L'ADN des sables bitumineux

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Les recherches de Jason Ahad ont permis pour la première fois d'identifier l'origine des hydrocarbures présents dans l'environnement en Alberta.

Le Soleil, Pascal Ratthé

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Retour sur 2015

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Retour sur 2015

L'année 2015 sous plusieurs angles: en objets, en coups de coeur, en caricatures, en photos, en percées scientifiques et en quiz sportif. »

(Québec) À première vue, quand on trouve des hydrocarbures dans l'environnement en Alberta, on se dit que le «coupable» est facile trouver : l'industrie des sables bitumineux, pollueuse notoire dont l'imposant machinerie soulève des masses de poussières et qui remplit d'eau souillée de gigantesques bassins. Mais voilà, au «tribunal» de la science, la «première vue» ne suffit pas. Et comme dans bien des «procès», la preuve s'est avérée longue et ardue à colliger.

La méthode traditionnelle pour identifier la source de ce genre de polluants consiste a examiner des molécules nommées hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Comme les autres hydrocarbures, ils sont formés d'atomes de carbone et d'hydrogène, mais les HAP ont la particularité de compter au moins deux «anneaux» collés de carbone - soit six atomes disposés en cercle, grosso modo. Il en existe des dizaines et des dizaines de sortes différentes, qui seront plus ou moins abondantes selon la source (pétrole lourd ou léger, gaz naturel, diesel, etc.) et selon que celle-ci fut brulée ou non.

Ces HAPs, et plus particulièrement le ratio de certains d'entre eux sur les autres, peuvent donc en principe servir à identifier la source d'une pollution aux hydrocarbures.

Ou du moins, c'est là la manière «classique» de procéder, dit Jason Ahad, de la Commission géologique du Canada, et cela a été fait quelques reprises avec les sables bitumineux. Ces études suggéraient que les hydrocarbures présents dans les forêts albertaines provenaient de l'industrie, surtout des poussières soulevées lors de l'extraction et des gaz rejetés par les usines faisant un premier raffinement du bitume.

Mais le problème, dit M. Ahad, est que ces études ne pouvaient pas faire grand-chose de plus que de «suggérer». «On trouve beaucoup de ratios comme ceux-là dans la littérature scientifique, mais une bonne partie n'est pas très utile. Il y a beaucoup de problèmes avec les approches classiques, beaucoup de chevauchements possibles qui empêchent d'identifier les sources avec certitude. Par exemple, le temps qu'il fait pendant un feu de forêt peut changer beaucoup les conditions de la combustion [et ainsi changer les HAP qui s'en dégagent, ce qui peut brouiller les pistes, ndlr]», explique le géologue. Pour cette raison, l'origine des HAP dans l'environnement en Alberta demeure une question controversée.

Bref, les «policiers» n'avaient jusqu'ici questionné que des témoins plus ou moins crédibles. Il fallait mieux, du solide, quelque chose comme des traces d'ADN...

C'est ce que croit avoir trouvé M. Ahad dans une étude qu'il a cosignée cette année dans la revue savante Environmental Science and Technology, avec plusieurs collègues du centre Eau, Terre et Environnement de l'INRS, notamment.

Lui et son équipe ont prélevé des carottes de sédiments au fond d'un lac situé à 150 km au nord-est de la zone principale d'exploitation des sables bitumineux. Les sédiments accumulés permettaient de remonter environ un siècle dans le temps.

Signature isotopique

Mais au lieu d'utiliser des ratios de HAP, les chercheurs ont plutôt examiné une caractéristique particulière des noyaux d'hydrogène et de carbone dans les HAP qu'ils ont trouvés. Le noyau des atomes, comme on le sait, est composé de protons et de neutrons. Les premiers sont porteurs d'une charge électrique et, à cause de cela, leur nombre dicte la nature chimique d'un noyau atomique -  toujours un proton pour l'hydrogène, deux pour l'hélium, six pour le carbone, etc. Le nombre des neutrons, lui, peut varier sans que cela change la nature de l'atome, mais on parle alors d'«isotopes» différents. Et c'est ce qui intéressait les chercheurs.

Ainsi, M. Ahad a analysé l'abondance de deux isotopes dans les HAP de ses échantillons : le carbone-13 (13C, qui représente en moyenne 1,1 % du carbone sur Terre) et l'hydrogène-2 (2H, ou deutérium, 0,01 % de l'hydrogène terrestre). Comme ils sont un peu plus lourds que les isotopes les plus communs, les conditions dans lesquels se forment les HAP (plus ou moins de chaleur ou de pression, combustion plus ou moins complète, etc.) vont changer les proportions de 13C et de 2H qu'ils contiennent. Par exemple, dans les résidus de raffinage du bitume, on trouve un peu moins de 13C, mais nettement plus de 2H que dans le bitume prétraité (présent naturellement en Alberta) ou que dans les émanations des feux de forêt.

En examinant les proportions de ces deux isotopes dans les HAP déposés au fond du lac, M. Ahad et ses collègues ont trouvé une part relativement constante de bitume naturel et de feux de forêt dans les sédiments depuis les années 50. Mais dans les couches de sédiments les moins profondes, donc les plus récentes (correspondant aux 30 dernières années), ils ont trouvé que la proportion de carbone-13 diminuait un peu alors que le deutérium devenait clairement plus abondant. Une signature isotopique qui ne ment pas et qui «pointe vers une part accrue des petcokes (résidus de raffinage, ndlr) comme source de HAP», concluent les auteurs de l'article.

D'après leurs calculs, ces petcokes se déposaient au rythme de 0,09 microgramme par mètre carré (µg/m2) dans les années 30 jusqu'aux années 70, puis se sont élevés jusqu'à environ 5 µg/m2 par année en 2010.

Il s'agit, précise M. Ahad, de quantités somme toute minimes et, dans tous les cas, respectant les normes environnementales, mais il reste que «notre étude présente les premiers éléments solides qui permettent de quantifier les sources de pollution, la première à identifier formellement les petcokes comme une source potentielle et la première à documenter le transport de pollution liée au sables bitumineux sur de grandes distances de plus de 100 km».

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