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Madeleine S. Goerg-Günthardt

Forschungsanstalt WSL

Institut fédéral de recherches WSL
Ecopyhsiologie
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Article(s)

Auteur(s): Jakob Marti (Abteilung Umweltschutz und Energie GL), Rico Bertini (UIOM Niederurnen), Madeleine S. Günthardt-Goerg
Rédaction: WSL, Suisse
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Le feuillage des hêtres permet la surveillance d’une usine d’incinération des ordures

De 1971 à 2011, les chercheurs ont étudié la concentration de chlorures, de métaux lourds et d’autres éléments dans le feuillage d’une hêtraie située à proximité d’une usine d’incinération. Les améliorations techniques de l’installation et la baisse induite des émissions de polluants sont apparues très clairement. La concentration en chlorures et en zinc dans les feuilles s’est montré un excellent bio-indicateur de la pollution de l’environnement.

Die Kehrichtverbrennungsanlage Niederurnen
Fig. 1 - L'usine d’incinération de Niederurnen se trouve au pied d’un versant couvert par une hêtraie.
 
Buchenblätter
Fig. 2 - Différents polluants en provenance des gaz émis ont été détectés dans les feuilles de hêtre.
Photo: Thomas Reich (WSL)

L’usine d’incinération de Niederurnen se trouve dans la plaine de la Linth, dans le canton de Glaris, au pied d’un versant sur lequel s’étend une hêtraie (fig. 1). Elle a été ouverte en 1973, agrandie plus tard en plusieurs étapes, et équipée de systèmes supplémentaires de dépollution des gaz. En 2014, l’installation a traité les ordures de quelque 240'000 habitants, ce qui correspond à environ 110'000 tonnes de déchets par an.

Pour accorder le permis de construire, la commune de Niederurnen a exigé que des échantillons de feuillage des forêts voisines soient analysés pour déterminer leur teneur en chlorures et en métaux lourds dès les trois années précédant la mise en service de l’installation, puis par la suite chaque année. La série de mesures, qui couvre actuellement plusieurs phases de dépollution des gaz pendant 40 ans, est probablement unique.

Les collaborateurs de l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) ont choisi en 1971, avec les forestiers locaux, un réseau de 20 sites d’échantillonnage sur le versant situé au-dessus de l’usine (fig. 3). Les sites se répartissent en éventail entre le nord-ouest et le sud-est, à des distances de 0,15 à 1,2 km de la cheminée, et à une dénivelée de 30 à 220 m au-dessus du pied de celle-ci. Sur chacun de ces 20 sites, deux hêtres (Fagus sylvatica) âgés d’environ 100 ans ont été marqués pour l’échantillonnage. En 1984, deux sites ont été ajoutés au nord-ouest.

   
Site des hêtres échantillonnés  
Fig. 3 - Site des hêtres échantillonnés dans la zone d’influence de l'Usine d'incinération des ordures ménagères (UIOM)
 

Mesures d’émissions

Les émissions gazeuses de chlorure (chlorure d’hydrogène) de l’usine ont été mesurées régulièrement. Entre 1990 et 1999, un appareil de mesure continue a été mis en service. Depuis 1999, l’Empa Dübendorf détermine les émissions des composés chlorés et des métaux lourds tous les trois ans par échantillonnage.

Lors de sa mise en service en 1973, l’usine d’incinération de Niederurnen a été équipée d’un électrofiltre, mais sans autre dépollution des gaz. Les composés chlorés pouvaient donc s’échapper dans l’environnement pratiquement sans être filtrés (fig. 4). En 1985, une nouvelle ligne d’incinération avec une dépollution des gaz par procédé sec a été mise en service. La concentration en chlorures des gaz a donc lentement diminué jusqu’à 1991 pour atteindre 10 mg/m3. Par la suite, les valeurs sont remontées en raison d’un volume d’ordures plus important et de perturbations d’exploitation plus fréquentes. En 2000, l’usine a été totalement rénovée, la cheminée rehaussée de 68 m à 100 m, et une nouvelle dépollution des gaz par procédé humide a été mise en service. Les émissions ont alors diminué sensiblement, pour se situer par la suite sous la limite de détection du procédé de mesure.

   
Émissions de chlorures de l’usine d’incinération de Niederurnen  
Fig. 4 - Émissions de chlorures de l’usine d’incinération de Niederurnen.
 

Concentration de chlorures dans le feuillage

Probenahme mit dem Helikopter
Fig. 5 - Prélèvement d’échantillons par hélicoptère le 30 août 2002. Au début, le feuillage était encore prélevé en escaladant les arbres

Sur les arbres marqués, environ 200 g de feuilles exposées au soleil du tiers supérieur de la couronne des deux arbres de chaque site sont récoltées chaque année à la fin du mois d’août, c’est-à-dire avant la coloration des feuilles (fig. 5). Elles sont mélangées pour former un échantillon, séchées (non lavées) et réduites en poudre. Celle-ci est analysée pour déterminer la concentration en ions chlorure et autres éléments.

À partir des valeurs de mesure des différents sites, les scientifiques ont calculé la valeur moyenne (fig. 6). Avant la mise en service de l’installation, elle était de 179 mg de chlorures par kg de feuilles (poids à sec) et elle atteint, après la mise en service, la valeur maximale de 2400 mg/kg en 1977. Au cours des 15 premières années d’exploitation (1974-1988), pendant lesquelles l’usine a émis de grandes quantités de chlorures, la moyenne s’élevait à 1500 mg/kg.

Bien que les valeurs d’émission aient fortement baissé dès 1989, la concentratio en chlorures dans le feuillage n’a nettement diminué qu’en 1992 après un temps de retard, pour atteindre une moyenne de seulement 40 mg/kg pendant la période 1992-2000. Depuis 2011, on a même atteint en permanence des valeurs situées sous le niveau de départ des années 1971-1973.

   
Concentrations moyennes de chlorures dans le feuillage de tous les hêtres marqués  
Fig. 6 - Concentrations moyennes de chlorures dans le feuillage de tous les hêtres marqués (moyennes et écarts-types).
 
   

Les ions chlorure émis sous forme de gaz se sont déposés depuis l’atmosphère sur les feuilles de hêtre. Les concentrations moyennes en chlorure dans le feuillage sont bien corrélées avec les évolutions des émissions (fig. 7).

   
Comparaison entre les émissions de chlorures annuelles calculées à l’usine d’incinération et les moyennes de concentration des chlorures mesurées dans le feuillage  
Fig. 7 - Comparaison entre les émissions de chlorures annuelles calculées à l’usine d’incinération et les moyennes de concentration des chlorures mesurées dans le feuillage des hêtres.
 
   

Concentrations de métaux et de nutriments dans le feuillage

Buchenblatt
Fig. 8 - La teneur en chlorures des feuilles de hêtre s’est révélée un bon indicateur des émissions de chlorure d’hydrogène de l’usine.
Photo: Thomas Reich (WSL)
 

Dans la phase 1974-1985, l’usine a émis également des poussières de métaux, contenant entre autre du zinc, du plomb et du cadmium. Une partie de ces poussières atmosphériques a été filtrée par les feuilles. Les métaux mobiles comme le zinc et le cadmium ont été absorbés via le sol par les arbres avec un certain retard.

Lors de la période suivante caractérisée par une meilleure dépollution des gaz, les concentrations en zinc, cadmium, chrome et nickel ont diminué dans le feuillage en même temps que les chlorures et sont descendues depuis 2001 sous les valeurs relevées avant la mise en service de l’usine.

Contrairement au zinc, le plomb est peu absorbé par les plantes. Les taux de plomb dans le feuillage des hêtres n’ont donc que peu évolué après la mise en service de l’usine. Ils ont diminué grâce à la réduction de leur concentration dans les carburants automobiles depuis le début des années 1970 et sont passés depuis 2001 sous le seuil de détection.

Par contre, les concentrations en soufre ont augmenté en permanence depuis 1974 dans le feuillage de tous les arbres analysés. L’aluminium et le bore se sont comportés de manière identique. Ils étaient plus importants au cours des dernières années qu’auparavant. Les valeurs les plus élevées en sodium ont été relevées après les hivers enneigés de 2009 et 2011. Elles sont provoquées par le salage des voies de circulation.

Les nutriments importants pour la croissance des plantes, calcium, potassium, magnésium, manganèse, fer et cuivre n’ont que très peu varié au cours des 40 années. La concentration des nutriments principaux azote et phosphore était par contre plus importante en de nombreux sites de 1974 à 2000 que de 2001 à 2011. Il s’agissait certainement d’un apport d’engrais depuis l’usine.

Conclusion

Les feuilles, surtout celles des arbres, filtrent les émissions gazeuses et les poussières atmosphériques. La teneur en chlorures des feuilles de hêtre est donc un bio-indicateur intéressant pour la pollution environnementale provoquée par les gaz des usines d’incinération, dont le chlorure d’hydrogène est un composant principal. Ceci s’applique tout particulièrement au cas étudié ici, car aucune autre source de chlorure qui pourrait avoir influencé l’évolution à long terme n’est présente dans les alentours. La teneur en chlorure des feuilles a parfaitement fait ses preuves à Niederurnen pour la surveillance des émissions.

    • Traducion: TTN Translation Network

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