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En fondant, les glaciers relâchent les polluants qu’ils stockaient
La fonte des glaciers liée au changement climatique ne modifie pas seulement le paysage. En fondant, les glaciers relâchent aussi dans l’environnement les polluants d’origine industrielle, qui s’étaient initialement déposés dans la glace. Dans le cadre d’un projet du Fonds national de la recherche scientifique (FNS), des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI), du Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (EMPA), de l’EPF Zurich et de l’Université de Berne ont mesuré pour la première fois la concentration d’une classe de polluants de ce genre – les biphényles polychlorés (BPC) – dans la glace d’un glacier des Alpes. Ces mesures montrent que grâce à l’interdiction des BPC, leur concentration dans l’atmosphère a reculé depuis les années 1970. Mais à cause de la fonte des glaciers, ces substances toxiques menacent de se retrouver dans l’environnement.
Au cours des dernières décennies, le paysage glaciaire des Alpes s’est dramatiquement modifié à cause du changement climatique. Là où s’étiraient jadis de longues langues glaciaires, on ne retrouve souvent, aujourd’hui, plus que quelques champs de glace, et on assiste à la place à la formation de lacs de montagne ; à basse altitude, les glaciers ont complètement fondu et disparu. Cette évolution ne modifie pas seulement le paysage alpin. Elle influence aussi le régime des eaux, car les glaciers sont une source importante d’eau douce dans les régions alpines. Par ailleurs, en fondant, les glaciers relâchent des polluants qu’ils avaient stockés dans leurs glaces sur de longues périodes.
On sait depuis longtemps que la glace des glaciers stocke les substances acheminées par les précipitations et par l’air. La connaissance de ce phénomène est utilisée pour reconstituer les concentrations de polluants dans l’atmosphère au cours des décennies passées : pour ce faire, on prélève des carottes de glace dans les profondeurs du glacier, et on analyse leur teneur en polluants. Deux études, menées par des chercheurs du PSI, de l’EMPA, de l’EPF Zurich et de l’Université de Berne, dans le cadre de deux thèses de doctorat. Elles ont mesuré avec précision pour la première fois les concentrations d’une classe de polluants industriels – les biphényles polychlorés (BPC) – dans la glace d’un glacier des Alpes. Pour la première fois également, les chercheurs ont étudié en détail les mécanismes de stockage des polluants dans le glacier.
Les nouvelles études se sont concentrées sur certaines substances chlorées, connues sous la dénomination de biphényles polychlorés (BPC), qui étaient largement employés dans l’industrie au XXe siècle. En raison de leurs propriétés d’isolants électriques et de retardateurs de flammes, ces produits étaient beaucoup utilisés, par exemple dans les transformateurs, les condensateurs, mais aussi dans les joints et les vernis. Les BPC appartiennent à la classe des polluants organiques persistants (POP) : ce sont des substances difficilement dégradables, qui peuvent notamment s’accumuler dans les organismes vivants et avoir des effets négatifs sur ces derniers. Absorbés par le tractus gastro-intestinal, mais aussi par la peau et les poumons, ils se répartissent rapidement dans l’organisme et s’enrichissent dans les tissus graisseux. L’absorption de quantités importantes de BPC entraîne des troubles cutanés sévères, comme la chloracné, elle provoque des dégâts du foie, de la rate et des reins, et induit un affaiblissement du système immunitaire.
La production et l’utilisation de BPC a été limitée en Suisse dans les années 1970 déjà, et en 2004, elle a définitivement été stoppée dans le monde entier, avec la Convention des Stockholm. Mais comme il s’agit de composés très stables, on en détecte aujourd’hui encore, même dans des régions reculées. Actuellement, on manque toutefois de mesures directes qui permettraient de déterminer leur concentration dans l’environnement sur une période plus longue. Une lacune que les études viennent en partie combler aujourd’hui.
En dépit d’une interdiction efficace, les polluants restent
L’application de nouvelles méthodes d’analyse a permis pour la première fois de déterminer, avec une très grande précision, les concentrations extrêmement réduites des polluants organiques chlorés dans la glace du glacier. La carotte de glace du glacier du Fiescherhorn analysée à cet effet couvre toute la période de production et d’utilisation industrielle des BPC, des années 1940 à 2002. Les concentrations découvertes pour les différents BPC étudiés se situaient entre 0,5 et 5 nanogrammes par litre de glace fondue. Les mesures effectuées sur la carotte de glace montrent qu’entre 1940 et les années 1970, la concentration a été en moyenne multipliée par huit. Dans la glace plus récente de la carotte, on découvre en revanche qu’entre-temps, la concentration est redescendue aux environs de la valeur de 1940. Mais les chercheurs soulignent que le problème n’est pas résolu pour autant, car en fondant, les glaciers peuvent relâcher des substances, qui jusqu’ici étaient prisonnières dans la glace, et celles-ci pourraient se retrouver dans l’environnement.
Le rôle de l’eau de fonte
Pour reconstruire les concentrations de BPC qui ont régné dans l’air de 1940 à aujourd’hui, les chercheurs doivent comprendre comment fonctionne le transfert des produits chimiques dans le glacier.
L’apparition d’eau de fonte dans les glaciers qui se réchauffent de plus en plus complique toutefois de telles reconstitutions ; cette eau de fonte peut en effet rincer les impuretés et les redistribuer. Par ailleurs, on sait que les impuretés contenues dans l’eau de fonte atteignent les lacs de montagne, et donc qu’elles peuvent se répandre dans l’environnement et dans des régions reculées et intactes.
Remonter la trace des polluants dans le glacier
De nombreuses lacunes existent encore sur la manière dont les polluants sont transportés dans les glaciers alpins, notamment en cas d’apparition d’eau de fonte. Grâce à l’étroite collaboration des groupes de recherche impliqués, il a été possible de remonter la trace des polluants dans le glacier, et d’étudier les principaux processus qui leur permettent d’arriver là (absorption des polluants provenant de l’atmosphère, dépôt dans la glace ou sur les particules fines que contient le glacier, et relargage dans l’air).
Ces processus sont étudiés à l’aide d’une modélisation du comportement des polluants dans l’environnement. Le nouveau modèle décrit la dynamique de la glace du glacier, mai aussi, et c’est une première, les processus physiques qui se jouent à l’intérieur du glacier. Il montre que suivant leurs propriétés physico-chimiques, les polluants se déposent plus ou moins bien dans le glacier. La volatilité, la solubilité dans l’eau et la tendance à s’accumuler dans la glace des produits chimiques semblent décisives. Pour les composants qui se déposent particulièrement bien dans la glace, le modèle a été capable de reconstituer les profils de concentration mesurés dans la carotte de glace. « Il semblerait donc que le modèle décrive correctement les propriétés chimiques des polluants et la dynamique du glacier, résume Margit Schwikowski, qui a dirigé la contribution du PSI à l’étude. Autrement dit, nous sommes en mesure de prédire le destin des composés dans le glacier. » D’autres travaux vont maintenant examiner à quel point les glaciers polluent les lacs de montagne, et donc l’environnement proche, par le biais de l’eau de fonte.
Texte: Institut Paul Scherrer/Thorsten Bartels-Rausch
À propos du PSI
L’Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l’institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l’énergie et l’environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 1900 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d’environ CHF 350 millions.