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

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

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

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

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

Qq généralités sur les métaux lourds Caractéristiques chimiques du Pb, Hg et Cd (Miquel, 2001) Plomb Cadmium Mercure Masse atomique 270 112 200 Masse volumique(g/cm3) 11,35 8,6 13,6 Temp. de fusion (°C) 327 320,9 - 38 Temp. d’ébullition (°C) 1.740 765 357 Densité ( à 20°C) 11.35 8.65 13.55 Minerai d’origine Galène Scories du zinc Cinabre Forme Mou Lourd, mou et brillant Liquide Couleur Gris terne Blanc argenté Argentée Odeur Inodore

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

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

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

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

Sources d’émission Eau Sol Sources anthropiques Atmosphère Mines, fonderies. Activités de transformation et d’utilisation du Cadmium Combustion de fuel et de charbon Incinération des ordures Atmosphère Boues de stations d’épuration Phosphates naturels Fumiers et lisiers Irrigation Eau Sol Infiltrations

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

Principales sources de mercure, plomb et cadmium 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 4.6 2.5 Boissons - Fruits 14 22 Produits laitiers-œufs 19 Céréales 16 Abats 1 0.7 6 35 33 30

Impact de la contamination sur l’environnement - L’environnement peut devenir une source de danger par le biais de phénomènes naturels et d’activités industrielle et énergétique. - Les vecteurs entre l’environnement et l’homme sont l’air, l’eau, le sol et le transfert à travers la chaîne alimentaire. Pollution de l’air - Sources principales : production d’énergie,industrie, transports, agriculture, chauffage bâtiments. - Cette pollution peut être : * régionale: des polluants pouvant être transportés et transformés très loin des zones d’émission par vents, … * locale marquée par l’augmentation des émissions de trafic routier et par les activités émettrices.

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

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

Impact de la contamination sur l’environnement - Déplacement par advection. Déplacement par diffusion 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 d’évolution de la pollution des sols extrêmement long d’où la nécessitée de disposer d'archives d'échantillons de sols qui permettront de suivre les évolutions dans le temps.

Impact de la contamination sur l’environnement Comportements des métaux dans le système sol-plante  Le transfert des polluants du sol vers les plantes est fonction du: - Type de 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 mobilité chimique   La biodisponibilité   La phytodisponibilité

Impact de la contamination sur l’environnement Statut et mobilité du métal:

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

Impact de la contamination sur l’environnement 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 Chou Épinard Fétuque Pulpe de betterave Son de blé Luzerne Salade Poireau oignon Oignon Céleri Pomme de terre Raifort _ Branche pommé Pissenlit Endive

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

Impact de la contamination sur l’environnement Pour les plantes : • Les transferts sol/plante via l’absorption racinaires • 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 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 indifférents :titane, sélénium, cobalt, iode, nickel

Impact de la contamination sur l’environnement 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 : - système racinaire peu ramifié, très dense - faible volume de sol

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

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

Solutions aux problèmes de la pollution Émissions nationales du mercure dans l’air (Citepa/Coralie, 2006)

Solutions aux problèmes de la pollution Émissions nationales de cadmium dans l’air (Citepa/Coralie, 2006)

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

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

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

Conclusion L’homme qui est responsable de la libération d’une importante quantité de ces éléments dans l’environnement, 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 l’air le sol et l’eau. A l’instar des pays développés, on doit encourager les recherches scientifiques afin d’aboutir à des résultats prometteurs quant à la sauvegarde de notre santé et à la protection de notre environnement.

Fin