En bref
Des chercheurs ont retrouvé dans les glaces de l’Arctique des traces de pollution venues d’une mine de cuivre située à des milliers de kilomètres. La mine a longtemps rejeté des substances nocives, mais ses émissions ont baissé après l’installation tardive de dispositifs antipollution. Selon les estimations, cette pollution aurait touché des millions d’habitants des États-Unis et du Canada.
Un mystérieux signal dans la glace
La glace polaire semble bien loin des mines et des usines. Pourtant, elle conserve des couches de neige accumulées au fil du temps, qui emprisonnent des particules transportées par l’air. En analysant ces couches, une équipe dirigée par Joe McConnell a transformé des carottes de glace en archives de la pollution industrielle. Ces traces témoignent d’un phénomène qui s’est étendu de l’ouest des États-Unis jusqu’à l’Arctique et permettent d’en désigner une source possible avec une précision inhabituelle.
Un signal ancien qui pose une énigme
Joe McConnell, climatologue et spécialiste de l’environnement au Desert Research Institute, étudie depuis des décennies des carottes prélevées au Groenland, dans le nord du Canada et dans l’Arctique russe. La neige s’accumule année après année, puis se compacte peu à peu pour former la calotte glaciaire. Des particules venues de l’atmosphère se déposent entre les couches : la glace devient ainsi une archive naturelle, capable de révéler l’évolution de l’environnement et les traces laissées par les activités humaines.
Dans leurs archives, les chercheurs ont repéré une hausse des concentrations de bismuth et d’antimoine au début du XXe siècle. Ces deux métaux peuvent être libérés dans l’air lors de l’extraction et de la fonte des minerais. L’explication la plus évidente était d’abord l’essor industriel de l’époque. Mais l’industrie n’a pas ensuite ralenti : elle a continué à se développer, alors que les concentrations de ces métaux dans la glace avaient atteint un pic précoce avant de diminuer. Une question s’est donc imposée : pourquoi le signal enregistré dans la glace baissait-il alors que l’activité industrielle se poursuivait ?
Ces seules mesures ne suffisaient pas à retrouver l’origine de la pollution. Détecter un métal dans une carotte de glace ne permet pas, à lui seul, de savoir quelle usine ou quelle mine l’a émis. Plusieurs sources peuvent aussi produire des polluants semblables. Il fallait donc trouver un indice supplémentaire, puis comparer le calendrier des dépôts et leurs caractéristiques avec l’histoire de la production des métaux et l’emplacement des sources possibles.
L’arsenic apporte un nouvel indice
Cet indice, c’est l’arsenic. Quelques années auparavant, le laboratoire de McConnell avait mis au point une méthode permettant de le mesurer dans la glace, même si sa détection est plus difficile que celle de métaux comme le plomb. Les échantillons n’en contiennent que des quantités infimes et l’arsenic ne possède pas de signature isotopique qui permette d’en distinguer l’origine, contrairement à certains autres éléments. Or la fonte du cuivre peut libérer de l’arsenic, tout comme elle peut entraîner des émissions de plomb, de bismuth et d’antimoine.
Pour cette nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Sustainability, l’équipe a analysé 10 carottes de glace polaire. Ces cylindres extraits des glaces donnent accès aux couches enfouies en profondeur. Les chercheurs ne se sont pas contentés de mesurer la concentration d’un métal dans un échantillon. Ils ont comparé les profils de dépôt de plusieurs sites, les dates de production du cuivre et les caractéristiques des métaux émis. Ils ont également utilisé des modèles de circulation atmosphérique pour estimer les trajectoires susceptibles d’avoir transporté les particules.
La convergence de ces indices désigne une source particulièrement probable : la mine de cuivre Anaconda, dans le Montana, à des milliers de kilomètres des sites où les échantillons de glace ont été prélevés. En 1914, la concentration d’arsenic dans la glace atteignait environ 15 fois le niveau d’avant l’ère industrielle. Ce pic coïncide étroitement avec les données historiques de production de la mine. L’hypothèse d’une origine précise s’en trouve renforcée, au lieu d’attribuer simplement la pollution à l’industrie nord-américaine en général.
Comment les chercheurs ont-ils réduit le nombre de sources possibles ?
Le raisonnement commence par la façon dont les polluants se déposent. Les métaux lourds étudiés voyagent dans l’atmosphère sous forme de particules, et non de gaz stables. Selon les chercheurs, ces particules ne restent en suspension que quelques jours ou quelques semaines avant de retomber. La date à laquelle elles atteignent les couches de glace est donc étroitement liée à celle de leur émission. Il devient alors possible de comparer les archives glaciaires aux années de production industrielle, tout en tenant compte des mouvements de l’air.
La répartition des dépôts dans les différents sites glaciaires indiquait que la source devait se trouver en Amérique du Nord. L’équipe a ensuite examiné les données de production de cuivre aux États-Unis et au Canada, et comparé plusieurs sources industrielles possibles. Une fonderie située à Tacoma, dans l’État de Washington, a été écartée : sa taille ne permettait pas d’expliquer les quantités retrouvées dans la glace. Les rapports isotopiques du plomb associés aux activités minières de la région de Sudbury, au Canada, ne correspondaient pas non plus au signal mesuré.
Les chercheurs ont également étudié les mines de la péninsule de Keweenaw, dans le Michigan. Le cuivre qui y était extrait se trouvait principalement à l’état natif, ce qui s’accompagnait de faibles émissions des métaux lourds étudiés. À l’inverse, les données de production de la mine Anaconda correspondaient beaucoup mieux aux variations de l’arsenic enregistrées dans la glace, notamment à la forte hausse de 1914. Les modèles de transport atmosphérique confortaient cette interprétation en montrant des trajectoires plausibles pour la propagation de la pollution à travers l’Amérique du Nord.
Carl Krutz, géologue à l’Université du Maine, a salué une enquête scientifique remarquable. À ses yeux, l’utilisation de l’arsenic pour relier la pollution à une mine majeure en particulier est l’un des aspects les plus convaincants de l’étude. Franciele Schwank Carlos, géoscientifique au Center for Polar Climate de la Federal University of Rio Grande do Sul, au Brésil, a elle aussi souligné la difficulté d’attribuer des émissions à une source unique. Elle estime toutefois que les données historiques de production de la mine Anaconda concordent bien avec les mesures glaciaires et les résultats des modèles de transport atmosphérique. Aucun de ces deux chercheurs n’a participé à l’étude.
La baisse des émissions ne signifie pas que la mine a fermé
L’intérêt de ces résultats ne se limite pas à la localisation de la pollution : ils aident aussi à comprendre pourquoi les concentrations ont diminué après leur pic. La mine Anaconda est restée en activité jusqu’en 1947, alors que les niveaux de polluants relevés dans la glace baissent après 1919. L’équipe estime que la mise en place de dépoussiéreurs électrostatiques dans la fonderie a contribué à ce recul. Ces appareils capturent les particules présentes dans le flux d’air et réduisent ainsi leur rejet dans l’environnement.
La technique existait avant son installation à Anaconda : elle avait fait l’objet d’un brevet en 1908, et son inventeur avait lui-même préparé un projet d’équipement pour le site. Mais sa mise en œuvre a été retardée de plusieurs années. Selon l’étude, les appareils ont réduit les émissions de métaux lourds d’environ 65 %. Cette explication répond peut-être à l’énigme initiale : une installation peut continuer à fonctionner sans rejeter autant de polluants, dès lors que ses dispositifs de lutte contre la pollution changent.
McConnell relie ce retard au cadre réglementaire de l’époque, qui, selon lui, permettait aux pollueurs d’adopter des mesures antipollution lorsque celles-ci leur semblaient rentables. D’après les calculs de l’équipe, ce délai n’a pas été une simple question administrative : il aurait entraîné le rejet de 60 000 tonnes supplémentaires d’arsenic et de 24 000 tonnes de plomb par la mine. Il s’agit d’estimations visant à quantifier les émissions qui auraient pu être évitées si les mesures de réduction de la pollution avaient été prises plus tôt.
Des estimations sur l’ampleur de l’exposition humaine
Pour évaluer combien de personnes ont pu être exposées, les chercheurs ont confronté les données des recensements de la population américaine et canadienne de 1910 et 1911 à leurs modèles de transport des particules. Ils ont ensuite estimé le nombre d’habitants des régions où les niveaux de pollution liés aux émissions de la mine auraient été atteints entre 1898 et 1918. Cette méthode permet de reconstituer une exposition passée ; elle ne constitue ni un décompte direct des personnes tombées malades ni une mesure clinique réalisée sur des individus.
D’après ces calculs, environ 55 % de la population des États-Unis à l’époque, soit 50,5 millions de personnes, aurait été exposée à des niveaux d’arsenic susceptibles d’accroître le risque de cancer du poumon. Au Canada, l’estimation concerne 11 % de la population, soit 600 000 personnes. Les chercheurs estiment également qu’environ 1,4 million de personnes auraient été exposées à des niveaux élevés de pollution au plomb. Ces chiffres ne signifient pas que toutes les personnes concernées ont développé un cancer ou une intoxication au plomb. Ils donnent une estimation de l’ampleur de l’exposition possible à partir des données de production et des modèles de déplacement des populations et des polluants dans l’air.
Le plomb mérite une attention particulière dans l’évaluation des risques : l’Agence américaine de protection de l’environnement indique qu’aucun niveau d’exposition n’est considéré comme sûr pour les enfants. Quant à l’arsenic, les estimations de l’étude l’associent à une augmentation du risque de cancer du poumon. Ces résultats montrent que les rejets d’un site industriel peuvent dépasser largement ses alentours et toucher des régions éloignées ainsi qu’une population nombreuse. Déterminer le risque sanitaire auquel chaque personne a été exposée exige toutefois des informations que les seules carottes de glace ne peuvent fournir.
Les préoccupations autour de la mine Anaconda ne reposent pas uniquement sur l’analyse des glaces. Par le passé, l’exploitation a fait l’objet de poursuites intentées par des agriculteurs et des éleveurs des environs, puis d’un conflit avec le service forestier des États-Unis. Les plaignants affirmaient que les activités de la mine avaient nui à l’agriculture, empoisonné le bétail et endommagé les forêts. Aujourd’hui, le site est le plus grand site Superfund des États-Unis, une désignation réservée aux zones polluées nécessitant d’importants travaux de dépollution. Ce contexte historique concorde avec l’image d’une source de pollution, même si la nouvelle étude y ajoute des indices tirés des archives glaciaires.
Ce que la glace révèle — et ce qu’elle ne peut pas prouver
La force de l’étude tient au fait que l’attribution de la pollution ne repose pas sur un seul indice. La production de cuivre à Anaconda et la hausse de l’arsenic concordent dans le temps ; plusieurs métaux sont associés aux opérations de fonte ; la répartition des dépôts dans les sites polaires pointe vers l’Amérique du Nord ; enfin, les modèles décrivent des trajectoires possibles pour les particules. La comparaison avec d’autres sources, comme Tacoma, Sudbury et Keweenaw, aide aussi à comprendre pourquoi les chercheurs privilégient cette mine plutôt que d’autres sources possibles.
Il faut toutefois interpréter la conclusion comme l’identification de la source principale soutenue par les indices, et non comme la preuve que chaque particule polluante retrouvée dans la glace provenait d’une seule mine. Les particules sont transportées par l’air ; les données historiques et les modèles permettent de reconstituer des trajectoires probables, et les archives démographiques disponibles ne consignent pas l’exposition de chaque personne. Les chercheurs reconnaissent qu’il est difficile de remonter jusqu’à une installation précise, mais montrent que la mise en commun d’indices indépendants peut aboutir à une explication bien plus solide qu’une mesure isolée.
L’étude souligne également l’intérêt des archives naturelles lorsque les registres industriels ou réglementaires sont incomplets, ou lorsque la source de pollution se trouve très loin de l’endroit où elle est détectée. Les couches de glace ne conservent pas seulement la trace de métaux : comparées à l’histoire de la production et aux mouvements de l’air, elles permettent de remettre les événements dans l’ordre et de délimiter une zone d’origine possible. Dans le cas d’Anaconda, cette méthode révèle que les émissions d’une mine du Montana ont laissé une empreinte détectable dans les glaces de l’Arctique. Elle suggère aussi qu’un changement des moyens de lutte contre la pollution a pu réduire cette empreinte des décennies avant la fermeture de la mine.
Conclusion
En analysant 10 carottes de glace polaire, l’équipe de Joe McConnell, du Desert Research Institute, a réuni des indices qui désignent la mine de cuivre Anaconda, dans le Montana, comme la principale source probable de la pollution retrouvée dans la glace. En 1914, le niveau d’arsenic atteignait environ 15 fois celui d’avant l’ère industrielle. Les émissions ont ensuite baissé après 1919, probablement grâce à des appareils antipollution, bien que la mine soit restée en activité jusqu’en 1947. L’étude estime que le retard dans l’installation de ces dispositifs a entraîné le rejet de 60 000 tonnes d’arsenic et de 24 000 tonnes de plomb supplémentaires. Entre 1898 et 1918, des millions d’habitants des États-Unis et du Canada auraient pu être exposés à des niveaux préoccupants. Plus largement, ces résultats rappellent que la pollution industrielle peut parcourir des milliers de kilomètres et que des mesures prises à temps peuvent changer la quantité de polluants qui atteint l’environnement et les populations.