Les États-Unis ont fait d'énormes progrès dans la réduction de la pollution de l'eau depuis l'adoption de la Clean Water Act il y a près de 50 ans. Les rivières ne prennent plus feu lorsque les nappes de pétrole à leur surface s'enflamment. Et de nombreux ports autrefois encombrés d'eaux usées attirent désormais les nageurs et les plaisanciers.

Mais à l'approche du Jour de la Terre, il est important de comprendre que le nouveau, des défis plus complexes émergent. Dans une étude publiée plus tôt cette année, nous avons découvert qu'un cocktail de produits chimiques provenant de nombreuses activités humaines rend les rivières américaines plus salées et plus alcalines à travers le pays. Étonnamment, le sel de voirie en hiver n'est pas la seule source :construction, agriculture, et de nombreuses autres activités jouent également un rôle dans toutes les régions.

Ces changements menacent gravement l'approvisionnement en eau potable, infrastructures urbaines et écosystèmes naturels. La pollution par le sel n'est actuellement pas réglementée au niveau fédéral, et les contrôles étatiques et locaux sont incohérents.

Nos recherches montrent que lorsque des sels de différentes sources se mélangent, ils peuvent avoir des impacts plus larges qu'ils n'en auraient individuellement. Il montre également l'importance de soutenir la surveillance de la qualité de l'eau à l'échelle nationale, afin que nous puissions détecter et traiter d'autres problèmes de pollution qui n'ont pas encore été reconnus.

Eaux altérées

Notre groupe étudie la salinisation des eaux douces depuis plus de 15 ans. En 2005, nous avons publié un article démontrant que les niveaux de chlorure de sodium (sel de table commun) augmentaient rapidement dans les eaux douces du nord-est des États-Unis.

Jusqu'à ce moment là, les scientifiques pensaient que la salinisation était un problème sérieux principalement dans les régions arides où l'eau s'évapore rapidement, laissant les sels derrière. Mais nous avons constaté que cela affectait les principaux approvisionnements en eau potable, dépassant les niveaux toxiques pour certains organismes aquatiques et persistant dans l'environnement toute l'année, même dans les régions humides.

La principale cause que nous avons trouvée était la propagation des surfaces pavées, comme les routes et les parkings. Les collectivités des régions froides utilisent des sels de déglaçage pour déneiger les routes en hiver, et plus ils construisent de routes, plus le traitement est nécessaire. Nous avons constaté qu'une augmentation de 1 pour cent des surfaces pavées pourrait augmenter les concentrations de sel dans les plans d'eau à proximité à des niveaux plus de 10 fois supérieurs aux conditions forestières vierges.

En 2013, nous avons publié une autre étude montrant que les rivières devenaient plus alcalines dans toutes les régions de l'est des États-Unis. À cette époque, les pluies acides, c'est-à-dire trop d'acide dans l'eau de pluie, causée par la pollution de l'air - était un problème environnemental bien connu depuis plusieurs décennies. Cependant, l'alcalinisation n'était pas reconnue de la même manière, et ses effets sont encore mal compris aujourd'hui.

L'alcalinisation est le contraire de l'acidification :elle se produit lorsque le pH de l'eau augmente au lieu de baisser. Au fur et à mesure que l'eau devient plus alcaline, certains produits chimiques qui y sont dissous peuvent devenir toxiques. Par exemple, l'ammonium est un nutriment dans les écosystèmes d'eau douce, mais est converti en gaz ammoniac toxique en concentrations importantes dans les eaux à pH élevé. Les conditions alcalines augmentent également la libération de phosphore des sédiments, qui peuvent déclencher des proliférations nuisibles d'algues et de bactéries.

Nous avons découvert qu'un processus que nous appelions « altération accélérée par l'homme » décomposait la roche et libérait des minéraux dans les rivières, ce qui les rendait plus alcalines. Le processus d'altération des roches et des minéraux qui sont exportés vers les rivières est généralement lent, mais nous avons montré que l'aménagement du territoire et des décennies d'exposition aux pluies acides l'accéléraient. Nous avons également suggéré que l'utilisation généralisée de matériaux géologiques dans les engrais et le béton était un facteur.

Identifier le syndrome de salinisation de l'eau douce

Notre étude sur l'altération accélérée par l'homme a montré qu'avec le chlorure de sodium, d'autres sels dissous augmentaient dans l'eau douce dans de vastes régions de l'est des États-Unis. Cela nous a amené à nous demander s'il pouvait y avoir un lien avec nos précédents travaux sur la salinisation dans ces régions.

Nous avons commencé à reconnaître qu'en théorie, la pollution par le sel et l'altération accélérée par l'homme pourraient envoyer des quantités croissantes de sels alcalins dans les rivières de tout le pays, et que cela pourrait augmenter leurs niveaux de pH. Nous savions que l'eau de l'océan, qui est naturellement salé, a un pH plus élevé que l'eau douce car elle a accumulé des niveaux élevés de sels alcalins. Après de nombreuses analyses, nous avons proposé que des processus interconnectés similaires pourraient influencer la salinité et le pH de l'eau douce.

De nombreuses sources libèrent des sels alcalins dans l'environnement, y compris l'altération des surfaces imperméables, utilisation d'engrais et de chaux dans l'agriculture, drainage minier, ruissellement d'irrigation et utilisation hivernale du sel de voirie. Initialement, des parties de ces sels alcalins se lient au sol. Mais lorsqu'ils entrent en contact avec du sodium - par exemple, excès de sel de voirie - des réactions chimiques se produisent qui libèrent les sels alcalins, qui se lavent ensuite dans les écosystèmes d'eau douce.

Nous avons appelé ce processus le syndrome de salinisation de l'eau douce car il produisait de multiples effets sur les sels, alcalinité et pH, qui sont des propriétés chimiques fondamentales de l'eau.

Différentes causes par région

La détermination de ce processus a été un projet d'équipe qui a nécessité des connaissances en limnologie (l'étude des eaux intérieures), géochimie et géographie. Les causes varient d'un endroit à l'autre, mais les résultats peuvent être similaires.

Par exemple, les rivières deviennent de plus en plus salines et alcalines dans certaines parties de la Caroline du Nord, Floride, Virginie et autres États qui utilisent peu ou pas de sel de voirie. Cela est probablement dû à l'altération accélérée par l'homme dans les endroits reposant sur du calcaire (qui se dissout lorsqu'il entre en contact avec les eaux de pluie acides) et dans les zones urbanisées avec de nombreuses infrastructures en béton, ainsi que la pollution urbaine par les sels provenant des eaux usées, adoucisseurs d'eau ou engrais.

Notre recherche a été financée par la National Science Foundation des États-Unis et s'est appuyée sur d'énormes quantités de données de surveillance provenant d'écosystèmes à travers les États-Unis, collectées principalement par le U.S. Geological Survey. Nous avons analysé les tendances à long terme de la chimie des rivières sur cinq décennies et comparé ces tendances à travers différents grands systèmes fluviaux et régions.

Nous avons également analysé les tendances dans les grands estuaires, comme la rivière Hudson et la baie de Chesapeake, pour étudier si des apports de plus en plus alcalins provenant des rivières pourraient potentiellement influencer la chimie des eaux côtières. Nos résultats montrent que les changements dans les sels peuvent modifier les concentrations de polluants tels que l'excès de phosphore et de nutriments qui sont liés dans les sédiments sur ces sites.

Gérer la pollution par le sel

Le syndrome de salinisation de l'eau douce affecte l'approvisionnement en eau potable dans de nombreuses régions des États-Unis. Dans certains cas, il altère le goût de l'eau ou menace la santé des personnes hypertendues.

On craint de plus en plus que les sels de l'eau douce puissent corroder les conduites d'eau et libérer des métaux toxiques tels que le plomb dans l'eau potable. Ils peuvent également déclencher des réactions qui mobilisent d'autres contaminants et polluants des sols vers les rivières.

Comme d'autres scientifiques l'ont montré, les mélanges de sels peuvent être plus toxiques pour la vie aquatique qu'un seul sel seul. L'Environmental Protection Agency ne réglemente actuellement pas les sels en tant que contaminants primaires dans l'eau potable, et la réglementation nationale et locale des rejets de sel sur de vastes zones à partir d'activités telles que le traitement des routes est clairsemée et incohérente.

Nous pensons qu'il existe un besoin urgent de réglementations fédérales et de plans régionaux pour réduire la pollution par le sel dans l'eau douce. Une stratégie consisterait à réduire l'utilisation de sels de voirie en calibrant l'application et en ajustant les taux d'application en fonction de la température. En outre, tous les sels ne sont pas créés égaux :il peut être plus efficace d'utiliser certains sels comme déglaçants à des températures plus basses. Finalement, les solutions de déglaçage organiques utilisent moins de sel que les versions conventionnelles.

De nouvelles formes de pollution de l'eau apparaissent sans cesse, et il est important d'identifier comment différentes activités humaines accélèrent les processus géologiques dans la nature. L'eau douce ne représente qu'environ 3% de l'approvisionnement total en eau de la Terre (le reste se trouve dans les océans), et il sera toujours nécessaire de mieux comprendre et gérer cette précieuse ressource.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.