Les éléments traces métalliques

Pour des raisons de précisions de définitions, le terme ‘métal lourd’ n’a pas été choisi dans cette recherche car il est ambigu. De nombreux auteurs ont proposé de définir ce terme, en se basant sur la densité des éléments. Les définitions ont évolué dans le temps, en 1936, tous les métaux ayant une densité supérieure à 7 étaient considérés comme métaux lourds (Bjerrum, 1936), supérieure à 4 en 1964 (Van Nostrand, 1964), à 4.5 en 1994 (Streit, 1994) ou tout élément (métallique ou non) ayant une densité supérieure à 6 en 1995 (Thornton, Ramsey et Atkinson, 1995). D’autres définitions existent et se basent sur une masse atomique supérieure à celle du sodium (Bennet, 1986) ou ‘tout élément métallique avec un numéro atomique élevé pouvant causer des dommages aux êtres vivants à faible concentration et pouvant s’accumuler dans la chaîne alimentaire’(USEPA, 2000; WHO, 2011a). Les termes ‘métaux traces’ ou ‘éléments traces métalliques’ (ETM) sont plus précis, car ils font référence à une concentration inférieure à 0.1% dans la lithosphère, les organismes vivants, les sols, les sédiments et les eaux de surface (Callender, 2003; Salvarredy-Aranguren, 2008). Gaillardet propose une autre définition en considérant comme éléments traces ceux ayant une concentration inférieure à 1 ppm dans les eaux (Gaillardet, Viers et Dupré, 2003). Pour la suite de notre étude, bien que certains éléments dépassent cette limite, on gardera le terme ETM pour plus de simplicité.

Généralité sur les ETM 

Origine naturelle

Les roches magmatiques et métamorphiques contiennent des minéraux susceptibles de contenir des ETM et sont capables de libérer ces ETM plus ou moins facilement dépendamment de leur résistance à l’altération (Bradl, 2005). Ces éléments se retrouvent ensuite dans les eaux et les sols et peuvent être un danger potentiel pour les écosystèmes.

Origine anthropique 

De manière générale, les ETM sont très recherchés, car ils sont utilisés notamment dans les nouvelles technologies. Ils rentrent dans la composition des circuits imprimés, des écrans, dans certains alliages, dans les solutions contrastantes en médecine, dans les pesticides et les engrais, etc. Ils sont introduits dans la nature (atmosphère, eau et sol), principalement par les villes et les industries (Aranguren, 2008).

Description des métaux sélectionnés 

Dans ce mémoire seront présentés seulement sept métaux  : Aluminium, Arsenic, Cadmium, Fer, Manganèse, Plomb et Zinc. Ces éléments sont brièvement présentés ci-dessous. Pour chaque métal, sa famille, sa valence la plus courante, sa source naturelle, son utilisation par l’Homme et les maladies générées par son ingestion chronique sont présentées.

Aluminium

De symbole Al et de numéro atomique 13, il est classé dans la catégorie des ‘métaux pauvres’. Il est, après l’oxygène et le silicium, le troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. On le trouve essentiellement présent dans l’eau sous sa forme Al3+ lorsque le pH est supérieur à 4 (Hem, 1985). Il provient de l’altération des aluminosilicates comme les feldspaths, micas et amphiboles. Il est surtout utilisé par l’industrie aéronautique, automobile et la construction, pour sa légèreté et sa résistance à l’oxydation. Il est suspecté de causer la maladie d’Alzheimer (Nayak, 2002).

Arsenic 

De symbole As et de numéro atomique 33, il est classé dans la catégorie des ‘métalloïdes’. On le trouve essentiellement sous sa forme As3+ et As5+ dans l’eau. On le trouve le plus souvent à l’état naturel dans les charbons et les granites (Piver, 1983). Pesticides (Rahman et al., 2004), mines et combustion du charbon sont les principales sources de contaminations anthropiques de l’arsenic. Il est très dangereux sous sa forme inorganique, mais moins sous sa forme organique (WHO, 2012). Il est responsable d’effets neurologiques et de cancer de la peau et des poumons (Kapaj et al., 2006; Morton et Caron, 1989).

Cadmium

De symbole Cd et de numéro atomique 48, il est classé dans la catégorie des ‘métaux de transition’. On le trouve essentiellement sous sa forme Cd2+ dans les eaux. On le trouve à l’état naturel dans les cendres volcaniques, les roches phosphatées et les cendres de bois (Bradl et al., 2005). Il est utilisé principalement dans les batteries. Il est responsable de cancers des poumons, du foie et des reins ainsi que de l’ostéoporose (Godt et al., 2006; Waalkes, 2000).