Quels sont les effets de l'épandage d'oxyde de soufre sur un territoire ?

Bonjour,

Le dioxyde de soufre et non d'oxyde de soufre également appelé anhydride sulfureux (nom qui n’est plus employé en chimie) et additif E220 dans l’industrie alimentaire, est un composé chimique (1 atome de soufre et 2 atomes d’oxygène) de formule SO₂ (sources : Dioxyde de soufre, Wikipédia et E220 : qu'est-ce que l'anhydride sulfureux ou dioxyde de soufre ?, Santé magazine). C'est un gaz ininflammable, incolore, plus lourd que l'air, d'odeur piquante très irri­tante et perceptible dès 1,1 ppm, très soluble dans l'eau et soluble dans un grand nombre de composés : alcools, acides acétique et sulfu­rique, éther éthylique, acétone, toluène... selon la fiche toxicologique synthétique n° 41 - Édition Novembre 2022 de l'INRS. Le Larousse le décrit ainsi :

L'anhydride sulfureux est un gaz incolore, d'odeur suffocante et de saveur acide, qui bout à −5 °C et dont la liquéfaction est réalisée industriellement par compression à 3 atmosphères. Il est difficile à réduire et n'entretient pas les combustions, d'où son emploi pour l'extinction des feux de cheminée. Il s'oxyde aisément, surtout en solution, pour donner l'acide sulfurique H₂SO₄. Il est donc, en même temps que sa solution, un réducteur énergique, employé (de même que les sulfites) comme agent de blanchiment. Cette solution aqueuse a aussi les propriétés de l'acide sulfureux H₂SO₃, donnant avec les bases des hydrogénosulfites ou bisulfites, comme NaHSO₃, ou des sulfites, tel Na₂SO₃. La majeure partie du gaz sulfureux préparé dans l'industrie (par combustion du soufre ou grillage des pyrites) est transformée en acide sulfurique. Outre son pouvoir décolorant, il est utilisé comme antiseptique.

 

Source : anhydride sulfureux, Larousse

La fiche Dioxyde de soufre (SO2) du DRIRE Nord - Pas-de-Calais précise ses origines industrielles :

Composé d’un atome de soufre et de deux atomes d’oxygène, le SO2 est un gaz incolore, d’odeur piquante très irritante, plus lourd que l’air. Il est hydrosoluble et donne par réaction avec la vapeur d’eau l’acide sulfurique. Le dioxyde de soufre ou anhydride sulfureux est le plus abondant des composés soufrés. Il provient de la combustion des combustibles fossiles (charbons, fiouls) au cours de laquelle les impuretés soufrées sont oxydées par l’oxygène de l’air en SO2 . Ce polluant est émis par des sources mobiles et des procédés industriels (fabrication de l’acide sulfurique et des plastiques, raffinage du pétrole, grillage et frittage de minerais sulfureux tels que blende, galène, pyrites, etc.). Globalement, on peut considérer que la production thermique est le principal responsable des émissions de dioxyde de soufre dans l’atmosphère. Ainsi, la combustion d’une tonne de fuel lourd de qualité moyenne est à l’origine d’une émission d’environ 50 kg de dioxyde de soufre. Sous l’action du rayonnement solaire, le SO2 peut se transformer par oxydation en anhydride sulfurique (SO3 ) puis, en présence d’eau, en acide sulfurique (H2 SO4 ). À ce titre, il intervient de manière prépondérante dans le phénomène des pluies acides qui contribue à l’appauvrissement des milieux naturels et participe à la détérioration des bâtiments.

 

Source : Dioxyde de soufre (SO2), DRIRE Nord - Pas-de-Calais – IRE 2006 – AIR

Il est aussi produit naturellement par les volcans et la fermentation :

Dans l’histoire de la Terre, les éruptions volcaniques explosives les plus importantes ont été suivies d’un refroidissement. Ce constat est désormais bien visible dans l’étude des carottes de glace effectuées en Antarctique ou au Groenland, ou dans l’étude des cernes des arbres qu’est la dendrochronologie. Ce phénomène est dû principalement à la grande quantité de dioxyde de soufre (SO₂) éjectée jusqu’à la stratosphère, entre 20 et 50 kilomètres d’altitude. Quand le SO₂se mélange avec la vapeur d’eau de l’atmosphère, ce gaz se transforme en acide sulfurique (H₂SO₄) et devient un aérosol, c’est-à-dire qu’il contient de fines gouttelettes de quelques dixièmes de micromètres, qui finissent par former un « voile ». Les vents forts qui règnent dans la stratosphère peuvent entraîner ce voile tout autour de la Terre et ceci pendant plusieurs années aux latitudes moyennes. Ces aérosols absorbent et réfléchissent la lumière du soleil, réchauffant ainsi la stratosphère mais refroidissant la troposphère, la couche la plus basse de l’atmosphère où nous vivons.

 

Source : TAMBORA, volcan, Encyclopédie Universalis

Selon la notice Wikipédia Dioxyde de soufre, la dernière éruption majeure du Pinatubo a relâché jusqu'à 5 000 t de SO₂ dans l'air (17 Mt au total, la quantité la plus importante jamais mesurée par des instruments modernes), ce qui a affecté la couche d'ozone et modifié la météo en refroidissant significativement la planète et en modifiant la pluviométrie durant au moins deux ans.

On trouve également une petite quantité de dioxyde de soufre naturellement produite par les levures au cours de la fermentation alcoolique. Cette production résulte de leur métabolisme du soufre : les levures assimilent les sulfates présents dans le moût afin de synthétiser les acides aminés soufrés (méthionine et cystéine). Lorsque cette voie métabolique est perturbée ou saturée, une partie des composés soufrés intermédiaires est libérée sous forme de SO₂ (source : Charrier frédéric, Cottereau Philippe, Camponovo Alexandre et al., Les sulfites en œnologie, Cahier Itinéraires n° 31, Institut Français de la Vigne et du Vin (IFV), novembre 2021)

Venons en à votre question. 

L'épandage ou l'injection de dioxyde de soufre (SO₂) évoque principalement la géo-ingénierie climatique pour refroidir la Terre ou l'utilisation d'engrais soufrés en agriculture, bien que le SO₂ pur soit un gaz hautement toxique plutôt qu'un produit d'épandage direct :

Selon l'académicien Iouri Israël, directeur de l'Institut d'études du climat mondial et de l'écologie de Russie, il suffirait de disperser dans les basses couches de la stratosphère, soit de 10 à 14 km d'altitude, une mince couche d'aérosol constitué de gouttelettes de dioxyde de soufre (0,25 à 0,50 microns), dont l'albédo élevé contribuerait à réfléchir une partie du rayonnement solaire avant qu'il ne puisse réchauffer la Terre.

 

Cet épandage atmosphérique pourrait s'effectuer au moyen d'avions, et l'académicien estime qu'un million de tonnes de soufre ainsi répandues pourrait réduire l'impact du rayonnement solaire de 0,5 à 1 %, et la température de 1 à 1,5°C. Mais il ajoute qu'une telle méthode ne constituerait qu'une mesure d'urgence et que son utilisation ne pourrait avoir lieu sans une décision au niveau international.

 

"Je ne veux en aucune manière contredire le Protocole de Kyoto mais à côté des méthodes existantes, des méthodes moins chères devraient être élaborées. Je suis favorable au travail sur plusieurs méthodes à la fois", exprime Iouri Israël, qui insiste qu'outre le fait que cette méthode est la moins onéreuse de toutes celles envisagées jusqu'ici, il s'agit aussi de la seule qui permette d'agir dans l'urgence avec une quasi-garantie d'effets immédiats, et de plus, elle est susceptible d'être stoppée à tout instant.

 

Source : Du dioxyde de soufre pour lutter contre le réchauffement climatique ?, Futura

L'utilisation et l'avantage d'engrais soufrés en agriculture est développé dans L'intérêt du soufre dans la fertilisation des cultures - avec Anthony Frison, AgroLeague :

Pour se développer, la plante a besoin d’eau, de soleil et d’éléments minéraux (macro et oligo éléments) qu’elle prélève dans l’air via ses feuilles et dans le sol via ses racines. Au même titre que l’azote, le phosphore, le potassium, le calcium et le magnésium, le soufre est classé dans les macro éléments, indispensables à la productivité et à la qualité des cultures. Jusqu’aux années 1990, les dépôts atmosphériques dus à la pollution de l’air couvraient les besoins en soufre des cultures par les phénomènes de pluies acides. Depuis, l’épuration des fumées a fait retomber le taux de soufre dans l’atmosphère à un niveau qui ne répond plus à ces besoins. 

 

Intérêt de la fertilisation soufrée 
Environ 90 à 96% de la matière sèche des plantes est composée de carbone, hydrogène et d’oxygène. Le reste est réparti entre les macro et les oligo-éléments. Parmi eux, le soufre représente 0,1 à 0,5% de la matière sèche selon les cultures.

 

Le soufre est un élément indispensable à la vie car c’est un constituant de 3 acides aminés essentiels (méthionine, cystéine et homocystéine) que l’homme ne peut synthétiser. Ses fonctions sont multiples : c’est un composant des chloroplastes, il active les enzymes dans les processus biochimiques pour la fabrication d’énergie, d’acides gras et de métabolites secondaires d’autodéfense tels que les glucosinolates. Il favorise également le processus de fixation symbiotique, notamment pour permettre aux légumineuses de capter l’azote de l’air via les nodosités.

 

Pour comprendre la nécessité d’avoir une gestion correcte de la fertilisation soufrée, il faut d’abord bien concevoir le cycle du soufre dans le sol. 

 

La forme préférentielle d’assimilation du soufre par les cultures est l'ion sulfate (SO42-). Le sulfate, tout comme le nitrate (NO3-), est chargé négativement, donc est lessivable. Dans le sol, le complexe argilo-humique, également chargé négativement, ne peut retenir cet ion en cas de forte pluviométrie. La majeure partie du soufre du sol se trouve sous des formes organiques, donc non directement utilisables par les racines. Il le devient par le processus de minéralisation, qui permet de le transformer en sulfate.

Sur ce sujet voir aussi la vidéo Le soufre, pourquoi et comment apporter cet engrais - 2016, Chaîne Agricole.

Cependant les effets du SO₂  ne sont pas sans conséquences ajoute l'article de Futura :

Mais cette solution risque de provoquer bien des réactions, et une levée de boucliers de la part des scientifiques. En effet, le dioxyde de soufre (SO₂ ou anhydride sulfureux), un gaz incolore mais toxique et corrosif, provoque une altération de la fonction pulmonaire chez les enfants et une exacerbation des symptômes respiratoires aigus chez l'adulte (toux, gêne respiratoire...). Les personnes asthmatiques y sont particulièrement sensibles. Mais même à faible concentration, il est aussi une des principales causes (avec le dioxyde d'azote) des pluies acides susceptibles de détruire des écosystèmes fragiles.

L'épandage de dioxyde de soufre dans la stratosphère visant à refroidir la Terre en renvoyant la lumière du soleil vers l'espace perturbe les régimes de pluie et fragilise la couche d'ozone. Il a des effets sur les températures et entraine un refroidissement global car les particules de soufre forment des aérosols qui agissent comme un bouclier solaire et baissent la température de la surface de la planète ainsi qu'un réchauffement stratosphérique puisque les couches hautes de l'atmosphère absorbent cette énergie, ce qui modifie les grands courants d'air de la météo :

Refroidissement global

Lorsque le dioxyde de soufre est en suspension dans l'air, il réagit avec d'autres molécules atmosphériques pour former des aérosols. Ces aérosols servent de noyau à la vapeur d'eau, ce qui modifie les propriétés des nuages. Grâce aux aérosols, ces nuages ​​sont plus brillants et plus blancs que les nuages ​​naturels et réfléchissent davantage de rayonnement solaire, contribuant ainsi au refroidissement de l'atmosphère.

 

Source : Investigating sulphur dioxide's impact on global temperature, University of Cambridge

Santé respiratoire

Certaines particules présentes dans la stratosphère finissent par retomber à la surface de la Terre où elles peuvent contribuer à des effets néfastes sur la santé , notamment en rendant la respiration difficile.

 

Source : Impacts potentiels, À propos de la géoingénierie, (United States Environmental Protection Agency (EPA)

Le SO2 est un gaz irritant pour l’appareil respiratoire : des concentrations importantes en dioxyde de soufre peuvent provoquer, selon la durée de l’exposition et la résistance des personnes exposées, des troubles respiratoires plus ou moins graves. Ainsi, les pointes de pollution historiques telles que celles de Londres en 1952 et 1956 ont provoqué des troubles respiratoires et cardiaques avec accroissement significatif de la mortalité affectant les populations les plus sensibles. Aux niveaux habituels, les conséquences sanitaires sont bien connues et il est probable que la pollution atmosphérique par les oxydes de soufre joue alors le rôle d’un cofacteur de risque associé aux troubles oto-rhino-laryngologiques et respiratoires. Les symptômes respiratoires sont accrus lorsque les oxydes de soufre sont associés à des teneurs simultanément élevées en particules.

 

Source : Dioxyde de soufre (SO2), DRIRE Nord - Pas-de-Calais – IRE 2006 – AIR

Sur sa fiche toxicologique synthétique n° 41 - Édition Novembre 2022, l'INRS (Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles), indique aussi les dangers :

A la page Pathologie - Toxicologie de la même fiche, sa toxicité sur l’homme est précisée :

Et à la page Incendie - Explosion, elle explique que, bien qu'ininflammable, son action corrosive en présence d'humidité doit faire l'objet d'une attention particulière (notamment en cas de fuite ou lors d'une opération d'extinction à l'eau dans un environnent en contenant).

Pour terminer, voici l'accident qui a eu lieu dans la région lyonnaise en 2011 rapporté par Wikipédia dans Incidents majeurs en France, Dioxyde de soufre :

Le 22 juin 2011 à 7 h 45, un problème technique lors de la fermeture d'une vanne à la raffinerie de Feyzin (appartenant au groupe Total) laissa échapper un grand nuage de dioxyde de soufre poussé par un vent du sud au-dessus de l'agglomération lyonnaise. Plusieurs personnes furent hospitalisées et des entreprises évacuées.

La préfecture, qui cherchait à rassurer la population, recommanda « d’aérer les habitations et les bureaux », donnant ainsi des consignes opposées à celles des pompiers qui conseillaient aux personnes de « rester chez elles et de fermer les fenêtres ».

Bonne journée