La pollution aquatique est, sans conteste, la plus spectaculaire. Depuis leur installation autour de l’étang de Berre, les sociétés de raffinage puis les usines pétrochimiques sont régulièrement soupçonnées de déverser leurs effluents dans les eaux de surface. En 1972-1973, leurs rejets s’élèvent à une moyenne de 6,4 tonnes d’hydrocarbures par jour. À l’évacuation d’eaux résiduaires plus ou moins souillées, s’ajoutent des ruptures de tubes, des défaillances de vannes ou des erreurs de manipulation qui sont susceptibles d’entraîner des fuites accidentelles de produits pétroliers et la formation de nappes à la surface des plans d’eau. Quant à l’étang de Berre, ses propriétés naturelles intrinsèques sont radicalement perturbées depuis 1966 par les apports d’eau douce et de limons qui proviennent du canal EDF, construit de 1963 à 1965 pour dévier les eaux de la Durance à des fins de production hydroélectrique.

Mais, tant pour les observateurs que pour les responsables portuaires, l’essentiel des déversements visibles et nuisibles sont en réalité dus aux trafics des tankers. Les rejets volontaires liés à la vidange d’eaux de ballast en sont l’une des causes. Jusqu’au début des années 1970, il s’agit d’une pratique opérationnelle courante pour accroître la manœuvrabilité des pétroliers en approche des côtes, malgré les dispositions de la convention de Londres de 1954 qui interdisent le déballastage à moins de 50 milles nautiques du littoral. À l’instar des sources terrestres de la pollution maritime, les rejets provenant des navires peuvent aussi se produire de façon accidentelle, lors du chargement et déchargement à quai. Entre 1954 et 1971, 117 événements de ce type ont été recensés par les services portuaires dans les plans d’eau de Lavéra-Fos.

Les nuisances atmosphériques, directement liées au processus de production pétrochimique et sidérurgique, ne sont pas moins omniprésentes. Le principal polluant – et le plus mortel depuis la sinistre expérience du grand smog de Londres en 1952 – est le dioxyde de soufre (SO₂) résultant de la combustion ou de la distillation d’hydrocarbures naturellement chargés en éléments soufrés. En 1970, les rejets annuels moyens de SO₂ dans l’air imputés aux raffineries s’élèvent à 62 000 tonnes sur l’ensemble de la zone.