Les scientifiques de l'Université Duke ont développé une série de quatre nouveaux tests qui peuvent être utilisés pour détecter la contamination par les cendres de charbon dans le sol avec une sensibilité sans précédent.

Les tests sont spécifiquement conçus pour analyser le sol pour la présence de particules de cendres volantes si petites que d'autres tests pourraient les manquer.

Les cendres volantes font partie des résidus de combustion du charbon (CCR) qui sont générés lorsqu'une centrale électrique brûle du charbon pulvérisé. Les minuscules particules de cendres volantes, qui sont souvent de taille microscopique, contiennent des concentrations élevées d'arsenic, sélénium et autres éléments toxiques, dont beaucoup ont été enrichis par le processus de combustion.

Alors que la majorité des cendres volantes sont capturées par des pièges dans la centrale électrique et éliminées dans des bassins de stockage de cendres de charbon et des décharges, certains s'échappent et sont émis dans l'environnement. Heures supplémentaires, ces particules peuvent s'accumuler dans le sol sous le vent de la plante, potentiellement dangereux pour l'environnement et la santé humaine.

« En raison de la taille de ces particules, il a été difficile de les détecter et de mesurer la quantité de cendres volantes accumulées, " dit Avner Vengosh, Professeur émérite de qualité environnementale à la Duke's Nicholas School of the Environment. "Nos nouvelles méthodes nous donnent la possibilité de le faire, avec un haut niveau de certitude."

Les résidus de combustion du charbon sont les plus gros déchets solides industriels produits aux États-Unis. Lorsque le sol contaminé par des cendres volantes est perturbé ou déterré, la poussière contenant les cendres peut être transportée dans l'air dans les maisons voisines et d'autres environnements intérieurs. L'inhalation de poussière contenant des particules de cendres volantes avec des niveaux élevés de métaux toxiques a été liée à des maladies pulmonaires et cardiaques, cancer, troubles du système nerveux et autres effets néfastes.

"Être capable de retracer la contamination jusqu'à son emplacement source est essentiel pour protéger la santé publique et identifier où les efforts de remédiation doivent être concentrés, " a déclaré Zhen Wang, un doctorant au laboratoire de Vengosh à Duke, qui a dirigé l'étude. "Ces nouvelles méthodes complètent les tests que nous avons déjà développés pour le traçage des cendres de charbon dans l'environnement et élargissent notre champ d'investigation."

Les nouveaux tests sont conçus pour être utilisés ensemble pour fournir des corroborations indépendantes de la présence de particules de cendres volantes dans un échantillon de sol et, le cas échéant, à quelle proportion par rapport au sol total.

"D'abord, on mesure l'abondance de certains métaux, comme l'arsenic, sélénium et antimoine, que l'on sait plus riches en cendres de charbon qu'en sol normal, " a déclaré Wang. " Si ces métaux sont présents à des niveaux supérieurs à la normale, nous testons l'échantillon à l'aide de deux autres indicateurs géochimiques, les nucléides du radium et les isotopes stables du plomb, qui sont plus sensibles que les métaux traces et peuvent être utilisés pour détecter une faible présence de cendres volantes dans les sols. Nous examinons également le sol au microscope pour tester si nous pouvons identifier physiquement les particules de cendres volantes et estimer la proportion du sol qu'elles contiennent. »

Chaque méthode a ses propres forces et faiblesses, et s'il est utilisé uniquement, il pourrait surestimer ou sous-estimer la présence de mouches dans le sol, dit Vengosh. "En utilisant les quatre ensemble, nous sommes en mesure de vérifier l'investigation médico-légale de la présence de cendres volantes dans les sols."

Pour évaluer la fiabilité des nouveaux tests, les chercheurs ont analysé le sol de surface de 21 sites sous le vent de l'usine de fossiles de Bull Run de la Tennessee Valley Authority à Claxton, Tennessee., et 20 sites sous le vent de la centrale à vapeur Marshall de Duke Energy sur le lac Norman, N.C. Les échantillons de Caroline du Nord provenaient de Mooresville, une ville située de l'autre côté du lac de l'usine Marshall. Des échantillons témoins ont également été prélevés sur des sites en amont de chaque usine.

Les tests ont constamment montré que la plupart des échantillons prélevés sous le vent des deux usines contenaient une contamination par des cendres volantes, mais parce que la proportion de cendres volantes était faible, les concentrations d'éléments toxiques ne dépassaient pas les recommandations pour la santé humaine concernant la présence de métaux dans le sol.

Les tests ont également montré que les échantillons de sol près de l'usine fossile de Bull Run dans le Tennessee contenaient généralement des niveaux significativement plus élevés de cendres volantes que ceux de Caroline du Nord, et que la concentration la plus élevée se trouvait dans le sol du parc communautaire de Claxton, une aire de jeux et un site récréatif situé à l'extérieur de l'usine Bull Run.

Qu'est-ce que tout cela nous dit ?

"D'abord, cela confirme que nos nouveaux outils fonctionnent de manière cohérente et, lorsqu'ils sont utilisés ensemble, fournir une méthode fiable pour détecter une contamination que d'autres tests pourraient manquer, " dit Vengosh.

"Seconde, il souligne la nécessité de surveiller régulièrement les sites proches sous le vent d'une centrale à charbon, même si les niveaux de contamination sont inférieurs aux seuils de sécurité actuels. Les cendres volantes s'accumulent avec le temps, et les risques peuvent augmenter avec des expositions répétées à la poussière des terrains de jeux ou à la poussière domestique, " dit Vengosh.

« De faibles concentrations de métaux toxiques dans le sol ne signifient pas aucun risque, " a déclaré Vengosh. "Nous devons comprendre comment la présence de cendres volantes dans les sols à proximité des centrales au charbon pourrait affecter la santé des personnes qui y vivent. Même si les centrales au charbon aux États-Unis ferment ou sont remplacées par du gaz naturel, l'héritage environnemental des cendres de charbon dans ces régions perdurera pour les décennies à venir."

L'étude évaluée par des pairs a été publiée le 20 juillet dans Sciences et technologies de l'environnement.