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DE NOUVEAUX TESTS PEUVENT DÉTECTER DE MINUSCULES PARTICULES TOXIQUES
Des scientifiques de l’Université Duke ont développé une suite de quatre nouveaux tests qui peuvent être utilisés pour détecter la contamination des sols par les cendres de charbon avec une sensibilité sans précédent.
Les tests sont spécifiquement conçus pour analyser les sols afin de déterminer la présence de particules de cendres volantes si petites que d’autres tests pourraient les rater.
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, souvent microscopiques, contiennent des concentrations élevées d’arsenic, de sélénium et d’autres éléments toxiques, dont beaucoup ont été enrichis lors du processus de combustion.
Bien que la majorité des cendres volantes soient capturées par des pièges dans la centrale électrique et éliminées dans des étangs de cendres de charbon et des décharges, une partie s’échappe dans l’environnement. Au fil du temps, ces particules peuvent s’accumuler dans le sol en aval de la centrale, potentiellement présentant des risques 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”, a déclaré Avner Vengosh, professeur distingué de qualité environnementale à la Nicholas School of the Environment de l’Université Duke. “Nos nouvelles méthodes nous permettent de le faire – avec un niveau de certitude élevé”.
Les résidus de combustion du charbon sont les déchets solides industriels les plus importants produits aux États-Unis. Lorsque les sols contaminés par les cendres volantes sont perturbés ou excavés, la poussière contenant les cendres peut être transportée par l’air dans les maisons voisines et dans d’autres environnements intérieurs. Inhaler de la poussière contenant des particules de cendres volantes avec de fortes concentrations de métaux toxiques a été associé à des maladies pulmonaires et cardiaques, au cancer, aux troubles du système nerveux et à d’autres effets néfastes.
“Pouvoir retracer la contamination jusqu’à son lieu d’origine est essentiel pour protéger la santé publique et identifier les efforts de remédiation qui doivent être ciblés”, a déclaré Zhen Wang, étudiant en doctorat au laboratoire de Vengosh à l’Université Duke, qui a dirigé l’étude. “Ces nouvelles méthodes complètent les tests que nous avons déjà développés pour retracer les cendres de charbon dans l’environnement et élargissent notre champ d’investigation”.
Les nouveaux tests sont conçus pour être utilisés ensemble afin de fournir des corroboration indépendantes de la présence de particules de cendres volantes dans un échantillon de sol et, le cas échéant, dans quelle proportion par rapport au sol total.
“D’abord, nous mesurons l’abondance de certains métaux, tels que l’arsenic, le sélénium et l’antimoine, que nous savons être plus enrichis dans les cendres volantes que dans un sol normal”, explique Wang. “Si ces métaux sont présents à des niveaux supérieurs à la normale, nous testons l’échantillon en utilisant deux autres indicateurs géochimiques, les nucléides de radium et les isotopes stables du plomb, qui sont plus sensibles que les métaux trace et peuvent être utilisés pour détecter une faible présence de cendres volantes dans les sols. Nous examinons également le sol sous un microscope pour tester si nous pouvons identifier physiquement les particules de cendres volantes et estimer quelle proportion du sol elles représentent”.
Chaque méthode a ses propres forces et faiblesses, et si elles sont utilisées seules, elles pourraient conduire à des surestimations ou à des sous-estimations de la présence de cendres volantes dans le sol, explique Vengosh. “En utilisant les quatre méthodes ensemble, nous sommes en mesure de vérifier l’enquête médico-légale de la présence de cendres volantes dans les sols”.
Pour évaluer la fiabilité des nouveaux tests, les chercheurs ont analysé des échantillons de sol de surface provenant de 21 sites en aval de la centrale à charbon Bull Run de la Tennessee Valley Authority à Claxton, Tennessee, et de 20 sites en aval de la centrale à vapeur Marshall de Duke Energy sur le lac Norman, en Caroline du Nord. Les échantillons de Caroline du Nord provenaient de Mooresville, une ville située de l’autre côté du lac par rapport à la centrale de Marshall. Des échantillons de contrôle ont également été prélevés sur des sites en amont de chaque centrale.
Les tests ont systématiquement montré que la plupart des échantillons collectés en aval des deux centrales contenaient une contamination par les cendres volantes, mais parce que la proportion de cendres volantes était faible, les concentrations d’éléments toxiques ne dépassaient pas les lignes directrices de santé humaine pour la présence de métaux dans le sol.
Les tests ont également montré que les échantillons de sol près de la centrale Bull Run de Tennessee contenaient généralement des niveaux de cendres volantes plus élevés que ceux de Caroline du Nord, et que la concentration la plus élevée se trouvait dans le sol du parc communautaire de Claxton, un terrain de jeu et un site récréatif situé à l’extérieur de la centrale Bull Run.
Que nous apprend tout cela ?
“D’abord, cela confirme que nos nouveaux outils sont performants et, lorsqu’ils sont utilisés ensemble, fournissent une méthode fiable pour détecter une contamination que d’autres tests pourraient ne pas détecter”, déclare Vengosh.
“Ensuite, cela souligne la nécessité de surveiller régulièrement les sites situés à proximité immédiate d’une centrale électrique au charbon, même si les niveaux de contamination sont inférieurs aux seuils de sécurité actuels. Les cendres volantes s’accumulent au fil du temps et les risques peuvent augmenter avec des expositions répétées à des poussières de jeux ou de maison”, ajoute Vengosh.
“De faibles concentrations de métaux toxiques dans le sol ne signifient pas l’absence de risque”, souligne Vengosh. “Nous devons comprendre comment la présence de cendres volantes dans les sols près des centrales à charbon peut affecter la santé des personnes qui y vivent. Même si les centrales à charbon aux États-Unis ferment ou sont remplacées par du gaz naturel, l’héritage environnemental des cendres de charbon dans ces régions restera présent pendant des décennies”.
L’étude, examinée par des pairs, a été publiée le 20 juillet dans Environmental Science & Technology.
L’étude a été co-écrite par Ellen Cowan de l’Université Appalachian State et par Rachel Coyte, Heather Stapleton et Gary Dwyer, tous de Duke. Le soutien est venu de la National Science Foundation et du financement communautaire de Mooresville, Caroline du Nord, dirigé par Susan Wind, une ancienne résidente.
CITATION: “Evaluation and Integration of Geochemical Indicators for Detecting Trace Levels of Coal Fly Ash in Soils,” Zhewn Wang. Rachel M. Coyte, Ellen A. Cowan, Heather M. Stapleton, Gary S. Dwyer and Avner Vengosh; Environmental Science & Technology, July 20, 2021. DOI: 10.1021/acs.est.1c01215
