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Gérer nos déchets?Cette page présente succinctement quelques problématiques liées aux déchets. 1) Qu'est-ce qu'un déchet? 2) Traiter les déchets? 3) les déchets ultimes 1) Qu'est-ce qu'un déchet?
Le système vivant (cellule, organisme, écosystème, société humaine et ses annexes) ne peut jamais se trouver en équilibre. Vu de l'extérieur, il dégrade en permanence de l'énergie et de la matière. Toute la matière qui entre constitue les nutriments; ces nutriments ne sont pas seulement les aliments des individus. Toute la matière qui sort constitue les déchets.
Le circuit matériel se poursuit en aval (coté déchets) et an amont (côté nutriments). Il est intéressant de connaître ces suites.
Deux types simples d'éléments de circuits: a) recyclage, et b) accumulation.
Les notions de nutriment et de déchet sont relatives (exemple ci-dessous). A noter que le dioxygène est aussi un nutriment pour les plantes (elles respirent).
Accumulation sur une durée longue. Seule une faible proportion de la matière vivante est enfouie, puis fossilisée, dans les sédiments. L'émission de dioxyde de carbone par le volcanisme est également un phénomène très lent en moyenne.
Deux exemples d'accumulations sur courte durée, dues à Homo sapiens. Le rapport des temps caractéristiques entre l'exemple précédent et le suivant est égal à un million, ce qui en fait deux circuits pratiquement indépendants.
Ci-dessous: un circuit complet concernant le carbone. Cet élément chimique est l'élément central de la matière vivante, et aussi l'élément essentiel de l'ère industrielle (charbon, puis pétrole). En bleu, voies lentes; en rouge, voie rapide. Les voies jaunes sont de vitesses intermédiaires. Le réservoir de CO2 atmosphère/océan joue un rôle essentiel d'échangeur entre les circuits du carbone organique (à gauche) et ceux du carbone des carbonates (à droite). Ce réservoir est aussi de faible capacité et par conséquent très vulnérable à l'action d'Homo sapiens. Le fonctionnement global de ce circuit, en l'absence ou en présence d'Homo sapiens, est irrégulier et chaotique. Remarquer que toutes les couches de la planète: noyau, manteau, croûte, hydrosphère, atmosphère, biosphère, interviennent dans le circuit. Le méthane CH4 est un gaz à effet de serre plus efficace que CO2, mais à durée de vie courte (quelques années), qui a joué un rôle essentiel dans la régulation des climats anciens. Homo sapiens contribue au dégagement de CH4 aussi bien que de CO2.
Le circuit de l'azote est instructif, car sans la réaction de synthèse de l'ammoniac (réaction de Haber) à partir de N2 et de H2, Homo sapiens ne pourrait disposer des engrais qui lui permettent de pratiquer l'agriculture intensive et ne pourrait, par conséquent, entretenir son effectif de 7 milliards d'individus. La production anthropique d'ion ammonium et d'ion nitrate V se superpose à deux autres voies: la production bactérienne, et la synthèse par décharges électriques dans l'atmosphère (formation de NO2). Une grande partie des engrais synthétisés par Homo ne sont cependant pas consommés par ses plantations et deviennent des déchets, répandus dans les sols, les nappes phréatiques et, in fine, dans les océans. Le résultat global est une pollution et une eutrophisation diffuses.
Classification périodique ci-dessous. Les cas du carbone et de l'azote ont déjà été examinés. Le phosphore est soumis à une perturbation de ses circuits par Homo: exploitation à grande échelle de gisements fossiles pour engrais, détergents. La production de molécules organiques fluorées et chlorées est spécifique à Homo; ces molécules agissent dans la haute atmosphère, au niveau de la couche d'ozone: perturbation du circuit de l'élément O en plus des éléments F et Cl. Les circuits de l'uranium et des transuraniens sont fortement modifiés par les industries du nucléaire militaire et civil. Enfin, certains éléments chimiques dont les ressources sont rares ou assez limitées pourraient bientôt devenir introuvables si leur recyclage systématique n'est pas organisé. Seuls quelques-uns de ces éléments sont signalés ci-dessous.
Exercices
A. Applications directes
A1. Parmi les noeuds des circuits du carbone et de l'azote, distinguer:
A2. Quel est le mécanisme qui fait passer les roches calcaires dans le manteau terrestre (circuit du carbone)? Ce mécanisme peut aussi amener dans le manteau les formations de matières organiques fossiles (la branche correspondante du circuit n'a pas été représentée); sous quelle forme le carbone de ces formations se retrouve-t-il alors?
B. Approfondissement et recherche documentaire
B1. Estimer, en kilogrammes, les capacités des différents réservoirs de carbone et d'azote. Estimer du même coup le rapport des valeurs extrêmes de la capacité de chacun au cours des temps géologiques; au cours de l'ère industrielle.
B2. Estimer, en kilogrammes par seconde, les débits des différentes branches des circuits du carbone et de l'azote. Préciser, comme pour l'exercice précédent, les rapports des valeurs extrêmes. Pour les branches transportant plusieurs espèces, par exemple CO2 et CH4, estimer séparément le débit de chacune.
B3. Etablir les circuits des éléments O; P; F; Cl; U; Pu en mettant en évidence Homo sapiens et son action.
Deux raisons de traiter les déchets: a) diminuer leur nocivité; b) récupérer les matières coûteuses ou non renouvelables (cuivre, platine par exemple).
Deux types de traitements: un traitement (+), valorisant, qui permet de régénérer des nutriments; un traitement (-), par défaut, visant à rendre moins nuisibles les déchets non recyclables.
Le traitement (+) est facile lorsque le déchet est pur (fragment de métal ou de plastique ou de verre par exemple).
Lorsque le déchet est élaboré (automobile, circuit électronique), il possède une entropie de mélange. La séparation des différents matériaux est alors difficile et coûteuse. Exemple classique: le platine des pots catalytiques.
Exercice
Déchets ci-dessous: pot en verre avec couvercle métallique; tuyau en polychlorure de vinyle; sac de polyéthylène; papier d'aluminium; ampoule d'éclairage; fruit avarié; boîte en fer-blanc; journal; circuit de récepteur radio. Sous forme d'un tableau à double entrée, répondre aux questions suivantes pour chaque échantillon.
Ci-dessous. La crise de la fin du Protérozoïque, de niveau 3, provient d'un problème de déchets: le CO2 atmosphérique a été pompé par les algues, et le carbone a été enfoui dans les sédiments. Les deux crises suivantes (Permien, niveau 2, et Crétacé, niveau 1) sont dues à des évènements géologiques et astronomiques. D'autres crises mineures ne figurent pas sur le schéma. Les pourcentages d'espèces disparues sont tout à fait conventionnels et ne servent qu'à fixer les amplitudes relatives des évènements.
Sommes-nous capables d'en faire autant? Deux scénarios, liés aux déchets ultimes.
Dans les deux cas, une crise écologique majeure apparaîtrait, de niveau comparable à celle du Crétacé. Ci-dessous des solutions proposées.
En Europe, concernant les déchets nucléaires: vitrification puis enfouissement dans des formations granitiques. Ce projet, en cours de réalisation, semble viable, du moins à court terme (quelques siècles). Au-delà, la plus grande incertitude demeure, pour des raisons évidentes. Les déchets restent fortement radioactifs pendant des dizaines de milliers d'années.
Aux U.S.A., concernant le CO2.
Très curieusement, l'option consistant à réduire les émissions de CO2 n'est pas évoquée. Tous ces projets manquent de maturité.
Il n'y a pas encore urgence, mais lorsque la crise, quel que soit sa cause, aura vraiment démarré, il sera trop tard pour agir. Contrairement aux algues du Protérozoïque, nous sommes conscients... du moins peut-on l'espérer? L'épuisement des combustibles fossiles ne se produira pas, il en existe assez pour consommer tout le dioxygène de l'atmosphère. Seule une volonté politique forte, constante et centralisée est susceptible de nous tirer d'affaire dans l"avenir: nous faisons partie de l'écosystème planétaire, que nous le voulions ou non, et tout bouleversement de cet écosystème se traduira par de graves difficultés pour nous, voire par notre disparition pure et simple. Se rappeler qu'au cours des cinq derniers millions d'années, parmi les nombreuses espèces d'Hominidae et les quatre ou cinq espèces du genre Homo, une seule a survécu; les Hominidae sont fragiles, et le fait d'être 7 milliards n'y change rien, bien au contraire. Quant à la vie, elle se remettra de nos errements et repartira sur de nouvelles radiations spécifiques, comme à l'issue des crises précédentes.
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