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1 La contamination par les métaux lourds et leur impact sur l environnement Sous la direction du : Pr. saidi Présenté par : Mariam El Fellah Ouafae Hedda.

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1 1 La contamination par les métaux lourds et leur impact sur l environnement Sous la direction du : Pr. saidi Présenté par : Mariam El Fellah Ouafae Hedda

2 2 Introduction Trois parties : Trois parties : - Description et caractéristiques des métaux lourds - Description et caractéristiques des métaux lourds - Effets sur lenvironnement - Effets sur lenvironnement - Solutions aux problèmes causés par la pollution - Solutions aux problèmes causés par la pollution métallique métallique

3 3 Trois éléments métalliques sont étudiés Le plomb, le mercure, le Cadmium.

4 4 Les métaux lourds Les métaux lourds - Éléments métalliques naturels de MV > 5g / cm3 - toxiques pour lenvironnement et la santé, - présents dans le sol, leau et lair. - toxicité renforcée par bioaccumulation et biomagnification **Éléments non essentiels = Cd, Pb, Hg, Sn,… Pas de fonction biologique connue Pas de fonction biologique connue Toxiques à trés faibles concentrations Toxiques à trés faibles concentrations **Éléments essentiels - Fe, Zn, Ni, Cu, Mg, Mn, Mo, … - Fe, Zn, Ni, Cu, Mg, Mn, Mo, … - Indispensables pour le fonctionnement des cellules - Indispensables pour le fonctionnement des cellules Qq généralités sur les métaux lourds

5 5 Caractéristiques physicochimiques Caractéristiques physicochimiques Les métaux lourds : éléments en traces métalliques (ETM) Le plomb, le mercure et le cadmium: Le plomb, le mercure et le cadmium: - Grande affinité pour le soufre sous forme réduite - Grande affinité pour le soufre sous forme réduite - Conductivité électrique élevée - Conductivité électrique élevée - Se transportent, changent de forme chimique, - Se transportent, changent de forme chimique, ne se dégradent pas ne se dégradent pas - Bioaccumulation dans lenvironnement - Bioaccumulation dans lenvironnement - Forte toxicité pour les organismes vivants - Forte toxicité pour les organismes vivants Qq généralités sur les métaux lourds

6 6 Caractéristiques chimiques du Pb, Hg et Cd (Miquel, 2001) PlombCadmiumMercure Masse atomique Masse volumique(g/cm3) 11,358,613,6 Temp. de fusion (°C) , Temp. débullition (°C) Densité ( à 20°C) Minerai dorigine Galène Scories du zinc Scories du zincCinabre FormeMou Lourd, mou et brillant Lourd, mou et brillantLiquide Couleur Gris terne Blanc argenté Argentée OdeurInodoreInodoreInodore Qq généralités sur les métaux lourds

7 7 Sources démission - Gisements dans le sol - Gisements dans le sol - Combustion du charbon et du pétrole - Combustion du charbon et du pétrole - Incinération des ordures ménagères - Incinération des ordures ménagères - Certains procédés industriels - Certains procédés industriels Sources naturelles Les gisements : - réserves dans les roches et les sédiments Les gisements : - réserves dans les roches et les sédiments océaniques océaniques - diffusés avec érosion - diffusés avec érosion

8 8 Sources démission Ils sont fixés dans les roches sous 2 formes : Ils sont fixés dans les roches sous 2 formes : * Les oxydes et les silicates * Les oxydes et les silicates * Les sulfures et les carbonates * Les sulfures et les carbonates Passage du minerai au contaminant Passage du minerai au contaminant - exploitation des mines - exploitation des mines - érosion - érosion - prélèvement deau - prélèvement deau - éruption volcanique - éruption volcanique

9 9 Sources démission Sources naturelles Hg (eaux de précipitation) Hg (érosion) Pb (érosion) Cd (traces) Cd (sédiments)99 % Hg (sédiments océaniques) Cd (sols et roches) Pb (feux de forêts) Cd (traces dans air) Hg (gaz volcaniques) Pb (activité volcanique)

10 10 Sources anthropiques Émission et utilisation dans les activité industrielles Émission et utilisation dans les activité industrielles Rejets liquides : Rejets liquides : - activité métallurgique - activité métallurgique - rejets liés au sort des produits - rejets liés au sort des produits Retombées atmosphériques: Retombées atmosphériques: -concernent tous les métaux -concernent tous les métaux -représentent des masses très importantes -représentent des masses très importantes Sources démission

11 11 Combustion de fuel et de charbonCombustion de fuel et de charbon Incinération des orduresIncinération des ordures Mines, fonderies.Mines, fonderies. Activités de transformation et dutilisation du CadmiumActivités de transformation et dutilisation du Cadmium Boues de stations dépurationBoues de stations dépuration Phosphates naturelsPhosphates naturels Fumiers et lisiersFumiers et lisiers SolEau Atmosphère Irrigation Infiltrations Sources anthropiques Sources démission

12 12 Les grands toxiques : Hg, Pb et Cd Cycle biologique Eaux Air Sol Fongicides Activités industrielles Hôpitaux etc. CéréalesBétails Oiseaux Poissons Homme

13 13 Les grands toxiques : Hg, Pb et Cd Principales sources de mercure, plomb et cadmium dans les aliments en France (source DGAL 2000) Mercure (%) Plomb (%) Cadmium (%) Poissons Boissons-- Fruits1422 Produits laitiers-œufs Céréales-1416 Abats

14 14 Impact de la contamination sur lenvironnement - Lenvironnement peut devenir une source de danger par le biais de phénomènes naturels et dactivités industrielle et énergétique. de phénomènes naturels et dactivités industrielle et énergétique. - Les vecteurs entre lenvironnement et lhomme sont lair, leau, le sol et le transfert à travers la chaîne alimentaire. sol et le transfert à travers la chaîne alimentaire. Pollution de lair - Sources principales : production dénergie,industrie, - Sources principales : production dénergie,industrie, transports, agriculture, chauffage bâtiments. transports, agriculture, chauffage bâtiments. - Cette pollution peut être : - Cette pollution peut être : * régionale: des polluants pouvant être transportés et * régionale: des polluants pouvant être transportés et transformés très loin des zones démission par vents, … transformés très loin des zones démission par vents, … * locale marquée par laugmentation des émissions de trafic * locale marquée par laugmentation des émissions de trafic routier et par les activités émettrices. routier et par les activités émettrices.

15 15 Impact de la contamination sur lenvironnement Pollution de leau - Origines principales: activité domestique, industrielle et agricole - Origines principales: activité domestique, industrielle et agricole - Peut concerner les eaux superficielles et les eaux souterraines. - Peut concerner les eaux superficielles et les eaux souterraines. - L'eau constitue un élément idéale à la pollution, - L'eau constitue un élément idéale à la pollution, elle va favoriser de nombreuses réactions chimiques. elle va favoriser de nombreuses réactions chimiques. - L'eau véhicule les métaux lourds, et les insère dans les chaînes - L'eau véhicule les métaux lourds, et les insère dans les chaînes alimentaires alimentaires - Les métaux provoquent des effets qui peuvent être : - Les métaux provoquent des effets qui peuvent être : * immédiat * immédiat effet toxique brutal mort rapide de différents organismes. * différé accumulation au cours du temps * différé accumulation au cours du temps

16 16 Impact de la contamination sur lenvironnement Transfert dans le sol - sources principales : sites pollués, anciens sites industriels, gaz - sources principales : sites pollués, anciens sites industriels, gaz déchappement des véhicules, fumées industrielles, déchappement des véhicules, fumées industrielles, phytosanitaires et des matières organiques fertilisantes phytosanitaires et des matières organiques fertilisantes. - Deux cas peuvent se présenter : - Deux cas peuvent se présenter : * la charge critique du sol est dépassée * la charge critique du sol est dépassée pénétration jusqu'à la nappe phréatique et les fleuves pénétration jusqu'à la nappe phréatique et les fleuves * Accumulation dans le sol * Accumulation dans le sol retard dans le transfert retard dans le transfert Processus de transfert Processus de transfert Dans le sol leau se charge en éléments traces et se déplace soit vers les plantes soit vers les nappes phréatiques.

17 17 Impact de la contamination sur lenvironnement - Déplacement par advection. -Déplacement par diffusion Analyse des transferts Analyse des transferts L'analyse des transferts des métaux lourds dans les sols, vers le haut ou vers le bas est essentielle à la détermination des risques pour la santé et l'environnement. Temps dévolution de la pollution des sols extrêmement long doù la nécessitée de disposer d'archives d'échantillons de sols qui permettront de suivre les évolutions dans le temps.

18 18 Comportements des métaux dans le système sol-plante Comportements des métaux dans le système sol-plante Le transfert des polluants du sol vers les plantes est fonction du: - Type de sol - Type de sol - Niveau de contamination dans le sol - Niveau de contamination dans le sol Principaux paramètres qui influencent la mobilité et la biodispo- -nibilité des métaux lourds dans les sols: La spéciation La spéciation La mobilité chimique La mobilité chimique La biodisponibilité La biodisponibilité La phytodisponibilité La phytodisponibilité Impact de la contamination sur lenvironnement

19 19 Impact de la contamination sur lenvironnement Statut et mobilité du métal:

20 20 Facteurs liés au sol Facteurs liés au sol - Le pH - Le pH - La phase minérale et la matière organique - La phase minérale et la matière organique - La teneur en argile - La teneur en argile - La température et l'humidité - La température et l'humidité - Le potentiel redox - Le potentiel redox - Le coefficient de partage ou Kd - Le coefficient de partage ou Kd Facteurs liés à la plante : Variété Variété Âge Âge Organe Organe Impact de la contamination sur lenvironnement

21 21 Impact de la contamination sur lenvironnement Teneurs naturelles des végétaux cultivés en éléments traces (en PPM) As 0_1.5 Cd 0_1 Cr 0_3 Hg 0_0.5 Zn 10_50 ChouÉpinardFétuquePulpe de betterave Son de blé LuzerneSaladePoireauÉpinardoignon OignonCéleriPomme de terre ChouRaifort _Branche_pomméPissenlit _Endive___

22 22 Effet des métaux aux différents niveaux du système - Dans le sol : - Dans le sol : Changement et perturbation des relations entre les éléments du sol Changement et perturbation des relations entre les éléments du sol - Pour les micro-organismes : - Pour les micro-organismes : Rôle dans les mécanismes biogéochimiques Rôle dans les mécanismes biogéochimiques Caractérisation de la réactivité chimique des bactéries Caractérisation de la réactivité chimique des bactéries La capacité dadsorption des cations métalliques en milieu statique La capacité dadsorption des cations métalliques en milieu statique Le transport des métaux en présence de bactéries Le transport des métaux en présence de bactéries - Impacts des métaux sur les lombriciens : - Impacts des métaux sur les lombriciens : Utilisés comme bioindicateurs de pollution aux ETM Utilisés comme bioindicateurs de pollution aux ETM - Impacts des Lombriciens sur les métaux : - Impacts des Lombriciens sur les métaux : Activités sur la dynamique des ETM dans le sol Activités sur la dynamique des ETM dans le sol Impact de la contamination sur lenvironnement

23 23 Impact de la contamination sur lenvironnement -Pour les plantes : Les transferts sol/plante via labsorption racinaires Les transferts sol/plante via labsorption racinaires Les transferts air / plante via le dépôt particulaire sur les parties aériennes Les transferts air / plante via le dépôt particulaire sur les parties aériennes Les métaux peuvent être classés en trois catégories en relation avec les plantes : Les métaux peuvent être classés en trois catégories en relation avec les plantes : - les éléments indispensables à la vie : macroéléments (N, P, K, Ca, Mg, S) et oligo- éléments (Cu, Fe, Mn, Zn, Br, Cl) - les éléments indispensables à la vie : macroéléments (N, P, K, Ca, Mg, S) et oligo- éléments (Cu, Fe, Mn, Zn, Br, Cl) - les éléments indésirables : Cd, Hg et Pb - les éléments indésirables : Cd, Hg et Pb - les éléments indifférents :titane, sélénium, cobalt, iode, nickel - les éléments indifférents :titane, sélénium, cobalt, iode, nickel

24 24 Comparaison de la répartition des racines en présence d'un sol pollué et d'un sol non contaminé En présence d'un sol présentant une pollution homogène : En présence d'un sol présentant une pollution homogène : - système racinaire peu ramifié, très dense - système racinaire peu ramifié, très dense - faible volume de sol - faible volume de sol Impact de la contamination sur lenvironnement

25 25 Impact de la contamination sur lenvironnement En présence d'un sol agricole : En présence d'un sol agricole : - système racinaire très ramifié - système racinaire très ramifié - grand volume de sol - grand volume de sol

26 26 Solutions aux problèmes de la pollution Au niveau de lair Au niveau de lair - Interdire lutilisation du plomb dans l'essence - Réduire les émissions polluantes des différentes industries Ci-dessous les graphes représentant lévolution des émissions des trois métaux lourds en France entre 1990 et 2006 : des trois métaux lourds en France entre 1990 et 2006 : Émissions nationales de plomb dans l'air (Citepa/Coralie, 2006)

27 27 Émissions nationales du mercure dans lair (Citepa/Coralie, 2006) Solutions aux problèmes de la pollution

28 28 Émissions nationales de cadmium dans lair (Citepa/Coralie, 2006) Solutions aux problèmes de la pollution

29 29 Au niveau du sol En plus des solutions évoquées pour latmosphère, plusieurs techniques de dépollution des sols ont permis dobtenir des résultats satisfaisants: En plus des solutions évoquées pour latmosphère, plusieurs techniques de dépollution des sols ont permis dobtenir des résultats satisfaisants : - Creuser des puits ou des tranchées pour pomper des produits - Creuser des puits ou des tranchées pour pomper des produits organiques. organiques. - Injecter de lair au niveau dune nappe phréatique pour faire remonter à la surface les polluants dissous. remonter à la surface les polluants dissous. - utiliser des procédés pour piéger des polluants ou les détruire - utiliser des procédés pour piéger des polluants ou les détruire avec des traitements chimiques. avec des traitements chimiques. - Utiliser la technique de phytoremédiation qui aboutit à deux - Utiliser la technique de phytoremédiation qui aboutit à deux méthodes de dépollution : méthodes de dépollution : * La phytostabilisation * La phytostabilisation * La phytoextraction * La phytoextraction Solutions aux problèmes de la pollution

30 30 Solutions aux problèmes de la pollution Au niveau de leau Les métaux lourds en solution dans leau peuvent être neutralisés en faisant varier le pH de leau pour obtenir une décantation de ces polluants. trois niveaux de traitements sont définis : - Les traitements primaires : procédés physico-chimiques - Les traitements primaires : procédés physico-chimiques élimination dune forte proportion de matières élimination dune forte proportion de matières minérales ou organiques en suspension minérales ou organiques en suspension - Les traitements secondaires : aération et brassage - Les traitements secondaires : aération et brassage élimination des matières polluantes solubles élimination des matières polluantes solubles - les traitements tertiaires : coagulation floculation - les traitements tertiaires : coagulation floculation désinfection par le chlore ou lozone désinfection par le chlore ou lozone

31 31 Hg Hg Ag Ag Pb Pb Cu Cu Zn Zn Ni Ni Cr Cr Cd Cd Co Co Va Va Préchloration Préchloration Améliore l'élimination de tous les métaux lourds Améliore l'élimination de tous les métaux lourds Coagulation Coagulation * *** *** ** ** * Filtres à sable Filtres à sable *** *** Echangeurs Echangeurs dions dions ** ** *** *** ** ** - *** *** ** ** Charbon CharbonActif *** *** ** ** solutions de traitement de leau (Degrémont Sixth Edition) Solutions aux problèmes de la pollution - Pas d'effet, * Peu d'effet, ** Suffisant pour répondre aux normes en vigueur, ***Excellent

32 32 Conclusion Lhomme qui est responsable de la libération dune importante quantité de ces éléments dans lenvironnement, se trouve aujourd'hui confronté à d'importants problèmes de pollution en métaux toxiques. Par conséquent, Il doit prendre conscience et agir pour réduire et limiter les émissions de ces éléments toxiques, tout en sachant parallèlement, comment évaluer et connaître les seuils de concentration de ces métaux dans lair le sol et leau. A linstar des pays développés, on doit encourager les recherches scientifiques afin daboutir à des résultats prometteurs quant à la sauvegarde de notre santé et à la protection de notre environnement.

33 33 Fin


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