L'eau,
matière précieuse

Exposés de la classe de 2°7
année 2004/2005

Pollution de l'eau par les métaux lourds

Par Bruce-Lee MEDINA et Yann MICHEL

L'eau douce une ressource rare car seulement 16% de l'eau sur Terre est sous forme d'eau douce, dont 98% est à l'état solide (glacedes pôles) et 2% est liquide ou gazeuse.
L'eau est une ressource de plus en plus polluée. Selon l'O.M.C., trois à quatre millions de personnes meurent chaque année dans les pays pauvres de maladies liées à la mauvaise qualité de l'eau. De plus 20% des espèces aquatiques ont disparu ces dernières années ou sont en voie de disparition.

Nous allons surtout nous intéresser à la pollution chimique, en prenant comme exemple un métal lourd, le cadmium.

L'Eau polluée par les métaux lourds :

L'industrie privilégie les sites à proximité des fleuves pour le transport de matières premières, pour l'alimentation en eau qui permet de refroidir les installations et pour les possibilités de rejets des effluents industriels. En effet l'eau a longtemps été l'exutoire qui permettait d'évacuer ces déchets.

Les éléments sous forme de traces, présents à l'état solide dans les sols, sont mis en circulation par l'érosion qui met ces éléments en solution ou suspension. Le ruissellement sur les surfaces imperméables (sols, chaussée) ainsi que les sources anthropiques s'ajoutent à ces sources naturelles liées à l'érosion. L'eau est évidemment un élément particulièrement important pour les polluants en général et les métaux lourds en particulier car l'eau va entraîner des réactions chimiques liées à l'acidité, l'alcalinité, la température, l'oxygénation... Les milieux aquatiques sont très sensibles aux éléments en traces car la coexistence de deux phénomènes de bio-accumulation et de bio-magnification les concentrent au fur et à mesure des absorptions dans la chaîne alimentaire (phytoplancton / zooplancton / poisson herbivore / poisson carnivore / homme...).

Les métaux lourds sont des micro-polluants de nature à entraîner les nuisances même quand ils sont rejetés en quantités très faibles car les petites quantités (mesurées en microgrammes par litre) sont souvent compensées par bio-accumulation et concentration dans un faible volume.

Concentrations en métaux lourds dans les matières en suspension de quelques fleuves (en mg/kg)
source : Académie des Sciences - Contamination des sols par les ETM - août 1998

concentration
en mg/kg
cadmium
mercure
plomb
cuivre
zinc
Seine
3,3
0,87
147
130
510
Rhône
1,5
1,2
19,5
320
50
Rhin
3
1
123
112
574
Pô
1,7
1,6
75
75
342
Meuse
33
-
762
292
2690

L'origine du cadmium, un métal lourd toxique :

Découvert en 1817, son nom vient de la mine de zinc de Kadmos près de Thèbes

On trouve principalement le cadmium dans la croûte terrestre. Il est toujours présent en combinaison avec du zinc. Une grande quantité de cadmium, environ 25 000 tonnes/an., est libérée dans l'environnement de façon naturelle. Environ la moitié de ce cadmium est libéré dans les rivières lors de l'usure de la roche et du cadmium est libéré dans les airs par les feux de forêts et les volcans. L'autre moitié vient d'activités humaines.

Des flux de déchets de cadmium provenant des industries finissent principalement dans les sols. Ces flux accompagnent par exemple de la production de zinc (sous-produit inévitable de son extraction).

Une autre source importante d'émission de cadmium est la production de fertilisants non naturel à base de phosphate. Une partie du cadmium se retrouve dans le sol après que le fertilisant ait été appliqué sur les terres agricoles et le reste du cadmium se retrouvent dans les eaux de surface quand les déchets provenant de la production des fertilisants sont rejetés par les entreprises de production. Le cadmium peut être transporté sur de longues distances lorsqu'il est absorbé par les boues qui polluent alors les eaux de surface comme les sols.

Grâce à la mise en place de contrôles, peu de cadmium pénètre maintenant dans l'eau lors du rejets de déchets ou d'eaux usées provenant des particuliers ou des industries.
Pour diminuer la pollution du cadmium, nous pouvons aussi utiliser les piles alcalines qui ne contiennent pas de cadmium.

L'effet du cadmium sur les êtres vivants :
Dans les écosystèmes aquatiques le cadmium peut être bio-accumulé dans les moules, les huîtres, les crevettes, les langoustines et les poissons. La sensibilité au cadmium peut varier beaucoup entre les organismes aquatiques. Les animaux mangeant ou buvant du cadmium peuvent parfois . Les organismes des eaux salées sont connus pour être plus résistant à l'empoisonnement au cadmium que les organismes d'eau douce. Vivant plus vieux , ils le concentrent plus !
L'absorption de cadmium se fait essentiellement par la nourriture. Les aliments qui sont riches an cadmium peuvent augmenter de façon importante les concentrations en cadmium du corps humain, dernier prédateur en fin de chaîne alimentaire. On peut citer quelques exemples d'aliments riches en cadmium : le foie, les champignons, les moules, les mollusques et les crustacées, la poudre de cacao et les algues séchées.
Du cadmium concentré dans le corps provoque une pression artérielle élevée, une maladie du foie et des problèmes dans le système nerveux.
Les reins expulsent normalement les toxines dans l'urine qu'ils fabriquent. Mais le cadmium s'accumule dans les reins, où il endommage les mécanismes de filtration. Cela entraîne l'excrétion de protéines essentielles et de sucre hors de l'organisme.Il faut beaucoup de temps pour que le cadmium qui s'est accumulé dans les reins soit excrété du corps. Les autres problèmes créés par le cadmium sont :
- Diarrhée, doueurs d'estomac et vomissements importants
- Fracture des os
- Stérilité
- Problèmes du système nerveux central, désordre psychologique
- Problèmes au niveau du système immunitaire
- Altération de l'ADN et développement de cancer
On est exposé à un niveau significativement plus élevé de cadmium lorsqu'on fume : les fumées de tabac transportent le cadmium dans les poumons, le sang le transporte à travers tout le reste du corps où il peut se concentrer donc augmenter ses effets.
L'exposition est d'autant plus importante chez les personnes qui vivent près des sites de déchets dangereux ou des usines qui relâchent du cadmium dans l'air et chez les personnes qui travaillent dans l'industrie de raffinage des métaux. Quand on respire du cadmium, cela peut sérieusement endommager les poumons et même entraîner la mort.

Nous concluons que le cadmium est un métal lourd très toxique, qui est aussi dangereux pour l'environnement que pour les êtres vivants, bien qu'il soit un métal en faible quantité dans les fleuves et rivières de France.
Le cadmium est un métal lourd qui doit être contrôlé, de façon à polluer moins.

sources :
http://www.senat.fr/rap/l00-261/l00-261.html : Effets des métaux lourds sur l'environnement et la santé.
http://www.lenntech.com : Water treatment and Air purification