Laboratoire

Étude des sels de voirie

sep. 17 2019

Utilisation des rapports Cl-/Br- et d’autres indicateurs pour évaluer et différencier les sels de voirie et pour comprendre les répercussions sur les eaux souterraines

Partout au Canada, les municipalités utilisent des sels de voirie à base de chlorure de sodium (NaCl), essentiellement du « sel gemme » ou halite, pour déglacer les chaussées à bon prix. Parallèlement, le sodium (Na+) et le chlorure (Cl-), ainsi que la conductivité électrique, le rapport d’absorption du sodium (RAS), la salinité et la sodicité (qui peuvent être fortement influencées par les concentrations de Na+ et de Cl-) sont contrôlés et réglementés par plusieurs autorités en tant que sources d’inquiétudes pour l’environnement.

De par leur stabilité et leur caractère persistant dans les aquifères, le bromure (Br-), le chlorure (Cl-) et l’iodure (I-) se sont avérés être de précieux traceurs pour étudier le mouvement des eaux souterraines. Plus récemment, l’évaluation des rapports de concentration de ces ions, en particulier le chlorure et le bromure (Cl-/Br-), a également servi à étudier les circuits d’eau souterraine potable et à déterminer l’origine et l’évolution des eaux salées et des saumures de surface et de subsurface.

Fonctionnement des sels de voirie

L’eau gèle à 0 °C (32 °F). À cette température, les molécules d’eau s’organisent en structures cristallines et se transforment en glace, comme illustré à la figure 1. Le sel abaisse le point de congélation de l’eau en interrompant le processus de cristallisation. Les sels de voirie se décomposent en sodium et en chlorure dans l’eau. Ces derniers se déplacent alors dans l’eau pour occuper de l’espace dans la structure de ses molécules. Cela a pour effet d’écarter les molécules d’eau et d’interrompre le processus de formation de la glace, en abaissant ainsi son point de congélation.

Bien que cette méthode soit efficace pour empêcher la formation de glace, elle comporte une limite qui lui est inhérente. À des températures inférieures à -18 °C, la capacité du sel (NaCl) à empêcher la formation de glace diminue.

Figure 1. Procédé par lequel les sels de voirie empêchent l’eau de geler

Procédé par lequel les sels de voirie empêchent l’eau de geler


Historique

Du chlorure de sodium granuleux a été utilisé pour la première fois à titre expérimental pour dégeler les chaussées en 1938. Depuis, l’utilisation de chlorure de sodium et d’autres agents déglaçants s’est généralisée.

Chaque année, environ 5 000 000 de tonnes de sel gemme sont utilisées au Canada uniquement sur les routes. Les villes de Toronto et de Calgary en utilisent en moyenne respectivement près de 140 000 et 35 000 tonnes.

Répercussions sur l’environnement

En général, le NaCl pénètre dans l’environnement par ruissellement des eaux de fonte des neiges et des stations d’épuration, celles-ci n’étant normalement pas équipées pour retirer le NaCl en cours de traitement. Les autres voies de pénétration potentielles sont illustrées à la figure 2.

Figure 2. Voies de pénétration dans l’environnement et répercussions des sels de voirie [1]

Voies de pénétration dans l’environnement et répercussions des sels de voirie


Règlementation

Même s’ils ne sont pas réglementés sous forme de sel (NaCl), les ions individuels le sont par la plupart des autorités, comme indiqué dans le tableau 1 ci-dessous. Le NaCl est également contrôlé par des mesures indirectes comme celles de la salinité, de la conductivité électrique (CE) et de la sodicité, à partir de mesures du rapport d’absorption du sodium [2] (RAS).

Tableau 1. Règlementation relative au sodium et au chlorure au Canada

Paramètres C.-B. Alb. Sask. Man. Ont. CCME
Eau potable
Sodium (mg/L) 200 200 200 200 NV 200
Chlorure (mg/L) 250 250 250 250 NV 250
Eaux souterraines
Sodium (mg/L) NV 200 200 200 490 NV
Chlorure (mg/L) 100 100 250 250 790 NV
Eaux de surface (protection de la vie aquatique dans l'eau douce)
Sodium (mg/L) NV 200 NV NV NV NV
Chlorure (mg/L) 1,500 100 120 NV NV 120
Sol
Sodium (ug/g) 150 NV NV NV NV NV
Chlorure (ug/g) 100 NV NV NV NV NV

Applications analytiques du chlorure (Cl-), du bromure (Br-) et de l’iodure (I-) contenus dans les sels de voirie

Le chlorure, le bromure et l’iodure sont présents dans le sel. Le chlorure est généralement de 40 à 8 000 fois plus abondant dans la nature que le bromure. Les méthodes d’analyse les plus couramment utilisées pour déterminer les quantités de Cl-, de Br- et d’I- sont : la chromatographie par échange d’ions, la colorimétrie et l’analyse par activation neutronique (AAN). Cependant, les Laboratoires Bureau Veritas disposent désormais de méthodes pour déterminer ces ions à l’état de trace, à l’aide de la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Le tableau 2 (ci-dessous) liste les méthodes d’analyse disponibles et les limites de détection représentatives.

Tableau 2. Méthodes d'analyse et limites de détection types du Cl-, Br- et I-

Paramètres AAN Chromatographie par échange d’ions ICP/MS
Iodure     2 ppb
Bromure   20 ppb 50 ppb
Chlorure niveau ~1 ppm 10 ppb 5 ppm


Une étude interne préliminaire sur différents produits salins du commerce a montré des différences dans les quantités relatives (mesurées par ICP-MS) de Cl-, de Br- et d’I-, suivant l’origine du sel (voir tableau 3).

Il a également été démontré [3] que les rapports entre ces ions peuvent permettre de différencier les eaux souterraines pures des sources d’eaux usées et autres sources anthropiques, comprenant notamment les sels de voirie.

Tableau 3. Rapports Cl-/Br- et Cl-/I- de six produits salins du commerce

Paramètres Sel de voirie (« sel bleu ») Sel de voirie (générique) Sel de mer du commerce Gros sel du commerce Sel gemme de l’himalaya (rose) Sel gemme de l’himalaya (rose)
Iodure ND 0.3 30 70 ND ND
Bromure 1,200 1,600 50 310 60 48
Chlorure 510,000 470,000 260,000 540,000 520,000 490,000
Cl-/Br- 430 290 5,200 1,700 8,700 10,000
Cl-/I- 5.1 x 108 1.6 x 106 8,700 7,700 5.2 x 108 4.9 x 108

Remarque : En l’absence d’I- au-dessus de la limite de détection de 2 ppb, on a utilisé ½ de la limite de détection pour calculer le rapport Cl-/I-.

Figure 3. Rapports Cl-/Br- et taux de Cl- pour différencier cinq types d’eau : eau douce, saumure, eau douce septique, eau douce connée et halite. [4]

Rapports Cl-/Br- et taux de Cl- pour différencier cinq types d’eau : eau douce, saumure, eau douce septique, eau douce connée et halite


Les Laboratoires Bureau Veritas ont également démontré, par l’analyse d’échantillons « réels », la capacité de différencier diverses sources d’effets du sel sur les eaux souterraines.

Références

[1] National Cooperative Highway Research Program Report 577: Guidelines for the Selection of Snow and Ice Control Materials to Mitigate Environmental Impacts

[2] Le rapport d’absorption du sodium (RAS) mesure la proportion de sodium par rapport au calcium et au magnésium dans une solution du sol:

SAR Formula


[3] Katz, B.G. et coll. : « Using Cl/Br ratios and other indicators to assess potential impacts on groundwater quality from septic systems: A review and examples from principal aquifers in the United States ». Journal of Hydrology, vol. 397, 2011, p. 151-166.

[4] W Naily et Sudaryanto 2018 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 118 012020