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15.5.4 Différenciation des sources de HAP pyrogéniques

Les sources importantes de HAP pyrogéniques dans les cours d’eau urbains comprennent le dépôt atmosphérique direct de particules de combustion, qui se trouvent également dans le ruissellement des eaux pluviales. Ces particules urbaines contiennent des particules de combustion d’essence et de diesel ainsi que, dans le cas des eaux pluviales, des eaux de ruissellement huileuses (pétrogéniques) de chaussée (gouttes d’huile de carter). Dans certaines zones urbaines, les rejets provenant des fonderies d’aluminium (en particulier celles utilisant la transformation de Soderburg, par exemple Naes et Oug, 1998) et les produits et sous-produits de la production de gaz manufacturés sont également importants. L’industrie de la fusion de l’aluminium produit des HAP pyrogènes lors du chauffage de mélanges de coke de pétrole et de brai de goudron de houille (c.-à-d. du potliner) ainsi que du minerai d’aluminium, ce qui donne d’abondantes particules chargées de HAP, des boues d’épurateur et du potliner « usé ». La production de gaz manufacturé (MGP) a produit des résidus de goudron liquide dérivés du charbon et du pétrole (goudron de houille et goudron de pétrole) qui ont été produits lors du chauffage du charbon ou du pétrole pendant la production de gaz (Gas Research Institute, 1987). Ces sous-produits goudronneux du MGP ont souvent été transformés (distillés) en matériaux liquides supplémentaires enrichis en HAP pyrogéniques (par exemple, la créosote, qui est / a été utilisée pour la conservation du bois) et les résidus de distillation (par exemple, le brai). En fait, les empilements imbibés de créosote pour les quais et autres structures riveraines (traverses de chemin de fer) sont courants et peuvent, dans certains cas, devenir des sources localisées d’HAP pyrogéniques dans les sédiments urbains.

Les caractéristiques générales des HAP dans ces matériaux pyrogéniques sont démontrées à la figure 15.5.2, qui montre les distributions des HAP pour un goudron de houille, une créosote et un brai de goudron de houille typiques non tissés. Ces matériaux sont enrichis en HAP de poids moléculaire plus élevé, comprennent plusieurs HAP à 5 et 6 cycles, Dans n’importe quelle série homologue donnée (C0-à C4-) de HAP, il y a une dominance de l’HAP non alcoylé (parent) et une abondance décroissante de HAP avec un degré d’alkylation croissant. Cela fait appel à un profil caractéristique « incliné » dans les matériaux sources pyrogéniques (par rapport au profil « en forme de cloche » des matériaux pétrogéniques de la figure 15.4.2). Il convient de noter la forte concentration de HAP dans les matériaux pyrogéniques par rapport aux produits pétroliers. Le goudron de houille, la créosote et le brai de goudron de houille représentés à la figure 15.5.2 contiennent 103 000, 142 000 et 141 000 mg/kg d’HAP totaux (soit 10,3 à 14,2 % en poids). Ces concentrations sont beaucoup plus élevées que celles qui se produisent dans la plupart des matières premières pétrogéniques, les concentrations totales de HAP se situant généralement entre 1 et 5 % (en poids). Le ruissellement urbain est une source composite chronique d’HAP pyrogéniques dans les sédiments urbains (O’Connor et Beliaeff, 1995). Les sources de HAP dans les eaux de ruissellement urbaines varient, mais les sources les plus courantes sont (1) les poussières urbaines contenant des HAP liés à la combustion (provenant principalement de moteurs à combustion interne, en particulier à base de diesel), (2) les eaux de ruissellement des rues contenant des traces d’huiles lubrifiantes (provenant principalement des rejets d’automobiles) et (3) les rejets illégaux ou involontaires d’huiles usées et de produits pétroliers dans les systèmes d’évacuation des eaux pluviales. Bien que le ruissellement urbain ait une composante pétrolière, ses sources de HAP sont généralement dominées par des HAP pyrogènes (Eganhouse et al., 1982).

Dans les zones rurales, la combustion du bois et d’autres matériaux de biomasse, qu’ils soient accidentels (p. ex. feux de forêt et d’herbe) ou planifiés / délibérés (p. ex. poêles à bois, barils de combustion), fournissent des sources courantes de HAP pyrogéniques aux sols et aux poussières dans les zones éloignées des centres urbains. Les émissions des usines de traitement du bois peuvent également fournir des intrants industriels supplémentaires localisés de HAP.

Des améliorations supplémentaires de l’application des rapports PAH parents (non alkylés) et de l’utilisation d’ensembles de rapports doubles ont été recherchées et appliquées par Costa et al., (2004) et Stout et al., (2004), et sont résumés par Costa et Sauer (2005). Cette approche doit être appliquée avec soin et les rapports utilisés doivent être valables dans toute une gamme d’altération de la matière source (voir section 15.5.5). Ces essais d’altération comprennent l’évaluation de la stabilité de rapports de HAP parents spécifiques à 4 ou 5 anneaux sur un ensemble d’échantillons présentant des degrés d’altération variables. Une façon d’évaluer l’utilisation des rapports de HAP consiste à examiner la constance du rapport d’intérêt parmi un groupe d’échantillons similaires (par exemple, des échantillons prélevés dans la même zone) dans une gamme d’états d’altération, tels que mesurés par le rapport HAP de faible poids moléculaire (HAP à 2 et 3 anneaux) à poids moléculaire élevé (HAP à 4 à 6 anneaux) (par exemple, ∑LMW /∑HMW).

L’utilisation de la datation au radiocarbone (14C) est un autre moyen efficace de différencier l’assemblage de HAP provenant de la combustion du bois de ceux associés au carbone fossile (combustion à base de pétrole et de charbon). Le radiocarbone (14C) est produit à partir du 14N dans l’atmosphère et le 14CO2 est assimilé par les plantes lors de la photosynthèse. La désintégration radioactive du 14C entraîne la perte du 14C avec une demi-vie de 5730 ans. Ainsi, la datation au radiocarbone peut être un outil de différenciation des types de sources génériques de sources de particules de HAP (biomasse ou carbone fossile). Les émissions de particules sont échantillonnées et analysées, les sources de combustion à base de pétrole étant identifiées par l’existence de  » carbone mort  » ou sans 14C (Reddy et al., 2002), tandis que les particules de combustion associées à la combustion de biomasse contiennent à peu près des rapports atmosphériques de carbone 14C et 12C (Eglinton et al., 1996). L’analyse au radiocarbone spécifique aux composés (CSRA) peut être effectuée en concentrant des quantités de composés spécifiques de HAP par chromatographie en phase gazeuse préparative avant l’analyse au radiocarbone par spectrométrie de masse par accélérateur. L’analyse au radiocarbone spécifique au composé a été utilisée pour évaluer l’origine des HAP (Eglinton et al., 1997; Lichtfouse et coll., 1997; Reddy et coll., 2002; Mandalakis et coll., 2004). Cependant, l’application de ces techniques CRSA peut être limitée par la quantité de matériel disponible. Généralement, 20 à 50 ug de carbone sont nécessaires pour de telles analyses (Reddy, communication personnelle).