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22/10/2021
Chimie de l’Environnement:
Introduction aux différentes
classes de polluants
Eric VILLENAVE
Laboratoire EPOC UMR 5805 CNRS
Bat B18N – 1°étage Nord – porte 141
Tel: 05 4000 6350
[email protected]
OBJECTIF DU COURS :
Introduire la Chimie Environnementale,
Consolider les connaissances des étudiants
sur les problèmes actuels de pollution environnementale,
avec une description des principales classes de polluants
OBJECTIF PEDAGOGIQUE:
Etre capable de
1) juger objectivement les problèmes actuels face au catastrophisme médiatique.
2) conduire des projets en lien avec la pollution environnementale.
Référence conseillée:
« Chimie de l’Environnement »
de Bliefert et Perraud
chez De Boeck Université
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I - La chimie de l‘Environnement
Qu'est ce que l‘Environnement?
L‘Environnement désigne tout ce qui entoure une unité spatiale ou vivante …
Dans notre cas, nous nous limiterons à une définition restreinte à la Biosphère
(= région terrestre qui renferme tous les êtres vivants).
Air
Hommes
Animaux
Plantes
Sol
Eau
Les 4 composants majeurs de l'environnement
I - La chimie de l'environnement
I.1 - Systèmes et écosystèmes
a) Les Systèmes sont des groupements comportant des parties qui sont en interactions
les unes avec les autres.
Système ouvert
Système dynamique
Types de système
Système statique
Système fermé
Ex : La biosphère est un système extrêmement complexe : un lac, un organe, une cellule, une nappe souterraine
…
b) Les écosystèmes sont des systèmes biologiques.
Un écosystème =
Biotope (environnement physico-chimique non vivant) + biocénose (communauté vivante)
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I - La chimie de l'environnement
I.2 - Les compartiments et les flux
Tous les compartiments sont en interactions les uns avec les autres :
Présence de flux de matière d'un compartiment vers un autre
Atmosphère
Aérosols
Eau de
Biomasse
surface
Particules
Sols
Sédiments
Eaux Souterraines
Les compartiments et flux dans l‘Environnement
I - La chimie de l'environnement
I.2 - Les compartiments et les flux
Notion de puits et de sources
Source :
processus ou organisme qui émet/produit un type de composé dans un
compartiment (atmosphère, océan, rivière …) donné
Puits :
processus ou organisme qui consomme un type de composé dans un
compartiment (atmosphère, océan, rivière …) donné
Exemple : La photosynthèse et la matière organique (MO)
On considère l'atmosphère
Biomasse
Atmosphère
Biomasse
O2
Photosynthèse
Respiration
Autotrophes:
Hétérotrophes:
Consomment de la MO
(Animaux, Bactéries,
Champignons)
Produisent de la MO
(Algues, Végétaux)
CO2
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I - La chimie de l'environnement
I.3 - L'homme et l'environnement
L'homme est une partie de l'écosystème terrestre
> Qu’est ce que la Chimie de l’Environnement ?
I - La chimie de l'environnement
I.3 - La chimie de l'environnement
Appliquer les principes de la chimie aux différentes
sphères environnementales
Atmosphère
Eaux naturelles
Sols
Biosphère
But de la chimie de l’environnement ?
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I - La chimie de l'environnement
I.3 - La chimie de l'environnement
Appliquer les principes de la chimie aux différentes
sphères environnementales
Atmosphère
Eaux naturelles
Sols
Biosphère
But de la chimie de l’environnement:
Compréhension des
Compréhension des
Compréhension des
Compréhension des
processus naturels
sources de pollution chimique
réactions environnementales
modes de distribution des substances chimiques
I - La chimie de l'environnement
I.4 – Définition de polluant
Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : une altération biologique,
physique ou chimique, qui au delà d'un certain seuil, et parfois dans certaines
conditions, développe des impacts négatifs sur tout ou partie d'un écosystème
ou de l'environnement en général.
Ceci revient à définir le polluant comme un contaminant d'un ou plusieurs
compartiments des écosystèmes (air, eau, sol) et/ou d'un organisme (qui peut
être l'Homme) ou ayant une incidence sur l'écosystème, au delà d'un seuil ou
d’une norme.
- Seuil :
« C'est la dose qui fait la pollution »
Exemple des nitrates : Nutriments à faible dose – Eutrophisation si en quantité
trop importante
- Certaines conditions :
Exemple des nitrates : Polluant dans l'eau mais pas dans les sols
Tout est donc potentiellement un polluant…
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II - Historique des pollutions
II.1) La démographie et l'augmentation des sources de pollution
2020 = 7,8 milliards..
II - Historique des pollutions
II.2) Les pollutions de l'air
0 au II° siècle - 1ère trace écrite de pollution : Rome est une capitale de plus d'un million
d'habitants … et les Romains se plaignaient de la saleté de l'air de leur ville,
essentiellement dues aux fumées : du dioxyde de soufre et des poussières.
1952 : 3000 décès en 3 jours à Londres (pollution de l’air par le smog)
XXème : développement des industries polluantes et prise de conscience de la pollution
avancée de l'air (réchauffement planétaire …)
Depuis 1980 : Observation des effets de la pollution de l'air en France par les pluies
acides dans les Vosges, le Jura et les Alpes du Nord (dépôts acides sur un sol déjà très
pauvre, aggravant les problèmes nutritionnels des végétaux)
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II - Historique des pollutions
II.3) Les pollutions de l'eau
Dès le VIIe siècle, le (bon) roi Dagobert 1er condamne à une amende les personnes
salissant les fontaines.
La plupart des villes françaises rejetait leurs déchets sans traitement dans les fleuves et
lacs jusqu'au milieu du 19ème siècle.
Apparition des premiers systèmes de traitement 1847 (épandage), suite à :
- la grande épidémie de peste et de choléra en 1832 à Paris
- l'émanation d'odeurs provenant de la Seine (Paris) et de la Tamise (Londres) (dans
lesquelles les eaux usées étaient directement rejetées)
En Allemagne, les unités d'alimentation d'eau centralisées datent du 15ème siècle
Début XXème : Début de l'industrialisation et de la diversification des pollutions …
La prise de conscience est relativement récente (50 ans).
II - Historique des pollutions
II.4) Les pollutions des sols
L'origine des pollutions des sols peut-être très variée :
- Retombées des panaches des cheminées d’usines
- Accident de transport de matières polluantes,
- Mauvais confinement de produits toxiques sur des sites industriels
actuels ou anciens, etc.
Certaines de ces pollutions peuvent être piégées par les sols puis,
sous certaines conditions, redevenir mobiles et présenter un danger
pour la santé humaine
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II - Historique des pollutions
II.5) Les pollutions liées à l'agriculture
Pollutions liées à l'agriculture = d'abord sol puis eau
Les pesticides sont utilisés depuis plus de 8000 ans .. Utilisation de la fumée de soufre
contre les rats en Chine 4000 avant JC, en 77, Pline l‘Ancien combat les organismes
nuisible avec de l'oxyde d'Arsenic (As2O3)
Depuis 1900, on a un développement des pesticides organiques et diversification
extrême des molécules utilisées … ceci pose des problèmes importants de
contamination des eaux et des récoltes.
La pollution par l'agriculture est tout particulièrement liée à celle des eaux souterraines.
Un délai plus ou moins long peut s'écouler entre les deux pollutions : les engrais, les
herbicides et les insecticides traversent plus ou moins vite les sols avant de s'infiltrer
dans les nappes phréatiques. Par ailleurs, l'élevage produit une quantité de déchets
organiques très supérieure à celle produite par les hommes.
II - Historique des pollutions
Chronologie des principales sources de pollution des eaux
continentales dans les pays industrialisés
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II - Les sources de pollution
II.6) Les différents types de pollution
Classification des pollutions dans l'environnement
Dans ce cours: nous étudierons presque exclusivement les nuisances
dues aux substances chimiques
Quelle est la différence entre un polluant / une substance chimique dangereuse / un
xénobiotique?
III - Les polluants dans l'environnement
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III - Les polluants dans l'environnement
III.1 - de la production à la pollution …
Grand nombre de moyens pour un composé pour parvenir dans l‘Environnement
Dans le secteur de l'industrie, on peut en dénombrer plusieurs :
Lors de la production, directement à travers l'air ou les eaux usées, ou
indirectement lors du traitement des déchets liés au procédé,
Lors de la défaillance des installation de sécurité pendant la production,
le stockage ou le transport des substances
Lors d'acte de déversement illégaux,
Lors de l'utilisation finale (peintures, pesticides, engrais, solvants …)
Grande influence des quantités liées à l'utilisation et à la production des composés
(industrie, agriculture …)
a) Production, transit et transfert vers l‘Environnement des substances polluantes
Matières premières
Transport
Production
POLLUTION
Stockage
Déchets par fuites
Transport
Utilisation
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III - Les polluants dans l'environnement
III.1 - de la production à la pollution …
b) Importance des pollutions
Pollution directe
Pollution globale (le monde entier)
Pollution régionale (1000 km)
Pollution locale (100 km)
Pollution ponctuelle (0.1 km)
Pollution diffuse (lessivages atmosphériques, infiltrations des sols …)
> Migration indirecte des polluants d'un compartiment vers un autre.
III - Les polluants dans l'environnement
III.1 - de la production à la pollution …
c) Exemples de pollutions majeures de la biosphère
SMOG (londres, 1952)
Pluies acides
Continent de plastique dans les océans
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III - Les polluants dans l'environnement
III.2 - devenir d'un polluant dans l'environnement
Adsorption = phénomène physique par lequel des molécules
se fixent sur les surfaces solides des adsorbants
III - Les polluants dans l'environnement
III.2 - devenir d'un polluant dans l'environnement
3 points essentiels en Chimie de l‘Environnement:
la TOXICITE du polluant
la DISTRIBUTION du polluant dans les différents milieux (sol/eau/atmosphère).
la PERSISTANCE de ce composé dans un milieu BIEN PRECIS
= Connaissance de l'impact d'un polluant sur la biosphère
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III - Les polluants dans l'environnement
III.2 - devenir d'un polluant dans l'environnement
la DISTRIBUTION du polluant dans les différents milieux (sol/eau/atmosphère).
Celle-ci dépend de différents paramètres :
 des paramètres dépendant du composé
(solubilité dans l'eau …)
 des paramètres dépendant des milieux
(température de l'air et de l'eau, structure du sol …)
Propriétés physico-chimiques des molécules
IV - Propriétés physico-chimiques des polluants
Nécessité de grandeurs chiffrées pour pouvoir comparer les comportements
environnementaux de chaque composé
Notion importantes pour appréhender le comportement d'un composé dans
l'environnement :
a) Quantité d’un composé sous forme de gaz = pression partielle
b) Affinité d'un composé pour l'eau ou les lipides : Solubilité dans l'eau ou les
lipides
c) Solubilité du produit en phase gaz dans l'eau = constante de Henry
Ces grandeurs sont reliés aux paramètres physico-chimique du milieu :
Température, pression, composition du milieu, environnement chimique …
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IV - Propriétés physico-chimiques
IV.1) Température et pression de vapeur
Diagramme de phase de l'eau
•Température de fusion = température à
laquelle se produit le changement d’état
solide-liquide
•Autres valeurs importantes :
Température d'ébullition, température de
sublimation..
Pression de vapeur p en fonction de la
température T pour la vapeur d'eau
Pression de vapeur saturante = pression
qui règne, à l'équilibre, dans la phase
gazeuse au dessus d'une substance solide
ou liquide
= Mesure la tendance d'un composé à
s'évaporer
IV - Propriétés physico-chimiques
IV.2) La solubilité
Solubilité « s » : Capacité d’un polluant à se dissoudre dans l’eau
(certains processus prennent en compte la solubilité dans les graisses)
- de l’ordre du μg / L (10-6 g/L): solubilité faible
- de l’ordre du mg / L (10-3 g/L): solubilité moyenne
- de l’ordre du g / L : solubilité importante
 Définition générale = Aptitude d’une substance à se dissoudre dans un solvant.
Elle est définie comme la quantité de matière maximale d’un élément pouvant être dissoute par
litre d’un solvant donné à une température et une pression constantes
Equilibre de solubilité d’une phase solide AnBm (s) :
AnBm (s)
A   B 
A B 
m
n
K s0 
n A (aq) + m B (aq)
( aq )
( aq )
n
m (s)
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IV - Propriétés physico-chimiques
IV.3) La constante de Henry H
Loi de Henry : La solubilité d’un gaz dans un liquide est proportionnelle à la pression
partielle de ce gaz en contact avec ce liquide
+
Ne tient pas compte des réactions
chimiques et biologiques
pression partielle
du gaz
Ex: l’oxygène dissous
KH = PO2 / [O2]aq
atm L mol-1)
Concentration en oxygène (mol L-1)
Pression partielle de l’oxygène (atm)
IV - Propriétés physico-chimiques
IV.4) Structure moléculaire et environnement chimique
Pour le polluant : Chaque assemblage d'atome ou motif moléculaire va réagir
différemment dans l'environnement ….
Leur caractère polaire va avoir un rôle important dans leur fixation sur les particules
solides présentes dans l‘Environnement
δ+
Importance :
Dans l'eau : particules et matière
organique dissoutes (=matière
issue de la décomposition des
êtres vivants) présentes dans l'eau
Dans l'atmosphère : sur
particules en suspension
(= aérosols)
Ex : l'eau
les
δ-
Dans les sols
δ+
δ-
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V - Transport des polluants dans la biosphère
Transport = changement de lieu ou de compartiment. Le polluant va être transporté
dans l'environnement sur des distances variables dépendant des propriétés physiques
du composé et de sa stabilité chimique
Atmosphère
Eau de
surface
Aérosols
Biomasse
Particules
Sédiments
Sols
Eaux Souterraines
V- Transport des polluants
V.1 - Paramètres et réactions clefs
a) Solubilité
Solubilité importante : Transport du polluant se fera essentiellement dissous dans l'eau.
b) Adsorption (et désorption)
= phénomène de surface par lequel des
molécules de gaz ou de liquides se fixent
sur les surfaces solides des adsorbants
selon différents processus
- Chimisorption (forte)
- Physisorption (faible)
> Étroitement liées au paramètres physico-chimiques
c) Volatilisation
- Dépend étroitement du type de composé, de sa constante de Henry et des conditions
de pression et de température du milieu
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V- Transport des polluants
V.2 -Notion de coefficients de partage
Nécessité de données chiffrées pour caractériser le comportement d'un polluant
 Le coefficient de partage Solide-Eau, Kd : définit l'affinité d'un composé pour l'eau par
rapport aux solides.
C solide
C eau
Kd 
Csolide : concentration sur les particules (μg/g),
Ceau : concentration dans l’eau (μg/mL = mg/L).
V- Transport des polluants
V.2 -Notion de coefficient de partage

Le coefficient de partage Octanol-eau, Kow : Donne une mesure de la distribution à
l’équilibre d’une molécule organique entre une phase apolaire et l’eau.
K ow 
C Octanol
C eau
Coctanol : concentration dans l'Octanol (M),
Ceau : concentration dans l’eau (M).
Il est utilisé pour évaluer le caractère lipophile d'une molécule et donc sa capacité à se
bioaccumuler.
log Kow < 1,5 : substances non bioaccumulables
log Kow > 3 : substances bioaccumulables
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V- Transport des polluants
V.3 - Les processus de transport
Cycle de l'eau
Composé
fortement soluble
dans l'eau
Forte influence du
Cycle de l'eau :
Transport et
transfert des
polluants solubles
dans l'eau
V- Transport des polluants
Composé peu
soluble
V.3 - Les processus de transport
Transport en phase gazeuse après évaporation du
composé (pression de vapeur saturante, constante de
Henry)
Dépôt
Transport sur les
particules
(Kd, processus
d'adsorption)
Dépôt
Contamination de milieux
naturels éloignés
Transports fortement lié aux mouvements atmosphériques et aux
conditions climatiques (températures, pression …)
Ex : Mercure et Arctique
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VI - Persistance et dégradation des polluants
TRANSPORT
Polluant
Polluant
Produit de dégradation (réaction chimique)
Métabolites (dégradation par les êtres vivants)
Minéralisation
Décomposition en CO2, H2O, NH4+, NO3-, H2S, PO42- …
- Meilleure surveillance des milieux naturels
- Limiter les risques
- Connaître l'évolution de sa toxicité
Pourquoi connaître le
devenir chimique d'un
polluant ?
VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.1 - Persistance
Propriétés de certains polluants de pouvoir rester dans l'environnement sans être altérés
par des processus physiques, chimiques ou biologiques.
Persistance
Voulue
Ex : laques, peintures,
revêtements anti-UV …
Non désirée
Ex : pesticides (Ex du DDT),
Hydrocarbures, métaux lourds
…
Pas de mesure absolue de la persistance d'un composé. On peut néanmoins affirmer que :
- Les alcanes (-CH2-CH2-) sont moins persistants que les aromatiques
- La persistance des composés aromatiques augmente avec le nombre de substituant
- Les atomes d'halogènes (fluor, chlore, brome, etc.) en tant que substituants augmentent
plus la persistance des composés que des groupements alkyles (méthyle, éthyle …)
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VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.2 - Dégradations non-biologiques
Devenir d'un polluant
Altération chimique
/ Adsorption / Volatilisation des polluants…
Transfert vers d'autres compartiments environnementaux (sols, eau, atmosphère)
 Formation de nouveaux composés plus/moins mobiles que le composé initial dans un
milieu donné
 Formation de nouveaux composés plus/moins toxiques que le composé initial
Microorganismes, animaux et
végétaux (réaction avec enzymes …)
Polluant
Réactions chimiques avec composant
du milieu naturel
Métabolites
Produits de
dégradation
Soleil (réaction molécule / photon)
VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.2 - Dégradations non-biologiques
a) Hydrolyse
Réaction du polluant avec l'eau
R1-R2 + H2O
R1-H + HO-R2
b) Oxydation chimique
Rôle très important de l'oxygène (oxydant fort) : formation d'espèces réactives comme
l'oxygène singulet, le peroxyde d'hydrogène H2O2, différents radicaux (hydroxyle OH•)…
c) Réactions Photochimiques
Le soleil (les photons) joue ici le rôle de réactif. Ces réactions sont réparties en 2
catégories :
- Les réactions de photodégradation directe : ici, la molécule polluante doit
absorber la lumière solaire et elle est dégradée.
- Les réactions de photodégradation indirecte : une molécule présente dans le
milieu va absorber un photon et générer des espèces réactives qui vont ensuite
dégrader le polluant
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VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.2 - Dégradations biologiques
a) Biodégradation
Dégradation d'une substance organique par un microorganisme
(bactérie, algue, champignon …) en une molécule plus ou moins
complexe
Diatomées (Algue)
Trichoderma harzianum
(Champignon)
Helicobacter pylori
(Bactérie)
Cyanobactéries (Algue)
VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.2 - Dégradations biologiques
b) Métabolisation
Métabolisme = Toutes les réactions chimiques ayant lieu dans l'organisme, nécessaires
au maintien des processus de la vie
Deux possibilités :
► Incorporation des éléments composant la molécule à la biomasse
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VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.2 - Dégradations biologiques
b) Métabolisation
Métabolisme = Toutes les réactions chimiques ayant lieu dans l'organisme, nécessaires
au maintien des processus de la vie
Deux possibilités :
► Incorporation des éléments composant la molécule à la biomasse
► Transformation biochimique conduisant à la formation d'un nouvelle molécule
Métabolites primaires
Polluant
Métabolites secondaires
…
Animaux / végétaux / microorganismes
Rq : les enzymes, processus et métabolites formés sont différents d'un organisme à un autre
VI - Persistance et dégradation des polluants
VI.3 - Le temps de demi-vie
Le temps de demi-vie, t1/2 : Temps nécessaire à la dégradation de 50% du produit initial
Réactions : réaction chimiques (hydrolyse, oxydation, …), photodégradation,
biodégradation, réactions du métabolisme des organismes vivant.
Produits de dégradation et métabolites : peuvent être plus ou moins compliqués et/ou
toxiques et/ou mobiles que l'élément chimique initial.
Schéma récapitulatif :
Hydrolyse / Oxydation / Photodégradation
P
Réaction microbiologique / Réaction du
métabolisme de la faune et flore
vtot   vi
Ptransf.
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VII - Accumulation dans les êtres vivants
Notion de chaîne alimentaire et de niveau trophique :
Mort
BIOMASSE
II - Les polluants dans l'environnement
II.2 - Propriétés physico-chimiques
 Le facteur de bioconcentration BCF :
 Décrit les processus de bioconcentration pour un organisme donné (poisson, …).
Ex pour le poisson :
BCFpoisson 
C poisson
C eau
Corganisme : concentration dans l'organisme (mg/Kg),
Ceau : concentration dans l’eau (mg/L).
Les valeurs de BCF sont généralement déterminées en laboratoire à l’aide de tests normalisés.
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VII - Accumulation dans les êtres vivants
Exemples de biomagnification : un pesticide persistant, le DDT
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Formule du DDT
ou
DichloroDiphénylTrichloroéthane
log Kow = 6
BCF = 18700
Législation actuelle : tests de
bioconcentration précédant la
mise sur le Marché sont
obligatoires si Kow > 3
VII - Accumulation dans les êtres vivants
Attention :
Bioaccumulation ≠ Biomagnification
Bioaccumulation :
Phénomène par lequel une substance pénètre dans un organisme et s'accumule dans ses
tissus.
Ex :
Eau
Phytoplancton
Bioamplification ou biomagnification :
Phénomène par lequel une substance naturelle ou un contaminant présent dans le
biotope connaît un accroissement au fur et à mesure qu'il circule vers les maillons
supérieurs d'un réseau trophique (= chaîne alimentaire)
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Schéma récapitulatif
ATMOSPHERE
Produits de
dégradation
Hydrolyse, Photolyse,
biodégradation (?)
Polluants
Application du polluant
Polluant
EAUX DE SURFACE
Polluant
Organismes
Aquatiques
Hydrolyse
Photolyse
Biodégradation
Adsorption
Désorption
Biomasse
terrestre
Adsorption
Désorption
MES
Métabolites
Hydrolyse
Photolyse
Biodégradation
SOL
Produits de
dégradation
Produits de
dégradation
Métabolites
Enfouissement / Remise en suspension
Infiltration
VIII - Les différents composés polluants
La production d'énergie
- Hydrocarbures
Les industries et les déchets
- Métaux lourds, ETM (Hg, Pb, …)
- Eléments radioactifs
Centrale
offshore
- HAP, dioxines,
- Gaz (CO2, SO2, …)
- Molécules organiques (plus de 120 000
espèces différentes)
Déchets de l'homme
- Déchets et déchetteries …
- Autres (liés à l'extraction,
etc…)
Métallurgie
nucléaire
Pétrole - Transport
Industrie
Chimique
Marée noire
L'agriculture
- Pesticides (+ de 1200 molécules
Incinérateur
Engrais
différentes)
- Engrais chimiques
- Autres (CO2, …)
Agriculture intensive
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VIII - Les différents composés polluants
Introduction : les principaux polluants
1) Les éléments minéraux (eau + sol)
2) Les métaux (eau + sol + air)
3) Les gaz (eau + air)
4) Les particules (eau + air)
5) Les micropolluants organiques (eau + sol + air)
• Pesticides
• PCB : polychlorobiphényles
• HAP : hydrocarbures aromatiques polycycliques
• Dioxines
• Produits pharmaceutiques
• Hydrocarbures, Produits de synthèse, Détergents ...
VIII - Les différents composés polluants
VIII.1) Les éléments minéraux
 Les différentes formes d'azote
Formes : Ammonium NH4+, Ammoniac NH3, Nitrate NO3-, Nitrite NO2-, …
Sources : Engrais, …
Effets : Eutrophisation
 Les différentes formes de phosphore
Formes : Phosphate PO43-, polyphosphates, etc...
Sources : Engrais, additifs alimentaires, traitements anti-corrosion, …
Effets : Eutrophisation
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.1) Les éléments minéraux
 Chlorure, ClSources : Synthèses organiques, papeteries (agent blanchissant), traitement eaux
de consommation, Liquide nettoyage domestique (eau de Javel = NaClO dans
NaCl)…
Effets : Toxicité à forte dose
 Soufre et Sulfate (SO42-)
Sources : Usage combustible fossile (115 millions de tonnes de SO2 / an dans
l'air), extraction de métaux non ferreux …
Effets : Toxicité à forte dose
 Sodium, Na+
Sources : Mines de sels
 Potassium K+
Sources : Potasse, engrais (nitrate, chlorure et sulfate de potassium)
VIII - Les différents composés polluants
VIII.2) Les métaux
Dans l'eau : on parle alors d'éléments traces métalliques (ETM)
Dans le sol : sites et sols pollués (mines d'extraction, sites industriels)
Dans l'air : émissions industrielles (industrie chimique, métallurgie, usure, etc...)
 Mercure, Hg
Sources : Pesticide, combustion charbon et pétrole, Exploitation sites aurifères.
Effets : n'est pas un oligo-élément : toxique et écotoxique sous toutes ses formes et
pour toutes les espèces vivantes connues
Se solubilise dans le sang pour attaquer reins, cerveau et système nerveux
 Plomb, Pb
Sources : Autrefois additif dans les essences, Tuyaux en plomb (eaux de consommation).
Effets : Saturnisme (intoxication), anémies, troubles digestifs, atteinte du système
nerveux, se fixe dans les os où il remplace le calcium, demi-vie de 20 à 25 ans.
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.2) Les métaux
Le Mercure
• Métal liquide, de couleur argent brillant
• Utilisé dans de nombreuses activités industrielles :
• Extraction de l'or et de l'argent,
• Électrochimie
• Pharmacie
• Produits d'utilisation courante : autrefois les thermomètres, les
ampoules, les tubes luminescents, certains amalgames dentaires,
les piles... Mais aujourd’hui remplacé dans ces applications
• Le mercure contamine les poissons et les crustacés : 50 millions de
personnes dans le monde sont intoxiquées par le mercure qui s'accumule
dans la chair des poissons comme la truite, le thon, l'espadon ou le requin,
et dans les fruits de mer
VIII - Les différents composés polluants
VIII.2) Les métaux
 Autres métaux lourds :
- Baryum Ba (autrefois Photographie, Imagerie, peintures, vernis..),
- Antimoine Sb (Batteries, colorants),
- Cadmium Cd (métallurgie, combustion charbon et pétrole, batteries),
- Argent Ag (métallurgie, électrotechniques, électronique, nano-chimie)
- Sélénium (Métallurgie, électronique …)
- Arsenic (pesticides…)
- Zinc (métallurgie, engrais et pesticides, corrosion des canalisations et toitures)
- Cuivre, Nickel, Chrome, Aluminium, …
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.2 - Les éléments traces métalliques
p
Définition de la Spéciation :
Distinction entre les différentes formes chimiques possibles d'un élément
Ex : Espèces dissoutes et solides, entre complexes formés avec différents ligands
présents en solution.
Pour le mercure : Hg0 (aq), Hg0 (g), CH3Hg, Hg(OH)2, HgCl2, HgCl42-, HgOHCl
Hydrolyse et formation d'oxydes et hydroxydes solubles
- En solution aqueuse, les cations métalliques sont hydratés par un cortège de
molécules d'eau (nombre de molécule d'eau = nombre de coordination)
- Les cations métalliques se comportent comme des acides faibles : formation
d'hydroxydes métalliques
Ex du Zinc : Zn(H2O)62+ (écrit Zn2+) ↔ Zn(H2O)5OH+ ↔ Zn(H2O)4(OH)2 ↔ .. etc …
VIII - Les différents composés polluants
VIII.3) Les gaz
> Dans l'air : émissions naturelles, transport, émissions industrielles
(industrie chimique, métallurgie, etc...), chauffage, etc.
> Dans l'eau : gaz dissous provenant de l'atmosphère (constante de Henry)
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.3) Les gaz
Les précurseurs de l'ozone troposphérique
L'ozone est un polluant secondaire : résulte d'une réaction photochimique
impliquant des précurseurs. Sa formation est favorisée par un temps ensoleillé.
> Polluant majeur, provoquant notamment des problèmes respiratoires.
 Oxydes d'azote : NO et NO2 :
Sources : Combustions à hautes T et P , principalement transport (moteur diesel >
moteur essence car plus haute P)
Effets : troubles respiratoires, inflammation et obstruction des voies aériennes et
augmentation de la sensibilité aux attaques microbiennes
 Composés organiques volatils (COV)
Sources : Hydrocarbures volatils d'origines anthropique et naturelle.
Ex : Carburant, peinture, colle, solvant, insecticide, parfum d'intérieur, produits de
nettoyages
Effets : Cancérigènes, nombreuses maladies respiratoires et de peau
VIII - Les différents composés polluants
VIII.3) Les gaz
La pollution atmosphérique
Source : Picquet-Varrault
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.3) Les gaz
Les gaz à effet de serre
 Dioxyde de carbone
 Méthane
 Ozone
 Protoxyde d'azote
 CFC et assimilés
 Et la vapeur d’eau !
VIII - Les différents composés polluants
VIII.3) Les gaz
Les autres gaz
 Monoxyde de carbone CO :
Sources : Combustions incomplètes
Effets : Se fixe sur l'hémoglobine du sang, empêchant le transport de l'oxygène
 Le dioxyde de soufre :
Sources : Combustion d'origine fossile
Effets : Agent irritant du système respiratoire, formation de pluies acides
 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques :
Voir VIII 5) Les micropolluants
 BTX : Benzène, toluène et xylène :
Voir VIII 5) Les micropolluants
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.4) Les particules
> Dans l'air : aérosols
> Dans l'eau : matières en suspension (MES)
Aérosols
•
Définition : particules solides ou liquides qui sont en suspension dans une masse d’air, à
l’exclusion donc des gouttelettes (ou des cristaux) de nuage et de pluie, plus généralement
définies sous le terme d'« hydrométéores »
VIII - Les différents composés polluants
VIII.4) Les particules
Aérosols
• Ordres de grandeurs :
– Flux total annuel entre 3 et 10 milliards de tonnes
– Taille : entre quelques nanomètres et une centaine de micromètres :
* PM10 : diamètre < 10 µm
* PM2.5 : diamètre < 2,5 µm, appelées « particules fines »
* PM1 : diamètre < 1 µm, appelées « particules très fines »
* PM0,1 : diamètre < 0,1 µm, appelées « particules ultrafines » ou nanoparticules (si
manufacturées)
– Temps de vie : entre quelques minutes et plusieurs semaines (dépend
de leur taille mais aussi de leur composition)
– Concentrations :
< 1 µm : une dizaine à quelques milliers par cm3
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.4) Les particules
Aérosols
•
Sources : Océans, Sols, Matières vivantes (pollens, débris…), activités
humaines…
> suies : particules cancérigènes riches en carbone, résidus de combustion
incomplète (dues aux moteurs Diesel, à l'activité industrielle, au chauffage au
bois résidentiel, ...)
> poussières (provenant de l'érosion des sols ou d'activité volcanique)
> particules d'origine biologique : pollen, virus, bactéries, spores, excréments
d'acariens.. (tout ou partie de l'année). Les pollens peuvent être rendus
allergènes par contact avec les polluants oxydants (ozone en particulier) ou
suite à un long séjour dans l'air ou exposé aux UV
> procédés industriels, comme le sciage du bois d'œuvre
Fines particules = peuvent atteindre les poumons (alvéoles)
VIII - Les différents composés polluants
VIII.4) Les particules
Matières en suspension (dans l’eau)
 Terme employé pour désigner l'ensemble des matières solides insolubles
présentes dans un liquide
 Matières en suspension : taille comprise entre 1 µm et 1 cm
 Colloïdes : taille comprise entre 10 nm et 1 µm
 Matières solubles : taille inférieure à 10 nm
Sources : origine naturelle (précipitation, érosion des sols), rejets eaux usées,
aérosols se déposant à la surface de l’eau
Effet mécanique : écran empêchant la bonne pénétration de la lumière (réduction
de la photosynthèse), colmatage des branchies des poissons
Effet chimique : adsorption des polluants
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5) Les Micropolluants organiques
 Pesticides
Le terme anglais « pest » inclut les insectes, les plantes pathogènes, les
mauvaises herbes, les mollusques, les oiseaux, les mammifères, les poissons, les
nématodes et les microbes qui entre en compétition avec les humains pour la
nourriture ou qui sont vecteurs de maladies ou une nuisance
(US Environmental Protection Agency EPA).
Exemples historiques :
- 2500 avant JC : les sumériens utilisaient de la poussière de soufre
-1550 avant JC : plus de 800 recettes dans le Papyrus Ebers
(le plus vieux traité médical connu)
Production massive et application des pesticides à partir de la 2ème guerre
mondiale
VIII - Les différents composés polluants
VIII.5) Les Micropolluants organiques
 Pesticides
Substances chimiques minérales, organiques, ou de synthèse, utilisées à vaste échelle
contre les ravageurs des cultures, les animaux nuisibles et les agents vecteurs
d'affections parasitaires ou microbiologiques de l'homme et des animaux
Grandes familles chimiques de pesticides :
Organochlorés
Pyréthrinoïdes
Organophosphorés
Carbamates
Triazines
glyphosate
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5) Les Micropolluants organiques
 Pesticides
En 2019, la France était le 2eme consommateur européen
(après l’Espagne)
• Environ 44 000 tonnes de matières actives utilisées en France par an (2020)
En France :
de 30 à 90 % des eaux de surface et
60% des eaux souterraines
sont contaminées par des produits phytosanitaires
Des quantités de pesticides ont également été détectées dans l'atmosphère et les sols
VIII - Les différents composés polluants
VIII.5) Les Micropolluants organiques
AMPA=acide aminométhylphosphonique
N-(phosphonométhyl)glycine
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- PCB = PolyChloroBiphényles
209 composés aromatiques organochlorés
 Liquides plus ou moins visqueux voire résineux, insolubles dans l'eau, incolores ou
jaunâtres, à forte odeur aromatique.
 Thermodynamiquement très stables, ils ne se décomposent qu'à des températures
dépassant 1 000 °C. Grâce à leur inertie chimique, ils sont peu sensibles aux acides,
bases et oxydants. Ils peuvent dissoudre ou ramollir certains caoutchoucs et matières
plastiques.
 Ubiquitaires et persistants : temps de demi-vie de 94 jours à 2700 ans selon les
molécules
Toxicité réputée
Bioaccumulables (hydrophobe donc s'accumule dans les graisses et notamment le lait
humain)
> Polluant organique persistant ou « POP » - Interdits depuis 1987
Sources : Fluide protecteur en électronique et électrotechnique (transformateurs,
condensateurs), isolant et ignifugeant dans les peintures, etc …
VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- HAP = Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
• Produits de sources naturelles et anthropiques
Ex du Naphtalène
• Légers = moins de 3 cycles ; lourds = plus de 3 cycles
• Coefficients de partage octanol/eau (Kow) élevés : important potentiel d’adsorption
sur les matières organiques particulaires en suspension dans l’air ou dans l’eau + fort
potentiel de bioconcentration dans les organismes
• Forte toxicité : se lie sur les molécules biologiques fondamentales (ADN, ARN,
protéines, etc...), provoquent des dysfonctionnements cellulaires
Sources : Combustion incomplète = origine pyrolytique
Naturelles : feux de forêts et de prairies
Anthropiques : fuel, charbon, transports, déchets :
>> Sources anthropiques largement majoritaires aujourd'hui
Benzo(a)pyrène
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- Dioxines (polychlorodibenzodioxines)
• Molécules hétérocyliques et aromatiques avec deux atomes d'oxygène dans un cycle
aromatique
• Large famille mais on associe généralement le nom dioxines aux polychlorodibenzop-dioxines ou PCDD – Elargissement vers les polychlorodibenzofuranes PCDF
• Plus de 200 molécules différentes
• 17 ont une toxicité reconnue
• Bioaccumulables
Sources : 3 conditions requises : températures > 350°C, présence d'acide sulfurique
et de chlore ; favorisé par milieu alcalin, rayons UV et présence de radicaux
3 principales sources :
- Industrie chimique utilisant ou produisant des dérivés chlorés
- Procédés thermiques et de combustion (incinération, traitements thermiques,
combustion, etc...)
- processus anarchiques (compost)
VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- BTEX : Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylènes
Caractéristiques d'une pollution
d'origine industrielle ou du trafic
- Retardateurs de flammes bromés
Matières synthétiques utilisés comme ignifugeants en replacement des PCB.
Matériaux synthétiques, matériaux de construction, meubles, vêtements ou appareils
électriques
209 composés
Toxicité > perturbateurs endocriniens
- Hydrocarbures chlorés (HCC)
Ex : dichloroéthane : CCl2H-CH3
Caractéristiques d'une pollution d'origine industrielle. Détergents, solvants, fabrication
de plastiques. Toxiques : dommages aux reins et au foie
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
-Produits pharmaceutiques
• Analgésiques et anti-inflammatoires (acide salicylique, paracétamol,
ibuprofène, ...)
• Anti-épileptique (carbamazépine)
• Régulateurs lipidiques
• Béta-bloquants (utilisés en cardiologie pour diminuer le rythme
cardiaque en bloquant l'action de l'adrénaline)
• Anti-cancéreux
• Agents de contraste iodés (utilisés en imagerie médicale)
• ...
•Perturbateurs endocriniens
•Hormones
•Les plus communs : Alkylphénols, bisphénol A et dérivés hormonaux
•Effets néfastes sur la santé d'un organisme
•Potentiel oestrogénique différent selon les molécules = capacité à agir
comme l'oestrogène (hormone) dans un organisme
VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- Produits pharmaceutiques
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VIII - Les différents composés polluants
VIII.5 - Les Micropolluants organiques
- Hydrocarbures, Produits de synthèse, Détergents
• Agents complexants
•Complexants des métaux, traitements des surfaces de métaux, remplacent
les phosphates dans les lessives
FIN DE l’INTRODUCTION
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