Polluants de l’eau

SOURCES DE POLLUTION DE l’EAU

Les polluants de l’eau sont classés comme source ponctuelle ou source non ponctuelle, la première étant identifiée comme tous les polluants par temps sec qui pénètrent dans les cours d’eau par des tuyaux ou des canaux. Le drainage pluvial, même si l’eau peut pénétrer dans les cours d’eau par des tuyaux ou des canaux, est considéré comme une pollution de source non ponctuelle. D’autres sources de pollution non ponctuelles proviennent du ruissellement agricole, des chantiers de construction et d’autres perturbations des terres, comme indiqué au chap. 11. La pollution de source ponctuelle provient principalement des installations industrielles et des stations d’épuration municipales. La gamme de polluants est vaste, ne dépendant que de ce qui est “jeté dans les égouts.”

Les substances qui demandent de l’oxygène, telles que celles qui peuvent être rejetées par les usines de transformation du lait, les brasseries ou les papeteries, ainsi que par les usines municipales de traitement des eaux usées, constituent l’un des types de polluants les plus importants car ces matières se décomposent dans le cours d’eau et peuvent épuiser l’eau en oxygène dissous.

Les sédiments et les solides en suspension peuvent également être classés comme polluants. Les sédiments se composent principalement de matériaux inorganiques rejetés dans un cours d’eau à la suite de la culture des terres, de la construction, de la démolition et des opérations minières. Les sédiments interfèrent avec le frai des poissons car ils peuvent recouvrir des lits de gravier et bloquer la pénétration de la lumière, rendant la nourriture plus difficile à trouver. Les sédiments peuvent également endommager directement les structures branchiales, étouffant les insectes aquatiques et les poissons. Les sédiments organiques peuvent épuiser l’eau en oxygène, créant des conditions anaérobies (sans oxygène), et peuvent créer des conditions inesthétiques et provoquer des odeurs désagréables.

Les nutriments, principalement l’azote et le phosphore, peuvent favoriser l’eutrophisation accélérée, ou le “vieillissement” biologique rapide des lacs, des cours d’eau et des estuaires. Le phosphore et l’azote sont des polluants courants dans les eaux de ruissellement résidentielles et agricoles et sont généralement associés aux débris végétaux, aux déchets animaux ou aux engrais. Le phosphore et l’azote sont également des polluants courants dans les rejets d’eaux usées municipales, même si les eaux usées ont fait l’objet d’un traitement conventionnel. Le phosphore adhère aux sédiments inorganiques et est transporté avec les sédiments dans le ruissellement des tempêtes. L’azote a tendance à se déplacer avec la matière organique ou est lessivé des sols et se déplace avec les eaux souterraines.

La chaleur peut être classée comme polluant de l’eau lorsqu’elle est causée par des effluents industriels chauffés ou par des altérations anthropiques (humaines) de la végétation des berges des cours d’eau qui augmentent la température des cours d’eau en raison du rayonnement solaire. Les rejets chauffés peuvent modifier considérablement l’écologie d’un cours d’eau ou d’un lac. Bien que le chauffage localisé puisse avoir des effets bénéfiques comme libérer les ports de la glace, les effets écologiques sont généralement délétères. Les effluents chauffés réduisent la solubilité de l’oxygène dans l’eau parce que la solubilité du gaz dans l’eau est inversement proportionnelle à la température, réduisant ainsi la quantité d’oxygène dissous disponible pour les espèces aérobies (dépendantes de l’oxygène). La chaleur augmente également le taux métabolique des organismes aquatiques (sauf si la température de l’eau devient trop élevée et tue l’organisme), ce qui réduit encore la quantité d’oxygène dissous car la respiration augmente.

Les eaux usées municipales contiennent souvent de fortes concentrations de carbone organique, de phosphore et d’azote, et peuvent contenir des pesticides, des produits chimiques toxiques, des sels, des solides inorganiques (p. ex., du limon), ainsi que des bactéries et des virus pathogènes. Il y a un siècle, la plupart des rejets des municipalités ne recevaient aucun traitement. Depuis lors, la population et la pollution causée par les rejets municipaux ont tous deux augmenté, mais le traitement a également augmenté.

Nous définissons un équivalent de population de rejets municipaux comme l’équivalent de la quantité de rejets non traités apportée par un nombre donné de personnes. Par exemple, si une communauté de 20 000 personnes dispose d’un traitement efficace des eaux usées à 50%, l’équivalent de la population est de 0,5 × 20 000 ou 10 000. De même, si chaque individu contribue 0,2 lb de solides par jour dans les eaux usées et qu’une industrie rejette 1 000 lb / jour, l’industrie a un équivalent de population de 1 000 / 0,2, ou 5 000. L’estimation actuelle de l’équivalent en population des rejets municipaux aux États-Unis. les eaux de surface sont d’environ 100 millions, pour une population de près de 300 millions d’habitants. La contribution des rejets municipaux à la pollution de l’eau n’a pas diminué de manière significative au cours des dernières décennies, ni augmenté de manière significative; du moins, nous ne sommes pas en retard.

Les systèmes d’assainissement des anciennes villes américaines ont aggravé la situation de rejet des eaux usées. Lorsque ces villes ont été construites pour la première fois, les ingénieurs ont réalisé que les égouts étaient nécessaires pour évacuer à la fois les eaux pluviales et les déchets sanitaires, et ils ont généralement conçu un système unique pour transporter les deux rejets vers le plan d’eau approprié le plus proche. De tels systèmes sont connus sous le nom d’égouts combinés.

Presque toutes les villes avec des égouts combinés ont des stations d’épuration qui ne peuvent gérer que le débit par temps sec (c’est-à-dire pas de ruissellement des eaux pluviales). Lorsqu’il pleut, le débit dans le système d’égout combiné augmente à plusieurs fois le débit par temps sec et la majeure partie doit être contournée directement dans une rivière, un lac ou une baie. Le trop-plein contiendra des eaux usées brutes ainsi que des eaux pluviales et peut être un polluant important pour les eaux réceptrices. Les tentatives de capture et de stockage du débit excédentaire pour un traitement ultérieur sont coûteuses, et le coût de séparation des réseaux d’égouts unitaires peut être prohibitif.

Au fil des années, la population des villes a augmenté et le besoin de traitement des eaux usées est devenu évident. Des systèmes d’égout séparés ont été construits: un système pour acheminer les eaux usées sanitaires vers l’installation de traitement et l’autre pour acheminer les eaux de ruissellement des eaux pluviales. Ce changement a amélioré le traitement global des eaux usées en diminuant la fréquence des dérivations et en permettant d’ajouter des niveaux supplémentaires de traitement des eaux usées, comme l’élimination du phosphore, à l’usine de traitement des eaux usées. Il a laissé en suspens le traitement du ruissellement des eaux pluviales, qui est maintenant l’une des principales sources de pollution de l’eau aux États-Unis.

Les déchets agricoles qui s’écoulent directement dans les eaux de surface ont une population collective équivalente à environ deux milliards. Les déchets agricoles sont généralement riches en nutriments (phosphore et azote), en carbone organique biodégradable, en résidus de pesticides et en bactéries coliformes fécales (bactéries qui vivent normalement dans le tractus intestinal des animaux à sang chaud et indiquent une contamination par des déchets animaux). Les parcs d’engraissement où un grand nombre d’animaux sont enfermés dans des espaces relativement petits offrent un moyen efficace d’élever des animaux pour se nourrir. Ils sont généralement situés près des abattoirs, et donc près des villes. Le drainage des parcs d’engraissement (et le drainage de l’élevage intensif de volailles) crée un potentiel extrêmement élevé de pollution de l’eau. L’aquaculture a un problème similaire parce que les déchets sont concentrés dans un espace relativement petit. Même des densités d’animaux relativement faibles peuvent dégrader considérablement la qualité de l’eau si les animaux sont autorisés à piétiner la berge du cours d’eau ou si les eaux de ruissellement provenant des étangs de stockage du fumier débordent dans les cours d’eau voisins. La pollution des eaux de surface et des eaux souterraines est fréquente dans les régions agricoles en raison de l’étendue de l’application d’engrais et de pesticides.

La pollution par les composés pétroliers (“pollution par les hydrocarbures”) a d’abord attiré l’attention du public avec la catastrophe de Torrey Canyon en 1967. L’énorme pétrolier chargé de pétrole brut s’est encastré dans un récif de la Manche. Malgré les tentatives britanniques et françaises de brûler le pétrole, la quasi-totalité de celui-ci a fui et a encrassé les plages françaises et anglaises. Finalement, de la paille a été utilisée pour absorber l’huile et des détergents ont été appliqués pour disperser l’huile (les détergents se sont révélés plus tard nocifs pour l’écologie côtière).

L’incident récent le plus notoire a été de loin le déversement de l’Exxon Valdez dans le détroit du Prince William en Alaska. Le pétrole en Alaska est produit dans la région de Prudhoe Bay, dans le nord de l’Alaska, et acheminé vers le terminal pétrolier de Valdez, sur la côte sud. Le 24 mars 1989, l’Exxon Valdez, un énorme pétrolier chargé de pétrole brut a dévié de sa trajectoire et a heurté un récif submergé, déversant environ 11 millions de gallons de pétrole, dans le détroit du Prince William. L’effet a été dévastateur pour l’écologie fragile. Environ 40 000 oiseaux sont morts, dont environ 150 pygargues à tête blanche. Le bilan final sur la faune sauvage ne sera jamais connu, mais l’effet du déversement sur l’économie de la pêche locale peut être calculé et il dépasse les 100 millions de dollars. Le nettoyage par Exxon a coûté au moins 2 milliards de dollars et la responsabilité légale est toujours en débat.

Alors que les déversements de pétrole aussi importants que celui de l’Exxon Valdez font l’objet de beaucoup de publicité, on estime qu’il y a environ 10 000 déversements de pétrole graves aux États-Unis chaque année, et de nombreux autres déversements mineurs provenant d’opérations de routine qui ne font pas la une des journaux. L’effet de certains de ces déversements pourrait ne jamais être connu. En plus des déversements d’hydrocarbures, des hydrocarbures pétroliers provenant de sources atmosphériques (p. ex. les gaz d’échappement des automobiles) se déposent quotidiennement sur les revêtements routiers. Lorsqu’il pleut, ces dépôts huileux se déversent dans les ruisseaux et les lacs voisins.

L’effet aigu de l’huile sur les oiseaux, les poissons et d’autres organismes aquatiques est bien répertorié; les effets subtils de l’huile sur la vie aquatique ne sont pas si bien compris et sont potentiellement plus nocifs. Par exemple, les poissons anadromes qui trouvent leur ruisseau d’origine par l’odeur ou le goût de l’eau peuvent devenir si confus par la présence d’hydrocarbures étranges qu’ils refuseront d’entrer dans leur ruisseau de frai.

Les acides et les bases issus des activités industrielles et minières peuvent altérer la qualité de l’eau d’un cours d’eau ou d’un lac au point de tuer les organismes aquatiques qui y vivent ou de les empêcher de se reproduire. Le drainage minier acide a pollué les eaux de surface depuis le début de l’extraction du minerai. L’eau chargée de soufre lessivée par les mines, y compris les mines anciennes et abandonnées ainsi que les mines actives, contient des composés qui s’oxydent en acide sulfurique au contact de l’air. Les dépôts d’acides atmosphériques provenant de régions industrielles ont causé l’acidification des lacs dans de vastes régions du Canada, de l’Europe et de la Scandinavie.

Les matières organiques synthétiques et les pesticides peuvent nuire aux écosystèmes aquatiques et rendre l’eau inutilisable pour le contact ou la consommation humaine. Ces composés peuvent provenir d’effluents industriels de source ponctuelle ou de ruissellements agricoles et urbains de source non ponctuelle.

Les effets de la pollution de l’eau peuvent être mieux compris dans le contexte d’un écosystème aquatique, en étudiant une ou plusieurs interactions spécifiques de polluants avec cet écosystème.

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