L'expression acidification des eaux douces désigne les phénomènes d'acidification des eaux non marines, quand cette acidification est d'origine anthropique.
Elle concerne notamment des eaux de lacs, étangs, mares, sources, rivières et fleuves, ainsi que les eaux de ruissellement voire de nappe phréatique. Par extension on inclut parfois les eaux saumâtres dans cette liste.
Pour le chimiste, l'acidification est une diminution du pH des eaux douces. Quand elle est due à des composés azotés, l'acidification s'accompagne souvent de phénomènes d'eutrophisation.
Quand elle est anthropique et qu'elle a des effets adverses sur les écosystèmes, c'est une des formes de la pollution de l'eau ; diffuse et « transfrontière ».
Typologies (selon l'origine de la salinisation)
Les phénomènes d'acidification des eaux douces peuvent être classés en trois grandes catégories selon leur origine : acidification par drainage minier acide ; c'est un phénomène très localisé, mais qui peut s'auto-entretenir durant des siècles ou millénaires et causer une acidification extrême (l'eau devient parfois plus acide que l'acide chlorhydrique pur commercialisé) ; acidification par déversement (accidentel ou chronique) d'acides (pollution directe de l'eau ou de substances acidifiantes ; acidification par absorption et dissolution de gaz ou particules acides (ex : émis en excès dans l'atmosphère ; Quand le se dissout dans l'eau, il forme du dioxyde de carbone libre dissous ( (aq)), acide carbonique (H2CO3), hydrogénocarbonate (HCO3−) et carbonate (CO32−). Des problèmes similaires se posent avec le soufre, le chlore et l'azote sous leurs formes inorganiques. La proportion de ces espèces dépend néanmoins de l'alcalinité de l'eau, et moindrement de sa température.
Les principaux contaminants acidifiants de l'eau Ces contaminants sont surtout : le dioxyde de soufre et d'autres composés soufrés ; ils proviennent essentiellement de l'utilisation de combustibles fossiles, dans les chaudières industrielles, privées et les moteurs ; les composés soufrés émis par l'utilisation de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel, condensats de gaz naturel). Le soufre, lors de la combustion se transforme en effet en dioxyde de soufre, source d'acide sulfureux et d'acide sulfurique. les composés azotés anthropiquesLe Gall, A. C. (2004). Effets des dépôts atmosphériques de soufre et d’azote sur les sols et les eaux douces en France, INERIS 116 pages, 2004-11-21. (directement ou indirectement produits par photochimie, éventuellement à partir de gaz précurseurs émis par l'industrie, la circulation motorisée, l'agriculture industrielle et le chauffage par des combustibles, qui tous produisent des oxydes d'azote, source d'acide nitreux et d'acide nitrique qui contaminent l'air puis les pluies, brumes, rosées...Leur rôle a été longtemps sous-estimé en termes de contribution à l'acidification de l'environnement, mais il a été confirmé par de nombreuses études, notamment basées sur des analyses isotopiques qui ont permis de montrer que l'acide nitrique interagissant avec les cations du bassin versant avait bien en grande partie comme origine les engrais azotés (dont en France)Brunet, F., Potot, C., Probst, A., & Probst, J. L. (2011). Stable carbon isotope evidence for nitrogenous fertilizer impact on carbonate weathering in a small agricultural watershed. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 25(19), 2682-2690 ; le dioxyde de carbone atmosphérique d'origine anthropique)he State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2013, consulté 2014-09-11, voire notamment le chapitre “Ocean acidification”, voir notamment page 4.
Ces acidifiants peuvent souvent agir seuls ou cumuler et multiplier leurs effets (effet synergique des cocktails de polluant).
Le processus d'acidification Pour les principaux acidifiants, le passage du rejets anthropique à l'acidification de l'eau ou du sol se déroule en plusieurs étapes : L'émission dans l'eau, l'air ou le sol de gaz ou aérosols contenant des acides ou des précurseurs d'acides ; une oxydation conduisant à la formation des ions (ex : ions sulfates, chlorures et nitrates..) ; la dissolution plus ou moins complète dans la pluie ou l'eau douce de ces ions ; c'est-à-dire la formation de ces ions correspond à la formation d'acide (acide sulfurique, d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique en solution, pour ce qui concerne les trois ions cités en exemple ci-dessus), avec formation simultanée de cations basiques associés (calcium, magnésium, potassium principalement...). Tant que ces cations sont disponibles dans le milieu (ce qui est plus probable dans un grand bassin versant, dont la nature géologique est majoritairement calcaire, zones qui correspondent souvent à la localisation des champs captants et des captages d'eau potable en zone calcaire, alors qu'en zone argileuse ou granitique, faute de nappe phréatique, les captages se font en rivière ou lacs et plutôt dans le haut des bassins versants où l'eau est habituellement moins turbide et moins polluée, mais où elle peut être la plus acidifiée car l'acide qu'elle contient a eu moins de temps pour être neutralisé par les cations du milieu. Quel que soit le contexte, si les cations en solutions viennent à manquer, l'eau devient « chimiquement agressive » pour de nombreuses espèces vivantes ; circulation dans l'environnement des ions hydrogène excédentaires dans l'eau (eau liquide, vapeur, embruns...).
Facteurs d'influence de l'acidification Plusieurs facteurs interagissent dont : les dépôts atmosphériques ; De manière générale, quand ils sont directs, c'est-à-dire passant de l’atmosphère aux eaux superficielles et sans passer par le sol, ils ne comptent que pour une faible proportion des apports totaux en acide, sauf à proximité des sources d'émissions où ils peuvent être une source majeure d'acidification, y compris pour les origines agricolesSemhi, K., Amiotte Suchet, P., Clauer, N., & Probst, J. L. (2000). Impact of nitrogen fertilizers on the natural weathering-erosion processes and fluvial transport in the Garonne basin. Applied Geochemistry, 15(6), 865-878. (Ainsi Rimmelin et al. ont calculé en 1999 que 26 % de l'apport annuel d’azote minéral au bassin d’Arcachon était d’origine atmosphérique)Rimmelin, P., Dumon, J. C., Burdloff, D., et Maneux, E. (1999). Atmospheric deposits of dissolved inorganic nitrogen in the southwest of France. Science of the Total Environment 226 , (2-3), 213-225 (résumé). L'invention au des engrais chimiques est considérée comme étant à l'origine d'un phénomène émergent d'eutrophisation des eaux côtièresPaerl, H. W. (1993). Emerging role of atmospheric nitrogen deposition in coastal eutrophication: biogeochemical and trophic perspectives. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 50(10), 2254-2269 (résumé) dont les « marées vertes » ne sont que l'expression la plus visible. le contexte géologique (qui s'il est naturellement acide - en contexte granitique par exemple - prédispose à des effets plus rapides et importants d'éventuelles retombées acides) ; Des émergences d'eaux profondes et acides (certaines sources chaudes) peuvent aussi être un facteur local d'influence. Dans ce type de contexte des microbes dits extrémophiles vont aussi interagir avec les minéraux solubilisés en profondeurCasanova, J., Bodénan, F., Négrel, P., & Azaroual, M. (1999). Microbial control on the precipitation of modern ferrihydrite and carbonate deposits from the Cézallier hydrothermal springs (Massif Central, France). Sedimentary Geology, 126(1), 125-145 (résumé) ; certains contextes écopaysagers : un exemple est celui de plateaux argileux à nappes perchées (qui ont pu lessiver les ions basiques du sol au cours des siècles, millénaires ou millions d'années). Un autre exemple est la tourbière à sphaignes, car la sphaigne absorbe et fixe des ions basiques ; de ce fait elle est naturellement acidifiante pour le milieu aquatique de la tourbière ; La végétation, en tant que limitant et freinant le ruissellement limite le lessivage des sols (et donc interagit avec le pH des eaux). La végétation aquatique influence aussi la chimie de l’eau, de manière plus ou moins saisonnière selon les zones géoclimatiques ; le contexte hydrogéographique : la taille et la structure géologique du bassin versant sont des facteurs importants ; plus le bassin est vaste, plus les retombées acides ont des chances d'avoir été tamponnées avant d'arriver à la rivière ou aux nappes, et plus les nappes sont importantes et profondes, plus leur acidification sera lente ou tamponnée par le substrat calcaire, s'il existe. Ceci est toutefois moins vrai pour les nappes superficielles et les sources qu'elles alimentent ; et plus on est proche de la source, plus l'effet-tampon sera ténu. La pente est aussi à prendre en compte : sur les fortes pentes, le lessivage des sols est augmenté ; le contexte climatique (l'altitude et la latitude notamment), car l'ensoleillement est source de productivité biologique accrue, faisant que l'azote, le carbone ou le soufre sont plus rapidement captés par les plantes et le réseau trophique. Certains écosystèmes tropicaux sont néanmoins naturellement acides et potentiellement vulnérables à une suracidification ; La pluviométrie est également une composante climatique importante, surtout en présence de pluies acides. le contexte agricole, en raison du fait qu'il est devenu une source considérable d'éléments chimiques acidifiant et eutrophisants (azote et moindrement soufre) même si les amendements calcaires tendent aussi à tamponner ces acides ; le contexte urbain et routier. La pollution automobile et de chaudières au charbon, au fioul ou au gaz, les aéroports, etc. sont aussi source d'éléments chimiques acidifiant (, soufre et NOx) et eutrophisants (via les émissions de NOx) ; l'exposition des zones humides, lacs et cours d'eau ou réservoirs d'eau : en zone froide elle contrôle la période d'enneigement et de prise de glace d'une part, et la productivité biologique végétale d'autre part, ce qui influence les taux de lessivage et la vitesse et la saisonnalité de tamponnement des arrivées ou retombées acides.
Conséquences sanitaires Sauf dans le cas du « drainage minier acide » qui peut justifier une interdiction totale de la baignade et de toute activité de loisirs aquatiques, l'acidification est habituellement trop légère pour qu'il existe un risque directe de brûlure de la peau humaine, lors d'une baignade par exemple.
Les risques sont surtout indirects : les eaux acides sont en effet beaucoup plus « agressives », vis-à-vis de nombreux métaux notamment. Ainsi, l'aluminium naturellement présent en grande quantité dans les sols en est en partie extrait par les eaux acides qui le rendent biodisponible. En contact avec la grenaille de plomb, avec un sol pollué par le plomb ou en circulant dans un réseau de distribution d'eau potable contenant des éléments en plomb, ou avec des tuyaux contenant du plomb comme additif ou du plomb dans les soudures les eaux douces, une eau acidifiée se charge de plomb hautement bioassimilable (neurotoxique à faible voire très faible doses). Elles contribuent alors aux intoxications par le plomb (saturnismeDambrine, E., Party, J. P., Pollier, B., Nicolaï, M., Probst, A., Rozin, C. H., & Duc, M. (1999) Acidification des eaux de source et saturnisme dans le Massif vosgien. Revue forestière française, (2), 173-183.), dont chez l'animal (saturnisme animal) ;