American Public Health Association (APHA)) sous le titre Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1995).

Chaque masse d’eau définie devrait faire l’objet d’une réglementation comportant des critères fondamentaux et des critères numériques plus précis comme on le verra brièvement plus loin.

Critères de base pour l’absence de pollution . Dans la mesure du possible, toutes les masses d’eau devraient satisfaire aux cinq critères fondamentaux ci-après:

1. être libres de matières solides en suspension ou d’autres substances pénétrant dans les eaux par suite d’activités humaines et qui s’y déposent sous forme de boues putrides ou désagréables pour une autre raison, ou qui ont une influence néfaste sur les organismes aquatiques;
2. être libres de débris flottants, d’huile, de mousse et d’autres matières flottantes pénétrant dans les eaux par suite d’activités humaines en quantités suffisantes pour être déplaisantes ou pour causer une détérioration;
3. être libres de matières pénétrant dans l’eau par suite d’activités humaines et produisant une couleur, une odeur ou un autre état à un degré suffisant pour créer une nuisance;
4. être libres de substances pénétrant dans l’eau par suite d’activités humaines, dans des concentrations toxiques ou nocives pour l’être humain, la faune et la flore ou les organismes aquatiques et qui deviennent rapidement létales dans la zone de brassage;
5. être libres de nutriments pénétrant dans l’eau sous l’effet d’activités humaines, dans des concentrations entraînant une croissance des herbes aquatiques et des algues qui en font une nuisance.

Les critères de qualité de l’eau consistent en limites numériques et en directives pour le contrôle des composants chimiques, biologiques et toxiques présents dans les masses d’eau.

Comme il y a aujourd’hui plus de 70 000 composés chimiques en usage, il est pratiquement impossible de définir des mesures de réglementation pour chacun d’eux. On peut cependant fixer des critères pour les substances chimiques en se fondant sur des limites, établies en fonction de trois grandes catégories de consommation et d’exposition:

Catégorie 1: les critères chimiques de protection de la santé de l’être humain sont d’importance primordiale et devraient être fixés conformément aux recommandations des organes gouvernementaux de la santé, de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et des organismes de recherche reconnus dans ce domaine.

Catégorie 2: les critères chimiques de contrôle de l’eau destinée à l’agriculture devraient reposer sur des études et des recommandations scientifiques reconnues qui protègent les cultures et le bétail contre les effets nocifs de l’irrigation des champs et de la consommation d’eau par le bétail.

Catégorie 3: les critères chimiques de protection des organismes aquatiques devraient reposer sur des études scientifiques reconnues concernant la sensibilité de ces espèces à des substances chimiques déterminées et tenir compte de la consommation par l’humain de poissons et de produits de la mer.

Les critères applicables aux rejets d’eaux usées concernent les limites imposées aux polluants présents dans ces effluents et constituent une autre méthode de réglementation. Ils peuvent être fixés en fonction des désignations d’utilisation des masses d’eau et dans le cadre des catégories de critères chimiques ci-dessus.

Les critères biologiques reposent sur les conditions d’habitat des masses d’eau qui sont nécessaires aux organismes aquatiques.

La teneur en matières organiques des eaux usées et des eaux naturelles

La teneur brute en matières organiques est extrêmement importante pour définir le pouvoir de pollution des eaux usées et des eaux naturelles. On a généralement recours pour ce faire à trois essais en laboratoire:

La demande biochimique en oxygène (DBO): la demande biochimique sur cinq jours (DBO5) est le paramètre le plus largement employé; il sert à mesurer la quantité d’oxygène dissous utilisée par les micro-organismes pour décomposer pendant cette période les matières organiques par oxydation biologique.

La demande chimique en oxygène (DCO): ce paramètre sert à mesurer les matières organiques des déchets municipaux et industriels qui contiennent des composés toxiques pour la vie biologique; il mesure la quantité d’oxygène consommée par l’oxydation d’une quantité équivalente de matières organiques.

Le carbone organique total (COT): cet essai s’applique spécialement aux faibles concentrations de matières organiques dans l’eau; c’est une mesure de la quantité de matières organiques qui sont oxydées pour former du dioxyde de carbone.

La réglementation antidégradation

Cette réglementation offre une autre solution pour empêcher la pollution de l’eau de progresser au-delà de certaines limites. A titre d’exemple, on citera les trois niveaux de protection contre la dégradation définis dans les normes de qualité de l’eau de l’EPA de l’Etat de l’Ohio:

Niveau 1: les utilisations existantes doivent être maintenues et protégées. Aucune autre dégradation de la qualité de l’eau n’est autorisée si elle peut gêner les utilisations désignées existantes.

Niveau 2: il faut ensuite maintenir une qualité de l’eau meilleure que celle qui est indispensable pour protéger les utilisations, sauf s’il est attesté qu’une qualité inférieure est nécessaire pour des raisons économiques ou sociales importantes, qui sont déterminées par le directeur de l’EPA.

Niveau 3: enfin, il faut maintenir et protéger la qualité des eaux qui constituent les ressources hydriques. Leur qualité ambiante existante ne peut ni être dégradée par aucune substance jugée toxique ni gêner aucune utilisation désignée. Des charges accrues de polluants ne pourront être rejetées dans les masses d’eau que si elles n’ont pas pour effet d’abaisser la qualité existante.

Les zones de mélange des polluants rejetés dans l’eau et la modélisation de la charge autorisée de matières

Figure 55.10 Zones de mélange

Les études sur les concentrations autorisées d’eaux usées pour éviter l’eutrophisation (définie ci-après) ont pris de l’importance en raison du coût élevé de la lutte contre les nutriments contenus dans les eaux usées déversées. Ces études utilisent généralement des modèles informatisés pour simuler la qualité de l’eau dans un courant, particulièrement en ce qui concerne les nutriments sous forme d’azote et de phosphore, qui influent sur la dynamique de l’oxygène dissous. Le modèle QUAL2E de l’EPA, aux Etats-Unis, décrit par Brown et Barnwell (1987) est un exemple typique de ces outils classiques. Un instrument plus récent proposé par Taylor (1995) est le modèle OMNI diurne (OMNI Diurnal Model (ODM)) qui comporte une simulation de l’impact des plantes aquatiques sur les nutriments dans le cours d’eau et la dynamique de l’oxygène dissous.

Les dérogations prévues

Toutes les réglementations de lutte contre la pollution de l’eau sont imparfaites et doivent donc comprendre des dispositions qui permettent d’y déroger lorsque certaines circonstances empêchent de s’y conformer immédiatement ou intégralement.

L’évaluation et la gestion des risques concernant la pollution de l’eau

Les mesures antipollution décrites ci-dessus sont caractéristiques des approches utilisées dans le monde entier par les pouvoirs publics pour obtenir le respect de normes de qualité et imposer des limites au rejet des eaux usées. En général, ces réglementations ont été établies sur la base de considérations sanitaires et de recherches scientifiques; en cas d’incertitude quant aux effets possibles, on applique souvent des coefficients de sécurité. L’application de certaines de ces réglementations peut s’avérer peu rationnelle et excessivement coûteuse pour la société et les entreprises privées. On cherche donc de plus en plus à allouer plus efficacement les ressources pour atteindre une meilleure qualité de l’eau. Comme on l’a vu précédemment dans l’examen des ressources hydrologiques, la pureté parfaite n’existe pas, même dans les eaux à l’état naturel.

Une démarche qui gagne en popularité consiste à évaluer et à gérer les risques écologiques pour fixer des règles antipollution. Ce principe repose sur une analyse des coûts et avantages écologiques du respect des normes ou limites. Parkhurst (1995) propose de recourir à l’évaluation des risques écologiques pour faciliter la définition des limites de la pollution de l’eau, particulièrement en ce qui concerne la protection des organismes aquatiques. Ces méthodes d’évaluation des risques peuvent servir à estimer les effets écologiques des concentrations chimiques dans un large éventail de cas de pollution des eaux de surface, notamment:

• la pollution par des sources ponctuelles;
• la pollution par des sources non ponctuelles;
• les sédiments contaminés présents dans les cours d’eau;
• les emplacements de déchets dangereux par rapport aux masses d’eau;
• l’analyse des critères existants de lutte contre la pollution de l’eau.

Figure 55.11 Méthodes d’évaluation des risques pour différents niveaux
successifs d’analyse. Niveau 1: présélection; niveau 2: quantification des risques
pouvant être importants; niveau 3: quantification des risques sur des sites déterminés

La pollution des eaux des lacs et des réservoirs

Figure 55.12 Liste schématique des sources et puits de nutriments (azote et phosphore)
du lac Sunapee, New Hampshire (Etats-Unis)

On peut évidemment chercher à connaître l’état d’eutrophisation des lacs et des réservoirs en y prélevant des échantillons que l’on analysera. Les études analytiques commencent d’ordinaire par un bilan de base des nutriments comme celui-ci:

Tableau 55.15 Classification générale des opérations et procédés de traitement
des eaux usées

Les méthodes actuelles de traitement des eaux usées

Nous n’en examinerons que quelques-unes, notre intention étant de donner un aperçu des méthodes de traitement actuellement utilisées dans le monde plutôt que de décrire en détail leur conception. Pour en savoir davantage sur ce dernier point, on consultera Metcalf and Eddy, Inc., 1991.

Les eaux usées municipales mélangées en quantité variable à des déchets industriels ou commerciaux sont épurées dans des systèmes qui procèdent d’ordinaire aux traitements primaire, secondaire et tertiaire, comme suit:

Système de traitement primaire: prétraitement –> décantation primaire –> désinfection (chloration) –> effluents

Système de traitement secondaire: prétraitement –> décantation primaire –> installation biologique –> décantation secondaire –> désinfection (chloration) –> envoi des effluents au récepteur

Système de traitement tertiaire: prétraitement –> décantation primaire –> installation biologique –> décantation secondaire –> installation de traitement tertiaire –> désinfection (chloration) –> envoi des effluents au récepteur

Figure 55.13 Schéma du traitement classique des eaux usées

Le traitement primaire

Le traitement primaire des eaux usées municipales, y compris les eaux usées domestiques mélangées dans une certaine mesure à des effluents industriels ou commerciaux, a principalement pour objectif d’éliminer les solides en suspension et de clarifier les eaux pour qu’elles se prêtent à un traitement biologique. Après un traitement tel que tri, dessablage et dilacération, le principal procédé de sédimentation primaire est la décantation des eaux usées brutes dans de grands bassins pendant une période pouvant atteindre plusieurs heures. Ce procédé extrait de 50 à 75% du total des solides en suspension, soutirés sous forme de boues qui seront soumises à un traitement distinct. L’eau décantée est alors dirigée vers un traitement secondaire. Dans certains cas, on peut utiliser des produits chimiques pour améliorer le rendement du traitement primaire.

Le traitement secondaire

La partie du contenu organique des eaux usées en suspension fine ou en solution qui ne peut être extraite par le procédé primaire fait l’objet d’un traitement secondaire. Les systèmes généralement acceptés et couramment utilisés pour ce traitement sont les lits bactériens, les dispositifs de contact tels que les disques biologiques verticaux rotatifs, les bassins à boues activées, les étangs d’aération et les méthodes d’épandage sur les terres, y compris les terres humides. Tous ces systèmes font appel à des processus biologiques, sous une forme ou une autre. Les plus courants d’entre eux sont brièvement examinés ci-après.

Systèmes à biomasse fixée . Les lits bactériens sont l’une des formes les plus anciennes de cette méthode de traitement secondaire et sont encore largement employés en liaison avec certains procédés améliorés d’épandage. Par ce traitement, les effluents provenant des bassins primaires sont répandus uniformément sur un lit de matériaux tels que cailloux ou éléments en plastique synthétique. On obtient une répartition uniforme en arrosant le lit par un dispositif rotatif de tuyaux perforés qui tournent de façon intermittente ou continue au-dessus du lit, en fonction du procédé désiré. Selon le taux de concentration en matières organiques et la charge hydraulique, les filtres percolateurs peuvent extraire jusqu’à 95% des matières organiques, habituellement déterminées comme demande biologique en oxygène (DBO). Il existe de nombreux autres systèmes plus récents à disques biologiques qui peuvent assurer une épuration du même ordre; certaines de ces méthodes présentent des avantages particuliers, intéressants lorsqu’il existe des facteurs limitatifs, comme la place disponible, le climat, etc. Il convient de noter qu’un bassin secondaire de décantation est nécessaire pour compléter le processus. On en soutire la boue biologique ou secondaire, tandis que l’eau décantée est rejetée en tant qu’effluent secondaire.

Boues activées . C’est le procédé biologique le plus courant. Les effluents qui ont subi le traitement primaire s’écoulent dans un bassin contenant déjà une biomasse en suspension appelée boue activée. Ce mélange ou «matières en suspension de la liqueur mixte», est laissé en contact pendant une période qui varie de plusieurs heures à 24 heures ou davantage, selon les résultats désirés. Pendant cette période, le mélange est fortement aéré et agité pour favoriser l’activité biologique aérobie. En fin de processus, une partie du mélange est soutirée et remise en circulation en tête de bassin pour entretenir l’activation biologique. Une décantation secondaire suit le passage par les boues activées, et les eaux décantées se déversent sous forme d’effluents. Grâce à ce processus, on peut extraire jusqu’à 95% de la DBO des affluents.

Le traitement tertiaire

Un troisième niveau de traitement peut avoir lieu s’il faut parvenir à une élimination plus complète des polluants. En général, il prend la forme de filtration sur sable, dans des bassins de stabilisation, par épandage sur les terres et les terres humides et par d’autres systèmes qui stabilisent davantage les effluents secondaires.

La désinfection des effluents

D’ordinaire, il faut procéder à une désinfection pour réduire à des niveaux acceptables les concentrations en bactéries et en pathogènes. L’addition de chlore, le dioxyde de chlore, l’ozone et les rayonnements ultraviolets sont les moyens les plus couramment employés.

L’efficacité générale des installations de traitement des eaux usées

Les eaux usées contiennent une grande variété de composants qui sont généralement subdivisés en solides en suspension et matières en solution, en composants inorganiques et en composés organiques.

L’efficacité d’un système de traitement se mesure d’après le pourcentage d’élimination de ces composants. Les paramètres de mesure courants sont les suivants:

• DBO: demande biologique en oxygène, mesurée en mg/litre;
• DCO: demande chimique en oxygène, mesurée en mg/litre;
• TSS: total des solides en suspension, mesuré en mg/litre;
• TSD: total des solides dissous, mesuré en mg/litre;
• formes azotées: nitrate et ammoniac, mesurés en mg/litre (le nitrate est particulièrement important en tant que nutriment dans le phénomène de l’eutrophisation);
• phosphate: mesuré en mg/litre (également très important comme nutriment dans l’eutrophisation);
• pH: degré d’acidité, mesuré selon une échelle allant de 1 (le plus acide) à 14 (le plus alcalin);
• comptage des colibacilles: mesuré comme le nombre le plus probable par 100 ml (Escherichia et les colibacilles fécaux sont les indicateurs les plus courants).

Le traitement des eaux résiduaires industrielles

Les types de déchets industriels

Les rejets industriels (non ménagers) sont nombreux et d’une composition très variée; ils peuvent être très acides ou très alcalins et exigent souvent une analyse approfondie en laboratoire. Un traitement spécialisé peut s’imposer pour les rendre inoffensifs avant leur rejet. La toxicité revêt une grande importance dans l’évacuation des eaux résiduaires industrielles.

Les principales sources de rejets industriels sont: les papeteries, abattoirs, brasseries, tanneries, industries alimentaires, conserveries, industries chimiques et pétrolières, textiles, sucreries, blanchisseries, production de viandes et volailles, élevages de porcs, et bien d’autres. Pour choisir la méthode de traitement, il faut commencer par une étude des rejets industriels, qui donnera des indications sur les variations des apports et les caractéristiques des matières rejetées. Les caractéristiques des rejets indésirables données par Eckenfelder (1989) peuvent se résumer comme suit:

• substances organiques solubles entraînant une diminution de l’oxygène dissous dans l’eau;
• solides en suspension;
• matières organiques en traces;
• métaux lourds, cyanures et matières organiques toxiques;
• couleur et turbidité;
• azote et phosphore;
• substances réfractaires résistant à la biodégradation;
• huiles et matières flottantes;
• matières volatiles.

L’EPA, aux Etats-Unis, a défini en outre une liste de substances chimiques toxiques, organiques et inorganiques, qui font l’objet de limitations spéciales dans l’octroi des permis de rejet. Cette liste comprend plus de 100 composés; elle est trop longue pour être reproduite ici, mais elle peut être obtenue auprès de l’EPA.

Les méthodes de traitement

Le traitement des effluents industriels est plus spécialisé que celui des déchets ménagers; lorsqu’ils se prêtent à l’épuration biologique, ils sont toutefois traités selon des méthodes semblables à celles décrites précédemment (traitement biologique secondaire/ tertiaire) pour les systèmes municipaux.

Les bassins de stabilisation des effluents sont une méthode courante de traitement des eaux usées organiques lorsqu’on dispose d’assez de terrain. Les bassins à écoulement continu sont généralement classés en fonction de leur activité bactérienne en bassins aérobies, facultatifs ou anaérobies. Les bassins aérés sont alimentés en oxygène au moyen de systèmes d’aération par diffusion ou mécanique.

Figure 55.14 Bassin de stabilisation à deux compartiments: coupe transversale

Figure 55.15 Types de lagunes d’aération: schéma

La prévention de la pollution et la réduction des rejets au minimum

Si l’on analyse les effluents industriels à leur source, au niveau des opérations et procédés de fabrication à l’usine, on peut souvent agir de manière à empêcher le rejet d’importantes quantités de polluants.

Figure 55.16 Diagramme de flux d’un système de recyclage des eaux usées
d’une tannerie

Pour trouver des exemples plus récents et novateurs de cette technique, le lecteur est invité à se reporter à une publication de la Water Environment Federation (1995) sur la prévention de la pollution et la réduction des rejets.

Les méthodes perfectionnées de traitement des eaux usées

Il existe un certain nombre de méthodes perfectionnées pour obtenir un meilleur degré d’élimination des constituants des polluants, selon les besoins. En voici une énumération générale:

• filtration (sur sable et milieux multiples);
• précipitation chimique;
• adsorption sur charbon actif;
• électrodialyse;
• distillation;
• nitrification;
• récolte des algues;
• valorisation des effluents;
• microtamisage;
• strippage de l’ammoniaque;
• osmose inverse;
• échange d’ions;
• épandage sur les terres;
• dénitrification;
• zones humides.

Le choix du procédé qui convient le mieux à une situation donnée doit être fait en fonction de la qualité et de la quantité des eaux usées brutes, des exigences des eaux réceptrices et, bien entendu, des coûts. Pour avoir plus de précisions, se reporter à Metcalf and Eddy, Inc., 1991, qui contient un chapitre sur les techniques avancées de traitement des eaux usées.

Etude de cas du traitement perfectionné des eaux usées

L’étude de cas du Projet de régénération des eaux usées dans la région de Dan, décrit dans l’article suivant du présent chapitre, offre un excellent exemple de méthode novatrice de traitement et de valorisation des eaux usées.

La pollution thermique

La pollution thermique est une forme de rejet industriel, défini comme une augmentation ou une réduction nocive des températures normales de l’eau dans les eaux réceptrices causée par l’évacuation de la chaleur provenant des installations techniques. Les industries grandes productrices de rejets thermiques sont les centrales fonctionnant aux combustibles fossiles (pétrole, gaz et charbon) et les centrales nucléaires, les aciéries, les raffineries de pétrole, les usines chimiques, les papeteries, les distilleries et les blanchisseries. Particulièrement préoccupantes sont les centrales électriques qui fournissent l’énergie dans un grand nombre de pays (aux Etats-Unis, par exemple, à raison d’environ 80%).

L’impact des rejets thermiques sur les eaux réceptrices

L’influence sur la capacité d’autoépuration naturelle

• La chaleur augmente l’oxydation biologique.
• La chaleur diminue la teneur de saturation en oxygène de l’eau et réduit le taux de réoxygénation naturelle.
• L’effet net de la chaleur est généralement nocif pendant les mois chauds de l’année.
• L’effet en hiver peut être bénéfique dans les climats froids, où la glace se brise et où une aération de surface est offerte aux poissons et aux organismes aquatiques.

L’influence sur les organismes aquatiques

Un grand nombre d’espèces ont des limites de tolérance à la température et doivent être protégées, particulièrement dans les tronçons d’une rivière ou d’une masse d’eau influencés par la chaleur. Ainsi, les cours d’eau froids ont habituellement les types les plus nobles de poissons pêchés pour le sport, comme la truite et le saumon, tandis que les eaux chaudes abritent généralement des bancs de poissons communs et que certaines espèces, comme la perche et le brochet, se nourrissent dans les eaux à température intermédiaire.

L’analyse thermique des eaux réceptrices

Figure 55.17 Echange thermique aux frontières d’une masse d’eau réceptrice

Figure 55.18 Capacité d’un cours d’eau à recevoir de la chaleur

La lutte contre la pollution thermique

Les principales méthodes sont:

• amélioration de l’efficacité du fonctionnement des centrales électriques;
• utilisation de tours de refroidissement;
• utilisation de bassins isolés de refroidissement;
• prise en considération d’autres méthodes de production d’électricité comme l’énergie hydraulique.

Lorsque les conditions physiques sont favorables et en respectant certaines limites de l’environnement, on devrait envisager de substituer l’énergie hydroélectrique à celle qui provient des combustibles fossiles ou du nucléaire. Les centrales hydroélectriques ne rejettent ni chaleur, ni eaux usées qui sont sources de pollution.

La lutte contre la pollution des eaux souterraines

L’importance des eaux souterraines

Etant donné que l’eau consommée dans le monde provient en grande partie des aquifères, il est très important de protéger ces sources d’approvisionnement. On estime que plus de 95% de l’eau douce disponible sur la planète est souterraine; aux Etats-Unis, 50% environ de l’eau de boisson provient de puits, selon l’enquête géologique américaine (US Geological Survey) de 1984. Etant donné que la pollution et les mouvements des eaux souterraines sont de nature subtile et invisible, on accorde parfois à l’analyse et à la maîtrise de cette forme de dégradation moins d’attention qu’à celle des eaux de surface, qui est beaucoup plus évidente.

Les sources de pollution souterraine

Figure 55.19 Cycle hydrologique et sources de contamination des eaux souterraines

Les polluants de contamination du sous-sol peuvent en outre se classer comme suit:

• composants chimiques indésirables (liste non exclusive) — organiques et inorganiques (par exemple, chlorures, sulfates, fer, manganèse, sodium, potassium);
• dureté totale et somme des solides dissous;
• composants toxiques (liste non exclusive) — nitrates, arsenic, chrome, plomb, cyanures, cuivre, phénols, mercure dissous;
• caractéristiques physiques indésirables — goût, couleur, odeur;
• pesticides et herbicides — hydrocarbures chlorés et autres;
• matières radioactives — diverses formes de radioactivité;
• agents biologiques — bactéries, virus, parasites, etc.;
• acides (faible pH) ou caustiques (pH élevé).

Parmi les substances ci-dessus, les nitrates revêtent une importance particulière pour les eaux souterraines comme pour les eaux de surface. Dans les approvisionnements en eau souterraine, ils peuvent causer une maladie appelée méthémoglobinémie (cyanose des nourrissons). Ils peuvent en outre avoir des effets nocifs d’eutrophisation des eaux de surface; ces nitrates se retrouvent dans une vaste gamme de ressources en eau, comme le signale Preul (1991). Preul (1964, 1967, 1972) et Preul et Schroepfer (1968) ont également parlé de la migration souterraine de l’azote et d’autres polluants.

La migration souterraine de la pollution

Les écoulements des eaux souterraines sont excessivement lents et subtils en comparaison de ceux des eaux de surface dans le cycle hydrologique. Pour se faire une idée simple du cheminement des eaux souterraines ordinaires dans des conditions d’écoulement idéales et stables, on peut utiliser la loi de Darcy qui est une méthode élémentaire d’évaluation du mouvement des eaux souterraines avec des nombres de Reynolds (R) peu élevés:

dans laquelle:

L’eau souterraine ordinaire (H₂O) est généralement le fluide porteur de la migration des polluants en sous-sol et l’on peut calculer qu’elle se déplace à une vitesse conforme aux paramètres de la loi de Darcy. Toutefois, le débit ou la vitesse d’un polluant tel qu’une substance chimique organique ou inorganique peut varier sous l’effet de processus d’advection et de dispersion hydrodynamique. Certains ions se déplacent plus lentement ou plus rapidement que la vitesse générale d’écoulement des eaux souterraines par suite des réactions avec les milieux de l’aquifère, de sorte que l’on peut les classer en «réactifs» ou «non réactifs». Les réactions revêtent généralement les formes suivantes:

• réactions physiques entre le polluant et l’aquifère ou le liquide transporteur;
• réactions chimiques entre le polluant et l’aquifère ou le liquide transporteur;
• actions biologiques sur le polluant.

Voici des exemples de polluants réactifs et non réactifs du sous-sol:

• polluants réactifs — chrome, ions d’ammonium, calcium, sodium, fer, etc.; cations en général; composants biologiques; composants radioactifs;
• polluants non réactifs — chlorures, nitrates, sulfates, etc.; certains anions; certains pesticides et herbicides.

Au premier abord, on pourrait penser que les polluants réactifs sont les plus nocifs, mais ce n’est pas toujours le cas du fait que les réactions bloquent ou retardent les déplacements des concentrations de polluants, alors que les migrations de polluants non réactifs peuvent se faire en grande partie sans obstacle. Il existe maintenant certains produits «doux» pour le ménage et l’agriculture qui se dégradent biologiquement après un certain temps et évitent par conséquent de contaminer les eaux souterraines.

La régénération des aquifères

Il va de soi que la meilleure stratégie est de prévenir la pollution du sous-sol; toutefois, il faut généralement l’apparition d’un phénomène pour que l’on découvre que les eaux souterraines sont polluées de façon incontrôlée, par exemple à la suite de plaintes émanant des utilisateurs de l’eau des puits dans la région. Malheureusement, au moment où le problème est reconnu, les dommages peuvent déjà être graves et il faut trouver un remède. La régénération peut exiger de vastes études hydrogéologiques sur le terrain avec des analyses en laboratoire d’échantillons d’eau pour déterminer l’étendue des concentrations de polluants et le profil de leurs migrations. Souvent, les puits existants peuvent servir aux premiers échantillonnages, mais dans les cas graves, il faudra peut-être faire de nombreux forages et prélever de nombreux échantillons d’eau. On peut alors analyser ces données pour établir la situation actuelle et prévoir l’avenir. L’analyse du cheminement de la contamination des eaux souterraines est un domaine spécialisé qui exige souvent le recours à des modèles informatisés pour mieux comprendre la dynamique du phénomène et pouvoir faire des prévisions sous diverses contraintes. Les publications contiennent à cette fin un certain nombre de modèles informatisés à deux et trois dimensions. Le lecteur se reportera à l’ouvrage de Freeze et Cherry (1987) s’il souhaite trouver des approches analytiques plus détaillées.

La prévention de la pollution

La prévention de la pollution est la meilleure méthode de protection des ressources en eaux souterraines. Bien que les normes de l’eau potable s’appliquent généralement à l’utilisation des eaux souterraines, il faut protéger les eaux non traitées de la contamination. Les organismes gouvernementaux, comme les ministères de la Santé, les organismes responsables des ressources naturelles et les agences de protection de l’environnement, sont habituellement chargés de ces activités. La lutte contre la pollution des eaux souterraines vise généralement à protéger les aquifères et à prévenir la pollution.

Pour prévenir la pollution, il faut des mesures d’aménagement du territoire sous la forme de zonage et d’autres réglementations. Les lois peuvent viser à empêcher certaines utilisations, spécialement dans le cas de sources ponctuelles ou d’activités qui pourraient causer une pollution. Le zonage est un instrument de protection des eaux souterraines d’une grande efficacité au niveau local. Les programmes de protection des aquifères et de la zone située autour du champ de captage des puits sont examinés ci-après en tant qu’exemples éminents de prévention.

Un programme de protection de l’aquifère suppose la délimitation de la nappe et de ses zones de recharge. Les aquifères peuvent être captifs ou non captifs et devront donc être analysés par un hydrogéologue qui déterminera à quel type ils appartiennent. La plupart des grands aquifères sont généralement bien connus dans les pays développés, mais d’autres régions peuvent exiger des recherches sur le terrain et une analyse hydrogéologique. L’élément capital d’un programme de protection de l’aquifère contre la dégradation de la qualité de l’eau réside dans la réglementation de l’utilisation des terres situées au-dessus de la nappe et de ses zones de recharge.

La protection de la zone située autour du champ de captage d’un puits est une approche plus précise et plus limitée qui s’applique à la zone de recharge de ce puits. Le gouvernement fédéral des Etats-Unis exige maintenant, par les amendements apportés en 1986 à la loi américaine de 1984 sur l’eau potable (Safe Drinking Water Act (SDWA)), que des zones précises soient délimitées en amont du champ de captage pour les puits publics. La zone de protection en tête du champ de captage des pluies est définie dans cette loi comme «la zone en surface et sous la surface entourant un puits ou un champ de captage de puits qui alimente un réseau public de distribution d’eau, à travers laquelle il est raisonnablement probable que des contaminants se déplaceront en direction de ce puits ou de ce champ de captage et l’atteindront». L’objectif principal de ce programme tel qu’esquissé par l’EPA (EPA, 1987) est de délimiter les zones de protection des puits sur la base des critères choisis, de l’exploitation des puits et de considérations hydrogéologiques.

Figure 55.20 Installation de régénération des eaux usées de la région de Dan: plan

On sait que les installations de traitement des eaux usées créent une multitude de problèmes pour l’environnement et la santé des travailleurs. Le projet de la région de Dan est unique en son genre et revêt un intérêt pour tout le pays; il permet de réaliser des économies considérables sur les ressources en eau, a une grande efficacité de traitement et produit de l’eau à peu de frais, sans présenter de risques excessifs pour les travailleurs.

Tout au long de la conception, de l’installation et de l’exploitation normale du projet, on a tenu compte avec soin des exigences relatives à l’assainissement de l’eau et à l’hygiène du travail. Toutes les précautions voulues ont été prises pour que les eaux usées récupérées soient pratiquement aussi sûres que de l’eau potable ordinaire au cas où les gens viendraient à les boire ou à les avaler accidentellement. De même, on s’est soucié comme il convient de réduire au minimum tout risque d’accidents ou d’autres dangers biologiques, chimiques ou physiques auxquels pourraient être exposées les personnes travaillant à l’installation de traitement des eaux usées elle-même ou aux activités liées à l’évacuation et à l’utilisation agricole des eaux régénérées.

Lors de la première étape du projet, les eaux usées ont été traitées biologiquement dans un ensemble de bassins d’oxydation avec recirculation et par un procédé de traitement chimique additionnel au calcaire-magnésium, suivi du séjour des effluents à pH élevé dans des «bassins de polissage». Les effluents partiellement traités ont été rechargés dans l’aquifère régional au moyen des bassins d’épandage sur le site de Soreq.

Dans la deuxième étape, les eaux usées envoyées à l’installation de traitement subissent un processus physique et biologique par un procédé à boues activées avec nitrification-dénitrification. L’effluent secondaire est rechargé dans la nappe souterraine au moyen des bassins d’épandage de Yavneh 1 et Yavneh 2.

L’ensemble du dispositif est formé d’un certain nombre d’éléments qui se complètent mutuellement:

• un ensemble de traitement des eaux usées, formé d’un dispositif à boues activées (installation physique et biologique), qui traite la plupart des effluents, et d’un système de bassins d’oxydation et de polissage servant principalement au traitement des quantités excédentaires d’eaux usées;
• un système de recharge de la nappe souterraine pour les effluents traités, consistant en bassins d’épandage à deux emplacements différents (Yavneh et Soreq) qui sont inondés par intermittence; les effluents absorbés traversent la zone non saturée du sol et une portion de l’aquifère, créant ainsi une zone spéciale qui est consacrée au traitement complémentaire des effluents et au stockage saisonnier, appelé SAT (Soil-Aquifer Treatment);
• des réseaux de puits d’observation (au total, 53 puits), qui entourent les bassins de recharge et permettent de surveiller l’efficacité du processus de traitement;
• des réseaux de puits de récupération (au total, 74 puits actifs en 1993), qui entourent les sites de recharge;
• une conduite spéciale et distincte d’apport de l’eau régénérée en vue de l’irrigation sans conditions restrictives des zones agricoles du Néguev; cette conduite, la «troisième ligne du Néguev», complète le système de distribution de la région, qui comprend deux autres grandes conduites de distribution d’eau douce;
• une installation de chloration des effluents, comprenant actuellement 3 emplacements de chloration (2 autres s’y ajouteront par la suite);
• six réservoirs de régulation le long du système de distribution, qui contrôlent le volume d’eau pompé et consommé le long du réseau;
• un réseau de distribution des effluents, comprenant 13 grands secteurs de pression le long de la conduite principale, qui distribue l’eau traitée aux utilisateurs;
• un système intégré de surveillance qui supervise et gère le fonctionnement intégral du projet.

La description du système de régénération

Figure 55.21 Diagramme d'écoulement du projet de la région de Dan

L’installation de traitement des eaux usées

L’installation de la zone de la région métropolitaine de Dan reçoit les eaux de 8 villes de la région et traite aussi une partie de leurs effluents industriels. Elle est située sur les dunes de sable de Rishon-Leziyyon et consiste principalement en un traitement secondaire des effluents par boues activées. Une partie des effluents, surtout lorsque les rejets atteignent un débit de pointe, est traitée dans un autre réseau d’étangs d’oxydation plus ancien qui occupe 120 hectares. Ensemble, les deux réseaux traitent actuellement environ 110 millions de m³ par an.

Les aires de recharge

Les effluents provenant de l’installation de traitement sont pompés vers 3 lieux différents situés dans les dunes de sable de la région, où ils sont épandus sur le sable et s’infiltrent dans l’aquifère pour y être stockés temporairement et y subir un traitement additionnel qui est fonction du temps. Deux des sites d’épandage reçoivent les effluents de l’installation de traitement biomécanique. Ce sont les bassins de Yavneh 1 (24 hectares, à 7 km au sud de l’installation) et de Yavneh 2 (18 hectares, à 10 km au sud de l’installation); le troisième site est réalimenté par les effluents des étangs d’oxydation, ainsi que par une partie du débit provenant de l’installation de traitement biomécanique, ce qui est nécessaire pour améliorer la qualité des effluents et la porter au niveau requis. Il s’agit du site de Soreq, qui a une superficie d’environ 24 hectares et se trouve à l’est des étangs.

Les puits de récupération

Autour des sites d’alimentation se trouvent des réseaux de puits d’observation qui permettent de repomper l’eau qui a été rechargée. Les 74 puits en exploitation en 1993 n’ont pas tous été actifs pendant toute la durée du projet. En 1993, le réseau des puits a permis de récupérer au total environ 95 millions de m³ d’eau qui ont été pompés dans la troisième conduite du Néguev.

Les réseaux de transport et de distribution

L’eau extraite par pompage des différents puits de récupération est envoyée dans le réseau de transport et de distribution de la troisième conduite. Le réseau de transport se compose de 3 sections d’une longueur totale de 87 km et d’un diamètre variant entre 120 cm et 175 cm. Le long de ce réseau, on a construit 6 réservoirs d’exploitation «à l’air libre» sur la conduite principale, pour régler le débit du système. Le volume utile de ces réservoirs est compris entre 10 000 et 100 000 m³.

L’eau de la troisième conduite a été distribuée aux consommateurs en 1993, grâce à un réseau de 13 grands secteurs de pression. De nombreux utilisateurs, principalement des agriculteurs, y sont reliés.

Le système de chloration

La chloration réalisée dans le dispositif de la troisième conduite vise à «couper la connexion humaine», c’est-à-dire à éliminer toute possibilité d’existence de micro-organismes d’origine humaine dans l’eau de cette conduite. Tout au long de la surveillance exercée, on a constaté une augmentation considérable des micro-organismes fécaux pendant le séjour de l’eau régénérée dans les réservoirs d’eau. Il a donc été décidé d’ajouter de nouveaux points de chloration le long de la canalisation et, dès 1993, 3 points distincts fonctionnaient régulièrement. Deux autres vont être ajoutés au système dans un proche avenir. La teneur résiduelle varie de 0,4 à 1,0 mg/litre de chlore libre. Cette méthode, qui consiste à maintenir de faibles concentrations de chlore libre à différents points du système, plutôt qu’une dose unique massive à l’entrée de la conduite, assure la coupure de la connexion humaine tout en permettant aux poissons de vivre dans les réservoirs. En outre, cette méthode de chloration désinfecte l’eau dans les sections situées en aval du réseau de transport et de distribution au cas où des polluants pénétreraient dans le système à un endroit situé en aval du point de chloration initial.

Le système de surveillance

Le système de régénération de la troisième conduite du Néguev dépend du fonctionnement permanent d’un dispositif de surveillance qui est contrôlé par un organisme scientifique indépendant, l’Institut de recherche et de développement de l’Institut technologique israélien Technion (Research and Development Institute of the Technion — Israel Institute of Technology), à Haïfa.

L’établissement d’un organisme indépendant de surveillance était une exigence absolue du ministère de la Santé d’Israël, qui est l’autorité juridique compétente en vertu de l’ordonnance de la santé publique d’Israël. La nécessité de ce dispositif de surveillance résulte des faits suivants:

1. Le projet de régénération des eaux usées est le plus grand au monde.
2. Il comprend quelques éléments inhabituels qui n’ont pas encore été expérimentés.
3. L’eau régénérée doit servir à irriguer sans restriction les terres de culture.

Le système de surveillance a donc pour rôle principal de garantir la qualité chimique et sanitaire de l’eau fournie et de lancer des mises en garde en cas de modification de sa qualité. En outre, l’organisme de surveillance fait une étude de suivi de l’ensemble du projet de régénération, en examinant aussi certains aspects comme le fonctionnement normal de l’installation et la qualité biochimique de son eau. Cette étude est nécessaire pour déterminer si l’eau de la troisième conduite se prête à l’irrigation sans restriction, non seulement sur le plan sanitaire, mais également du point de vue agricole.

Tableau 55.16 Liste des paramètres contrôlés

La surveillance des puits de récupération

Tableau 55.17 Paramètrs étudiés dans les puits de récupération

La surveillance du système de transport

Le système de transport, long de 87 km, est surveillé en 7 points centraux le long de la canalisation d’eaux usées. A ces points, 16 paramètres différents font l’objet d’un échantillonnage une fois par mois. Ce sont: PHFD, DO, T, EC, SS₁₀₀, SS₅₅₀, UV, TURB, NO₃^–, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL et ENTR. Les paramètres pour lesquels on ne prévoit pas de changements le long du réseau ne sont mesurés qu’à 2 points d’échantillonnage — à l’entrée et à l’extrémité de la conduite de transport. Ce sont: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO₄^–2, NH₄⁺, NO₂^– et MBAS. En ces deux points, on prélève une fois par an divers métaux lourds (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

La surveillance des réservoirs

Le dispositif de surveillance des réservoirs de la troisième conduite repose essentiellement sur l’examen d’un nombre limité de paramètres qui servent d’indicateurs du développement biologique dans les réservoirs et révèlent la présence de polluants extérieurs. Cinq réservoirs font l’objet de prélèvements d’échantillons, une fois par mois, pour: PHFD, T, DO, SS totaux, SS volatils, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP et ALG. Dans ces 5 réservoirs, on prélève également tous les deux mois la silice. Tous ces paramètres sont également relevés six fois par an dans les échantillons d’un autre réservoir, Zohar B.

Résumé

Le projet de la région de Dan fournit une eau régénérée de haute qualité pour l’irrigation sans restriction du Néguev israélien.

La première étape de ce dispositif est exploitée partiellement depuis 1970 et complètement depuis 1977. De 1970 à 1993, un volume total de 373 millions de m³ d’eaux usées brutes a été envoyé aux étangs d’oxydation facultative et un volume total de 243 millions de m³ d’eau a été pompé à partir de l’aquifère au cours de la période 1974-1993 et distribué au sud du pays. Une partie de l’eau s’est perdue, principalement sous l’effet de l’évaporation et de l’écoulement par infiltration à partir des étangs. En 1993, ces pertes se sont élevées à environ 6,9% des eaux usées brutes envoyées à l’installation de la première étape (Kanarek, 1994).

L’installation de traitement biomécanique, deuxième étape, est en exploitation depuis 1987. Au cours de la période d’exploitation 1987-1993, un volume total de 478 millions de m³ d’eaux usées brutes a été envoyé à l’installation de traitement biomécanique. En 1993, environ 103 millions de m³ (95 d’eau régénérée, plus 8 d’eau potable) ont été transportés par le réseau et utilisés pour l’irrigation du Néguev sans conditions restrictives.

L’eau des puits de récupération indique la qualité de l’eau de l’aquifère souterrain. Cette qualité varie tout le temps sous l’effet des effluents qui y pénètrent par percolation. La qualité de l’eau de l’aquifère est proche de celle des effluents pour les paramètres qui ne sont pas affectés par les processus de traitement sol-aquifère, tandis que les paramètres qui sont influencés par le passage à travers les couches du sol (par exemple, turbidité, matières en suspension, ammoniac, carbone organique dissous, etc.) présentent des valeurs nettement plus faibles. Il convient de noter que la teneur en chlorures de l’eau de l’aquifère a augmenté de 15 à 26% au cours d’une période de 4 ans, comme le montre le changement de qualité dans les puits de récupération. Ce changement indique que l’eau de l’aquifère est continuellement remplacée par les effluents dont la teneur en chlorures est nettement plus élevée.

La qualité de l’eau des 6 réservoirs du système de la troisième canalisation est influencée par les modifications biologiques et chimiques qui se produisent dans les réservoirs à l’air libre. La teneur en oxygène augmente sous l’effet de la photosynthèse des algues et de la dissolution de l’oxygène atmosphérique. Les concentrations de divers types de bactéries ont également augmenté en raison de la pollution non contrôlée due à la faune aquicole résidant à proximité des réservoirs. La qualité de l’eau fournie aux consommateurs le long du réseau dépend de celle de l’eau provenant des puits de récupération et des réservoirs. La chloration obligatoire de l’eau du réseau offre une garantie supplémentaire au cas où on l’utiliserait par erreur comme eau potable. Si l’on compare les données relatives à l’eau de la troisième conduite avec les exigences du ministère de la Santé d’Israël en matière de qualité des eaux usées à utiliser à des fins agricoles sans restriction, on constate que, la plupart du temps, la qualité de l’eau est entièrement conforme à ces exigences.

En conclusion, on peut dire que le système de récupération et d’utilisation des eaux usées de la troisième conduite est une réussite israélienne au niveau environnemental et national. Il a résolu le problème de l’élimination sanitaire des eaux usées de la région de Dan tout en augmentant le bilan hydrique national d’environ 5%. Dans un pays aride comme Israël, où la distribution d’eau, spécialement à des fins agricoles, est très limitée, il s’agit là d’une contribution non négligeable.

Le coût du fonctionnement et de l’entretien des installations de recharge des eaux régénérées s’est élevé en 1993 à environ 3 cents E.-U. par m³ (0,093 NIS/m³).

Le système fonctionne depuis la fin des années soixante sous la surveillance étroite du ministère de la Santé d’Israël et du département de la sécurité et de la santé au travail de la société Mekoroth. Aucun cas de maladie professionnelle liée au fonctionnement de ce système complexe n’a été signalé jusqu’ici.

Figure 55.22 Modèle général des principes de gestion des déchets

Dans cette perspective, le recyclage doit être défini en termes généraux: recyclage d’objets entiers (consignés) jusqu’à celui d’objets dont on récupère certaines pièces détachées (voitures, ordinateurs, par exemple), ou production de matières nouvelles (papiers et cartons, boîtes de conserve) ou d’objets similaires (recyclage, recyclage sous forme de matières moins nobles, etc.). A long terme, ce modèle peut être considéré comme un état d’équilibre stable dans lequel les biens finissent sous forme de déchets au bout de quelques jours ou souvent de quelques années.

Déductions à tirer du modèle

On peut faire certaines déductions à partir de ce modèle, à condition de définir clairement les divers flux. Dans ce modèle:

• P_o = apport annuel des matières extraites de l’environnement (biosphère, hydrosphère ou lithosphère). A l’état d’équilibre, cet apport est égal à l’élimination annuelle finale des déchets.
• P = production annuelle de biens à partir de P_o
• C = circulation annuelle de biens dans l’anthroposphère
• R = circulation annuelle de déchets convertis en biens par le recyclage (à l’état d’équilibre: C = R + P)
• p = efficacité de la production, mesurée comme ratio de P/P_o
• Si r = efficacité du recyclage, mesurée en tant que ratio de R/C, la relation s’établit comme suit: C/P_o = p/ (1-r)
• Si C/P_o = C *, alors C * représente le ratio des biens aux matières extraites de la nature

Figure 55.23 Fonction d'utilité montrant les compromis entre production et recyclage

Dans le passé, l’industrie s’est développée dans le sens d’une augmentation de l’efficacité de la production, p. A la fin des années quatre-vingt-dix, le prix de l’élimination des déchets par leur dispersion dans l’atmosphère, les masses d’eau ou les sols (mise en décharge non contrôlée) ou par leur mise en dépôt en milieu confiné a augmenté très rapidement, du fait que les normes de protection de l’environnement devenaient de plus en plus sévères. Dans ces conditions, il est devenu économiquement attrayant d’augmenter le rendement du recyclage (autrement dit d’augmenter r). Cette tendance persistera au cours des décennies à venir.

Pour augmenter l’efficacité du recyclage, il faut remplir une condition importante: les déchets à recycler (en d’autres termes, les matières premières de la deuxième génération) doivent être aussi «purs» que possible (c’est-à-dire débarrassés des éléments indésirables qui empêcheraient le recyclage). Pour y parvenir, il n’y a qu’un seul moyen, c’est de généraliser la politique qui consiste à ne pas mélanger à la source les déchets ménagers, commerciaux et industriels. C’est ce que l’on appelle souvent de manière impropre le tri à la source. Trier consiste à séparer; or, l’idée est précisément de ne pas avoir à séparer en stockant les différentes catégories de déchets dans des conteneurs ou des endroits distincts jusqu’à ce qu’ils soient collectés. Le concept moderne de gestion des déchets est le «non-mélange» des déchets à la source pour pouvoir accroître le rendement du recyclage et obtenir ainsi un meilleur ratio entre les biens produits et les matières extraites de l’environnement.

Les méthodes de gestion des déchets

Les déchets peuvent être groupés en trois grandes catégories, en fonction de leur origine:

1. le secteur primaire de production (industries extractives, exploitation forestière, agriculture, élevage, pêche);
2. les industries de production et de transformation (denrées alimentaires, biens d’équipement, produits en tout genre);
3. le secteur de la consommation (ménages, entreprises, transports, commerce, bâtiment, services, etc.).

Les déchets peuvent aussi être classés par le législateur en:

• déchets municipaux et déchets banals des entreprises qui peuvent être collectés avec les premiers, puisqu’ils sont formés tous deux des mêmes catégories et sont de petites dimensions (légumes, papier, métaux, verre, plastique, etc.), bien que dans des proportions variables;
• déchets urbains encombrants (meubles, matériels, véhicules, déchets de construction et de démolition autres que les matières inertes);
• déchets soumis à une législation spéciale (matières dangereuses, infectieuses, radioactives).

La gestion des déchets municipaux et des déchets commerciaux ordinaires.

Ramassés par camion, ces déchets peuvent être transportés (directement ou par des stations de transfert route-route, route-rail, ou route-voie d’eau et des moyens de transport à longue distance) vers une décharge ou une installation de traitement en vue de la récupération des matières (par tri mécanique, compostage, biométhanisation) ou de l’énergie (incinérateur à grille ou à four rotatif, pyrolyse).

Les installations de traitement produisent des quantités relativement faibles de résidus qui peuvent être plus dangereux pour l’environnement que les déchets initiaux. Ainsi, les incinérateurs émettent des cendres volantes d’une teneur très élevée en métaux lourds et en substances chimiques complexes. Ces résidus sont souvent classés par le législateur dans la catégorie des déchets dangereux et exigent une gestion appropriée. Les installations de traitement ne sont pas assimilables à des décharges parce qu’elles sont des «systèmes ouverts» où les produits entrent et sortent, alors que les décharges sont essentiellement des «puits» (si l’on néglige la faible quantité de lixiviats qui doivent subir un traitement ultérieur et la production de biogaz, qui peut être une source d’énergie exploitée dans les très grandes décharges).

L’équipement industriel et domestique. La tendance actuelle, qui a aussi des conséquences commerciales, est de confier le soin du recyclage aux producteurs des différentes catégories de déchets (voitures, ordinateurs, machines, par exemple). Les résidus sont alors des déchets soit dangereux, soit semblables aux déchets ordinaires provenant des entreprises.

Les déchets provenant de la construction et de la démolition. L’augmentation du prix des décharges incite à trier les déchets. En séparant les déchets dangereux et combustibles des grandes quantités de matières inertes, on parvient à mieux éliminer celles-ci à un prix très inférieur à celui des déchets non triés.

Les déchets spéciaux. Les déchets chimiquement dangereux doivent être traités par la neutralisation, la minéralisation, l’insolubilisation ou doivent être inertisés avant de pouvoir être déposés dans des décharges spéciales. Les déchets infectieux seront de préférence brûlés dans des incinérateurs spéciaux. Les déchets radioactifs font l’objet d’une législation très rigoureuse.

La gestion des résidus

Les déchets provenant de la production et de la consommation qui ne peuvent être ni recyclés, ni soumis à un recyclage sous forme de matière moins noble, ni réutilisés ou incinérés pour produire de l’énergie, doivent en fin de compte être éliminés. La toxicité de ces résidus pour l’environnement doit être réduite selon le principe de la «meilleure technique disponible à un coût acceptable». Après avoir subi ce traitement, les résidus devraient être déposés à des emplacements où ils ne contamineront pas l’eau et l’écosystème et où ils ne se répandront pas dans l’atmosphère, la mer, les lacs ou les cours d’eau.

Les dépôts de déchets se caractérisent habituellement par l’emploi de couches isolantes multiples (argile, géotextiles, feuilles de polystyrène, etc.), par le détournement de toutes les eaux exogènes et par des revêtements imperméables. Les dépôts permanents doivent être surveillés pendant des décennies. Il faut aussi contrôler pendant longtemps les restrictions imposées à l’emploi des terres d’un site ayant servi de décharge. Dans la plupart des cas, il faut des systèmes de drainage contrôlé pour les lixiviats et les gaz.

Pour l’élimination finale des résidus biochimiquement plus stables et chimiquement inertes qui proviennent du traitement des déchets, on peut se contenter de conditions moins rigoureuses, si bien qu’il est moins difficile de trouver dans la région où ils ont été produits un emplacement pour les déposer. On peut ainsi éviter d’exporter les déchets ou leurs résidus, ce qui soulève toujours l’indignation des pays qui ne veulent pas servir de dépotoirs.

Tableau 55.18 Sources de déchets

Chaque type de déchet est caractérisé par son origine ou par le type de produit dont il est issu. Par conséquent, les risques qu’il présente pour la sécurité et la santé devraient être définis au moment où l’on impose des restrictions à la manipulation du produit par le producteur du déchet. De toute manière, le stockage des déchets peut créer des risques nouveaux et plus importants (activité chimique ou biologique pendant la période de stockage).

On peut distinguer les étapes ci-après dans la gestion des déchets:

• séparation à la source en catégories déterminées de déchets selon leurs caractéristiques matérielles;
• stockage temporaire chez le producteur dans des bacs, sacs, conteneurs, ou en vrac;
• collecte et transport à l’aide d’un véhicule:
• à traction humaine ou animale, à moteur, etc.;
• à plate-forme ouverte, benne fermée, benne à compactage, etc.
• station de transfert: compactage et rechargement dans de plus grandes unités de transport;
• installations de recyclage ou de traitement;
• traitements:
• tri manuel ou mécanique en différentes catégories de matières en vue du recyclage;
• traitement des déchets triés au préalable pour former des matières premières secondaires;
• traitement des nouvelles matières premières secondaires;
• incinération pour réduire le volume ou récupérer l’énergie;
• digestion anaérobie des matières pour obtenir des produits d’amendement du sol, des engrais ou de l’énergie (biogaz);
• compostage des matières organiques pour obtenir des produits d’amendement du sol et des engrais.
• élimination des déchets:
• décharges conçues et situées de manière à empêcher une migration des eaux polluées (lixiviats de décharge), en particulier vers les ressources en eau potable (nappes souterraines, puits, cours d’eau).

Le recyclage des déchets peut intervenir à n’importe quelle étape du système; à chacune de ces étapes, des risques particuliers peuvent surgir pour la sécurité et la santé au travail.

Dans les sociétés à faible revenu et les pays non industrialisés, le recyclage des déchets solides représente un revenu essentiel pour ceux qui en font la collecte. En général, on ne se pose, dans ces pays, aucune question concernant les risques pour le personnel exposé et la collectivité.

Dans les pays fortement industrialisés, on a clairement tendance à accorder plus d’attention au recyclage des énormes quantités de déchets produites. Outre la valeur marchande directe des déchets, cette attitude s’explique par le fait que la population prend de plus en plus conscience du déséquilibre entre la consommation et la protection de l’environnement naturel. On a donc appelé recyclage ce qui était auparavant la collecte des déchets et l’ébouage pour rendre cette activité plus noble dans l’esprit du public, ce qui s’est traduit par une prise de conscience beaucoup plus aiguë des conditions de travail dans ce secteur.

De nos jours, les autorités chargées de la sécurité et de la santé au travail dans les pays industriels se préoccupent de conditions qui passaient inaperçues il y a quelques années encore et étaient tacitement acceptées, consistant par exemple à:

• soulever de trop lourdes charges et manipuler de trop grandes quantités de matières par journée de travail;
• être exposé sans protection suffisante à des poussières de composition inconnue;
• être exposé sans le savoir à des micro-organismes (bactéries, champignons) et à des endotoxines;
• être exposé sans le savoir à des matières chimiques toxiques.

Le recyclage

Le recyclage et la récupération sont des termes qui couvrent à la fois la réutilisation (utilisation dans le même but) et la régénération/récupération de matières ou d’énergie.

Les raisons du recours au recyclage peuvent varier selon les conditions nationales et locales. Les principaux arguments en sa faveur peuvent se résumer comme suit:

• détoxification des déchets dangereux lorsque des normes de protection de l’environnement rigoureuses sont fixées par les autorités;
• récupération de ressources dans les zones à faible revenu;
• réduction du volume des déchets dans les zones où la mise en décharge est prédominante;
• récupération de l’énergie dans les régions où la conversion des déchets en énergie peut remplacer les combustibles fossiles (charbon, gaz naturel, pétrole, etc.).

Comme on l’a vu plus haut, le recyclage peut se faire à n’importe quelle étape du système, mais il peut être conçu pour prévenir la formation des déchets. C’est le cas lorsque les produits sont destinés au recyclage ou au rachat après utilisation finale, par exemple, par la consignation des récipients de boissons (bouteilles en verre, etc.).

Le recyclage peut donc aller plus loin que la simple mise en œuvre de la régénération ou de la récupération des matières extraites des déchets.

Dans la plupart des cas, il faut séparer ou trier les déchets en fractions ayant un degré minimal de finesse pour pouvoir les utiliser en lieu et place des matières premières vierges ou d’origine.

Le tri peut être fait par les producteurs des déchets (séparation à la source) ou après la collecte, c’est-à-dire dans une installation centrale de tri.

La séparation à la source

Avec les techniques actuelles, la séparation à la source donne lieu à des fractions de déchets qui sont «conçues» pour être traitées. Un degré minimal de séparation à la source est inévitable, étant donné que certains mélanges de catégories de déchets ne peuvent être séparés en fractions de matières réutilisables qu’au prix d’un grand effort (économique). Lorsqu’on définit la séparation à la source, il faut toujours tenir compte du type final de recyclage envisagé.

Le système de tri à la source devrait viser à ne pas mélanger ni polluer les différentes catégories de déchets, ce qui ferait obstacle à leur recyclage.

La collecte de catégories de déchets triées à la source fera souvent naître des risques plus précis pour la sécurité et la santé au travail que ne le fait le ramassage en vrac. Cela s’explique par la concentration de fractions de certains déchets, par exemple les substances toxiques. Le tri de matières organiques aisément dégradables peut se traduire par des niveaux élevés d’exposition à des champignons dangereux, bactéries, endotoxines, etc., lorsque ces matières sont manipulées ou transvasées.

Le tri centralisé

Il peut se faire par des méthodes mécaniques ou manuelles.

On considère généralement que le tri mécanique sans séparation préalable à la source selon les techniques connues de nos jours ne devrait être utilisé que pour la production de combustibles obtenus à partir des déchets. Pour que les conditions de travail soient acceptables, il faut que l’équipement mécanique soit entièrement confiné et que le personnel porte des «combinaisons spatiales» lorsqu’il procède au service et à l’entretien.

Compte tenu des techniques actuelles, le tri central mécanique avec séparation à la source n’a pas donné de bons résultats du fait qu’il est difficile d’atteindre une efficacité suffisante. Lorsque les caractéristiques des fractions de déchets triées seront plus clairement définies et lorsqu’elles seront reconnues à l’échelle nationale ou internationale, on pourra s’attendre à ce que des techniques nouvelles appropriées et efficaces soient mises au point. Le succès de ces techniques sera étroitement lié aux précautions qui seront prises pour instaurer des conditions de travail acceptables.

Le tri centralisé manuel suppose une séparation préalable à la source afin d’éviter les risques pour la sécurité et la santé au travail (poussières, bactéries, substances toxiques, etc.). Il devrait se limiter à un certain nombre de «caractéristiques» des fractions de déchets de manière à éviter les erreurs prévisibles dans le tri à la source et à faciliter le contrôle à la zone de réception de l’usine. Au fur et à mesure que les fractions de déchets seront définies plus clairement, il deviendra possible d’imaginer des dispositifs de plus en plus nombreux et performants pour les procédures de tri automatique, afin de réduire l’exposition directe de l’humain à des substances nocives.

Pourquoi recycler?

Il convient de noter que le recyclage n’est pas une méthode de traitement des déchets qui devrait être considérée indépendamment des autres pratiques. Pour compléter le recyclage, il faut avoir accès à une décharge convenablement gérée et, peut-être, à des installations plus traditionnelles de traitement des déchets, comme les usines d’incinération et les installations de compostage.

Le recyclage devrait être évalué en liaison avec:

• l’approvisionnement local en matières premières et en énergie;
• ce qui est remplacé — ressources renouvelables (papier/arbres) ou non renouvelables (pétrole).

Aussi longtemps que le pétrole et le charbon seront utilisés comme ressources énergétiques, l’incinération et les combustibles obtenus à partir des déchets constitueront une solution viable de gestion fondée sur la récupération d’énergie. La réduction à un minimum des quantités de déchets par cette méthode peut cependant impliquer l’utilisation de décharges soumises à des normes environnementales extrêmement strictes, ce qui pourrait être très coûteux.

Figure 55.24 Bassins versants des Grands Lacs

La réaction

Depuis les années cinquante, les deux pays ont mis en place des programmes nationaux et bilatéraux pour résoudre les problèmes de pollution les plus flagrants et pour répondre à des préoccupations plus complexes concernant la qualité de l’eau. Grâce à ces mesures, les eaux des Grands Lacs sont visiblement plus pures qu’elles ne l’étaient vers le milieu du siècle dernier, les concentrations de métaux lourds et de matières chimiques organiques ont diminué et les niveaux de contaminants chez les poissons et les oiseaux aquatiques ont sensiblement baissé. Par leur succès, les mesures prises par le Canada et les Etats-Unis pour restaurer et protéger les Grands Lacs offrent un modèle de coopération bilatérale pour la gestion des ressources, même s’il reste encore beaucoup à faire.

Aperçu de l’étude de cas

Les menaces que font peser les substances toxiques rémanentes (dites aussi persistantes) ne se font sentir qu’à long terme et leur gestion exige une approche multimilieux englobant toutes les sources de pollution. Pour atteindre l’objectif de longue haleine qui est d’éliminer pratiquement les substances toxiques des Grands Lacs, les autorités chargées de l’environnement, les industries et les autres parties intéressées du bassin ont dû mettre au point de nouvelles approches et de nouveaux programmes. Cet exposé sur l’étude de cas vise à donner un bref résumé des programmes canadiens de lutte contre la pollution et des progrès accomplis jusqu’en 1995, et à décrire les initiatives de gestion des substances toxiques rémanentes dans les Grands Lacs. Les initiatives et programmes analogues adoptés par les Etats-Unis ne seront pas examinés ici. Les lecteurs qui le désirent peuvent s’adresser au Great Lakes National Program Office de l’Agence américaine de protection de l’environnement (Environmental Protection Agency (EPA)) à Chicago pour obtenir des renseignements sur les programmes américains, fédéraux et d’Etat, concernant la protection des Grands Lacs.

Les années soixante-dix et quatre-vingt

Dans les années soixante, on s’était aperçu que le lac Erié souffrait d’un enrichissement par les nutriments, ou eutrophisation, phénomène qui posait un grave problème. Devant la nécessité d’une action bilatérale, le Canada et les Etats-Unis ont signé, en 1972, le premier accord relatif à la qualité de l’eau dans les Grands Lacs. Cet accord esquissait les mesures de réduction de la pollution à prendre pour abaisser les concentrations de phosphore provenant principalement des détergents de lessive et des eaux usées municipales. Pour concrétiser cet engagement, le Canada et l’Ontario ont adopté une législation et des programmes visant à enrayer la pollution par les sources ponctuelles. Entre 1972 et 1987, le gouvernement fédéral et celui de cette province ont investi plus de 2 milliards de dollars dans la construction d’installations de traitement des eaux usées et l’amélioration du bassin des Grands Lacs.

Figure 55.25 Réduction progressive de la pollution industrielle

Vers le milieu des années soixante-dix, la présence de concentrations élevées de substances chimiques toxiques chez les poissons et dans la faune des Grands Lacs, les anomalies de reproduction constatées chez certains oiseaux piscivores et la diminution de la population d’un certain nombre d’espèces ont fourni la preuve de la présence de substances toxiques bioaccumulatives et rémanentes. Le Canada et les Etats-Unis ont alors décidé d’axer leurs efforts sur la protection de la faune et ont signé, en 1978, un deuxième accord relatif à la qualité de l’eau dans les Grands Lacs, par lequel ils s’engageaient à «restaurer et maintenir l’intégrité chimique, physique et biologique des eaux de l’écosystème des Grands Lacs». L’un des principaux objectifs était «d’interdire le déversement de substances toxiques en quantités toxiques et d’éliminer en pratique le déversement de toute substance toxique rémanente». Il était nécessaire de viser à une élimination quasi totale, étant donné que les substances chimiques toxiques rémanentes peuvent se concentrer et s’accumuler dans la chaîne trophique, causant ainsi des dommages graves et irréversibles à l’écosystème, alors que les substances non rémanentes doivent être maintenues à des niveaux inférieurs à ceux auxquels elles causent des dommages immédiats.

Outre les mesures plus strictes appliquées aux sources ponctuelles, le Canada et l’Ontario ont élaboré et renforcé les mesures de réglementation des pesticides, des produits chimiques commerciaux, des déchets dangereux et des sources de pollution non ponctuelles, comme les décharges et les incinérateurs. Les initiatives des autorités ont été conçues davantage dans une optique multimilieux, et l’idée que les substances chimiques devaient être suivies «du berceau jusqu’à la tombe» a inspiré la nouvelle politique du gouvernement comme de l’industrie en matière de gestion de l’environnement. Un certain nombre de pesticides toxiques rémanents ont été interdits par la loi fédérale sur les produits antiparasitaires (Pest Control Products Act) (DDT, aldrine, mirex, toxaphène, chlordane) et la loi sur les contaminants de l’environnement (Environmental Contaminants Act) a servi à: 1) interdire l’emploi de substances toxiques rémanentes (CFC, PPB, PCB, PPT, mirex, plomb) dans le commerce, les industries manufacturières et les industries de transformation; 2) à limiter les substances chimiques rejetées par certaines opérations industrielles (mercure, chlorure de vinyle, amiante).

Au début des années quatre-vingt, ces mesures, ainsi que les efforts analogues des Etats-Unis, ont commencé à porter leurs fruits. Les niveaux de contamination relevés dans les sédiments et chez la faune des Grands Lacs étaient en diminution et l’amélioration notable de l’environnement était attestée par le retour du pyrargue à tête blanche sur les rives canadiennes du lac Erié, par une augmentation de 200% de la population de cormorans, par la réapparition du balbuzard pêcheur dans la baie Georgienne et le rétablissement des sternes communes dans la région du port de Toronto; toutes ces espèces avaient souffert dans le passé des niveaux atteints par les substances toxiques rémanentes et leur rétablissement montre bien que les efforts déployés ont porté leurs premiers fruits.

Figure 55.26 Concentrations de mirex dans les œufs du goéland argenté

On s’est accordé à reconnaître qu’il fallait redoubler d’efforts pour parvenir à éliminer pratiquement ces substances de l’environnement par l’application du principe des rejets nuls et par l’adoption du concept de l’écosystème pour gérer la qualité de l’eau dans les Grands Lacs.

Pour réaffirmer leur volonté de parvenir à l’élimination pratique des substances toxiques rémanentes, le Canada et les Etats-Unis ont complété l’accord de 1978 par l’adoption d’un protocole en novembre 1987 (United States and Canada, 1987). Ce protocole désigne les zones à problèmes autour des Grands Lacs où des activités bénéfiques avaient été entravées et il prévoit l’élaboration et l’application de plans d’actions correctrices (Remedial Action Plans (RAPs)) pour les sources ponctuelles et non ponctuelles dans les zones désignées. Le protocole prévoit aussi des plans de gestion à l’échelle des lacs (Lakewide Management Plans (LAMPs)) pour servir de cadre à l’élimination des obstacles aux usages bénéfiques dans le lac tout entier, ainsi qu’à la coordination de la lutte contre les substances toxiques rémanentes présentes dans chacun des Grands Lacs. De plus, le protocole comprend de nouvelles annexes concernant l’établissement de programmes pour les sources atmosphériques, les sédiments contaminés, les décharges, les déversements et le contrôle des espèces exotiques.

La décennie quatre-vingt-dix

Figure 55.27 Processus de prise de décisions pour l'élimination virtuelle des substances
toxiques rémanentes dans les Grands Lacs

Les gouvernements du Canada et de l’Ontario ont agi de plusieurs manières pour combattre ou réduire les rejets de substances toxiques rémanentes. Les initiatives et programmes importants sont brièvement exposés ci-après.

La loi canadienne sur la protection de l’environnement (LCPE)

En 1989, Environnement Canada a regroupé dans un seul texte les différentes dispositions juridiques qui le concernent. La LCPE confère au gouvernement fédéral de larges pouvoirs (collecte d’informations, formulation et application des règlements) couvrant tout le cycle de vie des substances chimiques. En vertu de cette loi, le règlement sur la notification des nouvelles substances fixe des procédures d’examen de celles-ci, afin que l’on puisse interdire l’importation, la fabrication ou l’emploi au Canada des substances toxiques rémanentes qui ne peuvent pas être contrôlées comme il convient. La première phase du programme d’évaluation de la liste des substances prioritaires (Priority Substances List (PSL I)) a été réalisée en 1994; 25 des 44 substances évaluées ont été jugées toxiques selon la définition de la LCPE, et l’élaboration de stratégies de gestion de ces substances a été entreprise en vertu d’un processus de choix stratégiques; 56 autres substances prioritaires ont été désignées et seront évaluées au titre de la phase II du programme PSL. L’inventaire national des rejets de polluants a été effectué en 1994 pour imposer aux industries et autres installations qui répondent aux critères de communication des données l’obligation d’indiquer chaque année leurs rejets de 178 substances dans l’air, les eaux et le sol et leurs transferts sous forme de déchets. Cet inventaire, établi sur le modèle de l’inventaire des rejets de substances toxiques (Toxic Release Inventory (TRI)), aux Etats-Unis, offre une importante base de données pour fixer l’ordre de priorité des programmes de prévention et de réduction de la pollution.

L’accord Canada-Ontario concernant l’écosystème des Grands Lacs

En 1994, le Canada et l’Ontario ont établi un cadre stratégique pour coordonner l’action visant à restaurer, protéger et conserver l’écosystème des Grands Lacs en mettant l’accent sur la réduction de l’emploi, de la production ou de la libération, avant l’an 2000, de 13 substances toxiques rémanentes de l’étape I (Canada and Ontario, 1994). Cet accord vise aussi une liste supplémentaire de 26 substances toxiques prioritaires (étape II) qui doivent faire l’objet d’importantes réductions. Pour les substances de l’étape I, l’accord: 1) confirme le rejet zéro de 5 pesticides interdits (aldrine, chlordane, DDT, mirex, toxaphène); 2) vise à déclasser 90% des biphényles polychlorés (PCB) à forte concentration, à détruire 50% des quantités stockées et à accélérer la destruction des PCB de faible concentration en stock; 3) vise à réduire de 90% le rejet des 7 substances restantes de l’étape I (alkylplomb, benzo[α]pyrène, hexachlorobenzène, mercure, octachlorostyrène, PCDD (dibenzodioxines chlorées) et PCDF (dibenzofurannes chlorés)). Cet accord s’efforce d’obtenir des réductions quantitatives chaque fois que possible et demande aux sources de prévenir la pollution et d’utiliser d’autres moyens pour atteindre ses objectifs. Quatorze projets ont déjà été lancés par le gouvernement fédéral et celui de l’Ontario pour parvenir à réduire/éliminer les substances des étapes I et II.

La politique de gestion des substances toxiques

Figure 55.28 Choix des objectifs au titre de la politique de gestion des substances toxiques

Tableau 55.19 Critères de sélection des substances toxiques candidates à la voie I
de la politique de gestion

LCPE: loi canadienne sur la protection de l’environnement.

Le plan d’action pour le chlore

En octobre 1994, Environnement Canada a rendu publique une ligne de conduite d’ensemble pour gérer les matières chlorées dans le cadre de la politique de gestion des substances toxiques (Environnement Canada, 1994). Cette ligne de conduite consiste à réduire l’emploi du chlore à l’aide d’un plan d’action en cinq parties visant à: 1) centrer l’action sur les usages et les produits critiques; 2) améliorer la connaissance scientifique du chlore et de son impact sur la santé et l’environnement; 3) préciser les conséquences socio-économiques; 4) améliorer l’accès du public à l’information; 5) encourager l’adoption de mesures au niveau international pour les substances chlorées. Depuis quelque temps déjà l’emploi du chlore a diminué au Canada, notamment de 45% depuis 1988 dans le secteur de la pâte à papier et du papier. Cette tendance sera accélérée par la mise en œuvre du plan d’action pour le chlore.

L’action de prévention de la pollution dans les Grands Lacs

Figure 55.29 Prévention de la pollution des Grands Lacs

Le programme d’accélération de la réduction et de l’élimination des toxiques

Le programme d’accélération de la réduction et de l’élimination des toxiques (Accelerated Reduction/Elimination of Toxics (ARET)) est une initiative menée de concert par les parties intéressées et lancée en 1994 en vue d’éliminer progressivement 14 substances toxiques prioritaires, avec un objectif intérimaire d’une réduction/élimination en 6 ans de 90% et d’une diminution des émissions de 50% pour 87 substances toxiques moins nocives (ARET Secretariat, 1995). En 1995, plus de 200 sociétés et organismes gouvernementaux participaient à cette initiative librement décidée. Ensemble, ils ont réduit les émissions de 10 300 tonnes par rapport à l’année 1988 prise comme référence et se sont engagés à réaliser une réduction supplémentaire de 8 500 tonnes dans les cinq années à venir.

Les stratégies bilatérales et internationales

Outre les deux initiatives nationales décrites ci-dessus, le Canada et les Etats-Unis élaborent actuellement une stratégie bilatérale pour coordonner leur action et fixer des objectifs communs pour les substances toxiques rémanentes dans le bassin des Grands Lacs. Ils adopteront des buts et objectifs analogues à ceux de l’accord Canada-Ontario pour les substances des étapes I et II et une liste américaine similaire. Des projets conjoints seront élaborés et réalisés pour faciliter l’échange d’informations au sujet des substances prioritaires comme les PCB et le mercure. En se montrant résolu à parvenir à une élimination pratiquement totale comme décrit plus haut, le Canada pourra jouer un rôle de chef de file par la promotion de l’action internationale dans le domaine des substances toxiques rémanentes. Il avait d’ailleurs accueilli, en juin 1995, à Vancouver, une conférence des Nations Unies pour mettre l’accent sur une concertation mondiale dans le domaine des polluants organiques persistants (POP) et pour explorer des formules de prévention en vue de réduire les émissions de ces polluants dans le monde. Le Canada est également coprésident du groupe de travail de la Commission économique des Nations Unies pour l’Europe (CEE) chargée d’élaborer un protocole pour les polluants organiques persistants dans le cadre de la convention sur la pollution atmosphérique transfrontières.

Un exemple — les dioxines et les furannes

Tableau 55.20 Récapitulation de réductions de rejets de dioxines et de
furannes au Canada

CCME: Conseil canadien des ministres de l’Environnement. LCPE: loi canadienne sur la protection de l’environnement. LPLA: loi sur les produits de lutte antiparasitaires.

Résumé

La qualité de l’eau des Grands Lacs s’est sensiblement améliorée grâce aux mesures de lutte contre la pollution prises depuis le début des années soixante-dix par les gouvernements et les parties intéressées au Canada et aux Etats-Unis. La présente étude de cas donne un résumé des efforts et des succès du Canada dans la lutte contre la pollution générale et les polluants classiques. Elle décrit en outre une nouvelle approche qui se dessine (la politique de gestion des substances toxiques, le plan d’action pour le chlore, la prévention de la pollution, l’action volontaire, les consultations entre parties intéressées, etc.) pour aborder les problèmes beaucoup plus difficiles que posent les substances toxiques rémanentes dans les Grands Lacs. Elle décrit aussi brièvement les programmes d’ensemble (COA, NPRI, SOP, PSL, etc.) mis en place en vue d’atteindre l’objectif d’une élimination pratique de ces substances. On trouvera, dans les références bibliographiques à la fin du présent chapitre, de plus amples renseignements sur l’approche canadienne.