1 la contamination par les métaux lourds et leur impact sur l environnement sous la direction du :...

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LaLa contamination parcontamination parles métaux lourds et les métaux lourds et

leur impact sur l leur impact sur l environnementenvironnement

Sous la direction Sous la direction du :du :

Pr. saidiPr. saidi

Présenté par :Présenté par :

Mariam El FellahMariam El Fellah

Ouafae HeddaOuafae Hedda

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IntroductionIntroduction

Trois parties :Trois parties :

- Description et caractéristiques des métaux lourds- Description et caractéristiques des métaux lourds

- Effets sur l’environnement- Effets sur l’environnement

- Solutions aux problèmes causés par la pollution- Solutions aux problèmes causés par la pollution

métalliquemétallique

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Trois éléments Trois éléments métalliques sont métalliques sont

étudiésétudiés

Le plomb, Le plomb,

le mercure, le mercure,

le Cadmiumle Cadmium ..

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Les métaux lourdsLes métaux lourds

- Éléments métalliques naturels de MV - Éléments métalliques naturels de MV > 5g / cm3> 5g / cm3- toxiques pour l’environnement et la santé, - toxiques pour l’environnement et la santé, - présents dans le sol, l’eau et l’air.- présents dans le sol, l’eau et l’air.

- toxicité renforcée par bioaccumulation et biomagnificationtoxicité renforcée par bioaccumulation et biomagnification

**Éléments non essentiels**Éléments non essentiels= Cd, Pb, Hg, Sn,…= Cd, Pb, Hg, Sn,…

• • Pas de fonction biologique connuePas de fonction biologique connue • • Toxiques à trés faibles concentrations Toxiques à trés faibles concentrations

**Éléments essentiels**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 Qq généralités sur sur les métaux lourdsles métaux lourds

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Caractéristiques physicochimiquesCaractéristiques physicochimiques

Les métaux lourdsLes métaux lourds : éléments en traces : éléments en traces métalliques (ETM)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 pasne se dégradent pas

- Bioaccumulation dans l’environnement- Bioaccumulation dans l’environnement

- Forte toxicité pour les organismes vivants- Forte toxicité pour les organismes vivants


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Caractéristiques chimiques du Pb, Hg et Cd (Miquel, 2001)Caractéristiques chimiques du Pb, Hg et Cd (Miquel, 2001)

PlombPlomb CadmiumCadmium MercureMercure

Masse atomiqueMasse atomique 270270 112112 200200

Masse volumique(Masse volumique(g/cm3)g/cm3) 11,3511,35 8,68,6 13,613,6

Temp. de fusion Temp. de fusion (°C)(°C) 327327 320,9320,9 - 38- 38

Temp. d’ébullition Temp. d’ébullition (°C)(°C) 1.7401.740 765765 357357

Densité Densité ( à 20°C)( à 20°C) 11.3511.35 8.658.65 13.5513.55

Minerai d’origineMinerai d’origine GalèneGalène Scories du zincScories du zinc CinabreCinabre

FormeForme MouMou Lourd, mou et Lourd, mou et brillant brillant

LiquideLiquide

CouleurCouleur Gris terneGris terne Blanc argentéBlanc argenté ArgentéeArgentée

OdeurOdeur InodoreInodore InodoreInodore InodoreInodore


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Sources d’émissionSources d’émission

- 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 naturellesSources naturelles

Les gisements : Les gisements : -- réserves dans les roches et les sédimentsréserves dans les roches et les sédiments

océaniquesocéaniques

- diffusés avec érosion- diffusés avec érosion

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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 contaminantPassage du minerai au contaminant

- exploitation des mines - exploitation des mines

- érosion - érosion

- prélèvement d’eau- prélèvement d’eau

- éruption volcanique- éruption volcanique

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Sources naturellesSources naturellesHg (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)

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Sources anthropiquesSources anthropiques

Émission et utilisation dans les activité industriellesÉmission 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


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•Combustion de fuel et de charbonCombustion de fuel et de charbon

•Incinération des orduresIncinération des ordures

•Mines, fonderies.Mines, fonderies.

•Activités de transformation et Activités de transformation et d’utilisation du Cadmiumd’utilisation du Cadmium

•Boues de stations d’épurationBoues de stations d’épuration

•Phosphates naturelsPhosphates naturels

•Fumiers et lisiersFumiers et lisiers

SolSolEauEau

AtmosphèreAtmosphère

IrrigationIrrigation

InfiltrationsInfiltrations

Sources anthropiquesSources anthropiques


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Les grands toxiques :Les grands toxiques :Hg, Pb et CdHg, Pb et Cd

Cycle biologiqueCycle biologique

EauxEaux

AirAir

Sol

FongicidesFongicides

Activités Activités industriellesindustriellesHôpitaux Hôpitaux etcetc..

CéréalesCéréales BétailsBétails

OiseauxOiseaux

PoissonsPoissons HommeHomme

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Les grands Les grands toxiques :toxiques :

Hg, Pb et CdHg, Pb et CdPrincipales sources de mercure, plomb et cadmium Principales sources de mercure, plomb et cadmium

dans les aliments en France (source DGAL 2000)dans les aliments en France (source DGAL 2000)

Mercure (%)Mercure (%) Plomb (%)Plomb (%) Cadmium (%)Cadmium (%)

Poissons Poissons 4.64.6 2.52.5

Boissons Boissons -- --

Fruits Fruits 1414 2222

Produits Produits laitiers-œufs laitiers-œufs

-- 1414 1919

Céréales Céréales -- 1414 1616

Abats Abats 11 0.70.7 66

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Impact de la contamination Impact de la contamination sur l’environnementsur l’environnement

- L’environnement peut devenir une source de danger par le biais- L’environnement peut devenir une source de danger par le biais de phénomènes naturels et d’activités industrielle et énergétique.de phénomènes naturels et d’activités industrielle et énergétique.

- Les vecteurs entre l’environnement et l’homme sont l’air, l’eau, le - Les vecteurs entre l’environnement et l’homme sont l’air, l’eau, le sol et le transfert à travers la chaîne alimentaire.sol et le transfert à travers la chaîne alimentaire.

Pollution de l’airPollution de l’air - - SourcesSources principales : production d’énergie,industrie, principales : production d’énergie,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 d’émission par vents, …transformés très loin des zones d’émission par vents, … * locale marquée par l’augmentation des émissions de trafic * locale marquée par l’augmentation des émissions de trafic routier et par les activités émettricesroutier et par les activités émettrices..

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Pollution de l’eauPollution de l’eau - Origines principales: activité domestique, industrielle et- Origines principales: activité domestique, industrielle et agricoleagricole - 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 alimentairesalimentaires - Les métaux provoquent des effets qui peuvent être :- Les métaux provoquent des effets qui peuvent être : * immédiat * immédiat effet toxique brutaleffet toxique brutal

mort rapide de différents organismes.mort rapide de différents organismes.

* différé accumulation au cours du temps* différé accumulation au cours du temps

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Transfert dans le solTransfert dans le sol -- sources principales : sites pollués, anciens sites industriels, gaz sources principales : sites pollués, anciens sites industriels, gaz d’échappement des véhicules, fumées industrielles, d’échappement des véhicules, fumées industrielles, phytosanitaires et des matières organiques fertilisantesphytosanitaires 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 lapénétration jusqu'à la nappe phréatique et les fleuves nappe phréatique et les fleuves ** Accumulation dans le sol Accumulation dans le sol retard dans leretard dans le transferttransfert

Processus de transfert Processus de transfert

Dans le sol l’eau se charge en éléments traces et se déplace soit Dans le sol l’eau se charge en éléments traces et se déplace soit vers les plantes soit vers les nappes phréatiques.vers les plantes soit vers les nappes phréatiques.

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- Déplacement par advection. - Déplacement par advection.

-Déplacement par diffusionDéplacement par diffusion

Analyse des transfertsAnalyse des transferts

L'analyse des transferts des métaux lourds dans les sols, vers L'analyse des transferts des métaux lourds dans les sols, vers le haut ou vers le bas est essentielle à la détermination des le haut ou vers le bas est essentielle à la détermination des risques pour la santé et l'environnement. risques pour la santé et l'environnement. Temps d’évolution de la pollution des sols extrêmement long Temps d’évolution de la pollution des sols extrêmement long d’où la nécessitée de disposer d'archives d'échantillons de sols d’où la nécessitée de disposer d'archives d'échantillons de sols qui permettront de suivre les évolutions dans le temps.qui permettront de suivre les évolutions dans le temps.

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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 duLe 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-Principaux paramètres qui influencent la mobilité et la biodispo--nibilité des métaux lourds dans les sols:-nibilité des métaux lourds dans les sols: La spéciation La spéciation La mobilité chimiqueLa mobilité chimique La biodisponibilité La biodisponibilité La phytodisponibilité La phytodisponibilité


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Statut et mobilité du métal:Statut et mobilité du métal:

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Facteurs liésFacteurs liés au sol 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 :Facteurs liés à la plante : Variété Variété ÂgeÂge Organe Organe


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Teneurs naturelles des végétaux cultivés en éléments traces (en PPM)Teneurs naturelles des végétaux cultivés en éléments traces (en PPM)

As0_1.5

Cd0_1

Cr0_3

Hg0_0.5

Zn10_50

Chou Épinard Fétuque Pulpe de betterave

Son de blé

Luzerne Salade Poireau Épinard oignon

Oignon Céleri Pomme de terre

Chou Raifort

_ Branche _ pommé Pissenlit

_ Endive _ _ _

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Effet des métaux aux différents niveaux du systèmeEffet des métaux aux différents niveaux du système

- Dans le sol : - Dans le sol : Changement et perturbation des relations entre les éléments du solChangement et perturbation des relations entre les éléments du sol

- Pour les micro-organismes :- Pour les micro-organismes : Rôle dans les mécanismes biogéochimiquesRôle dans les mécanismes biogéochimiques Caractérisation de la réactivité chimique des bactéries Caractérisation de la réactivité chimique des bactéries La capacité d’adsorption des cations métalliques en milieu statiqueLa capacité d’adsorption 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 ETMUtilisés 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 solActivités sur la dynamique des ETM dans le sol


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-Pour les plantes :Pour les plantes :

• • Les transferts sol/plante via l’absorption racinaires Les transferts sol/plante via l’absorption racinaires • • Les transferts air / plante via le dépôt particulaire sur les parties Les transferts air / plante via le dépôt particulaire sur les parties aériennesaériennes

Les métaux peuvent être classés en trois catégories en relation Les métaux peuvent être classés en trois catégories en relation avec les plantes : avec les plantes :

- les éléments indispensables à la vie- les éléments indispensables à la vie : macroéléments: macroéléments (N, P, K, (N, P, K, Ca, Mg, S) Ca, Mg, S) et oligo- éléments et oligo- éléments (Cu, Fe, Mn, Zn, Br, Cl)(Cu, Fe, Mn, Zn, Br, Cl)

- les éléments indésirables- les éléments indésirables : Cd, Hg et Pb: Cd, Hg et Pb - les éléments indifférents- les éléments indifférents :titane, sélénium, cobalt, iode, nickel:titane, sélénium, cobalt, iode, nickel

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Comparaison de la répartition des racines en présence d'un sol pollué Comparaison de la répartition des racines en présence d'un sol pollué et d'un sol non contaminé et d'un sol non contaminé En présence d'un sol présentant une pollution homogèneEn 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


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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

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Solutions aux problèmes Solutions aux problèmes de la pollutionde la pollution

Au niveau de l’airAu niveau de l’air - Interdire l’utilisation du plomb dans l'essence- Interdire l’utilisation du plomb dans l'essence- Réduire les émissions polluantes des différentes industries- Réduire les émissions polluantes des différentes industries Ci-dessous les graphes représentant l’évolution des émissionsCi-dessous les graphes représentant l’évolution 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)

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Émissions nationales du mercure dans l’air (Citepa/Coralie, 2006)


28Émissions nationales de cadmium dans l’air (Citepa/Coralie, 2006)


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Au niveau du solAu niveau du sol En plus des solutions évoquées pour l’atmosphère, plusieurs En plus des solutions évoquées pour l’atmosphère, plusieurs

techniques de dépollution des sols ont permis d’obtenir des techniques de dépollution des sols ont permis d’obtenir des résultats satisfaisantsrésultats 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 l’air au niveau d’une nappe phréatique pour faire - Injecter de l’air au niveau d’une 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


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Au niveau de l’eauAu niveau de l’eauLes métaux lourds en solution dans l’eau peuvent être neutralisés 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 en faisant varier le pH de l’eau pour obtenir une décantation de ces polluants.polluants.

trois niveaux de traitements sont définis :trois niveaux de traitements sont définis : - Les traitements primaires : procédés physico-chimiques- Les traitements primaires : procédés physico-chimiques élimination d’une forte proportion de matières élimination d’une forte proportion de matières minérales ou organiques en suspensionminérales 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 l’ozonedésinfection par le chlore ou l’ozone

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HgHg AgAg PbPb CuCu ZnZn NiNi CrCr CdCd CoCo VaVa

PréchlorationPréchloration

Améliore l'élimination de tous les métaux lourdsAméliore l'élimination de tous les métaux lourds

CoagulationCoagulation ** ****** ****** ****** **** **** -- -- -- **

Filtres à Filtres à sablesable

****** ****** ****** ****** ****** -- -- *** *** -- --

Echangeurs Echangeurs d’ionsd’ions

**** **** ****** **** **** -- ****** *** *** **** ****

Charbon Charbon ActifActif

****** ****** **** **** **** **** **** **** **** ****

solutions de traitement de l’eau solutions de traitement de l’eau (Degrémont Sixth Edition)(Degrémont Sixth Edition)


- Pas d'effet, * Peu d'effet, ** Suffisant pour répondre aux normes en vigueur, ***Excellent- Pas d'effet, * Peu d'effet, ** Suffisant pour répondre aux normes en vigueur, ***Excellent

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ConclusionConclusion

L’homme qui est responsable de la libération d’une importante L’homme qui est responsable de la libération d’une importante quantité de ces éléments dans l’environnement, se trouve quantité de ces éléments dans l’environnement, se trouve aujourd'huiaujourd'hui confronté à d'importants problèmes de pollution en confronté à d'importants problèmes de pollution en métaux toxiques.métaux toxiques.Par conséquent, Il doit prendre conscience et agir pour réduire et Par conséquent, Il doit prendre conscience et agir pour réduire et limiter les émissions de ces éléments toxiques, tout en sachant limiter les émissions de ces éléments toxiques, tout en sachant parallèlement, comment évaluer et connaître les seuils de parallèlement, comment évaluer et connaître les seuils de concentration de ces métaux dans l’air le sol et l’eau.concentration de ces métaux dans l’air le sol et l’eau.A l’instar des pays développés, on doit encourager les recherches A l’instar des pays développés, on doit encourager les recherches scientifiques afin d’aboutir à des résultats prometteurs quant à la scientifiques afin d’aboutir à des résultats prometteurs quant à la sauvegarde de notre santé et à la protection de notre sauvegarde de notre santé et à la protection de notre environnement.environnement.

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FinFin

1 la contamination par les métaux lourds et leur impact sur l environnement sous la direction du :...

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