Émissions de polluants
Oxydes de soufre
Les principales sources des composés sulfurés présents dans l'air sont anthropiques, et la forme prédominante de ces composés est le dioxyde de soufre (SO2). Les émissions d'oxydes de soufre sont principalement attribuables à la combustion, laquelle engendre une oxydation du soufre contenu dans le combustible; ainsi, les émissions d'oxydes de soufre dépendent presque exclusivement de la teneur en soufre du combustible, et non de la taille de la chaudière, de la conception des brûleurs ou du degré d'affinage du combustible. Dans les systèmes de combustion, environ 95 % du soufre présent dans le combustible est transformé en dioxyde de soufre (SO2), une proportion de 1 % à 5 % subit une oxydation additionnelle formant du trioxyde de soufre (SO3), et une proportion de 1 % à 3 % est émise sous forme de particules de sulfate.
Le SO2 est un gaz incolore et corrosif; il a des effets très néfastes sur les plantes, les animaux et les humains et, même, sur les composantes inertes du milieu. Dans l'air, il peut subir une oxydation additionnelle et former du SO3, qui réagit avec la vapeur d'eau pour produire de l'acide sulfurique (H2SO4), l'une des principales composantes des précipitations acides. En outre, l'anion sulfate (SO4=) peut être inhalé par les humains et causer de graves dommages aux poumons. Les particules de sulfate contribuent à la réduction de la visibilité et modifient l'albédo de la Terre, c'est-à-dire le bilan radiatif de la planète, ce qui a des répercussions sur le climat [46 - 48].
Mercure
Le mercure est un métal-trace qui est une substance toxique, biocumulative et persistante (STBP) connue; il est naturellement présent dans le charbon à de très faibles concentrations. La combustion de charbon est considérée comme la principale source anthropique de ce polluant dans l'atmosphère. Selon les données du Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) [49], la combustion de charbon dans les centrales électriques, les chaudières industrielles, les chaudières domestiques, les appareils de chauffage et les poêles a produit des émissions de mercure d'environ 888 t, soit 46 % des émissions anthropiques totales à l'échelle mondiale, en 2005. Les centrales alimentées au charbon sont l'une des plus importantes sources de mercure en raison de la grande quantité de charbon qu'elles brûlent pour produire de l'électricité. Par exemple, en 2005, environ la moitié des émissions anthropiques de mercure aux États-Unis provenait de ces centrales; ces émissions représentent environ 52,4 t/an [52].
La majeure partie du mercure présent dans l'atmosphère est sous forme de vapeur de mercure élémentaire; toutefois, dans l'eau, le sol, les sédiments ou le biote, on trouve tant des formes organiques qu'inorganiques de ce métal. La vapeur de mercure élémentaire est relativement insoluble et non réactive; c'est pourquoi elle peut demeurer en suspension dans l'air et être transportée par les courants atmosphériques sur de grandes distances pendant de très longues périodes — jusqu'à quelques années — avant de se déposer sur le sol ou dans les eaux de surface. Une fois le mercure déposé, des microbes peuvent le transformer en une forme organique (le méthylmercure) qui peut être absorbée par d'autres organismes et s'accumuler le long de la chaîne alimentaire.
Le mercure a de nombreux graves effets sur l'environnement et sur la santé humaine. Par exemple, la pollution par le mercure est la cause la plus courante de la contamination des poissons dans les rivières et les lacs aux États-Unis, et de nombreux États américains ont publié des avis de non-consommation du poisson provenant de ces plans d'eau. L'ingestion de mercure par consommation de poisson contaminé peut entraîner l'altération du développement neurologique chez les fœtus, les nourrissons et les enfants. Chez les adultes, elle peut causer des dommages neurologiques [53]. Les National Institutes of Health (NIH, Instituts nationaux de la santé) des États-Unis estiment qu'une femme sur 12, dans ce pays, a des concentrations sanguines de mercure qui dépassent la quantité considérée comme sûre par l'EPA. Selon les estimations des NIH, les troubles de santé causés par le mercure engendrent des coûts de près de 9 milliards de dollars américains par année en frais médicaux additionnels et en perte de productivité sur le marché du travail [47, 52].
Particules
Les particules (PM) consistent en un large éventail de matières en phase solide ou liquide dont la taille va de moins de 1 nanomètre à 100 micromètres et qui peuvent avoir une composition chimique complexe. Parmi leurs éléments constitutifs, on compte les nitrates, les sulfates, les métaux, les composés organiques, les particules de sol, le pollen, la suie, etc. Les PM sont classées selon diverses valeurs de mesure, dont les plus courantes sont les PM10 et les PM2,5, correspondant aux particules de diamètre aérodynamique inférieur à 10 et à 2,5 micromètres, respectivement.
Les sources de particules sont très nombreuses; la combustion dans des installations fixes (telles que les centrales électriques) est l'une des plus importantes de ces sources, de concert avec le transport routier. Les sources de combustion fixes comprennent des installations consacrées à des activités industrielles telles que la sidérurgie, de même que les appareils de chauffage domestiques et les centrales électriques. Les émissions de PM causées par les combustibles solides (comme le charbon) sont, en général, plus grosses que celles attribuables aux combustibles liquides, et les PM produites par les combustibles liquides sont plus grosses que celles engendrées par la combustion du gaz naturel. Toutefois, en général, les particules produites par la combustion ont un diamètre inférieur à 1 micromètre. Parmi les répercussions environnementales des émissions de particules, on compte la réduction de la visibilité, les précipitations acides et les dommages et taches causés aux matériaux (statues et monuments).
Les retombées de particules peuvent aussi contribuer à l'acidification des lacs et des cours d'eau, modifier le bilan de substances nutritives dans les plans d'eau et les sols et porter atteinte aux forêts et aux cultures [53]. Les PM peuvent causer de graves troubles de santé chez les humains, particulièrement celles dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres, car elles peuvent se loger très profondément dans les poumons lorsqu'elles sont inhalées et elles peuvent même pénétrer dans la circulation sanguine. Les effets les plus courants des particules sur la santé sont des symptômes respiratoires tels que l'irritation des voies respiratoires, la toux, la difficulté à respirer, la diminution de la capacité respiratoire, l'asthme, la bronchite chronique et le décès prématuré [53].
Gaz à effet de serre
Les gaz à effet de serre (GES) sont des gaz qui retiennent la chaleur dans l'atmosphère; cela permet à la surface de la Terre de conserver une température moyenne d'environ 15°C. Sans cet « effet de serre » naturel, la température ambiante moyenne serait d'environ 33°C inférieure à ce qu'elle est actuellement, ce qui rendrait impossibles la plupart des formes de vie que nous connaissons aujourd'hui. Or, depuis la Révolution industrielle, les activités humaines ont entraîné l'ajout d'importantes quantités de GES dans l'atmosphère, ce qui a accentué l'effet de serre naturel. Cela occasionne une augmentation de la température planétaire moyenne, ce qui a de graves effets sur le climat. Certains de ces gaz, tels que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O), sont émis dans l'atmosphère par des processus naturels aussi bien que par des activités humaines; d'autres GES comme les chlorofluorocarbures (connus sous leur acronyme CFC) sont exclusivement issus des activités industrielles. Les principaux GES émis par les activités humaines, particulièrement l'utilisation des combustibles fossiles, sont le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde nitreux.
Les émissions de GES, peu importe le gaz, sont couramment calculées en émissions équivalentes de dioxyde de carbone. Cela permet de comparer la capacité de chaque GES d'emprisonner la chaleur dans l'atmosphère (potentiel de réchauffement du globe, ou PRG) à la capacité du CO2, qui est utilisé comme gaz de référence. On obtient l'équivalent de dioxyde de carbone pour un gaz en multipliant la quantité émise de ce gaz par son PRG.
Voici une brève description des principaux GES :
Le dioxyde de carbone (CO2) et un gaz non toxique et inoffensif. L'augmentation régulière de la concentration de CO2 dans l'atmosphère, qui est préoccupante en raison de ses effets sur les changements climatiques, est principalement attribuable aux activités humaines. On a estimé que les concentrations atmosphériques planétaires de CO2 en 2005 étaient de 35 % supérieures aux concentrations antérieures à la Révolution industrielle.
La principale source de ce gaz est l'utilisation des combustibles fossiles (les centrales électriques sont à l'origine d'une proportion allant de 17 % à 40 % des émissions totales de CO2); parmi les autres sources, on compte les feux de forêt et de brousse ainsi que les procédés de combustion utilisés pour produire les matières entrant dans la fabrication du ciment [48, 56-58].
Le méthane (CH4) reste dans l'atmosphère pendant 9 à 15 ans et il est 21 fois plus efficace que le dioxyde de carbone pour ce qui est d'emprisonner la chaleur dans l'atmosphère. Tout comme le dioxyde de carbone, le méthane est émis dans l'atmosphère par divers processus naturels et anthropiques. Les sources naturelles comprennent les milieux humides, les termites, les océans, les feux de forêt, etc.; les principales sources anthropiques sont la consommation de combustibles fossiles, la fermentation intestinale, les décharges, les systèmes au gaz naturel, la production des combustibles fossiles, la culture du riz, la combustion de biomasse et la manutention des déchets.
On estime que les sources naturelles sont à l'origine d'environ 37 % des émissions atmosphériques totales de méthane par année; par conséquent, les sources anthropiques sont les principales sources de rejet de ce gaz dans l'air. L'oxyde nitreux (N2O) et un gaz incolore qui a une odeur légèrement douceâtre et il est environ 310 fois plus efficace que le dioxyde de carbone pour ce qui est d'emprisonner la chaleur dans l'atmosphère. À l'instar du dioxyde de carbone et du méthane, l'oxyde nitreux est également émis par des sources naturelles et anthropiques, mais contrairement aux deux autres gaz, les sources naturelles sont à l'origine d'environ 64 % de ses émissions atmosphériques totales.
Oxydes d'azote
Les procédés de combustion sont la principale source anthropique des oxydes d'azote. Ces oxydes peuvent se former lors de la combustion, à partir de l'azote contenu dans le combustible ou de l'azote présent dans l'air. Dans la plupart des systèmes de combustion externe alimentés aux combustibles fossiles, environ 95 % des oxydes d'azote émis sont sous forme de moNOXyde d'azote (NO), les 5 % restants étant du dioxyde d'azote (NO2). Le NO émis subit une oxydation additionnelle dans l'atmosphère pour produire du NO2. Le symbole NOX représente la somme du moNOXyde d'azote (NO) et du dioxyde d'azote (NO2), exprimée en NO2.
Le NO2 est un gaz fortement réactif dont la couleur donne au smog photochimique sa couleur brun rougeâtre caractéristique. En outre, ces oxydes réagissent avec l'eau pour produire de l'acide nitrique (HNO3), qui, de concert avec l'acide sulfurique, crée les précipitations acides. Un autre effet néfaste des oxydes d'azote est causé par les retombées atmosphériques de l'azote sous forme de nitrates et de nitrites dérivés du NOX, qui engendrent l'eutrophisation des eaux intérieures et des mers littorales [46-48].