Généralités sur les métaux lourds

Pollution des eaux par les métaux lourds et méthodes de traitement 

Les métaux lourds rejetés dans l’environnement par diverses sources (naturelles ou industrielles) sont pour la plupart toxiques mêmes à de très faibles concentrations. Afin de préserver l’environnement et notamment les ressources en eau de cette pollution, des efforts doivent être entrepris dans l’ensemble des secteurs d’activité et en particulier dans le monde industriel qui est la principale source de pollution. Généralement, les métaux lourds sont présents dans les effluents liquides sous leur forme cationique et/ou anionique très mobile. Les procédés classiques appliqués à leur séparation et à leur récupération présentent aussi certains inconvénients d’être peu sélectives ou grandes consommatrices d’énergie. Pour que la récupération soit efficace, il faudrait chercher à développer des procédés de régénération des eaux usées industrielles performants et fiables. Dans ce chapitre, nous présenterons en premier lieu, des généralités sur les métaux lourds notamment le cadmium tels que, leurs origines, leur toxicité et les normes et législations exigés pour les effluents liquides chargés en métaux lourds. En deuxième partie de ce chapitre, nous décrirons un état de l’art sur des travaux effectués sur l’élimination des métaux lourds des effluents industriels.

Généralités sur les métaux lourds

Les métaux toxiques sont des éléments métalliques naturels dont la plus part ont une masse volumique supérieure à 5g/cm3 , comme le cuivre, le zinc, le cadmium, le plomb … etc. Ils sont présents le plus souvent à l’état de traces dans les trois compartiments de l’environnement (air, sol et eau). Comme tous les éléments, ils sont présents dans les roches. Ces réserves naturelles ne constituent pas à proprement parler de danger en elles-mêmes. L’exploitation de gisements, l’érosion, les prélèvements d’eau ou les éruptions volcaniques vont répandre des traces de ces éléments dans l’environnement. Ils peuvent alors devenir toxiques s’ils se retrouvent en quantités suffisantes dans les organismes vivants. Outre ces phénomènes naturels l’activité humaine, même si elle ne crée pas de métaux lourds, participe à leur diffusion dans l’environnement. L’industrie métallurgique et minière avec ses différents rejets est la principale source d’émission humaine. I.2 Sources urbaines des métaux lourds Les eaux usées urbaines et industrielles contiennent des micropolluants métalliques dans des concentrations très supérieures à celles habituellement rencontrées dans les eaux claires (eau   potable, eaux souterraines, de surface). Ils proviennent des rejets de différentes activités humaines et ont essentiellement trois origines (Ademe, 1995 ; Gagnon et Saulnier, 2003 ; Karvelas et al., 2003 ; Sörme et Lagerkvist, 2002 ; Sörme et al., 2003) :  Domestique: effluents domestiques (excréments…), produits cosmétiques, produits médicaux et de nettoyage … etc.  Industrielle et artisanale: effluents industriels (traitement de surface : Cd, Zn, Ni, Cr), produits industriels en fin de vie (déchets), effluents de garage, teintureries, restaurants, lavage de voitures, soins dentaires … etc.  Urbaine (bruit de fond): corrosion des conduites d’eau, produits de déposition atmosphérique et automobile (échappement, freinage, pneus, fuite d’huile, d’essence…) transportés via les eaux pluviales par ruissellement sur les toitures, la chaussée … etc. I.3 Les métaux lourds dans les eaux usées Beaucoup de métaux comme le cadmium, le chrome, le cuivre, le fer, le plomb, le manganèse, le mercure, le nickel et le zinc sont présents naturellement à l’état de traces dans les eaux. La majorité de ces éléments (cadmium, plomb, mercure, nickel) sont classés comme substances polluantes prioritaires dans la directive cadre sur l’eau 2006/60/CE du 23 octobre 2000. Cependant, la plupart de ces métaux constituent également des éléments essentiels pour la croissance biologique et l’absence de quantités suffisantes peut limiter la croissance des algues par exemple (Tchobanoglous et al., 2003). A l’inverse, en quantités excessives, leur toxicité pose évidemment des problèmes sanitaires et limite les usages de la ressource en eau. Il est donc nécessaire de mesurer et contrôler les concentrations de ces substances. Les sources de métaux pour les milieux aquatiques sont multiples. On différencie principalement les sources d’origine naturelle et anthropique. En effet, les métaux sont présents naturellement dans les sols. Certains en sont des constituants majeurs (Al) ou importants pour la structure des minéraux (Fe, Mn) (Baize et Sterckeman, 2001 ; Hamon et al., 2004 ; Horckmans et al., 2005). Dans certaines régions, les rejets miniers constituent également, une source ponctuelle importante de métaux lourds (Braungardt et al., 2003 ; Figueira et Ribeiro, 2005). Les eaux usées urbaines sont une des principales voies d’apport de métaux vers les écosystèmes aquatiques (Buzier et al., 2006). A l’entrée des stations d’épuration, une large partie des métaux contenue dans les eaux usées se trouve complexée avec la matière organique dissoute (Kunz et Jardin, 2000 ; Giokas et al. 2002). Les métaux qui peuvent être présents dans les eaux résiduaires, cadmium (Cd), cuivre (Cu), molybdène (Mo), nickel (Ni) et zinc (Zn), peuvent Chapitre I Pollution des eaux par les métaux lourds et méthodes de traitement 6 constituer un risque sanitaire significatif pour les humains et les animaux et peuvent également affecter, à long terme, les cultures irriguées par suite d’accumulation dans le sol (FAO, 2003). Cependant, il faut noter que, sauf exception, telles la présence d’établissements industriels très polluants raccordés directement au réseau d’assainissement ou la réutilisation directe des eaux usées brutes, les concentrations en métaux lourds dans les eaux résiduaires traitées sont faibles et ne constituent pas un facteur limitant la réutilisation des eaux usées en irrigation (Toze, 2006).