Page 5 : Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada : document technique – l'ammoniac

Partie II. Science et considérations techniques

4.0 Description, utilisation et sources dans l'environnement

L'ammoniac (numéro CAS 7664-41-7; formule chimique : NH3) est à température ambiante un gaz incolore possédant une odeur âcre, piquante et pénétrante. L'ammoniac gazeux (NH3) peut être comprimé pour devenir un liquide sous pression. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, l'ammoniac coexiste sous deux formes : la forme non ionisée (NH3), et le cation ammonium (NH4+). L'équilibre entre les deux espèces est régi en grande partie par le pH et la température. La somme des deux formes est désignée sous le nom d'ammoniac total (ou ammoniac libre). Aux fins de la surveillance de la qualité de l'eau potable, le terme « ammoniac total » désigne toutes les espèces à base d'ammoniac, soit l'ammoniac libre, les monochloramines (NH2Cl), les dichloramines (NHCl2) et les trichloramines (ou trichlorures d'azote - NCl3). L'ammoniac est très soluble dans l'eau, et sa pression de vapeur est élevée (tableau 1). Le seuil de détection olfactive se situe à 1,5 mg/L dans l'eau (Environnement Canada et Santé Canada, 1999; ATSDR, 2004; HSDB, 2005).

Tableau 1. Propriétés physiques et chimiques de l'ammoniac
Propriété ValeurTableau 1 - Note de bas de page a

Tableau 1 - Notes de bas de page

Tableau 1 - Note de bas de page a

Valeurs indiquées dans ATSDR (2004); HSDB (2005);

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Tableau 1 - Note de bas de page b

Valeur indiquée dans Crittenden et coll. (2005).

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Masse moléculaire 17,03 g/mol
Solubilité 421 g/L à 20 ºC
Point d'ébullition -33,4 ºC
Point de fusion -77,7 ºC
Pression de vapeur 882 kPa à 20 ºC
Solubilité dans l'eau 47 % à 0 ºC et 31 % à 25 ºC
Coefficient de partage n-octanol/eau (Koe) Données expérimentales inexistantes
Constante de la loi d'Henry (Kae) 0,0006 à 20 ºCTableau 1 - Note de bas de page b

L'ammoniac est présent dans l'air, le sol et l'eau; il a pour origine des processus naturels ou des activités industrielles, dont certains types d'agriculture intensive. L'ammoniac est une source importante d'azote, élément essentiel pour les végétaux et les animaux et jouant un rôle essentiel dans la synthèse des protéines (Environnement Canada et Santé Canada, 1999; Xia et coll., 2011; Zehr et Kudela, 2011).

L'ammoniac produit naturellement par la décomposition des matières organiques provenant des végétaux, des animaux morts et d'autres organismes est la principale source d'ammoniac dans l'environnement. Les sources d'ammoniac dans le sol sont nombreuses; elles comprennent entre autres les engrais naturels ou synthétiques, la décomposition des excréments du bétail, la décomposition des matières organiques issues des végétaux et des animaux morts et, indirectement, la fixation naturelle de l'azote atmosphérique par les bactéries à vie autonome qui fixent l'azote (ATSDR, 2004; Xia et coll., 2011). Les sources anthropiques courantes de l'ammoniac qui se retrouve dans l'eau potable sont le ruissellement d'engrais et le ruissellement d'origine agricole ainsi que les effluents d'eaux usées.

L'ammoniac est utilisé dans les engrais, dans la préparation d'aliments pour animaux et dans la fabrication de fibres, de plastiques, d'explosifs, de papier et de caoutchouc. Comme engrais, l'ammoniac est appliqué directement sur le sol dans les champs cultivés, sur les pelouses et sur les plantes (Environnement Canada et Santé Canada, 1999; ATSDR, 2004; Xia et coll., 2011). Un pourcentage élevé de l'ammoniac et de ses composés produits commercialement est destiné à la production d'engrais (ATSDR, 2004).

L'industrie des engrais mise à part, de petits volumes d'ammoniac sont utilisés dans plusieurs applications industrielles précises : comme réactif modificateur pour la flottation des minerais de phosphate, comme inhibiteur de la corrosion dans les raffineries de pétrole et les usines de gaz naturel, comme stabilisateur dans la production de caoutchouc, comme agent de traitement dans la transformation du cuir et comme refroidisseur dans la transformation des métaux. On emploie également de l'ammoniac dans le traitement des eaux municipales et industrielles ainsi que dans la préparation d'aliments et de boissons, de certains produits pharmaceutiques, de produits de nettoyage et de détergents domestiques, et de nombreux produits chimiques organiques et inorganiques, par exemple les cyanures, les amides, les amines, les nitrites et les colorants (Camford Information Services, 2003). Le traitement des effluents d'eaux usées peut constituer une source d'ammoniac et d'autres composés de l'azote dans les eaux de surface.

La capacité totale de fabrication d'ammoniac au Canada a été estimée à 3 887 kilotonnes en 1988, et à 5 601 kilotonnes en 2000; elle est demeurée inchangée jusqu'en 2002 (données les plus récentes dont on dispose). La quantité d'ammoniac importée par l'industrie de l'ammoniac représente moins de 1 % des besoins sur le marché canadien (Camford Information Services, 2003).

4.1 L'ammoniac en relation avec le traitement et la distribution de l'eau potable

L'ammoniac est l'une des substances qui peut non seulement être présente à l'état naturel dans la source d'eau, mais dans certains cas être ajoutée de manière volontaire à l'eau potable. Ces deux situations peuvent avoir des répercussions importantes sur le traitement de l'eau et les réseaux de distribution de celle-ci. Le présent document traite principalement des effets sur la santé associés à l'exposition à l'ammoniac présent dans l'eau potable; la chloramination, la nitrification et les autres questions liées à l'ammoniac et au traitement de l'eau potable n'y seront pas examinées de manière exhaustive.

4.1.1 Ammoniac dans l'eau brute

L'ammoniac présent dans l'eau brute sollicite fortement les oxydants et fait décroître l'efficacité de la désinfection. La réaction entre l'ammoniac et le chlore est très rapide, et elle peut avoir un effet indésirable sur l'élimination des composés organiques et inorganiques comme le fer, le manganèse et l'arsenic en réduisant la disponibilité du chlore pour l'oxydation (Lytle et coll., 2007; White et coll., 2009).

4.1.2 Utilisation d'ammoniac pour la chloramination

De l'ammoniac peut également être ajouté à l'eau traitée dans le cadre d'un protocole de désinfection, afin de former des chloramines comme désinfectant secondaire. Lorsqu'on procède à une chloramination, si un excès d'ammoniac est ajouté ou encore si le rapport du chlore à l'azote ammoniacal (Cl2:NH3-N) en poids n'est pas adéquat, cela peut entraîner la présence d'ammoniac libre dans l'eau traitée. De l'ammoniac peut également être libéré à cause de la demande et de l'épuisement en chloramines dans le réseau de distribution, ou encore être formé par réaction entre les nitrates et la surface métallique des tuyaux (U.S. EPA, 2002; Harrington et coll., 2003; Edwards et Dudi, 2004; Huang et Zhang, 2005; Zhang et coll., 2009). Le mortier de ciment recouvrant les tuyaux du réseau de distribution de l'eau peut également entraîner la libération d'ammoniac et créer des problèmes de qualité de l'eau dans ce réseau (OMS, 2003). L'ammoniac libre qui pénètre dans le réseau de distribution peut être un des principaux facteurs de nitrification et causer une dégradation importante de la qualité de l'eau (U.S. EPA, 2002). La nitrification est un processus en deux étapes faisant intervenir l'oxydation aérobie de l'ammoniac en nitrites par les bactéries oxydant l'ammoniac (BOA) et l'oxydation ultérieure des nitrites en nitrates par les bactéries oxydant les nitrites (BON) (Kirmeyer et coll., 1995, 2004; U.S. EPA, 2002).

Les cations ammonium et l'ammoniac coexistent dans l'eau selon un équilibre qui dépend du pH et de la température. À 20 °C, la forme prédominante dans l'eau potable est l'ion ammonium à pH inférieur à 9,3, et l'ammoniac à pH 9,3 et plus (Baribeau, 2006). On peut ajuster le pH pour régir la forme d'ammoniac présente dans l'eau (Santé et Bien-être social Canada, 1993). Il est important de prendre en compte la concentration d'ammoniac dans la source d'eau lorsqu'on détermine le dosage de l'ammoniac pour la chloramination (Muylwyk, 2009; Shorney-Darby et Harms, 2010).

4.2 Devenir dans l'environnement

Les propriétés physiques et chimiques de l'ammoniac varient en fonction du pH. Par conséquent, les mécanismes régissant le transport et le partage de l'ammoniac dépendent eux aussi du pH. L'ammoniac est essentiel aux cycles biologiques naturels et il est nécessaire à la synthèse de l'acide désoxyribonucléique (ADN), de l'acide ribonucléique (ARN) et des protéines.

4.2.1 Eau

Dans l'eau, l'ammoniac est en équilibre avec l'ion ammonium. Cet équilibre dépend largement du pH et, dans une moindre mesure, de la température (Weast et coll., 1988). L'équilibre favorise l'ion ammonium dans les eaux acides ou neutres. Lorsqu'il se trouve dans les eaux de surface, l'ammoniac peut en partie se volatiliser dans l'atmosphère; ce phénomène varie en fonction du pH, de la température, de la vitesse du vent et de la concentration en ammoniac dans l'atmosphère. L'ammoniac présent dans l'air peut se dissoudre rapidement dans les eaux pluviales vu sa forte solubilité dans l'eau. L'ammoniac peut être consommé par les processus microbiens ou adsorbé sur les sédiments ou les matières organiques en suspension. Dans les eaux de surface et les eaux souterraines, l'ammoniac peut subir une transformation séquentielle suivant deux processus du cycle de l'azote : la nitrification et, dans une moindre mesure, la dénitrification. Les nitrates et les nitrites formés par le mécanisme de nitrification aérobie peuvent être absorbés par les plantes aquatiques et d'autres organismes. L'azote élémentaire formé par le mécanisme de dénitrification anaérobie se volatilise dans l'atmosphère (Environnement Canada et Santé Canada, 1999; ATSDR, 2004). Les effluents d'eaux usées traitées peuvent constituer une source d'ammoniac et d'autres composés azotés dans les eaux de surface (Skadsen et Cohen, 2006).

4.2.2 Air

L'ammoniac peut réagir rapidement avec les substances acides dans l'air, comme l'acide nitrique et l'acide sulfurique, pour former des aérosols d'ammonium (Bouwman et coll., 1997), lesquels peuvent ensuite quitter l'atmosphère par le dépôt sec ou humide. Ce mécanisme de retrait de l'atmosphère est plus important dans les zones industrialisées, où l'air contient davantage de polluants acides, que dans les régions rurales (Goulding et coll., 1998). Dans l'ensemble, les processus de dépôt sec sont prépondérants dans les endroits où les émissions d'ammoniac sont abondantes; à l'inverse, le dépôt humide de l'ammonium particulaire là où les émissions d'ammoniac sont plus faibles (Asman et coll., 1998).

4.2.3 Sol

L'ammoniac contenu dans les sols ou les sédiments peut se volatiliser dans l'atmosphère, s'adsorber sur les matières particulaires ou être absorbé par les plantes et les microorganismes comme source de nutriments, et ainsi être converti en composés organiques azotés. Il peut être rapidement transformé en nitrates par les populations microbiennes par nitrification (Atlas et Bartha, 1998). Les nitrates formés par cette voie peuvent soit être lessivés à travers le sol ou être à leur tour assimilés par les plantes ou d'autres microorganismes. On pense que, aux concentrations auxquelles il se trouve naturellement dans le sol, l'ammoniac n'a pas une demi-vie très longue. En fait, après application d'un engrais azoté sur un sol, la quantité d'ammoniac dans ce sol a décru pour atteindre des concentrations faibles en quelques jours. Cependant, la présence de fortes concentrations d'ammoniac dans une petite zone (à cause d'un déversement ou d'une application excessive d'engrais) inhibe la transformation de l'azote par les processus microbiens. Dans de telles conditions, d'autres processus physiques et chimiques, dont la fixation sur les particules du sol et la volatilisation dans l'atmosphère, gouverneront le devenir de l'ammoniac jusqu'à ce que la concentration de ce composé revienne à des valeurs correspondant aux concentrations naturelles (Atlas et Bartha, 1998).

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