Les risques chimiques environnementaux

Les risques
chimiques
environnementaux
Méthodes d’évaluation et impacts sur les organismes
2e édition
JEAN-CLAUDE AMIARD
JEAN-CLAUDE AMIARD
INDUSTRIELS, INGÉNIEURS, TECHNICIENS, ÉTUDIANTS
Les risques chimiques environnementaux
Méthodes d’évaluation et impacts sur les organismes
2e édition
Jean-Claude Amiard est directeur de recherche émérite au CNRS, Professeur associé
au Québec et Professeur invité à l’université océanique de Chine. Il a enseigné égale-
ment dans diérentes universités françaises où il a procédé à l’encadrement de thèses.
Reconnu par la communauté scientique nationale et internationale, ses recherches
sont centrées sur l’estimation de la biodisponibilité et le transfert des métaux et radio-
nucléides dans les chaînes trophiques. Il est l’auteur de nombreuses publications et
met également à prot ses qualités d’expertise auprès de diverses instances.
Le nombre de substances chimiques mises sur le marché connaît un accroissement
constant avec des usages très divers (domestique, industriel, agricole...). Parmi ces subs-
tances, certaines présentent un caractère dangereux et un risque toxique potentiel
important qu’il est indispensable d’identier et d’évaluer an de réduire leur impact sur
les organismes vivants et l’environnement.
Cette deuxième édition de l’ouvrage Les risques chimiques environnementaux pro-
pose une synthèse revue et augmentée des connaissances actuelles sur les principaux
polluants chimiques des diérentes matrices environnementales (air, eaux, aliments), en
intégrant les nombreuses avancées scientiques. Des progrès ont en eet été réalisés
en matière d’évaluation et de prévention des risques, avec une sensibilité accrue
des méthodes de détection des substances polluantes. Ces nouvelles connaissances
permettent de conrmer des risques chimiques existants, d’en faire émerger de nouveaux
et révèlent un environnement toujours plus pollué.
L’ouvrage est articulé selon trois axes :
• l’analyse des méthodologies utilisées pour estimer les risques liés aux polluants
environnementaux, selon les étapes de la démarche européenne (identication des
dangers chimiques, évaluation de l’exposition aux dangers, caractérisations des dangers
et des risques chimiques chez les êtres vivants). Les modes et mécanismes d’action de
la toxicité des divers polluants sont également abordés;
• l’étude d’exemples concrets de pollutions chimiques (hydrocarbures, phytosani-
taires, nutriments, cadmium, zinc, mercure...) dans l’environnement et de leurs consé-
quences sur la faune et la ore mais également sur la santé humaine;
• la présentation des principaux outils d’évaluation du risque chimique (tests de
toxicité, outils de simulation, méthodes de modélisation...) et des applications qui en
découlent (autorisations de mise sur le marché, méthodes et réseaux de surveillance
de la qualité de l’environnement...).
Véritable ouvrage de référence convoquant de nombreuses disciplines telles que la
toxicologie, la chimie, la biochimie, l’épidémiologie, la médecine clinique etc., Les risques
chimiques environnementaux s’adresse aux ingénieurs, techniciens et industriels concernés
par la prévention et l’évaluation des polluants environnementaux, aux responsables envi-
ronnement des entreprises et collectivités ainsi qu’aux autorités sanitaires. Il intéressera
également les enseignants et étudiants de troisième cycle préparant une formation aux
sciences de l’environnement et à la gestion des risques.
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CHAPITRE1
Les principaux polluants
de l’environnement
Introduction
Les dangers correspondent à des effets indésirables pour les êtres vivants. Ces effets
indésirables peuvent être la mort, la baisse de fertilité, les maladies… Dans le cas des
polluants chimiques, les dangers potentiels recouvrent la totalité de ces substances.
En effet, dès la Renaissance, Paracelse a dit : « Tout est poison, rien n’est poison,
ce qui fait le poison c’est la dose. » Par cet aphorisme, il voulait dire que même
l’eau devient poison à très forte dose. Il convient donc de sélectionner les substances
chimiques qui sont de réels dangers. Les substances peuvent être préoccupantes pour
trois raisons. Tout d’abord, en raison de leur toxicité à l’égard de l’homme ; c’est le
cas, par exemple, des métaux très toxiques et des substances chimiques cancérigènes.
En deuxième lieu, les substances seront préoccupantes en raison de leur toxicité à
l’égard des êtres vivants non humains ; c’est le cas, notamment, du cuivre et du zinc
et de divers perturbateurs endocriniens. Enfin, certaines substances n’ont pas d’effets
toxiques à l’égard des êtres vivants, mais ont des effets environnementaux ; c’est le
cas des chlorofluorocarbures (CFC) qui provoquent la destruction de l’ozone dans la
stratosphère et entraînent des effets indirects sur la santé de l’homme, car le rôle de
filtre à l’égard des radiations UV solaires (< 300 nm) par l’ozone n’est plus réalisé.
Jusqu’à la révolution industrielle, les êtres vivants, et donc l’homme, n’étaient
soumis qu’à un nombre de substances chimiques limité. C’étaient principalement
les gaz et fumées de la combustion et des substances présentes dans le pétrole et le
charbon. Depuis, plus de 10 millions de substances ont été synthétisées au laboratoire.
Toutefois, un nombre infime (moins de 1 %) est produit régulièrement en quantités
non négligeables. Une partie de ces substances est disséminée volontairement dans
l’environnement, comme les pesticides et les fertilisants, tandis que la majorité se
retrouvera en partie dans cet environnement de façon involontaire.
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12 L’identification desdangers
1. Polluants inorganiques
Trois groupes de substances inorganiques présentent un danger pour l’homme,
les métaux (et métalloïdes), les agents corrosifs et les halogénés. D’autres substances
auront des conséquences sur les autres êtres vivants comme les nutriments. Parmi
les métaux, certains sont essentiels à la vie, car ils ont un rôle physiologique, tandis
que d’autres seront toxiques à très faibles doses, comme le cadmium et l’arsenic qui
sont cancérigènes ou le mercure et le plomb qui sont neurotoxiques (Merian et al.,
2004 ; Luoma et Rainbow, 2008).
1.1. Nitrates et phosphates
Les substances eutrophisantes ne peuvent être considérées comme contaminants
chimiques en termes de substances toxiques. Cependant, les rejets d’azote et de
phosphore dans les milieux aquatiques peuvent provoquer le développement excessif
d’organismes végétaux dans les eaux de surface, conduisant à des phénomènes d’eutro-
phisation que l’on observe dans les eaux continentales, ainsi que dans les eaux marines
littorales. La consommation agricole d’engrais azotés se situe au niveau mondial à
environ 80 millions de tonnes.an
-1
, les rejets anthropiques de phosphore ont diminué
depuis les années 1980 et sont évalués au niveau mondial à 56 000 tonnes.an-1.
1.2. Métaux
Les métaux les plus toxiques pour l’environnement sont le mercure, le cadmium,
le plomb, le zinc, le cuivre, le nickel, l’argent et l’arsenic.
1.2.1. Mercure
Le mercure (Hg) est un élément naturellement présent dans le sol et les roches,
ainsi que dans les lacs, les cours d’eau et les océans. Le mercure à l’état métallique
est modérément toxique au contraire de certaines formes organiques de ce métal. Or,
sa biotransformation en méthylmercure, forme organométallique, par la microflore
bactérienne dans les milieux aquatiques le rend beaucoup plus biodisponible, ce
qui explique sa forte capacité de bioaccumulation dans de nombreux organismes
aquatiques.
Le mercure est un métal blanc argenté, liquide et volatil à température ordinaire.
Le principal minerai est le cinabre (HgS). Il existe de nombreuses formes chimiques
(mercure métal, dérivés minéraux, dérivés organiques) telles que les chlorures, les
oxydes, le sulfure, le sulfate, les iodures… et tous les dérivés organiques (voir sec-
tion 2.2).
Le mercure est utilisé dans diverses activités industrielles. Les consommations
de mercure étaient, entre 1988 et 1992, réparties entre les batteries électriques
(25 %), les équipements électriques et les équipements de mesure (16 %), l’industrie
chimique (28 %), les peintures (10 %), les amalgames dentaires (7 %) et les autres
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CHAPITRE1 Les principaux polluants de l’environnement 13
applications (thermomètres supprimés de nos jours, usage destiné aux laboratoires…)
(14 %). La production primaire mondiale de mercure était, en 2000, de 1 800 tonnes
(UNEP, 2002). Une des utilisations du mercure responsable de sa dispersion dans
l’environnement est la fabrication d’amalgame avec l’or souvent dans des conditions
rudimentaires et illégales comme en Guyane ou au Brésil.
1.2.2. Cadmium
Le cadmium (Cd), élément naturellement présent à l’état de traces dans l’écorce
terrestre, est avant tout un sous-produit de l’exploitation de minerais riches en zinc,
en cuivre et en plomb. De nombreuses formes chimiques existent comme le chlorure
(CdCl2), l’oxyde, le bromure, le nitrate, le cyanure, le séléniure…
Le cadmium est principalement utilisé pour la métallisation des surfaces, dans
la fabrication des accumulateurs électriques, des pigments, des stabilisants pour les
matières plastiques, des alliages. La répartition dans les différents secteurs d’activité
était la suivante pour l’année 1997 : cadmiage 8 %, batteries 75 %, pigments 12 %,
stabilisateurs 4 % et autres 1 %.
1.2.3. Plomb
Le plomb (Pb) est un métal lourd naturellement présent dans l’environnement
terrestre et aquatique. Il est largement présent dans la croûte terrestre sous forme de
minerais comme la galène (PbS), la cérusite (PbCO
3
) et l’anglésite (PbSO
4
). La galène
est de loin la première source de production de plomb, elle est souvent associée à
d’autres minéraux, en particulier à ceux contenant du zinc et du cadmium. Les formes
chimiques sont nombreuses (plomb métal, dérivés minéraux, dérivés organiques).
Les batteries représentent une fraction importante des utilisations du plomb. Les
batteries pour l’automobile représentent à elles seules 65 à 70 % des utilisations du
plomb dans le monde occidental. Le reste de la consommation concerne des usages
divers : radiateurs d’automobiles, munitions, alliages, enrobage de câbles, produits
extrudés, feuille de plomb (protection contre les rayonnements), soudure, céramique,
masses de lestage, tuyaux, en voie de régression actuellement, réservoirs…
1.2.4. Zinc
Le zinc est présent dans l’écorce terrestre principalement sous forme de sulfure
(blende), accessoirement sous d’autres formes telles que la smithsonite (ZnCO3).
Le zinc est principalement utilisé pour les revêtements de protection des métaux
contre la corrosion (galvanoplastie, métallisation, traitement par immersion). Il entre
dans la composition de divers alliages (laiton, bronze, alliages légers). Il est utilisé
dans la construction immobilière, les équipements pour l’automobile, les chemins
de fer et dans la fabrication de produits laminés ou formés. Il constitue un inter-
médiaire dans la fabrication d’autres composés de zinc et sert d’agent réducteur en
chimie organique et de réactif en chimie analytique.
Le chlorure de zinc est utilisé dans l’Union européenne principalement en galva-
noplastie, fonderie, soudure, dans la fabrication d’agents conducteurs dans l’industrie
électrique et électronique, dans la synthèse de médicaments et de vitamines et dans
la production de fongicides, de teintures et d’encres.
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