Élément-trace métallique

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La notion d’éléments-traces métalliques, ou ETM tend à remplacer celle de métaux lourds qui a été et qui reste un concept mal défini car associant des métaux toxiques réellement lourds à d'autres l'étant moins. Une partie des ETM est toxique, ou toxique au-delà d'un certain seuil ou radioactive (radionucléides).

Selon les éléments et le contexte (acidité du milieu, synergies entre ETM ou entre ETM et d'autres polluants, spéciation…), ils sont plus ou moins bioassimilables et pouvant être bioconcentrés par la chaine alimentaire. C'est pourquoi certains font l'objet d'un suivi (réglementaire ou volontaire) dans l'eau, l'air (associés aux aérosols ou poussières), les sols, l'alimentation, les boues d'épuration, etc. De nouveaux problèmes sont posés par les nanoparticules métalliques en raison de leurs propriétés nouvelles (et alors que certains sont depuis peu déjà largement utilisées ; le nanoargent par exemple).

Parce que les métaux sont tantôt indispensables tantôt indésirables ou très toxiques, il été récemment(2010) proposé de compléter les bilans sanguins et bilans de santé classiques par un profil métallique[1].

Dans les cycles biogéologiques[modifier | modifier le code]

L'abondance moyenne globale normalisée de l'élément dans la roche de la croûte est dite « valeur de Clarke » (Clarke value pour les anglophones), qui représente pour un métal donné dans le sol ou dans le sédiment ou dans un matériau géologique désigne sa teneur moyenne dans le monde dans ce substrat[2].

On se réfère parfois à cette valeur moyenne, via le facteur d'enrichissement (EF) pour un élément chimique donné dans un compartiment de l'environnement pour estimer qu'un taux de tel ou tel élément est anormalement élevé dans ce compartiment, ce qui peut être un indice de pollution.

Problèmes de définition[modifier | modifier le code]

La notion de « métal lourd » est un concept factuel, industriel, avant tout empirique, sans définition scientifique précise, ni technique unanimement reconnue.

À titre d’exemple, un rapport d’information au Sénat français « Les effets des métaux lourds sur l’environnement et la santé »[3], indiquait : « L’appellation métaux lourds est cependant une appellation courante qui n'a ni fondement scientifique ni application juridique ».

  • Certains auteurs définissent les métaux lourds comme les éléments métalliques ayant une masse volumique supérieure à une certaine valeur (cette valeur minimale variant entre 4000 kg/m3 et 5000 kg/m3 selon les auteurs).
  • D’autres définissent comme métaux lourds les éléments métalliques compris entre le cuivre et le plomb dans le tableau périodique des éléments (excluant donc le fer, le chrome).
  • Pour d’autres il s’agit de tous les éléments métalliques à partir de la quatrième période du tableau périodique des éléments.
  • Par confusion, compte tenu du caractère potentiellement toxique de composés de certains des métaux lourds (mercure, plomb, cadmium en particulier) et parce qu'ils leur sont géologiquement souvent associés, on inclut parfois dans la catégorie des métaux lourds certains éléments toxiques comme l’arsenic (métalloïde), et certains composés organométalliques (ex : méthylmercure).
    Certains préfèrent alors parler d’« éléments-traces », bien que le mot "trace" soit également connoté et sans définition scientifique, voire trompeur dans les contextes de forte contamination et pollution (dans divers cas étudiés en France, par exemple près de l'ancienne fonderie Métaleurop-Nord la teneur du sol ou de sédiments en métaux toxique tels que le plomb peut largement dépasser 10 % (en poids), sur un site de démantèlement d'armes chimiques de l'est de la France récemment redécouvert, le sol contient encore en 2007 jusqu'à 150 000 mg/kg[4] d'arsenic selon Tobias Bausinger et Johannes Preuß, scientifiques de l'université Gutenberg de Mayence qui ont étudié[5] ce site (ainsi que d'autres séquelles de guerre similaires en Allemagne ou Belgique), ce qui ne permet plus de parler de traces (nanogrammes à microgrammes par kg).

Définitions européennes[modifier | modifier le code]

L'Europe a tranché en proposant en 2000 une définition qui vaut pour le droit européen et celui des Etats-membres, notamment dans le domaine des déchets : « Métal lourd » désigne « tout composé d'antimoine, d'arsenic, de cadmium, de chrome (VI), de cuivre, de plomb, de mercure, de nickel, de sélénium, de tellure, de thallium et d'étain ainsi que ces matériaux sous forme métallique, pour autant qu'ils soient classés comme substances dangereuses »[6], et de manière plus générale, une « substance dangereuse » est « une substance qui a été ou sera classée comme dangereuse par la directive 67/548/CEE ou par ses modifications ultérieures »[6] ; .

Utilisations[modifier | modifier le code]

Beaucoup d'ETM ont une utilité dans le processus biologique : par exemple le fer est un composant essentiel de l’hémoglobine, le zinc, le cuivre et le sélénium sont des oligo-éléments indispensables.

Tous les éléments-traces métalliques sont présents naturellement à l’état de traces dans le sol. L’activité humaine peut avoir renforcé cette présence ; en effet, nombre d'ETM jouent un rôle important dans la vie quotidienne :

  • le fer (Fe) et ses alliages, aciers, aciers inoxydables ;
  • le plomb (Pb) pour les batteries d'accumulateurs (en particulier pour les automobiles), les tuyauteries, les soudures, les peintures anti-corrosion (minium) et les munitions. Les grenailles de plomb des munitions de chasse et de ball-trap, perdues dans l'environnement, représentaient environ 8 000 tonnes de plomb par an rien que pour la France vers l'an 2000 ; ces munitions toxiques sont source de saturnisme aviaire chez l'homme… ;
  • le mercure (Hg) pour de très nombreux usages dont les amalgames dentaires et les piles électriques ;
  • l'uranium (U) pour les quilles de certains bateaux, les munitions anti-blindage (uranium appauvri) ;
  • le chrome (Cr), comme pigment rouge et pour le chromage de pièces ;
  • le cuivre (Cu), dans le domaine de l'électronique ainsi que comme fongicide (sulfate de cuivre, notamment utilisé lors du traitement des vignes) ;
  • le cadmium (Cd) utilisé entre autres pour les accumulateurs électriques (« piles » rechargeables) Ni-Cd ainsi qu'en tant que cadmiage anti corrosion dans aéronautique ;
  • l'argent (Ag) pour la bijouterie et l'argenterie, la photographie argentique, les miroirs, de nombreux usages industriels (en particulier électriques et électroniques), les monnaies et médailles ;
  • l'or (Au) pour la bijouterie, les objets précieux, les contacts électriques, en dentisterie ;
  • le zinc (Zn) pour la galvanisation de l'acier, et pour des pièces moulées utilisées dans l'automobile ;
  • le titane (Ti) en raison de son inertie chimique pour la construction de réacteurs chimiques, ou pour la confection de prothèses (prothèse de hanche par exemple) ;
  • le nickel (Ni) pour les aciers inoxydables.

La combustion de combustibles fossiles solides ou liquides (charbon, produits d'origine pétrolière) est également susceptible de rejeter des métaux dans les cendres (hydrobinate), vapeurs et fumées. De tous les combustibles, le bois-énergie est, en France métropolitaine, le principal émetteur de métaux lourds dans l'atmosphère (excepté le mercure et le nickel).

Cinétique environnementale[modifier | modifier le code]

Les ETM posant problème pour l'environnement et la santé sont des nanoparticules ou sont généralement associés aux aérosols de petite taille. Quand ils sont présents dans l'air (pollution routière, industrielle, combustion, etc.), ils sont principalement évacués du compartiment atmosphérique par dépôt humide. Ils se retrouvent alors dans les sols, les sédiments et l'eau interstitielle[7] puis dans les organismes et les écosystèmes, auxquels ils peuvent poser problème. Certains invertébrés (vers par exemple) peuvent les fixer grâce à des molécules chélatrices (métalloprotéines en général) et en excréter une partie via leur mucus ou excréments ; ils peuvent alors les remonter en surface du sol ou des sédiments ; ces métaux ou métalloïdes sont alors à nouveau biodisponibles pour les bactéries, les plantes ou d'autres espèces qui peuvent à nouveau les bioaccumuler[8]

Impacts écotoxicologiques[modifier | modifier le code]

Comme les organochlorés[9] auxquels ils peuvent ajouter leurs effets négatifs, Les ETM massivement rejetés par l'Homme dans l'eau, l'air, et sols sont d’importants contaminants des écosystèmes, du réseau trophique. A la différence des la plupart des autres polluants, ils ne sont pas biodégradables ni dégradables.

On les retrouve en particulier très concentrés par les animaux situés en tête de chaine alimentaire ; oiseaux marins prédateurs et cétacés superprédateurs notamment)[10] et de là parfois de la chaine alimentaire humaine.

Impact toxicologique[modifier | modifier le code]

L’impact toxicologique des ETM dépend de leur forme chimique (nommé « espèce chimique »), de leur concentration, du contexte environnemental (ce pourquoi on cherche à cartographier les pollutions, et notamment dans les anciennes régions industrielles[11]), de leur biodisponibilité et de la possibilité de passage dans la chaîne du vivant (le réseau trophique). Il existe aussi une certaine composante génétique faisant que l'organisme est plus ou moins capable d'excréter certains métaux toxiques (plomb par exemple).

On distingue en particulier les trois métaux mercure, plomb, cadmium, pour lesquels d’une part on n’a pas pu mettre en évidence de rôle positif pour l’activité biologique, et qui d’autre part peuvent être à l’origine d'intoxications ou de maladies chroniques graves, même à faibles doses ; par exemple l’absorption de plomb provoque le saturnisme, particulièrement grave chez l’enfant, le cadmium détruit les reins et dégrade le foie, et le mercure est un puissant neurotoxique. L'aluminium, plus commun est considéré comme neuro-toxique[12] ; il est cependant largement utilisé comme composant alimentaire, cosmétique, et comme adjuvant dans certains vaccins.

Inversement, d'autres métaux sont nécessaires (oligo-éléments), et d'autres encore semblent, au moins sous forme métallique (ce n'est pas le cas sous forme ionique) sans effets sur l'organisme ; ces derniers sont considérés comme « bio-compatibles » et utilisés en chirurgie ou dentisterie, comme le titane et l’or, ou des métaux communs comme le fer, ne peuvent être mis sur le même plan que le mercure, le plomb et le cadmium. D’autres métaux peuvent être très toxiques sous certaines formes (chrome VI, cuivre oxydé (vert de gris)…).

L’utilisation de certains ETM est donc strictement réglementée, voire interdite dans certaines applications. Le rejet dans l’environnement en fin d’utilisation doit être évité, et ces métaux recyclés.

Dans l'étude de la santé, en complément du tradditionnel bilan sanguin ou des analyses d'urine, il a été récemment proposé par des praticiens hospitaliers de considérer le profil métallique des individus[13].

Les amalgames dentaires (dits « plombages ») et qui sont fortement utilisés dans les pays francophones et anglo-saxons font aujourd'hui l'objet d'une polémique car ils contiennent certains métaux lourds toxiques précités : mercure, mais aussi argent et étain. Certains pays comme la Suède, l'Allemagne, le Danemark, le Japon, la Russie et la Norvège en limitent l'utilisation et l'ont tout simplement interdit en ce qui concerne les trois derniers. En France et en Belgique, il a été considéré que les preuves de leur toxicité étaient trop peu nombreuses pour en déduire une nocivité non compensée par les avantages du mercure.

Les thermomètres au mercure ont été interdits à la vente dans l'Union européenne.

Les piles au mercure sont interdites en Europe (directive 98/101/CE) depuis décembre 1998 pour des problèmes environnementaux.

Article détaillé : Pile électrique.

Inégalités génétiques et selon l'âge[modifier | modifier le code]

Les jeunes enfants absorbent comparativement beaucoup plus les métaux lourds et les ETM ingérés que les adultes.
  • De manière générale, le fœtus et l'embryon, puis les nourrissons, puis les enfants sont beaucoup plus sensibles et plus exposés aux ETM que les adultes. Ils les absorbent beaucoup plus que les adultes, tant par ingestion, que par inhalation ou passage percutané[14].
  • Une hypothèse de l'inégalité des personnes face aux intoxications par éléments-traces métalliques ou métaux lourds, à confirmer, serait que les individus y seraient naturellement plus ou moins vulnérables. Mais s'il semble que le mercure soit en cause dans de nombreux cas de maladie d'Alzheimer, ce n'est pas nécessairement parce que les prédispositions génétiques induisent directement la maladie, mais plutôt parce qu'elles la favorisent indirectement, par exemple chez ceux qui ne disposent pas des gènes permettant à l'organisme de détoxiquer au mieux le cerveau du mercure et du plomb qui ont pu le contaminer de manière chronique au cours de la vie, ou à l'occasion d'une exposition accidentelle à ces toxiques[15].

Étiologie[modifier | modifier le code]

Hormis des maladies telles que le saturnisme, la myofasciite à macrophages, l'hydrargyrie ou maladie Itai-itai directement induites par un seul métal, les pathologies induites par les métaux sont probablement le plus souvent multifactorielles, plusieurs métaux pouvant agir en synergie (positive ou négative) et pouvant aussi interagir avec d'autres toxiques ou substances naturellement chélatrices ou protectrices.

Des facteurs environnementaux semblent en cause dans un certain nombre de cas de maladies neurodégénératives. Certains métaux lourds toxiques et neurotoxiques, comptent parmi les premiers suspects.

Le mercure et le plomb, en particulier, pourraient agir en synergie pour inhiber ou tuer des cellules nerveuses. Certains pesticides sont également suspectés de pouvoir aussi agir en synergie avec des métaux.

Monnet-Tschudi et son équipe ont en 2006 publié une longue liste de preuves de responsabilité des métaux lourds, en tant qu'initiateurs de maladies neurodégénératives ou en tant que les aggravant[16].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Du Laing, G., Rinklebe, J., Vandecasteele, B., Meers, E., Tack, F.M.G., 2009. Trace metal behaviour in estuarine and riverine floodplain soils and sediments: a review. Sci. Total Environ. 407, 3972–3985
  • (en) García-Sánchez, A., Alastuey, A., Querol, X., (1999) Heavy metal adsorption by different minerals: application to the remediation of polluted soils. Science of the total environment, 242, 179-188
  • (fr) Imyim A. (2000) Méthodologie d’évaluation environmentale des déchets stabilise par liants hydrauliques. Thèse de doctorat de l’Université de Lyon, 181 pages

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Jean-Pierre Goullé, Elodie Saussereau, Loïc Mahieu, Daniel Bouige, Michel Guerbet, Christian Lacroix (2010) Une nouvelle approche biologique : le profil métallique ; Annales de Biologie Clinique. Volume 68, Numéro 4, 429-40, juillet-août 2010 ; DOI : 10.1684/abc.2010.0442 (résumé)
  2. Mariana Yossifova, Sevdalina Valćeva & Evelina Djourova ; Mineralogy and environmental geochemistry of lagooned ashes resulted from combustion of Maritza East lignite, Bulgaria ; International Journal of Coal Geology ; Volume 71, Issues 2-3, 2 July 2007, Pages 287-302 ; doi:10.1016/j.coal.2006.09.003 ; résumé
  3. rapport d’information au Sénat français N° 261, déposé le 5 avril 2001
  4. Le Figaro (2007), La destruction d'armes chimiques de la guerre de 14 a laissé des traces, Le Figaro, 2007-06-21
  5. Bausinger, T., Bonnaire, E., & Preuß, J. (2007). Exposure assessment of a burning ground for chemical ammunition on the Great War battlefields of Verdun. Science of the total environment, 382(2), 259-271.
  6. a et b DÉCISION DE LA COMMISSION du 3 mai 2000 remplaçant la décision 94/3/CE établissant une liste de déchets en application de l'article 1er, point a), de la directive 75/442/CEE du Conseil relative aux déchets et la décision 94/904/CE du Conseil établissant une liste de déchets dangereux en application de l'article 1er, paragraphe 4, de la directive 91/689/CEE du Conseil relative aux déchets dangereux
  7. Gaillard, J.F., Jeandel, C., Michard, G., Nicolas, E., Renard, D., 1986. Interstitial water chemistry of Villefranche Bay sediments: trace metal diagenesis. Mar. Chem. 18, 233–247
  8. Marinussen, M.P., J. C. van der Zee, E.A. Sjoerd, T. M. de Haan, A.M.Frans (1997). Heavy metal (copper, lead, and zinc) accumulation and excretion by the earthworm, Dendrobaena veneta. Journal of Environmental Quality 26:278-284
  9. Alzieu, claude et Duguy Raymond (1978) Teneurs en composés organochlorés chez les cétacés et pinnipèdes fréquentant les côtes françaises, 12 mai 1978 PDF 64pp, avec archimer.ifremer.fr
  10. K Das (1996), Les niveaux de contamination par les métaux lourds chez deux espèces de Delphinidae: Stenella coeruleoalba et Delphinus delphis ; Thèse soutenue à l'Université de Liège, ​Liège, ​​Belgique - (résumé avec orbi.ulg.ac.be
  11. Frangi, D. Richard, Heavy metal soil pollution cartography in northern France ; Science of The Total Environment, Volume 205, Issue 1, 7 October 1997, Pages 71-79 J.-P.
  12. http://www.iledefrance.fr/recherche-innovation/dialogue-science-societe/partenariats-institutions-citoyens-picri/projets-2010/aluminium-et-risque-neurotoxique/
  13. Jean-Pierre Goullé, Elodie Saussereau, Loïc Mahieu, Daniel Bouige, Michel Guerbet, Christian Lacroix (2010) Une nouvelle approche biologique : le profil métallique ; Annales de Biologie Clinique. Volume 68, Numéro 4, 429-40, juillet-août 2010 ; DOI : 10.1684/abc.2010.0442 ([résumé])
  14. Calabrese E.J. (1978) - Pollutants and High-Risk Groups. New York
  15. Le mercure des amalgames dentaires, l'un des principaux facteurs étiologiques de la maladie d'Alzheimer ? ; Marie Grosman et André Picot OnLine
  16. Monnet-Tschudi F, Zurich MG, Boschat C, Corbaz A, Honegger P : Involvement of environmental mercury and lead in the etiology of neurodegenerative diseases ; Rev Environ Health. 2006 Apr-Jun;21(2):105-17