Pollution chimique, organique et biologique

1
Pollution chimique, organique et biologique
2
III-Pollution par des substances

• Substances minérales
• Substances organiques

III-1- les milieux aqueux
3
Leau

• Leau est apparue avec le refroidissement de la
  terre
• Combinaison H et O
• Patrimoine de lhumanité menacé
•  
• Leau à lorigine de la vie  70 du poids dun
  être humain
• Présente des propriétés essentielles à la vie
•  
• Eau présente dans de nombreux endroits de
  lunivers mais à létat de vapeur ou de glace.
  Eau liquide présent que sur terre (dans 1milliard
  année, flux solaire 10, plus deau liquide)

4
    La quantité deau sur terre est énorme (1,38
milliards de km3),       5 réservoirs constituent
lhydrosphère       -eaux de surface (océans,
rivières)      -dépôts de glace, de neige      
-les eaux souterraines       -latmosphère      
-la biosphère -très peu deau utilisable
5
Les usages de leau

• Par ordre de prélèvement
•       - lénergie
•         -la consommation et les usages
  domestiques
•        - lindustrie
• - lagriculture

Qualités physiologiques et biologiques requises
pour leau dépendent des usages
6
Le cadre réglementaire des autorisations de rejets

• la loi du 3 janvier 1992 sur l'eau
• Code de l'environnement
• Définition de bassins et de sous bassins
• Planification des actions pour amélioration de la
  qualités des eaux
• Schémas Directeurs d'Aménagement et de Gestion
  des Eaux (SDAGE) pour les bassins
• Schémas d'Aménagement et de Gestion des Eaux
  (SAGE) pour les sous bassins .
• celle des bonnes pratiques ou des meilleures
  technologies disponibles (arrêtes ministériels
  sectoriels ou par défaut dans l'arrêté
  ministériel du 2 février 1998.

7
En France, les Agences de l'Eau et les Comités de
Bassin, regroupant les Agences et les Usagers,
jouent un rôle déterminant dans le contrôle des
pollutions à la source (primes à la dépollution,
taxation des pollueurs...).
8
La pollution de leau

• 5 types de pollution
• -pollution thermique
• -pollution mécanique (particules en
  suspension limon, déchets végétation,
  plancton....)
• -la pollution radioactive
• -pollution chimique due aux polluants minéraux
  (60 à 90 naturelle) et organiques (naturels et
  synthétiques)
• -pollution microbienne (virus, bactérie,
  phytoplancton, protozoaire)

-caractéristiques naturelles de leau sont
modifiées -si pollution alors risque de
remettre en cause les usages de leau -impact
sur environnement et sur développement économique
9
(No Transcript)
10
III-12 La neutralité

• Le pH constitue une mesure de la concentration
  en ions H. (norme T90-006 et T90-008)
• pH6ltvie poisson lt pH9
• La valeur du pH conditionne les équilibres
  physicochimiques -gt éléments toxiques
• ex  équilibre bicarbonate HCO3-ltgt CO2
• pHlt6 bicarbonate gt CO2 toxique si gt100mg/L
•  
• exéquilibre ammonium NH4 ltgt NH3 ammoniaque
• Si pHgt8 NH4 gt NH3 toxique pour poissons entre
  0,2 et 2mg/L

11
Impact acidité de leau

• Depuis début des années 1950, apparition pluie
  acide dans régions industrielles
• Résulte pollution de lair (dioxyde de soufre et
  oxydes dazote, chlore)
• dissolution gaz dans la vapeur deau de
  latmosphère puis oxydation en acides (notamment
  sulfurique et nitrique)
• Acidification les précipitations.
• Pluie acides sur végétation, sol, milieux
  aquatiques
• Dans un premier temps, si présence de carbonates,
  H3O HCO3-gt CO2 2H2O neutralisation apport
  acide,

12

• Sinon
• eaux acides endommagent les forêts et
  empoisonnent sols, lacs et rivières
• Si pH lt5 , sels aluminium solubles (argile)
• Sels aluminium perturbent la photosynthèse
• Libération dautres métaux toxiques plomb,
  cadnium
• pH5-4, mort de presque tous organismes appart
  certaines algues et bactéries
• lacs acides dans pays scandinaves, au Canada ou
  au Japon eaux à cause vents

13
III 13-La turbidité

• Caractérise la non transparence de l eau.

14
Impact sur la turbidité Les matières en
suspension(MES)

• Turbidité de leau ? impact sur pénétration de
  la lumière, donc sur photosynthèse.
• MES Ce sont des matières minérales (argiles) et
  des matières organiques (MO).
• MESMesurée en mg/L ou g/L correspondent à la
  masse de matière recueillie par filtration ou
  centrifugation et séchage en étuve à 105C (norme
  T90-105)
• La pollution domestique produit environ 70 g de
  M.E.S. par habitant et par jour.

15
Action des MES

• Leur action est surtout mécaniques
• -augmentent la turbidité de l'eau, ?
  photosynthèse
• -Si MESgt 25mg/L risque de colmatage branchies
  poissons
• -modifient la nature des fonds, changeant la
  flore et la faune (faune et flore des fonds
  rocailleux disparaissent).MES colmatent
  interstice entre gravier, diffusion moindre de
  loxygène dans les fonds
• -Elles peuvent adsorber à leur surface des
  polluants chimiques et des bactéries dont des
  pathogènes.

16
Exemple MES sur barrière de corail

• Symbiose entre animal et cyanobactéries
  (photosynthétiques).
• Pas de lumière, mort des cyanobactéries
• Mort du corail
• MES du à
• augmentation érosion
• MES station épuration

17
III 14-Apport élément nutritifs

• Écosystème aquatiques

Éléments limitants la prolifération algale N et
P et parfois Si
18

• Milieu oligotrophe
• Concentration faible en éléments nutritifs
• Milieu mésotrophe
• Concentration moyenne en éléments nutritifs
• Milieu eutrophe
• Forte concentration en élément nutritif

19
P
Si
N
Carbone minéral
CO2, HCO3-
Respiration Fermentation Combustion Oxydation du
carbone organique
organisme uni et pluri cellulaire
Photosynthètiques (algue, certaines bactéries
Cycle du carbone
Carbone organique Cx(HyO)z,croissance organismme
Respiration Combustion Consommation
dO2 Oragnismes superieurs, bactérie
H2O
Cycle de loxygène
Photosynthèse, Production dO2
O2
20
Situation normale
21
azote

• Azote (nitrate, ammonium), engrais déjection
  animale (épandage fumier, aquaculture), sortie
  station épuration
• ammoniaque gazeux dissous résultent le plus
  souvent de la décomposition des matières
  organiques présentes dans les eaux usées (35 de
  l'azote éliminé seulement)
• Eau naturelle NO3lt 10mg/L
• Sources rejet 2/3 agricole, 1/3 domestique,
  très faible part industrielle
• Eau douce, NO3gt 50 mg/L eau non potable
  (directive 3janvier 1989)

22
La concentration en nitrate dans les principaux
fleuves européens reste constante, et augmente
dans certains fleuves en Angleterre, France ou
Espagne
23
Nitrate dans les eaux souterraines
Source IFEN
24
Évolution de la qualité de leau le nitrate
(maxima)
gt20 mg /L
10-20 mg/L
lt 10 mg/L
Daprès IFEN
25
La Bretagne

• un taux de nitrates record 33 kg à l'hectare
  par an, rien que dans la Bretagne Nord
• la moitié de la production française de porcs et
  de volailles est concentrée dans cette région qui
  ne représente que 6 à 8 du territoire !
• les douze millions de porcs pollution
  équivalant à celle de 36 millions de personnes.
• Problème de conformité des élevages avec la loi
  sur les installations classées,

26
Quantités moyennes dazote produites par animal

• Vache 51 à 73 kg/an
• Truie 17,5 kg/an
• Porc charcutier 3,5 kg/an
• Poule 0,5 kg/an
• Mère lapin cage 4,5 kg/an
• Ovin 10 kg/an

27
Phosphore

• Avant les années 1970, problèmes liés excès P
  dans l'eau peu connus en Europe.
• Les phosphates utilisés en abondance dans les
  engrais ,les produits de lavage, car ils
  permettent de lutter contre le calcaire de l'eau
  et les particules de saleté.
• quand conscience des problèmes d'eutrophisation
  en eau douce, de nombreuses campagnes ont eu lieu
  pour dénoncer les lessives "qui lavent plus blanc
  que blanc", et demander l'abandon des phosphates
  dans les produits de lavage. Les réactions ont
  été différentes selon les pays

28

• 1986, la Suisse a dicté une loi interdisant les
  phosphates dans les lessives
• Belgique et en Allemagne, des accords ont été
  passés avec les fabricants pour promouvoir des
  produits sans phosphates
• la France est la mauvaise élève de la classe,
  puisqu'il reste encore difficile d'y trouver des
  lessives sans phosphates
• Un individu rejette 4,9g/j de phosphore (1,9 g
  excrétas, 3g lessive)

29

• (phosphate) lessive, industrie
• Sources
• 50 origine domestique (25 détergent, 25
  métabolisme humain , 15 du phosphore éliminé
  dans les eaux usées ) ,
• 20-30 industrie,
• 20-30 agricole
• seuil d'eutrophisation est estimé à 0,03 mg par
  litre

30
En France
31

• Dans le bassin de la Seine les rejets de
  phosphore s'élève à 1,9 g par habitant et par
  jour, ( forte urbanisation Paris, Rouen, Le
  Havre)
• . Bretagne rejet de 2,5 à 4 g par habitant et
  par jour
• rejets de phosphore dans la mer ont diminué de 20
  à 30 entre 1985 et 1999. (IFEN)
• Diminution rejet industrie, déphosphatation dans
  certaines stations dépurations
• précipitation, par voie chimique en ajoutant un
  réactif tel que le fer qui va former un précipité
  décantable,
• piégeage voie biologique avec Acinetobacter
  (bactérie) qui peut faire des réserves
  exceptionnelles de polyphosphates

32
l'exemple du Rhin

• rejets de phosphore particulièrement bas (0,3 g
  par jour et par habitant).
• l'interdiction des lessives contenant des
  phosphates en Suisse,
• la préférence des consommateurs allemands pour
  les produits sans phosphates,
• ainsi que la pratique de la déphosphatation
  station épuration dans ces deux pays.

33
Augmentation de la concentration en N, P, Si
eau peu renouvelée températurelumière
Carbone minéral
CO2, HCO3-
Cycle du carbone
Carbone organique Cx(HyO)z,croissance organismme
H2O
Cycle de loxygène
Le phytoplancton et les algues se développent de
manière très importante (bloom)
O2
34
a)Prolifération de macro-algue

• prolifération saisonnière massive d'une espèce de
  macrophyte particulièrement
• adaptée aux milieux riches (eutrophes),

Figure 1. Individus de grande dimension d'Ulva
armoricana, en suspension dans l'eau (Baie de
Douarnenez, photo X.Caisey, IFREMER)
Ces algues, couramment appelées "laitues de mer",
appartiennent en fait à deux espèces différentes
de la famille des ulves Ulva armoricana et Ulva
rotundata
35
Les espèces opportunistes

• Les genres
• Ulva (Ulva armoricana,Ulva rotundata, Ulva
  rigida),
• Monostroma(Monostroma obscurum),
• Enteromorpha (Enteromorpha intestinalis,
  Enteromorpha linza, Enteromorpha clathrata,
  Elodea Myrisphyllus en eau douce)
• Et moins souvent Chaetomorpha et Cladophora.

36
Relations empiriques entre les flux d'azote et de
phosphore apportés par les rivières en juin dans
le sud de la Baie de Saint-Brieuc et le maximum
annuel de biomasse atteint en juillet sur ce site

• les algues vertes (chlorophycées) se révèlent les
  plus aptes à profiter d'eaux à salinité variable
  très enrichies en nutriments,
• Prolifération au printemps et en été
• Exemple typique d'eutrophisation du milieu marin
  côtier, similaire à ceux affectant depuis plus
  longtemps certains écosystèmes d'eau douce

37
les marées vertes à ulves affectant depuis
les années 70 de nombreux sites de la côte de
Bretagne
Démarrage printanier
apogée en juillet
putréfaction estivale des dépôts de haut de
plage
Ramassage estival par les pouvoirs publics
. Evolution saisonnière typique d'une marée verte
à ulves sur la plage de Saint-Efflam (Côtes
d'Armor).
38
Condition dapparition de marée verte

• conditions environnementales propices à la
  croissance des macroalgues, la lumière accessible
  aux thalles des algues suffisante, température
• géographie du site propice au confinement de la
  biomasse formée, sinon pas accumulation visible
  d'algues

39
conséquences

• Gêne pour la pêche (colmatage des filets et des
  chaluts de petits navires côtiers)
• entrave croissante aux activités de
  conchyliculture (recouvrement de bouchots)
• Gêne pour baignade (gêne dans leau, odeur sur
  plage, asticot)
• Mer Baltique, Cladophora peut produire toxine
  contre œuf poisson
• Coût pour enlever algues sur plages (50 000
  tonnes par ans) en Bretagne

40
Utilisation des macroalgues

• Décharges, N et P, non éliminé
• Compostage, sol saturé en N et P en Bretagne,
  coût transport
• Méthanisation, production de bio-gaz mais forte
  teneur en eau
• gt 97 de la biomasse fraîche, donc semble
  non-rentables

Evolution saisonnière en Baie de Saint-Brieuc des
teneurs en azote et en phosphore du tissu des
ulves de la marée verte (en tiretés la teneur
en-dessous de laquelle l'arrêt de la croissance a
été expérimentalement observé d'après Dion et
al., 1996)
41
Belgique les lessives en accusation

• , la zone côtière dans laquelle se jette
  l'Escaut, qui reçoit les eaux usées entre autres
  de Lille, Gent et Bruxelles, est souvent victime
  de "blooms d'algues" (poussées d'algues
  considérables).

42
côtes belge, hollandaise et parfois allemande
Effet esthétique ,

• Le taxon Phaeocystis, produit un mucus, qui se
  transforme en mousse sous agitation (fort vent et
  forte vague) qui recouvre les plages marine et
  bord de lacs.
• Susceptible de perturber les larves de poissons
  plats

43
Mer noire

• 30 dernières année détérioration de la qualité de
  la mer noire due à leutrophisation
• Entre 1970 et 80, 5 million de T de poissons
  morts (perte de 2 billion de US )
• Fuite des touristes (1995 , étude détérioration
  de 10de la qualité de lenvironnement perte de
  360 millions de US /an.

44
b) Proliferation des micro-algues
Haute concentration en éléments nutritifs
Forte biomasse Phytoplanctonique et algale
Obscurcissement Du milieu, Épuisement des
éléments nutritifs Mort des algues et du
phytoplancton
45
Carbone minéral
CO2, HCO3-
Cycle du carbone
Carbone organique Cx(HyO)z, organismes morts

• Les bactéries décomposent la Matière
• Organique, et consomment O2 dissout
• Anoxie dans leau
• Odeur œufs pourris
• Mort des organismes

H2O
Cycle de loxygène
O2
46
c) Prolifération de micro-organismes toxiques

• Prolifération de phytoplancton ou cyanobactérie
  produisant des toxines

Action directe ou accumulation dans chaîne
alimentaires (ex coquillages) l'homme sensible à
ces toxines, comme les animaux marins poissons,
mammifères. Certains poissons meurent (harengs,
morue, saumons...) d'autres accumulent les
toxines dans le foie et d'autres organes et
provoquent la mort des prédateurs qui les
consomment (poissons, oiseaux, mammifères
marins).
Dinophysis, responsable des intoxication par les
huîtres, toxique à partir de 200 cellules par
litre deau)
47

• En 1987, 14 baleines à bosse sont venues mourrir
  à Cap Cod (côte atlantique des USA) la cause
  était une toxine paralysante produite par un
  dinoflagellé (algue unicellulaire), accumulé dans
  le foie et les reins des maquereaux trouvés dans
  l'estomac des baleines.
• En 1991, des cormorans et pélicans ont été
  empoisonnés en Californie par une toxine produite
  par une diatomée (algue unicellulaire).
• 149 personnes mortes à palm Island(Australie)
  Contamination eau boisson (cyanobactérie toxique)

48
Plusieurs types de toxines

• -  type paralytique Neurotoxic shellfish
  poisoning (NSP).
• picotements et engourdissements de la bouche,
  des doigts, grande faiblesse musculaire, pouvant
  aller jusqu à la paralysie respiratoire et la
  mort par asphyxie    
• - type diarrhéique Diarrhoeic shellfish poisoning
  (DSP).
• vomissements, nausées, diarrhées
• -type neurotoxique Amnesic shellfish poisoning
  (ASP).
• diarrhées, vomissements, douleurs musculaires,
  angoisses, amnésie, transpiration
• Hépathotoxique Venerupin shellfish poisoning
  (VSP).hémorragie foie
• -dermotoxine Provoques des brûlures ou des
  inflammations de la peau

49
En France, les espèces les plus courantes

• Genre Alexandrium et Dinophysis DSP
• Genre Pseudo-Nitzschia ASP

50
Exemple dans le région

• Zones conchylicoles
• Étang de Thau
• Baie de Toulon,
• golfe de Fos
• Ramassage de Télines en Camargue

51
III- 15 Apport de matière organique

• Matières organiques ou oxydables (MO)
• Elles constituent la nourriture principale des
  micro_organismes également consommateur de
  1'oxygene dissous dans l'eau.
• excès de matière organique
• provoque une prolifération de microorganismes et
  une desoxygenation de l'eau qui peut être fatale
  à la vie aquatique.
• Ce paramètre correspond a une moyenne pondérée de
  la demande biochimique en oxygène à 5 jours
  (DBO5) et de la demande chimique en oxygène(DCO).

52
Exempleles eaux usés domestique

• Chaque Français utilise en moyenne 150L d'eau par
  jour dont la quasi-totalité est ensuite rejetée
  Ce sont les eaux usées domestiques
• Ces eaux usées domestiques les eaux ménagères
  (eaux de cuisine et de salle de bain) les eaux
  de vannes (WC).
• eaux ménagères 2/3 du total des eaux usées
  domestiques contiennent notamment des graisses,
  des savons et détergents, des matières en
  suspension et des matières organiques ou
  minérales.

53

• 1 personne 150-200 L/jour
• -70 a 90 g de matière en suspension
• -60 a 70 g de matière organique
• -15 a 17 g de matière azotées
• -4 g de phosphore
• -plusieurs milliard de germes pour 100 ml

54
Matière deversé dans leauconsommation doxygène

• o     Teneur en oxygène exprimée en mg/L
• Les poissons sont en danger si lt 5-6 mg/l
• La demande chimique en oxygène (DCO ) Cest la
  quantité doxygène(mg) consommée dans un litre
  deau par les matières oxydables sous laction
  dun oxydant chimique ( norme française T90-101)

55

• La demande biologique en oxygène (DBO)
• cest la quantité doxygène nécessaire à
  loxydation par voie biologique (microorganismes)
  des matières organiques présentes dans 1 litre
  deau .(20C, obscurité pendant 5j, DBO5) (norme
  française T90-103)
•  
• (DBO50.684.DBOtotale)
•  
• consommation proportionnelle à la quantité de MO
  biologiquement oxydable

56

• 0ltDBO5/DCOlt1
• une eau dont le rapport DBO5/DCO
  gt0,3biodégradable
• o    Matières oxydable (MOX)
• Ensemble des matières contenues dans leffluent
  (1l) dotées dun pouvoir réducteur
• MOX(DCO2DBO5)/3

57
Rejet industriel de MO léquivalent habitant

•  Léquivalent habitant (EH) correspond aux rejets
  moyens journaliers de chaque habitant dans les
  eaux. La valeur de léquivalent habitant est
  fixée par arrêté généralement pour 5 ans
• -90g de Matières En suspension (MES)
• -57 g de Matière OXydables (MOX)
• 0 -2 équitox de matières inhibitrices
• -1,5g dazote réduits (azote organique et
  ammoniacal)
• -4g de phosphore total
• -0,05 g de composés organohalogénés adsorbables
  sur charbons actifs
• -0,23 métox
• -      -60 g DBO5
• -120 g DCO
• -150l deau

58

• ainsi une usine qui rejette 8 tonnes /j de MOX
  ville de 140 000 habitants
• EH(MOX (MES/3))/0,087(DCO2DBO5 MES)/0,26

59
Ex  caves viticoles dans le Vaucluse

• Vigne à raisin représente 40 de la surface
  agricole, production de 2 900 000 hectolitres
• (national 50 000 000 hl)
•  
• effluent liquide
• -         fortement concentré en MO soluble et
  biodégradable (DCO/DBO5 environ 2)
• -         DCO 18 000 à 22 000mg/l
• -         DBO5 8000 à 12000 mg/l
• -         MES 4000 à 6000 mg/l
• -         Carence en phosphore et azote
• -         Richesse en potassium
• -         4ltpHlt7

60

• la pollution brute est estimée à 440 000 EH
• population Vaucluse 500 000 habitants en 1999
• donc Cave entreprise polluante , installation
  classée dans le Vaucluse
• (simples déclaration pour production 500-20
  000hl, et autorisation de production pour gt20
  000hl)
• installations classée sont sous la surveillance
  de
• DDAF (Direction Départementale de lAgriculture
  et de la Forêt)(cas Vaucluse pour cave vinicole)

61

• Brasserie 50 à 200 EH /hectolitre/j
• Abattoir 70 à 200 EH/bœuf/j
• Laiterie (USA) 30 à 80 EH/ 1000L/J

62
III-16-Apport de substances toxiques

• Les métaux lourds
• Les matières organiques toxiques
• Pesticides
• Détergents
• Hydrocarbures

63
A-Devenir de la pollution

• le rejet dun polluant dans un milieu peut être
  suivi par
• - des phénomènes de contamination (air lt-gt eau ,
  eau lt-gt sédiment)
• -et de bioaccumulation (mercure, pesticide,
  DDT.)
• insecticide voisin du DTT répandu sur un lac pour
  éliminer larves moustiques

64
bioaccumulation
eau  0,014 ppm phytoplancton  5ppm poissons
planctophages  7 à 9 ppm poissons chats
superprédateurs  22 à 221 ppm tissus adipeux des
grèbes mortes  jusquà 2 500 ppm bioaccumulation
de 180 000 !!! bioaccumulation est plus
importante dans les milieux aquatiques
65
Lécotoxicologie  leffet des produits L
écotoxicologie est létude des produits
chimiques sur lenvironnement . On distingue les
études monospécifiques des études
plurispécifiques   études monospécifiques (en
général au laboratoire) se font par rapport à des
systèmes biologiques de référence -écotoxicité
aquatique -bactérie -algues -macro-invertéb
ré benthique -crustacés (daphnie (eau douce),
crevette (eau de mer) -poisson (poisson zèbre ,
truite (eau douce), bar (eau de
mer)) -écotoxicité terrestre -ver de
terre -végétaux supérieurs -oiseaux -
abeille (protection culture)
66
La détermination de lécotoxicité des
produits   La toxicité aiguë  -mise en présence
de lorganisme avec une série de concentration de
produit -observation de leffet induit , en 24h
ou 48h  morts ou inhibition à chaque
concentration -détermination de la concentration
qui agit sur 50 des organismes mis en jeu
(Concentration efficace CE50 ou Concentration
Létale CL50)  
67
études plurispécifiques (en labo ou à lextérieur
en mésocosme ou sur le terrain) utilisation
dindice biologique, classification des
organismes de très sensibles à peu sensibles à la
pollution.
68
Espèce pollu-sensible ou pollu-tolérante
69
Espèce indicatrice
70
pollution aiguë et chronique
Intensité paramètre mesuré
Seuil mortel (50 pop)
Seuil effet chronique
temps
71

• Les toxicités aiguës sont évaluées par la teneur
  en matières inhibitrices et en micropolluant
  (métaux lourds, composés organiques de synthèse)
• Les matières inhibitrices sont évaluées à laide
  du test  daphnies  selon la norme française
  T90-301 (dilution quil faut appliquer à un
  échantillon pour immobiliser après 24h, 50 des
  daphnies mises en contact avec le produit
• Lunité de mesure des matières inhibitrices est
   léquitox 
• Equitox 1/ (CL50/24h)
•  

72
Le métox

•  
• Toxicité à long terme exemple des métaux lourds 
• (unité de mesure le métox)
• échelle de toxicité de 1 à 50
• 1g de zinc ou de chrome 1 métox
• 1g de cuivre ou de nickel 5 métox
• 1g de plomb ou darsenic 10 métox
• 1g de mercure ou de cadnium 50 métox

73
a)Les métaux

• Corps simple doué d'un éclat particulier (éclat
  métallique) , bon conducteur de la chaleur et de
  l'électricité et formant par combinaison avec
  loxygène, des oxydes basiques
• La plus part des éléments chimiques sont des
  métaux
• Constituants essentiels de la croûte terrestre
• Érosion activité de lH, passage dans
  écosystèmes atmosphériques et aquatiques

74
Les métaux toxiques et métaux lourds

• Les métaux lourds Ce sont des métaux de forte
  masse atomique toxiques, à l'état élémentaire ou
  combiné, à partir d'une concentration minime. Ils
  sont présents normalement dans le milieu marin en
  faible dose. Ces métaux sont très employés depuis
  le début de l'ère industrielle et ils
  s'accumulent dans la mer. Les plus dangereux et
  les plus répandus sont le mercure, le plomb, le
  cadmium, le chrome

75
Les métaux essentiels et non essentiels
Croissance, rendement
Croissance, rendement
déficiente
optimale
toxique
tolérable
toxique
concentration
Métaux essentiels (Cu, Zn)
Métaux non essentiels (Cd, Pb,As , Hg, Cr, Ni)
76
les métaux essentiels et métaux toxique

• -les métaux essentiels (Cu, Zn) qui peuvent
  avoir un effet bénéfique lorsqu'ils sont à une
  faible concentration, puis devenir toxique à plus
  haute concentration et même létale
• -les métaux sans caractères essentiels (Cd, Pb)
  avec des concentrations tolérables et qui très
  vite deviennent toxiques
• -les métaux toxiques très peu solubles donc sans
  danger car et /ou très rares,
• les métaux très toxiques et relativement
  accessibles

77
Les métaux recherchés

• micropolluants minéraux recherchés l'arsenic
  (As), le cadmium (Cd), le chrome(Cr), le cuivre
  (Cu), le mercure (Hg), le nickel (Ni), le
  plomb(Pb) et le zinc (Zn)(circulaire n 90-55 du
  18 mai 1990)
• présence d'origine naturelle ( nature géochimique
  des terrains drainés)
• activités anthropiques peuvent conduire à une
  augmentation de ces concentrations naturelles.
• Exemples
• Combustion des carburants
• Processus de fusion des minerais
• Procédés industriels
• écoulement de produits toxiques

78
As

• La toxicité de l'arsenic dépend essentiellement
  de sa forme chimique ses composés minéraux
• sont plus toxiques que ses composés organiques.
• Il est classé comme substance très toxique pour
  l'environnement aquatique par
• l'arrêté du 02/02/1998 relatif aux installations
  classées.

79
Cd

• Il est bioaccumulable et répertorié comme toxique
  par l'INRS sous ses formes sulfure et oxyde de
  cadmium. C'est une substance classée dangereuse
  prioritaire par la Directive Européenne
  2000/60/CE.

Cu
Le cuivre métallique est insoluble dans l'eau,
mais la plupart de ses sels sont solubles
chlorures, nitrates, et sulfates de cuivre. Les
carbonates, hydroxydes et sulfures de cuivre sont
quant à eux insolubles.
80
Cr

• Les dérivés du chrome se retrouvent dans l'eau
  essentiellement sous forme oxydée le chrome
  trivalent (Cr III) et le chrome hexavalent (Cr
  VI).
• La classification CEE (étiquetage réglementaire
  des substances et préparations dangereuses)
• identifie ces deux dérivés du chrome comme très
  toxiques pour les organismes
• aquatiques, et pouvant entraîner des effets
  néfastes à long terme pour l'environnement
• aquatique

81
Hg

• C'est une substance classée dangereuse
  prioritaire par la Directive Européenne
• 2000/60/CE. De plus, la classification CEE
  (étiquetage réglementaire des substances
• et préparations dangereuses) identifie le mercure
  comme très toxique pour les
• organismes aquatiques, et pouvant entraîner des
  effets néfastes à long terme pour
• l'environnement aquatique

82
Ni

• C'est une substance classée prioritaire par la
  Directive Européenne 2000/60/CE.

Pb
La classification CEE (étiquetage réglementaire
des substances et préparations dangereuses) identi
fie le plomb comme une substance présentant des
dangers d'effet cumulatif et présentant des
risques possibles d'altérations de la fertilité.
C'est de plus, une substance classée prioritaire
actuellement en examen par la Directive
Européenne 2000/60/CE.
83
Ordre de toxicité et spéciation

• Hg-As-Cu-Cd-Zn-Pb-Cr-Ni-Co
• Spéciation différentes formes de lélément
  (forme métallique, ions, formes oxydés, méthylée)
• Les métaux ne sont pas éliminés des écosystèmes
  aquatiques par processus naturels (pas
  biodégradables)
• Les métaux toxiques comme le Hg, Cd, As , Cu ont
  tendance à s'accumuler dans les sédiments de
  fond.
• processus de remobilisation spéciation
• Entrée dans la chaîne biologique.

84
Exemple le cas du mercure

• Le teneur naturelle du mercure dans l'eau de mer
  est estimée à 0,03 microgramme par litre.
• Il est utilisé dans la fabrication des biocides,
  de certaines peintures et intervient comme
  catalyseur.
• On a estimé à 5 000 tonnes par an la quantité de
  mercure d'origine artificielle introduit dans le
  milieu marin par les effluents industriels et le
  ruissellement sur les terres agricoles.
• Sa toxicité est décelable dès 0,1 microgramme /l
  pour le phytoplancton

85
Mercurebioaccumulation dans chaîne alimentaire
Minamatavillage côtier japon 1954 -usine
Chisso produisant de lacetaldehyde avec Hg comme
catalyseur -rejet quantité très faible Hg dans
fleuve -Accumulation chaîne alimentaire
mer -les chats de la ville portuaire effet
neurologique -20 000 japonais contaminés -mort
centaine de personnes (857),plusieurs centaines
de survivants gravement handicapés (paralysie,
déficience mentale) et incurables -chair poisson
contenait 10 à 20 mg/kg Bio-accumulation de 100
000
86

• L'origine du mercure se trouvait dans les
  effluents d'une usine chimique produisant de
  l'acetaldéhyde avec du sulfate de mercure comme
  catalyseur.
• Les quantités rejetées étaient très faibles et
  bien au-dessous du seuil de détection dans l'eau
  de mer,
• le mercure était accumulé le long des chaînes
  alimentaires jusqu'à atteindre le seuil de
  toxicité pour l'homme (bio-accumulation et
  bio-concentration dans la chaîne alimentaire).
• La chair des poissons en contenait de 10 à 20
  mg/kg, ce qui correspondait à un facteur de
  concentration de 100 000

87
La transformation par les bactéries en anaérobiose

• . Les composés mercuriels sont transformés par
  les organismes en forme organique (comme le
  méthyl-mercure) bien plus toxiques.
• Ces composés lipo-solubles sont principalement
  des toxiques du système nerveux.
• Les invertébrés comme les vertébrés y sont
  sensibles.
• Episodiquement, des poissons sont déclarés
  impropres à la consommation à cause de la teneur
  trop élevée de leur chair en mercure. En France,
  le taux maximum recommandé est de 0,5 mg/kg dans
  le poisson.

88

• -teneur naturelle Hg dans l'eau de mer est
  estimée à 0,03µg/L.
• Il est utilisé dans la fabrication des biocides,
  de certaines peintures et intervient comme
  catalyseur.
• -rejet 5 000 tonnes /an en milieu marin (rejets
  industriels, agricoles)
• Sa toxicité
• -dès 0,1 microgramme /L pour le phytoplancton.
• -methylmercure liposoluble, toxique système
  nerveux. -invertébrés comme les vertébrés y sont
  sensibles. - -En France, le taux max recommandé
  est de 0,5 mg/kg dans le poisson.
• parfois valeur supérieure dans Thons ou Lieus

89
Les principales sources de pollution sont les
piles, les thermomètres au mercure (désormais
interdits), certaines peintures marines
(contenant en plus des PCB) et certains
fongicides. Les rejets industriels sont
strictement contrôlés, au moins dans l'Union
Européenne (limite fixée à 0,05 mg/l
d'effluents). Le mercure est toujours largement
utilisé pour extraire l'or des gisements,
notamment en Amérique du Sud
90
Les micropolluants organiques

• Ce sont en grande majorité des produits de
  synthèse issus de l'activité anthropique.
• PCB polychlorobiphényles.
• Ce sont des substances chlorées
• très stables chimiquement et thermiquement
• Bonne propriété électrique
• Résistance au feu
• utilisés dans
• _les transformateurs électriques comme isolants
  (les anciennes installations encore en
  fonctionnement en contiennent donc toujours)
• de vernis, encres, peintures solvants...
• Leur combustion peut générer des dioxines et
  furanes, substances cancérigènes et mutagènes ,
  perte fertilité

91

• Ils ont une très faible solubilité dans l'eau, et
  une forte affinité pour les matières en
  suspension et les lipides.
• Ils s'accumulent donc dans le milieu naturel et
  se bioaccumulent fortement dans la chaîne
  alimentaire (par exemple dans la graisse des
  poissons).
• Production a augmenté de 1920 à 1970, maintenant
  production presque arrêté , élimination par
  combustion
• Du fait de leur importante persistance dans le
  milieu et de leur forte aptitude à la
  bioaccumulation, ils font l'objet de restrictions
  d'usage importantes (utilisations limitées par
  l'arrêté du 8 juillet 1975). De plus, le décret
  du 02/02/87 interdit la mise sur le marché des
  appareils contenant des PCB.

92

• Loi 1996 prévoit sur 20 ans destruction et
  décontamination (directive 96/59/CE)
• Production cumulée estimés à 750 000t dont
• 40 déversé dans lenvironnement
• 60 encore en usage ou présent en décharge

93
Les hydrocarbures

• Molécules hydrophobes, beaucoup C et H
• Létalité générale quand les HC arrivent en
  quantité massive.
• en général, il y a diminution de la photosynthèse
  et donc diminution de la biomasse végétale.
• Pour le phytoplancton, le seuil de toxicité est
  de 10 a 100 ppm (toxicité létale DL50 48 ou 96 h)
  (1 ppm 1µg/g lppb1µg/kg)
• les larves de poisson meurent vers 1ppb (DL50)
• le seuil de sub-létalité 0,01ppb,
• la baisse de la pêche est une conséquence dans
  les zones côtières.

94
Lors d'analyses en surface (prélèvement des
boulettes avec filets),

• lt 0,1 mg/m2 milieu non pollué
• 0,1 a 1 mg/m2 milieu peu pollué
• 1 a 5 mg/m2 haute pollution
• gt5 mg/m2 très haute pollution
• moyenne mesurée en mer
• Mer Méditerranée 2,9 mg//m2
• dans 1'Ocean Atlantique 0,6 mg//m2
• Dégradation lente (par bactéries)
• 5ans pour pétrole déversé par le Torrey Canyon
  1967
• 10 ans pour celui de lAMOCO CADIX 1978

95

• Lorsqu'on fait des analyses dans la colonne d'eau
• 1 à 2 µ.g/L faible pollution lµg/l 1 ppb
• de 2 µg/L pollution
• Mer Méditerranée du nord 9,9 ppb
• et Atlantique 2ppb

96
Les détergents

• Les détergents sont des molécules organiques
  mettant en oeuvre 2 groupements sur une chaîne
  1 hydrophyle, et 1'autre hydrophobe
• Les détergents anioniques (les plus utilises
  80),
• les non ioniques (19)
• les cationiques (16-18).

97
Dégradation des détergents

• Dépend de la formule chimique
• Le TBS (tretapropyllene benzeno sulfonate) n'est
  pas biodegradable,
• le LAS (alkyl benzeno sulfonate linéaire est très
  proche chimiquement de la précédente mais n'a pas
  de ramification sur sa chaîne linéaire, ce qui la
  rend biodégradable

98
Toxicité des détergents

• Pour les poissons la DL50 (96h) est de 1 à 10
  ppm.
• II y a aussi réduction de l'activité larvaire.
• Les détergents diminuent la concentration en
  oxygène dissous et la transmission de la lumière.
  
• Si diminution de la salinité, diminution de la
  toxicité.
• Dans les estuaires et dans les eaux douces, les
  organismes seront moins sensibles.

99
les biocides

• II y a plusieurs centaines de pesticides en usage
  à l'époque actuelle. Un (biocide) pesticide est
  une substance ou une préparation à 1'exclusion
  des produits pharmaceutiques et vétérinaires
  utilisés pour lutter contre les êtres vivants
  nuisibles à 1'homme de façon directe ou
  indirecte.
• Le terme pesticide englobe en fait, les
  insecticides, herbicides, fongicides, raticides
  etc.
• .

100
Les pesticides chlorés

• .
• .L'intérêt principal porté à ces produits
  chimiques provient de leur toxicité, de leur
  persistance et de leur forte capacité a la
  bioaccumulation. (demie vie de 10 ans). Le groupe
  le plus répandu des pesticides chlorés est la
  famille du DDT.