Inventaire national des rejets de polluants : dioxyde de soufre

Contexte

Le dioxyde de soufre (SO₂) est le sixième polluant atmosphérique le plus courant rejeté dans l'environnement au Canada. Le SO₂ est un précurseur du smog et de la brume sèche, qui peuvent affecter la santé publique et réduire la visibilité.

Le gouvernement du Canada suit les émissions de SO₂ du secteur industriel avec l'Inventaire national des rejets de polluants (INRP). En combinant les données sur les émissions de SO₂ déclarées à l'INRP et les données des stations de surveillance de l'air ambiant du Programme national de surveillance de la pollution atmosphérique (NSPA), les chercheurs peuvent mieux comprendre et améliorer la qualité de l'air au Canada.

L'INRP permet de suivre les polluants rejetés dans l'air, l'eau et le sol à travers le Canada. Toutes les installations industrielles qui rejettent des polluants sont tenues de présenter une déclaration à l'INRP si elles répondent à certaines exigences de déclaration. Depuis 1993, l'INRP a recueilli des données auprès de plus de 21 000 installations de secteurs industriels variés. Ces informations sont utilisées pour identifier et surveiller les sources de pollution au Canada. La carte de droite montre les rejets de SO₂ déclarés en 2019.

Le RNSPA est responsable de la surveillance de la qualité de l'air ambiant au Canada. Il opère des stations de surveillance de l'air ambiant depuis 1969. À ce jour, il y a 286 stations en service dans 203 communautés. La carte suivante montre l'emplacement des stations en 2019.

Localisation des stations du RNSPA en 2019

En combinant les données de ces deux sources, les divers paliers gouvernementaux peuvent effectuer des analyses scientifiques et adopter des règlements et des politiques plus efficaces pour mieux gérer les impacts des polluants.

Impacts du dioxyde de soufre sur les écosystèmes et la santé

Le SO₂ est un gaz irritant et incolore qui a une odeur âcre et piquante. Il s’agit du composé le plus commun et le plus préoccupant d’un groupe de gaz appelé les oxydes de soufre (SO_x).

Le SO₂ est une menace autant sur la santé que l’environnement. Une exposition de courte durée à des concentrations élevées affecte le système respiratoire des humains et des animaux. Les risques sont d’autant plus élevés chez les gens avec des problèmes pulmonaires, tels que l’asthme. Lorsqu’il se transforme en d’autres aérosols (comme le sulfate) dans l’air ambiant, la réactivité augmente et il peut alors se combiner avec d’autres composés (par exemple l’ammoniac) pour devenir un important contributeur à la formation secondaire de particules fines Le SO₂ est un gaz irritant et incolore qui a une odeur âcre et piquante. Il s’agit du composé le plus commun et le plus préoccupant d’un groupe de gaz appelé les oxydes de soufre (SO_x).

Le SO₂ est une menace autant sur la santé que l’environnement. Une exposition de courte durée à des concentrations élevées affecte le système respiratoire des humains et des animaux. Les risques sont d’autant plus élevés chez les gens avec des problèmes pulmonaires, tels que l’asthme. Lorsqu’il se transforme en d’autres aérosols (comme le sulfate) dans l’air ambiant, la réactivité augmente et il peut alors se combiner avec d’autres composés (par exemple l’ammoniac) pour devenir un important contributeur à la formation secondaire  de particules fines (PM_2.5). Les particules fines ont elles aussi des impacts importants sur la santé humaine et l’environnement.  

De grandes concentrations de SO_x dans l’atmosphère peuvent nuire aux cultures agricoles, aux forêts et aux écosystèmes en endommageant le feuillage et en limitant la croissance. Il s’agit donc

d’une menace importante pour l’agriculture (sécurité alimentaire), la biodiversité et la perte d’habitats.

Lorsqu’il est dissous dans la vapeur d’eau pour former des acides (par exemple, l’acide sulfurique), il contribue aux pluies acides, qui peuvent nuire à une grande variété d’écosystèmes aquatiques et terrestres, tels que les lacs, les ruisseaux et les milieux humides, où il peut être nocif pour les poissons et les animaux. Puisque tout est interconnecté dans un écosystème, un impact sur une seule espèce ou une plante peut affecter d’autres niveaux de la chaîne alimentaire, voire tous. Les pluies acides endommagent également les matériaux, ce qui peut entraîner des réparations prématurées des bâtiments et des infrastructures, augmentant ainsi les coûts d’entretiens.

Les impacts du SO₂ sont nombreux, c’est pourquoi il fait partie des principaux contaminants atmosphériques (PCA) et qu’il est listé sous la Liste des substances toxiques-LCPE 1991-Annexe1 comme un précurseur de matières particulaires. Les normes canadiennes de qualité de l’air ambiant (NCQAA) sont fixées à une concentration de 70 ppb (parties par milliard) sur 1 heure et de 5 ppb comme moyenne annuelle maximale.

Répartition points chauds du dioxyde de soufre

La carte ci-dessous combine les données de rejets déclarés à l’INRP (en bleu) et les concentrations du RNSPA. Les zones avec de fortes concentrations de SO₂ se retrouvent à proximité d’activités d'extraction et de fusion de métaux, de production de pâte et papiers, ainsi que la transformation et le brûlage de combustibles. La plupart de ces activités ont lieu dans les installations situées hors des grands centres de population.

Carte de « points chauds » de SO₂ en 2019

Le graphique circulaire ci-dessous montre la ventilation des émissions de SO2 rejetées par provinces et territoires en 2019. Les rejets déclarés par l’Alberta comptent pour un quart du total national.

Principaux contributeurs

Au Canada, les sources principales de concentrations élevées de SO₂ dans l’atmosphère sont les procédés industriels et la combustion de combustibles fossiles, tels que :

• La fusion des métaux (fer, acier, nickel, zinc et aluminium);
• La production d’électricité à partir de combustibles fossiles;
• La fabrication de pâtes et papiers;
• Le raffinage du pétrole;
• La fabrication de produits chimiques;
• Le traitement du ciment et du gaz naturel.

En 2019, le secteur de l’électricité était responsable de 34% des émissions de SO2 au pays, suivi par le secteur de l’extraction de pétrole et de gaz avec 23%, des métaux avec 10% et de l’aluminium avec 9%. Ensemble, les quatre secteurs comptent pour plus de la moitié des rejets totaux de SO₂ déclarés à l’INRP en 2019.

Le SO₂ est très réactif avec d'autres composés, c’est-à-dire qu'il se transforme en substances dérivées lorsqu'il entre en contact. Il ne reste donc pas longtemps à son état original dans l’atmosphère. Cela signifie que, contrairement à des substances comme l'ozone et les particules fines (P_2.5), qui peuvent persister longtemps dans l'air ambiant et parcourir de longues distances, les concentrations de SO₂ ont tendance à diminuer rapidement avec la distance. Par conséquent, lorsque le SO₂ est mesuré par les stations de surveillance de l'air ambiant, cela indique qu'il a été rejeté dans l'atmosphère par une source à proximité.

Dans l’ensemble, les émissions de SO₂ diminuent depuis les années 1970.  Cette diminution est due à la conversion du chauffage domestique au gaz naturel à travers le pays. Dans les années 1980, le Canada a commencé à remédier au problème des pluies acides en fixant des plafonds d'émission pour chaque province, du Manitoba vers l’est. En 1991, l'Accord Canada-États-Unis sur la qualité de l'air a été signé pour lutter contre la pollution atmosphérique transfrontalière à l'origine des pluies acides. Les deux pays ont convenu de réduire les émissions des principaux précurseurs de pluies acides, soit le SO₂ et l'oxydes d'azote (NO_x) et de collaborer pour la coopération scientifique et technique liée aux pluies acides. Les émissions de SO₂ ont continué de diminuer au cours de la dernière décennie, comme le montre le graphique ci-dessous.

Limites et considérations

La surveillance de l’air ambiant est complexe puisque les polluants gazeux se dispersent rapidement dans l’atmosphère et peuvent donc se déplacer d’un endroit à un autre en fonction de la vitesse et de la direction du vent. C’est pourquoi les stations de surveillance de l’air ambiant ne mesurent non seulement les concentrations locales, mais aussi les contaminants atmosphériques aéroportés par les vents dominants.

L’image ci-dessous illustre les principaux courants de vents au Canada et aux États-Unis qui peuvent être responsables du transport du SO₂ provenant de diverses sources. Les concentrations élevées de SO₂ dans l’air ambiant se produisent normalement à proximité des sources d'émission (<10 km), mais peuvent être influencées par la hauteur des cheminées et la topographie locale. Le SO₂ n'est presque jamais observé en concentrations élevées à plus de 25 km des sources d'émission.

De plus, certaines conditions météorologiques peuvent augmenter les concentrations de SO₂, notamment les inversions et les vents faibles.

Principaux courants de vents au Canada et aux États-Unis

Étude de cas : Fort McMurray, Alberta

En utilisant les données de l’INRP et du RNSPA, il est possible d’identifier les points chauds de concentrations de SO₂ au Canada.

La région de Fort McMurray en Alberta fait partie des plus grands points chauds de SO₂ au Canada. La ville regroupe presque tous les plus grands opérateurs de l’industrie des sables bitumineux au Canada. En 2019, deux installations ont déclaré des rejets de SO₂ à l’INRP et elles faisaient partie du secteur du pétrole et du gaz. À elles seules, les rejets comptent pour 29% du secteur industriel des sables bitumineux et de l’extraction de gaz et pour 8% du SO₂ total déclaré à l’INRP dans tous les secteurs.

Tel qu’illustré dans la carte ci-dessous, le RSNPA opère deux stations de mesure de l’air ambiant dans cette ville. La concentration maximale de SO2 mesurées en 2019 étaient de 8,9 ppb et la moyenne de 0,64 ppb.

Carte des stations du RNSPA et des concentrations de dioxyde de soufre à Fort McMurray en Alberta

La majeure partie de l’industrie de Fort McMurray utilise la production in situ pour extraire les sables bitumineux, puisqu’au Canada, 80% sont situés trop en profondeur pour être exploités. Pour plus d’information sur ce secteur industriel et les procédés, consultez l’aperçu du secteur de l’INRP sur l’extraction des sables bitumineux.

Dans les dernières années, il y a une tendance de réduction des émissions de SO₂. Cette réduction est due à l'amélioration des opérations, notamment à l'utilisation de combustibles de substitution, à des entretiens préventifs et à la transformation des émissions de SO₂ en un sulfate d'ammonium qui peut être vendu comme sous-produit commercial (engrais). Cela peut aussi être attribué au système de gestion de la qualité de l’air industriel de l’Alberta pour l’évaluation, l’approbation et l’application de la règlementation environnementale.

L’histogramme ci-dessous démontre que bien que le nombre d’installations déclarant à l’INRP à Fort McMuray, a resté entre deux et trois dans les 10 dernières années, mais que les rejets ont beaucoup diminués durant cette période.

Étude de cas : Estevan, Saskatchewan

En 2019, la ville d'Estevan en Saskatchewan a déclaré la deuxième plus grande quantité de rejets de SO₂ déclarés à l'INRP. Trois installations ont déclaré des rejets et deux provenaient de la production d'électricité à partir de combustibles fossiles (charbon) et une de l'extraction de pétrole et de gaz. Ensemble, ces installations représentaient 8 % du total de SO2 déclaré à l'INRP pour cette année.

Comme le montre la carte ci-dessous, il n'y a qu'une seule station du RNSPA à Estevan et la concentration maximale de SO₂ mesurée en 2019 était de 20,6 ppb et la moyenne de 1,1 ppb.

Carte des stations du RNSPA et des concentrations de dioxyde de soufre à Estevan en Saskatchewan

Le graphique à barres ci-dessous montre que la quantité de rejets a triplé à Estevan depuis 2002. Les rejets totaux de SO₂ ont atteint un maximum en 2011, lorsqu'une nouvelle installation de déclaration a été ajoutée, et en 2012.  Les rejets sont restés constants depuis. Il n'y avait qu'une seule installation déclarante en 2002 et 2006.

Étude de cas : Trail, Colombie-Britannique

En 2019, la ville de Trail en Colombie-Britannique était la ville canadienne avec les plus grandes concentrations de SO₂ mesurées par les quatre stations du RNSPA du secteur, tel qu’illustré dans la carte ci-dessous.

Carte des stations du RNSPA et des concentrations de dioxyde de soufre à Trail en Colombie-Brittanique

Cependant, les rejets déclarés à l’INRP par deux installations étaient similaires à ceux des années précédentes (comme illustré dans le graphique ci-dessous) et comptaient pour moins de 1% des émissions de SO₂ déclarées à l’INRP en 2019. Les deux font partie du secteur de la fonderie de métaux non-ferreux et du secteur de l’affinage.

La forte concentration à Trail peut s'expliquer par le fait que 2019 a été enregistrée comme l'une des pires années de l'histoire pour les feux de forêt, tant pour la Colombie-Britannique que pour l'État de Washington. On sait que les feux de forêt augmentent la quantité de SO_X rejeté dans l'atmosphère et peuvent donc s'ajouter aux concentrations mesurées par les stations de surveillance de l'air ambiant. Cela pourrait expliquer pourquoi les concentrations de SO₂ mesurées par les stations du RNSPA étaient importantes dans la région, alors que les rejets déclarés à l'INRP par l’installation n’avaient rien d’inhabituels.

Prévention de la pollution

Les émissions de SO₂ ont grandement diminuées dans les 50 dernières années. La fermeture de plusieurs installations, telles que les fonderies, les affineries de pétrole, les usines de pâte et papier et les centrales électriques au charbon sont à la source de ces changements. De plus, les modifications de procédés, par exemple pour les fonderies d'aluminium, l'amélioration des épurateurs ainsi que les réglementations sur les émissions marines dans les zones portuaires ont eut des effets notables sur la diminution des émissions de SO₂.

De plus, les règlements et accords suivants ont également été mis en œuvre pour améliorer la qualité de l'air et réduire les concentrations de SO₂ :

• Accord entre le gouvernement du Canada et les États-Unis pour la qualité de l’air (1991)
• Règlement sur les urgences environnementales (2019)
• Fonderies et affineries de métaux communs et usines de traitement du zinc : avis de prévention de la planification de la pollution
• Nouvelles lignes directrices sur les émissions des centrales thermiques
• Règlement sur le soufre dans le carburant diesel
• Règlement sur le soufre dans l’essence

De nombreuses mesures volontaires ont été mises en place par l’industrie pour réduire leurs émissions de SO₂. Par exemple, trois installations de Sudbury, en Ontario, ont choisi de participer à un Programme de réduction des émissions (PRE), qui les oblige à adapter leurs émissions de SO₂ aux conditions météorologiques, en adaptant leurs opérations les jours ou les conditions de dispersion atmosphérique sont élevées, en fonction de la vitesse, de la direction du vent et de la température.

Avec ces mesures, les niveaux ambiants de SO₂ ont diminué de 96 % au Canada depuis 1970, grâce à l'utilisation de carburants de substitution (par exemple, à faible teneur en soufre) et à des programmes de réduction de la pollution qui ont limité les émissions. De plus, entre 2002 et 2016, les concentrations moyennes et les concentrations maximales de SO₂ ont diminué dans toutes les régions du Canada. Depuis 2004, les concentrations de SO₂ dans toutes les régions du Canada ont été inférieures à 5 ppb.

Concentration ambiante moyenne de SO2 2002-2016 (ppb)

Ce que vous pouvez faire maintenant

L’intégration des données sur le SO₂ montre comment les données de l’INRP et du SNPA peuvent être utilisées ensemble pour informer les Canadiens sur les rejets et les concentrations de polluants dans l’atmosphère.

N’hésitez pas à utiliser les informations dans les jeux de données de l’INRP, du RNSPA  et des cartes interactives de l’ICDE pour en connaître davantage sur le sujet, ou sur d’autres polluants d’intérêt. Les bases de données de l’INRP et du SNPA sont toutes les deux gratuites et publiques!

Pour plus d’informations sur la manière d’utiliser les données, veuillez consulter la section suivante.

Comment utiliser nos données

Les données de l’INRP sont très utiles pour fournir un portrait général de la pollution, mais comme tout inventaire, elles ont quelques limitations à garder en tête lors de l’analyse des données. Par exemple, elles ne considèrent pas toutes les sources d’émissions de SO₂ à travers le Canada, celles à l’extérieur des frontières ou les sources naturelles. Quelques volcans potentiellement actifs au Canada peuvent aussi rejeter des SO_x. Les sources naturelles de SO_x (tel que les milieux humides) ou des événements (feux de forêts ou déversements accidentels) peuvent augmenter les concentrations mesurées dans l’air ambiant.

Les concentrations de SO₂ mesurées par les stations de surveillance de l’air ambiant du SNPA et les quantités recueillies par l’INRP ne sont pas directement comparables. Le SNPA collecte des données de concentrations ambiantes (moyenne horaire) durant l’année avec des équipements de mesure en continu, alors que l’INRP reçoit des estimations à des émissions industrielles (tonnes/an), à partir de facteurs d’émission, d’échantillonnage à la source, de bilans massiques, de facteurs d’émissions spécifiques au site, de facteurs d’émission publiés, ou d’autres calculs techniques. Toutes ces méthodes possèdent leurs propres limites et différents types de précision.

De plus, d’autres facteurs météorologiques, tels que la vitesse du vent, la direction et la distance entre la source d’émission, la hauteur de la cheminée et la station d’air ambiant ont tous des effets directs sur les concentrations mesurées. Sans compter que certains des émetteurs de SO₂ au Canada n’ont pas toujours de station de mesure de l’air ambiant à proximité, ou bien ne rencontrent pas les seuils de déclaration pour l’INRP. C’est pourquoi l’intégration des données sur le SO₂ met l’accent plutôt sur les points chauds que sur une comparaison directe entre les deux ensembles de données. Ces limitations et considérations peuvent expliquer l’écart entre les émissions déclarées à l’INRP et les concentrations ambiantes mesurées par les stations du SNPA.

Bien qu'il ne soit pas inclus dans les rapports de l'INRP, l'Inventaire des émissions de polluants atmosphériques (IEPA), qui se concentre sur les sources non ponctuelles de rejets de SO₂ telles que les émissions marines, le transport et l'agriculture, pourrait également être mesuré par les stations du RNSPA.