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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE
HOUARI BOUMEDIENE (U.S.T.H.B)
FACULTE DE CHIMIE
Domaine : science de la matière
Spécialité : CHIMIE
Option : Analyse et Contrôle
Mémoire de Master
BENDADA Khiereddine
- BOULAKRADECHE Mohamed Walid
Présenté Par : -
Optimisation des conditions de dosage par spectroscopie
d’absorption atomique (SAAF et SAAET) : Application à la
détermination de la pollution et de la bioaccumulation des
métaux lourds
Soutenu publiquement le : 19/ 06 /2011, devant le jury composé de :
Mr. O. BENALI BAITICH
Professeur (USTHB)
Président
Mr. M. AMARA
Professeur (USTHB)
Encadreur
Mr. D.E. AKRETCHE
Professeur (USTHB)
Examinateur
Mme D. DJEBBAR
Maitre de conférences (USTHB)
Examinatrice
Mr. F. SALMI
Master (INCC)
Invité
Remerciements
Ce travail a été réalisé au département de toxicologie de l’institut Nationale
criminalistique
et
criminologie
conjointement
avec
le
laboratoire
d’hydrométallurgie et de chimie inorganique moléculaire de la faculté de chimie
de l’USTHB.
Nous exprimons nos profonds remerciements à notre promoteur, le professeur
AMARA Mourad pour l'aide compétente qu'il nous a apportée, pour sa patience,
sa confiance, son encouragement, et Son œil critique qui nous a été très
précieux pour structurer le travail et pour améliorer la qualité des différentes
sections de notre mémoire, nous le remercions vivement.
Nos vifs remerciements vont au professeur O. BENALI BAITICH pour l’honneur
qu’il nous fait de présider ce jury.
Nous remercions également chaleureusement Monsieur D.E. AKRETCHE,
Madame D. DJEBBAR et Monsieur F. SALMI d’avoir accepté d’examiner ce
travail.
Ensuite nous tenons à remercier la Gendarmerie Nationale Algérienne et Mr.
BOURAMANA Sid Ali pour nous avoir donné la possibilité de manipuler au sein
de L’INCC, ainsi qu’à notre Co-promoteur Mr. ZARITA Bouzid pour nous avoir
permis d’approfondir nos connaissances dans la spectroscopie d’absorption
atomique et pour nous avoir fait profiter de ses connaissances sur les analyses
en toxicologie (physico-chimie).
Nous remercions nos familles pour l'amour qu'elles nous portent et pour la
patience dont elles ont fait preuve surtout que nous travaillons souvent tard le
soir....
L'aboutissement de cette thèse a aussi été encouragé par de nombreuses
discussions avec des collègues et des membres de l’INCC (institut National
criminalistique et criminologie) de disciplines variées. Nous ne citerons pas de
noms ici, pour ne pas en oublier certains.
D'autres personnes nous ont encouragés à finir ce travail par des gestes
d'amitié dont nous sommes reconnaissants. A titre d'exemple, je citerai
Mr.BELOUATI Ali, Mr.C. BISKER, Mr.S. Kharab et Mme GARI pour nous
avoir aidés dans la recherche bibliographique ainsi que pour l’obtention
d’accessoire très utile pour l’avancement de la thèse. Ou encore Mr. R.
BELHADJ pour nous avoir souvent assisté afin de terminer nos analyses et
encouragé dans les moments difficiles.
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE ………………………………………..…….1
CHAPITRE I PRESENTATION DES ELEMENTS DE L’ETUDE
I. Généralité sur la spectrométrie d’absorption atomique …………….........3
I.1. Principe …..………………………………………………………………….3
I.2. Appareillage …………………………………………………………………..4
I.2.1. Source lumineuse ……………………………………………………………5
I.2.1.1. Les lampes à cathode creuse ………………………………………………..5
I.2.1.2.Les lampes à décharge électronique …………………………………………6
I.2.1.3. Autres sources lumineuses ………………………………………………….6
I.2.2. Introduction des échantillons en solution ………………….…………………..6
I.2.3. Chambre d’absorption……………….………………………………………7
I.2.3.1. La flamme (atomiseur) …………….……………………………………….7
I.2.3.2. Atomiseur électrothermique (four graphite) ………………………………...8
I.2.4. Monochromateur …………………………………………………………....9
I.2.5. Détecteur et dispositif de mesure ………………………………………………...9
I.3. Les interférences …………………………………………………………….10
I.3.1. Interférences spectrales …………………………………………………….10
I.3.2. Interférences chimiques …………………………………………………….10
I.3.3. Interférences physiques …………………………………………………….11
I.4. Correction de fond pour la SAA ………………………………………………11
I.4.1. Correction des interférences spectrales ……………………………………...11
I.4.1.1. Correcteur au deutérium ………………………………………………....11
I.4.1.2. Correcteur par effet Zeeman ……………………………………………...12
I.4.1.3. Correcteur de Smith-Hieftje ........................................................................13
I.4.2. Correction des interférences physiques ……………………………………...13
I.4.3. Correction des interférences chimiques……..……………………………….13
II. Pollution des eaux maritimes …...………………………………………..14
II.1. Oued El-Harrach …………………………………………………………...14
II.1.1. Topographie ……………………………………………………………...14
II.1.2. Pollution ………………………………………………………………….15
Les métaux lourds dans le milieu marin …………………………………….18
III.1. La toxicité des métaux lourds ……………………………………………….18
III.1.1. Le Cadmium……………………………………………………….…….19
III.1.2. Le Plomb ……………………………………………………………….20
III.1.3. Le Cuivre ………………………………………………………………..20
III.1.4. Le Fer …………………………………………………………………...21
III.1.5. Le Manganèse …………………………………………………………...22
III.1.6. Le Zinc ………………………………………………………………….22
IV. Bioaccumulation ………………………………………………………….23
IV.1. Définition ………………………………………………………………….23
IV.2. Mécanismes de bioaccumulation des métaux-traces chez les organismes
aquatiques ………………………………………………………………………23
IV.3. Le bio indicateur de pollution ………………………………………………24
CHAPITRE II LES TECHNIQUES EXPERIMENTALES
I. Recherche des métaux lourds dans Oued El-Harrach ………………......25
I.1. Echantillonnage ……………………………………………………………..26
I.1.1. Le choix et le mode de lavage du flacon …………………………………......27
I.1.2. Procédure du prélèvement ………………………………………………….27
I.1.2.1. Méthode1 ………………………………………………………………..27
I.1.2.2. Méthode2 ………………………………………………………………..28
I.2. Les paramètres mesurés sur le terrain….……………………………………..28
I.2.1.Température………………………………………………………………..28
I.2.2. Conductivité ……………………………………………………………...28
I.2.3. pH (Potentiel Hydrogène) ………….………………………………………29
I.2.4. Turbidité …………………………………………………………………29
I.3. Préparation de l’échantillon ………………………………………………….30
I.3.1. Appareillage et réactifs …………………………………………………….30
I.3.2. Préparation de verrerie et de plastique ……………………………………...31
I.3.3. Mode de prétraitement et préparation des solutions d’échantillons...................31
I.3.3.1. Méthode A0 ……………………………………………………………...31
I.3.3.2. Méthode A1 ……………………………………………………………...32
I.3.3.3. Méthode A2 ……………………………………………………………...32
II. Recherche des métaux lourds dans le poulpe …………………………...32
II.1. Choix de l’espèce …………………………………………………………...32
II.2. Présentation du modèle biologique ………………………………………...34
II.3. Choix de station de prélèvement …………………………………………….35
II.4. Préparation de l’échantillon ………………………………………………...35
II.4.1. Appareillage et réactifs ……………………………………………………36
II.4.2. Préparation de verrerie et de plastique …………………………………….36
II.4.3. Prise d’essai ………………………………………………………………36
II.4.4. Minéralisation de l’échantillon …………………………………………….36
III.
Dosage des métaux lourd par la Spectroscopie d’absorption
atomique ………………………………………………………………………37
III.1. Principe …………………………………………………………………..37
III.2.
Appareillage et réactifs ............................................................................38
III.3. Préparation des Solutions ………………………………………………….39
III.4. Etalonnage ………………………………………………………………..40
CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS
I. Etude qualitative …………………………………………………………..43
II. Etude quantitative ………………………………………………………..46
III. Etude de la bioaccumulation par le poulpe ……………………………53
CONCLUSION GENERALE ……………………………………………….57
LISTE DES REFERENCES.
Annexe.
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Les instruments de base pour la spectrométrie d’absorption atomique.
Figure 2 : Spectrophotomètres de flamme : appareil à simple et double faisceau.
Figure 3 : Cathode creuse : source pour la spectrométrie d’absorption atomique
Figure 4 : Programme électrothermique pour un four graphite
Figure 5 : Principales configurations en spectrométrie Zeeman
Figure 6 : Alger, Bassins versants intérieurs et relief
Figure 7 : Pollution d’Oued El-Harrach
Figure 8 : Cartographie des sites industrielle contaminant Oued El-Harrach
Figure 9 : les deux sites ciblés pour l’échantillonnage
Figure 10 : poulpe commun (Octopus vulgaris)
Figure 11 : Anatomie du poulpe commun
Figure 12 : Photographie de la baie d’Alger montrant les trois sites d’échantillonnages
Figure 13 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A0 pour le point 1
Figure 14 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A1 pour le point 1
Figure 15 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A2 pour le point 1
Figure 16 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A0 pour le point 2
Figure 17 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A1 pour le point 2
Figure 18 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de prélèvement.
Minéralisation type A2 pour le point 2
Figure 19 : Variation des teneurs en Cu / point 1 en fonction de la méthode de
minéralisation
Figure 20 : Variation des teneurs en Mn / point 1 en fonction de la méthode de
minéralisation
Figure 21 : Variation des teneurs en Zn / point 1 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 22 : Variation des teneurs en Pb / point 1 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 23 : Variation des teneurs en Cd / point 1 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 24 : Variation des teneurs en Fe / point1 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 25 : Variation des teneurs en Cu / point2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 26 : Variation des teneurs en Mn / point2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 27 : Variation des teneurs en Zn / point 2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 28 : Variation des teneurs en Pb / point 2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 29 : Variation des teneurs en Cd / point 2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 30 : Variation des teneurs en Fe / point 2 en fonction de la méthode de minéralisation
Figure 31 : Teneur du Cd dans le poulpe en mg /kg
Figure 32 : Teneur du Pb dans le poulpe en mg /kg
Figure 33 : Teneur du Zn dans le poulpe en mg /kg
Figure 34 : Teneur du Fe dans le poulpe en mg /kg
Figure 35 : Teneur du Mn dans le poulpe en mg /kg
Figure 36 : Teneur du Cu dans le poulpe en mg /kg
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Méthodes d’introduction de l’échantillon en spectroscopie atomique
Tableau 2 : Les unités industrielles recensées par la direction de l’Environnement
Tableau 3 : Guide de la Conductivité d’une eau destinée à la consommation humaine
Tableau 4 : Les différentes classes de turbidité en fonction de la qualité visuelle de l’eau
Tableau 5 : Conditions expérimentales pour le dosage des ions métalliques par SAA
Tableau 6 : Les quantités prélevées de la solution mère et les concentrations des standards
Tableau 7 : Informations générales des conditions d’échantillonnage par la méthode 1
Tableau 8 : Informations générales des conditions d’échantillonnage par la méthode 2
Tableau 9 : Les valeurs de pH et conductivité relevés dans le cas de l’échantillonnage avec la
méthode 1
Tableau 10 : Les valeurs de pH, conductivité et turbidité relevés dans le cas de
l’échantillonnage avec la méthode 1
Tableau 11 : Teneurs des métaux lourds dans l’eau (méthode de prélèvement 1)
Tableau 12 : Teneurs des métaux lourds présents dans deux prélèvements (méthode 2), pour
trois type de minéralisation (A0, A1 et A2)
Tableau 13 : Teneurs des métaux lourds présents dans les trois bio-indicateurs étudiées
Introduction Générale
INTRODUCTION GENERALE
La spectroscopie d’absorption atomique depuis son avènement comme technique d’analyse
incontournable pour les dosages des espèces métalliques, n’a cessé d’évoluer dans le sens de
l’accroissement de sa sensibilité, sa fiabilité et sa reproductibilité.
Cette technique qui emploie les transitions électroniques à travers l’excitation des électrons en
les transformant en signaux électroniques via un dispositif assez complexe mais performant
et simple d’utilisation, a toujours été associée au dosage des éléments traces métalliques
(ETM) dans leur différentes matrices. Cependant, avec le développement parallèle de
nouvelles techniques concurrentielles comme l’émission atomique par plasma ou la
chromatographie ionique, ou encore l’utilisation des électrodes spécifiques, l’absorption
atomique s’est vu suivre cette évolution par l’introduction de nouveaux systèmes de
nébulisation, d’excitation et de correction d’interférences tels que l’effet Zeeman ou
l’atomisation dans un four à graphite.
La maitrise de la théorie et du principe de fonctionnement d’un équipement de spectrométrie
d’absorption atomique est indispensable pour un chimiste analyste qui souvent est appelé à
réaliser des dosages de minéraux dans des systèmes les contenant comme éléments gênants ou
toxiques. Néanmoins, ces connaissances restent insuffisantes si elles ne sont pas complétées
par une réelle maîtrise des comportements de ces impuretés métalliques dans des solutions
pouvant contenir toutes sortes d’éléments complexant ou interférents.
En effet, quoique le dosage proprement dit, n’est pas très compliqué à mettre en œuvre, c’est
la préparation des échantillons : extraction et séparation qui constitue souvent le réel obstacle
pour son exécution.
Notre étude s’intéresse principalement à l’utilisation de cette technique d’analyse, la
spectroscopie d’absorption atomique, pour le dosage de six ions métalliques présents comme
impuretés au niveau de Oued El-Harrach et par conséquent
pouvant se répandre dans
l’environnement avoisinant notamment le bassin méditerranéen dans lequel est déversé.
Cette méthode d’analyse va constituer un outil pour le suivi de la pollution à travers des bioindicateurs choisis pour leur grand pouvoir d’accumulation des métaux. Dans notre cas, la
pieuvre a été sélectionnée pour d’une part son accessibilité relativement aisée et d’autre part,
2
Introduction Générale
et c’est le plus important, pour sa sédentarité au niveau de la côte tout au long de la baie
d’Alger. Ce qui lui confère le statut de filtre absorbant ou de barrière à la pollution métallique.
Des prélèvements des échantillons sont opérés dans différents points de l’Oued tout en
gardant à l’esprit l’existence d’usines aux alentours pouvant rejeter ce type de déchets
polluants. Puis, des poulpes sont étudiés en fonction de leur éloignement géométrique du
point de chute de l’Oued.
Par la suite, trois techniques de minéralisation sont examinées et comparées en fonction du
mode d’échantillonnage et de la nature des espèces qui sont présentes.
Ce mémoire s’articule principalement sur trois chapitres :
Le premier chapitre est consacré à la présentation des éléments de l’étude : ions métalliques,
l’espèce marine et l’absorption atomique.
Le deuxième chapitre présente les techniques expérimentales de prélèvement, de
conservation, de traitement des échantillons et de la mise en œuvre du dosage.
Le dernier chapitre contient l’essentiel des résultats obtenus et leur interprétation.
2
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
CHAPITRE I
PRESENTATION DES ELEMENTS DE L’ETUDE
II.
Généralité sur la spectrométrie d’absorption atomique
I.1. Principe
L'absorption atomique est un processus qui se produit lorsqu’un atome appartenant à
l'état fondamental passe à l’état excité par l’absorption d’une énergie, sous la forme d’un
rayonnement électromagnétique, qui correspond à une longueur d'onde spécifique. Le spectre
d'absorption atomique d'un élément est constitué d'une série de raies de résonance, tous
originaires de l’état électronique fondamentale et finissent dans différents états excités. En
général, la raie de la transition entre l'état fondamental et le premier état excité définie la plus
forte
capacité
d’absorption,
et
c'est
la
raie
habituellement
utilisé.
Les transitions entre l’état fondamental et l’état excité se produire uniquement lorsque le
rayonnement incident, provenant d’une source lumineuse, est exactement égale à la fréquence
d'une transition spécifique. Une partie de l'énergie de la radiation incidente I0 est absorbé. Le
rayonnement émis est donné par I
I = I0e- (εl)
Où ε est le coefficient d'absorption de l'élément à analyser et l est la longueur du trajet
horizontal du rayonnement à travers la chambre d’absorption.
L’absorption atomique est déterminée par la variation de la puissance rayonnante du faisceau
incident en présence et en absence d'atomes analytes dans l’atomiseur. La largeur de la raie
émise par la source lumineuse doit être plus petite que la largeur de la raie absorbée de
l'analyte. La quantité d'énergie absorbée, à partir d’un faisceau de rayonnement pour la
longueur d'onde d'une raie de résonance, augmentera avec l’augmentation du nombre
d'atomes de l'élément sélectionné dans la chambre d’absorption. La relation entre la quantité
de lumière absorbée et la concentration de l'analyte présent dans les standards peut être
déterminée. On peut déterminer les concentrations des échantillons en comparant les quantités
de rayonnement absorbé par ces derniers avec
la quantité de radiation absorbé par les
standards. La Lecture de l’instrument peut être calibrée de façon à afficher les concentrations
de l'échantillon directement. [ 1]
3
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
I.2. Appareillage
Les instruments de base pour la spectrométrie d’absorption atomique comportent quatre
parties principales:
Le faisceau lumineux issu de la source (1) traverse la chambre d’absorption (flamme ou four)
(2) dans laquelle l’élément se trouve porté à l’état atomique, avant d’être focalisé sur la fente
d’entrée d’un monochromateur (3) qui sélectionne un intervalle très étroit de longueurs
d’onde. Le trajet optique se termine sur la fenêtre d’entrée du détecteur (4) (Figure1). [ 1]
Figure 1 : Les instruments de base pour la spectrométrie d’absorption atomique.
Il existe également deux types de spectromètre : le Mono faisceau et le double faisceau, le
deuxième est plus performant que le premier comme le montre le schéma suivant (figure 2).
La lecture dans le cas du double faisceau représente le rapport de l’échantillon et de faisceau
de référence, ceci permet de gagner une meilleure stabilité du signal. [2,3]
4
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
Figure 2 : Spectrophotomètres de flamme : (a) appareil à simple faisceau (b) appareil à
double faisceau. [4]
I.2.1. Source lumineuse
Elle consiste à émettre une radiation de résonance par l’élément même qu’on veut
doser.
Les sources d’émission doivent être stables dans le temps, présenter une luminance élevée
pour le spectre de l’élément avec un fond continu faible et enfin avoir une durée de vie assez
longue. Elles sont généralement constituée de lampe à cathode creuse ou lampe à décharge
électronique. [5]
I.2.1.1. Les lampes à cathode creuse
Elle existe pratiquement pour tous les éléments métalliques, notamment les métaux
lourds. Dans une lampe à cathode creuse commerciale (figure 3), la cathode possède une
forme cylindrique creuse, fermée sur un côté. La lampe est scellée et contient un gaz rare
(Argon ou Néon) à une pression de quelques mbar. Pour une intensité électrique de 10 mA (à
environ 500 V) on a :
Une émission d’électrons hautement énergétiques à la cathode qui provoque une ionisation du
gaz de remplissage (Argon ou Néon), les cations formé bombarderont ensuite la cathode ce
qui provoquera éjection d’un atome de métal excité, le retour à l’état fondamental de ce
dernier s’accompagnera d’une émission d’énergie sous forme d’une radiation spécifique. [2]
5
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
Figure 3 : Cathode creuse : source pour la spectrométrie d’absorption atomique [6]
I.2.1.2. Les lampes à décharge électronique
Les lampes à décharge ont été surtout utilisées pour l’analyse des éléments alcalins et
volatils. Elles sont remplacées, à l’heure actuelle, par les lampes à cathode creuse ou les
lampes sans électrode. [ 7]
I.2.1.3. Autres sources lumineuses
•) Lampe à décharge sans électrode •) Super lampe et ultra lampe •) Lampe à vapeur de
mercure.
I.2.2. Introduction des échantillons en solution
Nébuliseur pneumatique : En général, les échantillons destinés à une analyse par
spectrométrie atomique sont pour la plupart dissouts en milieu aqueux et introduit dans
l’atomiseur par un nébuliseur, celui-ci aspire l’échantillon liquide à travers un capillaire par
un flux de gaz à haute pression qui s’écoule autour de l’extrémité du tube (effet Bernoulli). Ce
mécanisme de transport du liquide est appelé aspiration. La vitesse très élevée du gaz
provoque la rupture du liquide en fines gouttelettes de dimension variées, qui sont alors
entrainées dans l’atomiseur. [4]
Le tableau 1 montre les différents autres types d’introduction de l’échantillon en fonction de
sa nature.
6
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
Tableau 1 : méthodes d’introduction de l’échantillon en spectroscopie atomique. [4]
Méthode
type d’échantillon
Nébulisation pneumatique
Solution ou boue
Nébulisation par ultrasons
Solution
Vaporisation électrothermique
Solide, liquide, solution
Production d’hydrure
Solution de certains éléments volatils
Insertion directe
Solide, poudre
Ablation laser
Solide métal
Ablation par arc ou par étincelle
Solide conducteur
Erosion par décharge luminescente
Solide conducteur
I.2.3. Chambre d’absorption
Les chambres d'absorption les plus utilisées en spectrométrie sont la flamme et le four
graphite qui sont capables, à partir d'éléments présents en solution, de fournir des atomes
libres en proportion suffisante pour utiliser la technique d'absorption.
Il existe également la méthode FIAS (Flow Injection Atomic Spectrometry) et FIAS
Hydrures/Mercure dans certains cas particuliers.
I.2.3.1. La flamme (atomiseur)
En SAA par flamme, les solutions d'échantillon sont généralement nébulisatés grâce à un
capillaire et un venturi dans une chambre de pulvérisation et l'aérosol produit est conduit,
accompagné de la combustion résultant du mélange gaz et oxydant, dans un brûleur
approprié.
Il faut noter que seulement 10% de la solution se retrouvent dans la flamme et qu'après des
phénomènes complexes de vaporisation, dissociation, recombinaison, on obtient une
proportion plus ou moins forte d'atomes libres susceptibles d'absorber le rayonnement.
C'est pour cela que l'on est obligé de préparer des étalons ayant une composition (une matrice)
aussi voisine que possible que celle des échantillons afin de maîtriser au mieux les
phénomènes physico-chimiques (nébulisation, vaporisation, réactions chimiques) qui
interviennent dans l'obtention des atomes libres à l'état fondamental. [2,3]
7
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
I.2.3.2. Atomiseur électrothermique (four graphite)
Après insertion de l'échantillon sur une plate-forme montée dans l’atomiseur
électrothermique, une séquence de chauffage est initiée, le tube est chauffé par effet Joule. Le
procédé d’atomisation se déroule en trois étapes (figure 4).
•
Séchage où l'échantillon est chauffé pendant 20 à 30 s à 110 ° C afin d’évaporer les
solvants ou des composant très volatile de la matrice.
•
La décomposition s’effectue à une température intermédiaire (souvent 500 ° C) pour la
volatilisation des composants réfractaire de la matrice ainsi que la pyrolyse des
composés organiques (les graisses et les huiles). La température de calcination ne doit
pas être trop élevée ou maintenue trop longtemps, sinon il y a risque de perdre
l’analyte.
•
Dans l'atomisation, la puissance maximale est appliquée pour monter la température
du four aussi rapidement que possible à la température d'atomisation sélectionnée. Le
résidu analyte se volatilise et se dissocie en atomes libres qui absorbent la lumière de
la source SAA. Le signal d'absorption transitoire doit être mesuré rapidement.
L’atomiseur électrothermique offre plusieurs caractéristiques intéressantes par rapport à
la flamme :
• Une faible quantité d’analyte de l’ordre de (10-6 à 10-8 g) est nécessaire.
• Les phases solides peuvent être analysées directement, très souvent, sans
prétraitement.
• Le niveau de bruit de fond est très bas.
• Augmentation de la sensibilité car la production d’atomes analytes libres est plus
importante que dans la flamme. [ 1]
8
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
Figure 4: Programme électrothermique pour un four graphite. [ 1]
I.2.4. Monochromateur
Le faisceau incident (source émise) est un spectre de raies qui contient : les raies de
l’élément à doser et les raies du gaz de remplissage, les raies d’éventuelles impuretés ainsi
que les raies de l’atomiseur (flamme) par conséquent, c’est une lumière polychromatique. Le
rôle du monochromateur consiste à éliminer toute la lumière, quelle que soit son origine,
ayant une longueur d’onde différente de celle à laquelle on travaille pour avoir un faisceau
monochromatique. [3]
I.2.5. Détecteur et dispositif de mesure
Dans les méthodes physiques d'analyse, l'appareil utilisé fournit un résultat qui sera le
plus souvent un signal électrique représentatif de la grandeur à mesurer : le détecteur est donc
un "transformateur" qui fournit un courant ou une tension à partir d'une caractéristique
physico-chimique.
En spectrophotométrie d’absorption, la grandeur physique observée est le flux lumineux reçu
par un détecteur de photons. Il existe trois types de détecteurs:
• Les détecteurs thermiques
• Les détecteurs pyroélectriques
• Le photomultiplicateur. [3]
La plupart des spectromètres modernes utilisent comme détecteur un photomultiplicateur relié
à un étage d'amplification, que nous allons décrire ci-dessous :
9
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
Le flux lumineux reçu par le photomultiplicateur n’est pas directement proportionnelle à la
concentration de l’élément à doser. En effet l’absorbance n’est proportionnelle à la
concentration que dans un domaine analytique limité et qu’au-delà d’une certaine concentration
la droite s’incurve. Les appareils modernes comportent généralement un microprocesseur
permettant une correction mathématique. Cependant au-delà d’une certaine concentration
dépendant de l’élément et de la matrice, toute mesure devient illusoire en raison de son
imprécision. La flamme n’étant pas un milieu très stable, il est préférable de moyenner
plusieurs mesures, prises sur une durée assez longue, plutôt que de prendre une mesure
instantanée. Généralement la méthode de mesure utilisée sur les instruments automatiques est
l’intégration durant quelques dizaines de milliseconde, des informations prisent toutes les 0.5 à
1 seconde. [8]
I.3. Les interférences
La mesure d'absorption spécifique à un élément peut être perturbée par des absorptions
non spécifiques et différentes interactions qui peuvent être corrigées ou compensées par
différentes méthodes.
I.3.1. Interférences spectrales (absorptions non spécifiques)
Phénomènes ayant leur siège dans la source d’atomisation et affectant la mesure
spectrale d’absorbance de l’analyte :
• Par superposition (chevauchement) de raies
• Par la présence de bandes d’absorption moléculaire
• Par la diffusion de la lumière incidente sur des particules solides ou liquides présentes
dans l’atomiseur.
Elles se traduisent souvent par une translation de la droite d’étalonnage établie en milieu
complexe, par rapport à celle obtenue en milieu simple (interférences additives). [4]
I.3.2. Interférences chimiques (effets de matrice)
Les interférences chimiques résultent des modifications, dans la source d’atomisation,
des processus de dissociation, d’oxydoréduction ou d’ionisation. Elles altèrent la densité de
vapeur atomique ou sa vitesse de formation. [9]
10
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
I.3.3. Interférences physiques (interférences de transport)
Les interférences physiques sont généralement liées aux propriétés physiques des
solutions étudiées (changement de viscosité entre les étalons et les échantillons). [9]
Les interférences
chimiques et physiques
entraînent un changement
de pente de la droite
d’ajout par rapport à la
droite d’étalonnage établie
en milieu simple
(interférences
multiplicatives).
I.4. Correction de fond pour la SAA
La correction de fond est souvent nécessaire pour les éléments ayant des raies de
résonance appartenant à la région ultraviolet lointain et est essentielle pour atteindre une
grande précision dans la détermination des faibles concentrations d'éléments dans des
matrices complexes.
I.4.1. Correction des interférences spectrales
I.4.1.1. Correcteur au deutérium
Les modèles utilisant ce mode de correction comportent une seconde source, continue,
constituée par une lampe à deutérium. Les mesures reposent sur l’emploi d’un miroir
tournant. On commence d’abord par régler le monochromateur sur la raie choisie pour le
dosage de l’élément à évaluer. Quand la lampe à deutérium est sélectionnée, sachant que
l’échantillon est nébulisé dans la flamme, on évalue pratiquement le seul fond d’absorption
car la bande passante est d’une centaine de fois plus large que la raie d’absorption choisie.
Quand la lampe à cathode creuse est sélectionnée, on mesure cette fois l’absorbance totale
11
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
(fond d’absorption et absorption de l’analyte. Les absorbances étant additives, la différence
entre les deux mesures permet de connaître l’absorption due au seul élément. [10]
I.4.1.2. Correcteur par effet Zeeman
Pour corriger l’absorbance non spécifiques, en particulier en absorption atomique
électrothermique, l’utilisation de l’effet Zeeman est une solution valable pour ce problème.
C’est le phénomène de décomposition des raies spectrales que l’on observe lorsqu’un
rayonnement est émis ou absorbé par des atomes ou des molécules placés dans un champ
magnétique. Les raies d’émission (ou d’absorption) du spectre sont « divisées »
en
multiplets à répartition symétrique par rapport à la fréquence de la raie pour laquelle le
champ magnétique est nul.
Un champ magnétique modulé (à la fréquence de l’amplificateur de mesure) est appliqué
à la source d’atomisation perpendiculairement au flux émis par la source d’émission
(effet Zeeman inverse + effet Zeeman transversal). Le flux issu de la source d’atomisation
est polarisé à l’aide d’un polariseur fixe. Le récepteur reçoit, en l’absence du champ, la
radiation totale λ qui permet la mesure de l’absorbance totale, et lorsque le champ est
établi, les radiations σ permettent de mesurer I ‘absorbance non spécifique.
L’absorbance spécifique est ici A λ – Aσ. [10, 11]
Figure 5 : Principales configurations en spectrométrie Zeeman. [11]
a) Source d’émission
c) Champ magnétique
e) Monochromateur
b) Source d’atomisation
d) Polariseur
f) Récepteur de mesure
12
Chapitre I
Présentation des éléments de l’étude
I.4.1.3. Correcteur de Smith-Hieftje pour les composés volatiles. [1]
I.4.2. Correction des interférences physiques
Par vérification de la viscosité de la solution à analyser on s’assure de la similitude de
composition (solvant, concentration en acide, teneur en sels...) entre les solutions
d’étalonnage et d’échantillons.
Ne pas confondre la nébulisation des échantillons en solution organique aux étalons aqueux.
I.4.3. Correction des interférences chimiques
Dans ce cas d’une combinaison de l’atome, les remèdes généraux consistent à
employer, soit des flammes plus réductrices ou plus chaudes, soit un correcteur d’interaction
(le calcium est libéré par addition de lanthane). Pour éviter la formation des carbures dans le
système sans flamme, on peut utiliser des fours avec revêtement pyrolytique ou les traiter à
l’hydroxyde de tantale (ces traitements sont en particulier recommandés pour le dosage de
l’étain).
On peut aussi faire l’économie des ces artifices qui permettent de supprimer les interactions
de type chimique en soumettant l’échantillon à analyser à un traitement préliminaire :
séparation sur résines, extraction par solvant,…etc.
Il existe un grand nombre de recettes pour modifier la matrice d’un échantillon, pour chaque
cas sa solution. [9]
13
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
III. Pollution des eaux maritimes
De nombreux produits chimiques sont rejetés dans l’environnement aquatique. Les
courants marins les répandent d'un bout à l'autre de la planète. La pollution des eaux est un
facteur de destruction bien plus important pour l'écosystème marin, que la pêche industrielle à
outrance,
elle-même
plus
dévastatrice
que
la
petite
pêche
artisanale.
Si les marées noires ont un impact direct sur l'opinion publique elles n'en demeurent pas
moins
très
limitées
géographiquement
avec
des
effets
à
court
terme.
Les pollutions les plus néfastes pour l'équilibre fragile de la vie marine ne sont pas les plus
visibles. Bien au contraire, ce sont celles qui se voient le moins. Les métaux lourds (le
Mercure, le Plomb, le Cadmium et d'autres produits chimiques toxiques) et rejets divers,
provenant des usines du bassin méditerranéen rejetant des produits très dangereux sous forme
organique mais aussi sous forme de plastique, de peinture, de pâte à papier, de pille et certains
fongicides, sont souvent illicites, constituent la plus grande menace pour la survie des
mammifères marins et la préservation de l’environnement. Ces contaminants y demeurent
pendant des années et s'accumulent dans le corps des espèces marines et des êtres humains. Ils
peuvent causer le cancer, des dommages au foie, des problèmes de reproduction et des
malformations congénitales ainsi que d’autres fléaux dangereux.
Parmi les eaux maritimes exposées à ce type de problème on cite en Algérie la baie d’Alger,
menacée par la pollution d’Oued El-Harrach.
II.1. Oued El-Harrach
II.1.1. Topographie
Oued El-Harrach est situé dans le bassin côtier de l’Algérois qui couvre une superficie
de 1236.28 km2 et qui s’étend sur 51 km du sud au nord et 31 km d’est en ouest, traverse la
plaine de la Mitidja depuis Bougara et irrigue les zones agricoles tout autour, grâce
notamment à ses affluents, les Oued Djemaa, Oued Bâba Ali et Oued El Terreau. Mais son
principal affluent est Oued Smar qui traverse le long de la zone industrielle de la banlieue
d'Alger (figures 6 et 7) [12].
14
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
II.1.2. Pollution
Autrefois Oued El-Harrach, rivière claire et agréable, faisait la joie des citadins du
XVIIIème arrondissement d’Alger. Aujourd’hui devenu un égout à ciel ouvert, cet Oued
empoisonne la vie des riverains et est devenu un véritable problème pour l’ensemble de la
commune d’El-Harrach. L’état actuel de l’Oued est calamiteux, et son influence sur la côte
algéroise conséquente.
La pollution de Oued El-Harrach est le résultat d’une absence de traitement des déchets
provenant de trois sources principales, agricole avec l’utilisation de produits pesticides
chimiques, urbaine causée par les rejets d’eaux usées domestiques, et industrielle en raison du
déversement des unités industrielles avoisinantes de déchets toxiques (figure 8, tableau 2).
L’Oued en question renferme des déchets nocifs comme le Plomb, le Chlore, le Zinc, le
Chrome, l’Arsenic et bien sûr le Mercure.
Figure 6 : Alger, Bassins versants intérieurs et relief. [13]
15
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
Figure 7 : Pollution d’Oued El-Harrach.
16
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
Figure 8 : Cartographie des sites industriels contaminant Oued El-Harrach. [13]
Tableau 2 : Les unités industrielles recensées par la direction de l’Environnement. [14]
Dénomination
Activité
V eau
rejetée
(m3/j)
location
Lieu de rejet
ENPC 1
Plastique
Mohamadia
-
Oued El-Harrach
ENPC 2
Plastique
Mohamadia
-
Oued El-Harrach
EMB 1
Trans Fer blanc
Gue Constantine
320
Oued El-Harrach
BAG
Bout à gaz
Gue Constantine
100
Oued El-Harrach
Ets KAHRI
Tannerie
Gue Constantine
0.027
Oued El-Harrach
AGNOR
Métaux précieux Baraki
3000
Oued El-Harrach
Raff d’Alger
Pétrole
Baraki
7
Oued El-Harrach
SOACHLORE
Prod Chlore
Baba Ali
-
Oued El-Harrach
17
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
IV. Les métaux lourds dans le milieu marin
Un métal est un élément chimique dont la masse volumique dépasse 5 g/cm3, bon
conducteur de chaleur et d’électricité, ayant des caractéristiques de dureté et de malléabilité,
se combinant aisément avec d’autres éléments pour former des alliages utilisés par
l’homme depuis l’Antiquité.
Dans le milieu aquatique, un métal sera défini comme un élément chimique qui peut former
des liaisons métalliques et perdre des électrons pour former des cations. [15]
Ceux-ci sont présents le plus souvent dans l'environnement sous forme de traces : Mercure,
Plomb,
Cadmium,
Cuivre,
Arsenic,
Nickel,
Zinc,
Cobalt,
Manganèse.
Les
plus toxiques d'entre eux sont le Plomb, le Cadmium et le Mercure.
L’origine des métaux présents dans le milieu marin est double. Naturellement présents dans la
biosphère, ils proviennent, d’une part, de l’érosion mécanique et chimique des roches et du
lessivage des sols [15]. D’autre part, la contribution d’origine anthropique issue des rejets
industriels et domestiques, l’activité minière et les eaux d’écoulement contaminées par les
engrais et les pesticides utilisés en agriculture sont autant de sources ayant contribué à
l’augmentation des concentrations de métaux lourds dans le milieu marin et surtout en zone
côtière .[16]
Les métaux lourds présents dans l’eau et dans les sédiments sont absorbés par les plantes et
les animaux marins, le dépassement d’une quantité donnée dans ces espèces provoque leur
accumulation dans les organismes et tout au long de la chaîne alimentaire. Ils peuvent
atteindre des concentrations menaçant la survie de certaines populations naturelles et
présenter des dangers pour le consommateur de produits marins du fait de leur possibilité de
concentration dans les espèces marines, de leur élimination difficile et de leur large répartition
dans le milieu aquatique.
Déjà dans les années 50, leurs effets hautement nocifs ont été mis en évidence suite à
l'intoxication mortelle survenue à Minamata au Japon. Les habitants avaient mangé du
poisson contaminé par des rejets Mercuriels d'une usine située à proximité. Cette maladie s'est
ensuite propagée à toute la jeune génération par le lait maternel. [17]
III.1. La toxicité des métaux lourds
Les métaux sont généralement séparés en deux catégories selon leur caractère
essentiel ou non pour les êtres vivants.
En effet, ils peuvent s’avérer indispensables au
18
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
déroulement des processus biologiques (oligo-éléments), c’est le cas du Fer (Fe), du Cuivre
(Cu), du Zinc (Zn), du Nickel (Ni), du Cobalt (Co), du Vanadium (V), du Sélénium (Se), du
Molybdène (Mo), du Manganèse (Mn), du Chrome (Cr), de l’Arsenic (As) et du Titane (Ti).
Dans ce cas, leurs concentrations dans les organismes doivent répondre aux besoins
métaboliques de ces derniers. Dans le cas contraire, une carence ou un excès de ces éléments
essentiels peut induire des effets délétères.
D’autres ne sont pas nécessaires à la vie, et peuvent être même préjudiciables comme le
Mercure (Hg), le Plomb (Pb), le Cadmium (Cd) et l’Antimoine (Sb). [18]
Dans la présente étude six métaux ont été étudiées en particulier : le Cadmium, le Plomb, le
Cuivre, le Fer, le Zinc et le Manganèse.
Pourquoi le choix ces six métaux ?
Les deux premiers (Pb et Cd) ont la propriété de transport et changent de forme chimique, ils
ont une conductivité électrique élevée qui expliquent leur utilisation dans de nombreuses
industries. Enfin, ils présentent une certaine toxicité pour l’homme. Les éléments Cu, Fe, Zn
et Mn seront aussi évoqués. En effet, contrairement aux deux précédents, ces quatre métaux
sont considérés comme oligo-éléments et sont indispensables au déroulement des processus
biologiques dans le métabolisme et ne deviennent toxiques qu’au-delà d’un certain seuil.
III.1.1. Le Cadmium
Le Cadmium a une grande résistance à la corrosion ; son point de fusion est bas ; il a
une bonne conductivité de l’électricité ; ses produits dérivés ont une bonne résistance aux
fortes températures ; il présente des caractéristiques chimiques proches de celles du Calcium,
en particulier le rayon ionique, facilitant ainsi sa pénétration dans les organismes.
Les activités industrielles telles que le raffinage des métaux non ferreux, la combustion du
charbon et des produits pétroliers, les incinérateurs d’ordures ménagères et la métallurgie de
l’acier constituent les principales sources de rejet du Cadmium dans l’atmosphère.
Dans l’eau, le Cadmium provient de l’érosion naturelle, du lessivage des sols (engrais
phosphatés) ainsi que des décharges industrielles et du traitement des effluents industriels et
des mines.
Le Cadmium fait également partie des métaux lourds les plus dangereux. Même à de faibles
concentrations, il tend à s’accumuler dans le cortex rénal sur de très longues périodes (50 ans)
où il entraîne une perte anormale de protéines par les urines (protéinurie) et provoque des
dysfonctionnements urinaires chez les personnes âgées. [18]
19
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
III.1.2. Le Plomb
Le Plomb est présent dans la croûte terrestre et dans tous les compartiments de la
biosphère.
Dans l'air, les émissions de Plomb provenant de poussières volcaniques véhiculées par le vent
sont reconnues d'une importance mineure. Les rejets atmosphériques sont principalement
anthropiques, ils proviennent d'abord des industries de première et deuxième fusion du plomb,
et au niveau urbain ou routier, des rejets des véhicules à moteur. [19]
Les rejets aquatiques les plus importants proviennent de la sidérurgie.
Les teneurs dans les eaux côtières sont à peine plus élevées qu’en zone océanique à cause de
l’ampleur de l’enlèvement dans les zones où les concentrations en matières en suspension
sont fortes. Des eaux côtières, dont les teneurs sont inférieures à 50 ng.L-1 peuvent être
considérées comme non contaminées [18]
Ces composés liquides sont extrêmement volatils et pénètrent facilement dans l’organisme par
la voie respiratoire mais aussi par la peau. Comme ils sont très liposolubles, ils passent
immédiatement dans le sang et, par leur capacité de bioaccumulation, ils vont, dans un
premier temps, se stocker dans le foie. Pour s’en débarrasser, le foie va leur retirer, grâce à
des enzymes d’oxydation, un de leurs quatre groupements alkyles. Ainsi, le plomb tétraéthyle
va conduire au plomb triméthyle qui, grâce au sang, va se répartir dans tout l’organisme et se
stocker préférentiellement dans le cerveau où il va entraîner des processus inflammatoires très
graves qui vont aboutir à une encéphalite parfois mortelle.
Parmi les aliments qui peuvent être riches en Plomb, citons les champignons de Paris (500
µg/kg) et les abats comme le foie et surtout les rognons (jusqu’à 0,2 µg/kg). [20]
III.1.3. Le Cuivre
Le Cuivre est l'un des métaux les plus employés à cause de ses propriétés physiques et
particulièrement de sa conductibilité électrique et thermique.
Il est très largement employé dans la fabrication de matériels électriques (fils, enroulements
de moteurs, dynamos, transformateurs), dans la plomberie, dans les équipements industriels,
dans l'automobile et en chaudronnerie.
Il est présent dans l’environnement, sa concentration dans l'écorce terrestre est estimée à
environ 70 ppm (30 à 100 ppm).
20
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
Le transport par le vent des poussières de sol, les éruptions volcaniques, les décompositions
végétales, les feux de forêts et les aérosols marins constituent les principales sources
naturelles d'exposition. Dans les eaux, le Cuivre provient pour la majeure partie de l'érosion
des sols par les cours d'eau : 68 % ; de la contamination par le Sulfate de Cuivre : 13 % ; et
des rejets d'eaux usées qui contiennent encore du Cuivre, même après traitement.
Le Cuivre est un élément essentiel chez l'homme et l'animal (oligo-élément), impliqué dans
de nombreuses voies métaboliques, notamment pour la formation d'hémoglobine et la
maturation des polynucléaires neutrophiles. De plus, il est un co-facteur spécifique de
nombreuses enzymes et métalloprotéines de structure. Cependant le Cuivre en excès produit
des radicaux libres responsables de lésions cellulaires au niveau de l'ADN et d'organites tels
que les mitochondries ou les lysosomes. [21]
III.1.4. Le Fer
Le Fer (Fe) est un métal essentiel, entre dans la composition de nombreux alliages dont
les aciers inoxydables. Il est utilisé dans les machines et ustensiles divers utilisés
quotidiennement ainsi que dans les infrastructures du monde moderne. Le Fer est classé au
quatrième rang des éléments de la croûte terrestre par ordre d'abondance, sa présence dans
l'eau peut avoir diverses origines : lessivage des terrains avec dissolution des roches et des
minerais contenus dans le sous-sol ; rejets industriels (pollutions minières, métallurgiques,
sidérurgiques) ; corrosion des canalisations métalliques (en fonte ou en acier) ou existence de
dépôts antérieurs.
La
régulation
du
Fer
dans
le
sang
est
contrôlée par deux protéines d'absorption
et d'exportation. La carence ou l'excès en Fer peut être potentiellement toxique pour
les cellules, c’est pourquoi son transport est rigoureusement contrôlé. Un faible niveau de Fer
chez l’homme cause l’anémie, l’un des problèmes de santé publique les plus répandus qui
peut être imputable à des causes d’ordre nutritionnel, notamment la carence en Fer, à des
troubles inflammatoires ou infectieux et à des pertes de sang.
Le mécanisme toxique principal du Fer réside dans sa capacité à induire la formation de
radicaux libres, avec, pour conséquence, une peroxydation lipidique. Classiquement,
l’intoxication au Fer est décrite comme évoluant en cinq phases : troubles digestifs,
amélioration clinique transitoire, toxicité systémique avec choc, acidose métabolique, coma,
toxicité hépatique avec coagulopathie, séquelles digestives à type de sténose. Le traitement
comporte, hormis le traitement symptomatique, la décontamination digestive avec irrigation
21
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
intestinale et traitement chélateur par déféroxamine. Le charbon activé est inefficace.
L’exposition chronique au Fer est principalement d’origine professionnelle et se traduit par
une pneumoconiose de surcharge consécutive à l’inhalation de poussières et d’oxydes de Fer.
La sidérose oculaire est une pathologie chronique grave pouvant aboutir à la perte de la vision
de l’oeil touché. Elle survient lorsqu’un corps étranger contenant du Fer se retrouve dans
l’oeil ou à son contact. [20,22]
III.1.5. Le Manganèse
L'essentiel du minerai est utilisé pour la fabrication des ferro-alliages : ferromanganèse
carburé ou affiné et silico-manganèse. Les oxydes sont les principaux minerais. La quasitotalité des grandes concentrations économiques de Manganèse correspond à des gisements
stratiformes syngénétiques, sédimentaires ou hydrothermaux-sédimentaires (surtout en milieu
détritique, mais aussi en milieu carbonaté) ou volcano-sédimentaires, résultant d’une
précipitation chimique en milieu aqueux, sous conditions physico-chimiques favorables.
Le Manganèse est un minéral qui intervient dans l'activité de nombreux enzymes impliquées
dans la protection des cellules contre les radicaux libres.
Une carence en Manganèse se traduit par des affections allergiques ORL, des palpitations, de
la tachycardie, des atteintes articulaires, de l'irritabilité et de l'agitation. L’intoxication aiguë
au Manganèse cause divers syndromes pulmonaires : fièvre des métaux, pneumonie au
Manganèse ou intoxication aigu par ingestion. Selon les résultats d'une étude sur cet oligoélément menée par des chercheurs canadiens une concentration élevée de manganèse dans
l'eau potable conduit à la réduction du quotient intellectuel (QI) des enfants. [20,23]
III.1.6. Le Zinc
Le Zinc entre naturellement dans l’atmosphère à partir du transport par le vent de
particules du sol, des éruptions volcaniques, des feux de forêts et d’émission d’aérosols
marins.
Les apports anthropiques de Zinc dans l’environnement résultent des sources minières
industrielles (traitement minerai, raffinages, galvanisation du Fer, gouttières de toitures, piles
électriques, pigments, matières plastiques, caoutchouc), des épandages agricoles (alimentation
animaux, lisiers) et des activités urbaines (trafic routier, incinération ordures). Dans les zones
portuaires, le Zinc est introduit à partir de la dissolution des anodes destinées à la protection
des coques de bateaux contre la corrosion, et est contenu dans certaines peintures
antisalissure. [18]
22
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
Le Zinc est un oligo-élément nécessaire au métabolisme des êtres vivants, essentiel pour
de nombreux métallo enzymes et les facteurs de transcription qui sont impliqués dans divers
processus cellulaires tels que l'expression des gènes, transduction du signal, la transcription et
la réplication.
Le Zinc est un des métaux les moins toxiques et les problèmes de carence sont plus fréquents
et plus graves que ceux de toxicité. Les risques tératogènes, mutagènes et cancérigènes sont
pratiquement nuls aux doses utilisées chez l'homme. Si les signes digestifs aigus
n'apparaissent qu'à dose élevée, une anémie sévère par interaction avec le Cuivre peut
survenir avec des doses peu supérieures aux apports recommandés. En outre, des problèmes
non résolus persistent dans des domaines importants en santé publique: maladie d'Alzheimer,
patients diabétiques ou séropositifs. [20,24]
V.
Bioaccumulation
IV.1. Définition
La bioaccumulation est le processus par lequel un organisme vivant absorbe une
substance à une vitesse plus grande que celle avec laquelle il l’excrète ou la métabolise. Elle
désigne donc la somme des absorptions d’un élément par voie directe et alimentaire par les
espèces animales aquatiques ou terrestres. [18,25]
Les organismes vont absorber ces contaminants et les composés les plus hydrophobes seront
stockés dans des tissus riches en lipides où ils auront tendance à s’accumuler en raison de leur
caractère persistant. Si les contaminants sont lentement métabolisés, ils vont également
pouvoir s’accumuler à chaque niveau de transfert entre proie et prédateur.
IV.2. Mécanismes de bioaccumulation des métaux-traces chez les organismes
aquatiques
Pendant tout processus physiologique d’échange avec le milieu environnant, les
molécules exogènes pénètrent à travers les barrières biologiques séparant l’environnement
interne de l’organisme du milieu externe. Quand la contamination se fait, ces barrières
(cutanées et respiratoires pour la contamination directe, et intestinale pour la contamination
trophique) montrent des propriétés biologiques liées à leur structure et aux conditions
physico-chimiques de l’environnement (température, pH, électrolytes, etc.). La membrane
plasmique est la structure primaire impliquée dans ces processus. Les métaux traces sont
piégés par les organismes aquatiques par deux voies principales, à partir de l’eau (voie
23
Chapitre I
Présentation des éléments d’étude
directe) et à partir de la nourriture (voie trophique). La pénétration des métaux traces nécessite
donc le franchissement de structures biologiques spécifiques comme le revêtement extérieur
et surtout l’épithélium branchial pour les contaminants présents dans l’eau, et l’ensemble du
tractus digestif pour les métaux associés aux particules ou contenus dans les proies ingérées.
Toutes ces voies sont possibles pour un même métal et leur importance relative est fonction
de la forme chimique sous laquelle le métal est dans le milieu. C’est la coexistence de ces
mécanismes et la dynamique de la spéciation qui rend si complexe la notion de
biodisponibilité. Les caractéristiques de l’interface Environnement - Organisme ont une
influence importante sur la forme métallique accumulée. Cette interface est une membrane
lipidique, non polaire, imprégnée de molécules qui vont intervenir dans le transport de
substances polaires essentielles à travers la membrane. [18,26]
IV.3. Le bio indicateur de pollution
Par définition le bio indicateur est une espèce vivante qui, par sa présence, son absence
ou sa rareté, permet d’évaluer la qualité de l'environnement. C’est le principe des « bio
indicateurs quantitatifs » basé sur le fait que les organismes marins concentrent les
contaminants, en particulier les métaux lourds, en relation avec les concentrations présentes
dans le milieu. [18]
Les céphalopodes sont de très bons indicateurs de pollution pour les eaux côtière, ils sont
connus pour leur faculté à accumuler les polluants.[27] Les glandes digestives ou
hépatopancréas (l’homme ne la consomme généralement pas) sont un site majeur de stockage
pour ces éléments. Les céphalopodes sont une source importante de cadmium pour les
mammifères marins et les oiseaux qui les consomment. Les taux mesurés dans ces organes
sont supérieurs à ceux mesurés dans la chair. [28]
24
Chapitre II
Les techniques expérimentales
CHAPITRE II
LES TECHNIQUES EXPERIMENTALES
I. Recherche des métaux lourds dans Oued El-Harrach
La quantification des éléments à l'état de traces dans l'environnement n'est pas aisée.
Elle a été une source de nombreuses erreurs. Dans de nombreux cas, l'analyse des métaux
traces a pour but la surveillance de la qualité du milieu aquatique. La première démarche
consiste à choisir le compartiment où se fera l'échantillonnage toute en tenant compte d'un
certain nombre de paramètres (accessibilité, sécurité de l'échantillonneur, ..).
En fonction de ces paramètres, nous avons pu cibler dans Oued El-Harrach deux sites pour
nos prélèvements (figure 9).
Point1 : le premier site est situé prés d’un chantier de métro où l’eau est instable (existence
d’un petit courant d’eau).
Point 2 : se situe à environ 400 mètre du premier site, l’eau dans ce compartiment semble être
moins perturbée voire même stable.
Afin de suivre la variation des teneurs métallique d’Oued El-Harrach en fonction de plusieurs
paramètre physico-chimique (climat, l’heure du prélèvement, pH, température, conductivité
…), plusieurs prélèvements ont étés effectués selon deux méthodes (décrites dans la partie
procédure de prélèvement) à différentes dates.
25
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Figure 9 : les deux sites ciblés pour l’échantillonnage.
I.1. Echantillonnage
Pour tous types d’eaux, en particulier les eaux superficielles, les eaux résiduaires et les
eaux souterraines d'échantillons, sont susceptibles de se modifier par suite de réactions
physiques, chimiques ou biologiques. Les erreurs potentielles sont plus nombreuses sur le
terrain, c'est à dire lors du prélèvement de l'échantillon, du type de flacon servant à le
contenir, de la présence ou non de matières en suspension, des conditions et du temps de
stockage de l'échantillon, qu'au niveau du laboratoire où les principales erreurs potentielles se
situent lors de la préparation, du dosage de l'échantillon et lors du calcul de la concentration
de
l'élément.
Au niveau du conditionnement et du transport, le flaconnage a une grande importance. Les
facteurs principaux sont le matériau et le mode de lavage du flacon. Le matériau du flacon
peut interférer par des phénomènes d'adsorption ou de réaction. Le type de flacon sera
fonction de l'élément : pour la plupart des métaux le verre et le polyéthylène sont
recommandés tandis que pour le Mercure le verre se révèle indispensable. Le lavage des
flacons devra être efficace sans amener de risque de pollution secondaire avec le liquide de
lavage. Le pH de lavage doit être plus faible (pH 0) que celui de stockage (pH 2).
26
Chapitre II
Les techniques expérimentales
I.1.1. Le choix et le mode de lavage du flacon
Pour le dosage des métaux lourds (dans notre cas Cd, Pb, Zn, Fe, Mn et le Cu) il
convient d’utiliser des récipients en matière de verre pour éviter toute contamination possible.
Il est préférable de préparer les récipients la veille du prélèvement selon le mode opératoire
suivant :
•
Laver le récipient et le bouchon avec une solution diluée de détergent et d’eau du
robinet.
•
Rincer abondamment avec l’eau du robinet.
•
Rincer avec une solution aqueuse d’acide Nitrique à 10%.
•
Vider et remplir complètement avec une solution aqueuse d’acide Nitrique 10%.
•
Fermer avec le bouchon et laisser reposer pendant au moins 24h.
•
Vider le récipient, rincer avec de l’eau d’une qualité appropriée (eau ultra pure), et
replacer immédiatement le bouchon. [29]
I.1.2. Procédure du prélèvement
Pour le prélèvement et le stockage des échantillons, nous avons utilisé deux méthodes :
I.1.2.1. Méthode 1
Une corde de 15m est attachée à un sceau (volume = 10L) pour faciliter le remplissage.
Le sceau est rincé trois fois avant l’échantillonnage.
Les récipients (de 200 ml) sont ensuite rincés avec l’eau du sceau trois fois puis remplis
complètement jusqu’à l’extrémité puis scellés de manière à faire éviter des réactions
interférentes avec l’air.
Les récipients contenant les échantillons sont étiquetés de façon claire.
Après la mesure des paramètres in situ (température, pH…) l’ajout dans chaque récipient, de
2mL de substance conservatrice qui est dans notre cas l’acide Nitrique 65% est effectué. Les
récipients sont conservés dans un réfrigérant à 6°C. [29]
27
Chapitre II
Les techniques expérimentales
I.1.2.2. Méthode 2
La même procédure que pour la méthode 1, mais réalisée à des intervalles de temps
réguliers pendant une même journée. Ce qui correspond à un minimum 5 prélèvements pour
chaque point.
Les paramètres sont notés in situ (température, pH….) pour chaque récipient remplie puis
une addition de 2mL d’acide Nitrique 65% est réalisée afin d’éviter toute dégradation des
échantillons lors de leur stockage.
Les 5 prélèvements sont ensuite mélangés dans un même conteneur afin de procéder au
rinçage et remplissage des flacons de conservation après homogénéisation.
Les récipients contenants les échantillons sont étiquetés de façon précise puis conservés dans
un réfrigérant à 6°C.
I.2. Les paramètres mesurés sur le terrain
I.2.1. Température
La température de l’eau est mesurée in situ à l’aide d’un thermomètre incorporé à un
instrument de mesure (pH mètre). Elle renseigne sur l’origine et l’écoulement de l’eau (eau
souterraine ou eau de surface). Elle est aussi indispensable pour la correction des autres
paramètres d’analyse qui lui sont étroitement dépendants (conductivité, pH…).
I.2.2. Conductivité
Elle renseigne sur la capacité de l’eau à conduire le courant électrique. On se sert d’un
appareil appelé conductimètre muni de deux électrodes. La mesure de la conductivité
renseigne sur la teneur en matières dissoutes dans l’eau sous forme d’ions chargés
électriquement. La température de l’eau influence la conductivité qui sera d’autant plus
importante que la température est élevée. Les résultats de mesure de la conductivité sont
toujours présentés en termes de conductivité équivalente à 20 ou 25°C. La conductivité doit
être mesurée dans le terrain .Elle est très utile pour mettre en évidence la qualité de l’eau. La
conductivité est généralement mesurée en micro-Siemens par cm (µS/cm).
28
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Tableau 3 : Guide de la conductivité d’une eau destinée à la consommation humaine.
Conductivité à 20°C (µS/cm)
Qualité de l’eau
50 à 400
Qualité excellente
400 à 750
Bonne qualité
750 à 1500
Qualité médiocre mais eau utilisable
>1500
Minéralisation excessive
I.2.3. pH (Potentiel Hydrogène)
Le pH mesure la concentration en ions H+ de l'eau. Il traduit ainsi la balance entre acide
et base sur une échelle de 0 à 14. La valeur 7 correspond à la neutralité. Le domaine entre 0 et
7 constitue le milieu est acide, et entre 7 et 14 le milieu est basique. Le pH renseigne sur
l’origine de l’eau. Par exemple, les eaux de surface ont un pH compris entre 7 et 8. Les eaux
souterraines ont un pH situé entre 5,5 et 8. Un pH très basique témoigne d’une évaporation
intense. Le pH d'un lac ou d'un étang dépend de son âge et des déchets déversés. Lors de sa
formation, un lac a un pH basique (ou alcalin) et progressivement il s'acidifie (fermentation de
matériaux organiques, dissolution de dioxyde de carbone avec formation d'ions
bicarbonates,...). [30]
I.2.4. Turbidité
Elle permet de préciser les informations visuelles de la couleur de l'eau. La turbidité est
causée par les particules en suspension dans l'eau (débris organiques, argiles, organismes
microscopiques...). Les désagréments causés par une turbidité auprès des usagers est relative:
certaines populations habituées à consommer une eau très colorée n'apprécient pas les qualités
d'une eau très claire. Cependant, une turbidité forte peut permettre à des micro-organismes de
se fixer sur les particules en suspension: la qualité bactériologique d'une eau turbide est donc
suspecte.
Elle se mesure sur le terrain à l'aide d'un turbidimètre. Unités: 1 NTU (Nephelometric
Turbidity Unit) = 1 JTU (Jackson TU) = 1 FTU (Formazin TU). Les classes de turbidités
usuelles sont montrées dans le tableau 4.
29
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Tableau 4 : les différentes classes de turbidité en fonction de la qualité visuelle de l’eau
[31]
Turbidité NTU
Qualité de l’eau
NTU < 5
eau incolore
5 < NTU < 30
eau légèrement trouble
NTU > 50
eau trouble
I.3. Préparation de l’échantillon
L’eau d’Oued EL-Harrach est chargée en matières organiques ce qui rend la
minéralisation de l’échantillon une étape importante avant l’analyse. Pour le traitement de
chaque échantillon nous avons utilisé trois types de minéralisation A0, A1 et A2 par digestion
acide (décrites dans Prétraitement et préparation des solutions d’échantillons).
La mesure des concentrations en métaux dans chaque échantillon est réalisée par
spectroscopie d’absorption atomique.
I.3.1. Appareillage et réactifs
• Dispositif de filtration à membranes de porosité 0,45 µm.
• Solution acide Nitrique 65% pour l’analyse des traces (V.W.R).
• Solution d’acide Sulfurique (V.W.R).
• Solution d’acide Chlorhydrique 37% (V.W.R).
• Peroxyde d’hydrogène 32 % pour analyse des traces (V.W.R).
• Plaque chauffante.
• Eau de Oued El-Harrach fraîchement prélevée.
• Eau pure.
• Eau ultra pure (conductivité égale à 0,0054µS/Cm).
• Fioles jaugées classe A.
• Micropipettes réglable, de capacité 1 ml.
• Béchers, Classe A.
• Purificateur d’eau (TKA-GEN PUR).
30
Chapitre II
Les techniques expérimentales
• Etuve (THERMO-SCIENTIFIC).
I.3.2. Préparation de verrerie et de plastique
Toute la verrerie du laboratoire est lavée au détergeant ensuite rincé par l’eau pur puis
immergée dans l’acide Nitrique 10% pendant 24h suivi d’un rinçage à l’eau ultra pure et
sécher à l’aide d’une étuve avant utilisation. [32]
NB. Aucun plastique de couleur ne devrait être utilisé.
I.3.3. Mode de prétraitement et préparation des solutions d’échantillons
À côté de la simple dilution, la minéralisation s’impose dans la majorité des cas pour les
eaux résiduaires fortement polluées. Cette étape de digestion essentielle limite les
interférences liées aux matières organiques. Elle peut être réalisée par voie sèche ou par voie
humide. Cette dernière, en utilisant un milieu acide, permet de limiter les pertes de certains
métaux par volatilisation. On retrouve classiquement dans la littérature, la digestion par des
acides seuls ou en mélange (HNO3, H2SO4, HCl) en présence ou non d’un agent oxydant
comme l’eau oxygénée. La minéralisation assistée par micro-ondes est actuellement
largement décrite en utilisant des réacteurs fermés en téflon. Une méthode alternative utilisant
une solution alcaline d’hydroxyde de tétraméthylammonium est également décrite.
Il est primordial d’être particulièrement vigilant à la préparation des échantillons pour
l’analyse de métaux en tenant compte de la matrice utilisée, de la méthode d’analyse choisie
et du type de métal à doser.
Les différentes méthodes de préparation que nous avons utilisée pour le dosage des métaux
lourds ciblé dans l’eau d’Oued El-Harrach sont :
I.3.3.1. Méthode A0
Acidifier l’échantillon dès que possible après l‘échantillonnage en ajoutant 1 ml d’acide
Nitrique (65%) par litre d’échantillon. Si nécessaire, rajouter de l’acide pour assurer un pH
inférieur à 2. Homogénéiser l’échantillon, par exemple, en le secouant énergiquement.
Introduire 100 ml de l’échantillon homogénéisé dans un bécher de 250 ml. Ajouter 1 ml
d’acide Nitrique (65%) et 1 ml de peroxyde d’hydrogène (32%). Chauffer le bécher sur une
plaque chauffante afin de concentrer le mélange, jusqu’à environ 0,5 ml. II est essentiel que
l’échantillon ne soit pas réduit à sec.
31
Chapitre II
Les techniques expérimentales
En cas d’importante contamination organique de l’échantillon d’eau, du peroxyde
d’hydrogène est ajouté avec précaution. Le résidu est dissout dans 1 ml d’acide Nitrique
(65%) et un peu d’eau ultra pure. L’ensemble est Transféré dans une fiole jaugée de 100 ml
puis complété au volume avec de l’eau ultra pure. [32]
I.3.3.2. Méthode A1
Ajouter 5ml d’acide Chlorhydrique (37%) par prise d’essai de 100ml. Chauffer à l’aide
d’une plaque chauffante jusqu'à réduction du volume entre 15 et 20 ml. Veiller à éviter toute
ébullition de l’échantillon.
Laisser refroidir, Laver le filtre plusieurs fois avec l’acide Nitrique 1% et filtrer l’échantillon
de façon à retenir sur le filtre les matériaux insoluble susceptible de boucher le nébuliseur.
Recueillir le filtrat dans une fiole jaugée de 100 ml.
Laver le filtre plusieurs fois avec de l’eau ultra pure, Puis continuer le volume jusqu’à 100ml.
[33].
I.3.3.3. Méthode A2
Ajouter 5ml d’acide Sulfurique par prise d’essai de 100ml. Chauffer à l’aide d’une
plaque chauffante jusqu'à réduction du volume entre 15 et 20 ml. Veiller à éviter toute
ébullition de l’échantillon.
Laisser refroidir, laver le filtre plusieurs fois avec l’acide Nitrique 1% et filtrer l’échantillon
de façon à retenir sur le filtre les matériaux insolubles susceptibles de boucher le nébuliseur.
Recueillir le filtrat dans une fiole jaugée de 100 ml.
Laver le filtre plusieurs fois avec de l’eau ultra pure, Puis continuer le volume jusqu’à 100ml.
II. Recherche des métaux lourds dans le poulpe
II.1. Choix de l’espèce
Un bon indicateur biologique de pollution doit être choisi en fonction de sa distribution
géographique, pour sa durée de vie (relativement longue de préférence), pour sa taille, et pour
la facilité de son échantillonnage. Il faut également qu’il soit abondant et tolérant aux eaux
saumâtres car ce sont les eaux côtières qui sont les plus susceptibles d'être polluées.
Pour ce travail, nous avons choisi la pieuvre comme bio indicateur (figure 10). Le choix de
cette espèce est intéressant par ce qu’elle est bio-indicatrice. Elle présente aussi l'intérêt
d'être un important filtreur d'eau et donc susceptible d'accumuler d'importantes quantités
32
Chapitre II
Les techniques expérimentales
de polluants contenus dans l'eau de mer. Elle nous renseigne donc sur la salubrité aussi
bien du milieu que des produits halieutiques.
Plusieurs caractéristiques contribuent à faire de certaines espèces de meilleurs indicateurs que
d’autres. L’abondance, l’accessibilité, la longévité ainsi qu’une taille facilitant les
manipulations sont quelques-unes des caractéristiques recherchées.
Dans le milieu marin, les poulpes remplissent la plupart de ces conditions :
• Par leur mobilité, Les poulpes sont représentatifs des perturbations à l’échelle de
portions de bassin versant.
• Les poulpes sont présents dans le milieu assez longtemps pour fournir une image
représentative de la qualité de ce dernier, elles ont des cycles d’au moins plusieurs
mois et en général d’un an à deux ans.
• Ils ont un rôle clé dans de nombreux écosystèmes marins et sont également d'un intérêt
croissant pour la pêche à travers le monde, consommés par les humains, leur
utilisation comme bio indicateur permet l’évaluation de contaminants présents dans
leurs tissus (glande digestive).
• Ils permettent d’évaluer le potentiel de pêches récréatives et commerciales.
Ils jouent aussi un rôle central dans le transfert des métaux dans les réseaux trophiques
marins. Cette particularité écologique, couplée à leur importance économique évoquée
Précédemment, a fait émerger l’intérêt d’étudier leur métabolisme vis-à-vis des métaux.
[34,35]
Figure 10 : poulpe commun (Octopus vulgaris).
33
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Les poulpes et les calamars semblent accumuler toute leur vie certains métaux dans les
glandes digestives [36] (figure 11). Les taux mesurés dans ces organes sont supérieurs à ceux
mesurés dans la chair. Les glandes digestives contiennent 90% du Cd total de l’animal. [37]
Figure 11 : Anatomie du poulpe commun.
Au vu de ces données, la glande digestive paraît être un bon indicateur de l’exposition des
poulpes aux contaminants métalliques.
II.2. Présentation du modèle biologique
Le poulpe (Octopus spp, Octopodes) est un mollusque céphalopode dépourvu de
coquille qui habite le creux des rochers près des côtes de la mer. Il se cache dans les trous et
les crevasses s'il est attaqué. Il est apparenté au calmar et à la seiche. C'est le membre le plus
imposant de la famille, pouvant atteindre près de 9 mètre, se caractérise par ses huit bras
pouvant comporter chacun jusqu'à plus de 200 ventouses , le corps est entièrement mou
hormis un bec comparable à celui des perroquets et leur relative intelligence. Il chasse en se
déplaçant plutôt au ras du sol, qu'il effleure à peine de la pointe de ses tentacules. Doublant
son poids presque tous les trois mois, la pieuvre ne se rassasie jamais. Surtout friande de
crabes et de coquillages, elle en rejette les carapaces et coquilles. La bouche qui s'ouvre entre
les tentacules, est armée d'une paire de mandibules cornées normalement invisibles. Certaines
espèces ont une espérance de vie de six mois, alors que la pieuvre géante peut vivre cinq ans
si elle ne se reproduit pas. [38, 39]
34
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Pêcher de mai à août dans les eaux côtières et pré-côtières alors qu'il remonte vers les cours
d'eau pour frayer.
II.3. Choix de station de prélèvement
Afin de s’assurer que la contamination métallique de la baie d’Alger provient
principalement du Oued El-Harrach, nous avons choisi trois stations différentes. Ces stations
se situent comme indiqué sur la figure 12 :
Station 1 : LA BAIE D’ALGER;
Station 2 : BORDJ EL-BAHRI;
Station3 : BOUHAROUNE.
Figure 12 : Photographie de la baie d’Alger montrant les trois sites d’échantillonnages.
II.4. préparation de l’échantillon
Cette méthode consiste à minéraliser l’échantillon par voie humide (four à micro-onde)
à l’aide d’acide Nitrique concentré et de Peroxyde d’Hydrogène. Les échantillons sont
analysés par spectrophotométrie d’absorption atomique de flamme.
35
Chapitre II
Les techniques expérimentales
II.4.1. Appareillage et réactifs
•
Acide Nitrique 65% pour l’analyse des traces (V.W.R).
•
Solution de Peroxyde d’Hydrogène 32% pour analyse des traces (V.W.R).
•
Eau pure.
•
Eau ultra pure (conductivité égale à 0,0054µS/Cm).
•
Verrerie (Fioles jaugées classe A, becher classe A, Pipettes jaugées Classe A).
•
Balance analytique (précision : 0.001g) METTLER TOLEDO.
•
Bain ultra son (FISHER SCIENTIFIC).
•
Purificateur d’eau (TKA-GEN PUR).
•
Four à micro-ondes (1000W).
•
Etuve (THERMO-SCIENTIFIC).
II.4.2. Préparation de verrerie et de plastique
Toute la verrerie du laboratoire est lavée au détergeant ensuite rincé par l’eau pur puis
immergée dans l’acide Nitrique 10% pendant 24h suivi d’un rinçage à l’eau ultra pure et
sécher à l’aide d’une étuve avant utilisation. [32]
NB. Aucun plastique de couleur ne devrait être utilisé.
II.4.3. Prise d’essai
En ce qui concerne les échantillons biologiques, la première opération consiste à
débarrasser l'échantillon des particules externes. Ceci est particulièrement important pour les
échantillons ayant un contact avec les sols et les sédiments.
Après la dissection
des pieuvres, les glandes digestives retirées ont été préalablement
séchées à 80 °C. Puis 0,5 à 1 g de chaque glande a été extraite comme prise d’essai.
II.4.4. Minéralisation de l’échantillon
Cette étape doit permettre l'élimination des matières organiques tout en stabilisant
l'analyte.
36
Chapitre II
Les techniques expérimentales
La minéralisation a été effectuée à partir d'un four à micro-onde modifié d’une
puissance de 1000 W.
On met la prise d'essai avec précaution dans un ballon à fond plat puis on rajoute 5 ml
d'acide Nitrique supra pur à 65 % plus 3 ml d’eau Oxygénée, On laisse reposer jusqu'à
dissolution de l'échantillon avant la minéralisation. Puis on met le ballon dans le four
micro onde à une puissance de 300 w pondant 20mn.
Puis on récupère le minéralisât dans une fiole jaugée de 50 ml que l'on complète avec de
l’eau ultra pure, puis on transfère la solution dans une fiole ou tube en plastique.
Parfois on met les échantillons dans un bain à ultras son ou on les filtre si nécessaire.
Il est essentiel de procéder à la même opération pour le blanc. [40]
III.
Dosage des métaux lourds par la Spectroscopie d’absorption
atomique
III.1. Principe
Le principe consiste à aspirer l'échantillon sous forme liquide dans une flamme à une
température de l'ordre de 1 700 à 2 550 °C, de sorte qu’il se forme une vapeur atomique
(atomes neutres, libres et a l'état fondamental). On irradie cette vapeur avec une lampe
spectrale à cathode creuse. Ces lampes émettent des raies de transition des atomes recherchés.
Seuls les atomes recherchés absorbent la radiation excitatrice. Ce qui nous permet de lier
l'absorption lumineuse à la concentration des atomes étudiées. Cependant il y a toujours une
absorption non spécifique si minime soit-elle. Cette dernière est significativement diminuée
par l'emploi d'une lampe au Deutérium (correcteur de bruit de fond). En plus de la simple
dilution ou de la minéralisation par voie humide souvent décrite, on préconise l’utilisation
d’une solution de modificateur de matrice qui permet de transformer l’élément à doser en ses
formes les plus stable thermiquement : composés oxydes, formes réduites ou phosphates, ... .
La formation des atomes neutres est réalisée par la vaporisation et l'atomisation dans une
flamme air-acétylène.
L’analyse des métaux lourds dans l’eau de Oued El-Harrach ainsi que dans les poulpes a été
réalisé dans les même conditions spectrales et pour les mêmes courbes d’étalonnages afin de
mieux interpréter les résultats obtenus.
37
Chapitre II
Les techniques expérimentales
III.2. Appareillage et réactifs
•
Solution standard à 1,000 g/l de chaque élément à doser (Cd, Fe, Pb, Zn, Mn, Cu).
•
Solution d’acide Nitrique 65% pour l’analyse des traces (V.W.R).
•
Solution acide Nitrique > 69% pour l’analyse par four (V.W.R).
•
Solution d’acide Chlorhydrique 37%.
•
Solution minéralisée de la glande digestive du poulpe.
•
Eau de Oued El-Harrach minéralisé.
•
Eau pure.
•
Eau ultra pure (conductivité égale à 0,0054µS/Cm).
•
Nitrate d’Ammonium (NH4NO3).
•
Chlorure de Palladium (PdCl2).
•
Chlorure Stanneux (SnCl2) (M =225,63 g.mol-1) (MERCK).
•
Micropipettes réglable, de capacité 1 ml.
•
Fioles jaugées classe A.
•
Le spectrophotomètre utilisé est un (Thermo AAS-Spectrometer Solaar MQZ Zeeman.
Double beam optic).programmé par un ordinateur et comprend :
- une source d'émission primaire : une tourelle qui peut contenir six lampes pour un
dosage successif ;
-
une
source
d'atomisation
constituant
la
cellule
d'absorption
(aspirateur
d'échantillon, nébuliseur, une flamme) ;
- un sélecteur de radiations : monochromateur ;
- un four à graphite à injection et dilution intelligente avec correcteur par effet Zeeman
(effet Zeeman inverse + effet Zeeman transversal).
Les conditions opératoires du spectromètre sont présentées dans le tableau 5:
38
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Tableau 5: conditions expérimentales pour le dosage des ions métalliques par SAA
Eléments
Cd
Pb
Zn
Fe
Mn
Cu
228,8
217,0
213,9
248,3
279,5
324,8
0,5
0,5
0,2
0,2
0,2
0,5
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
Air-acétylène
Air-acétylène
Air-acétylène
Air-acétylène
Air-
Air-
acétylène
acétylène
Oxydante
Oxydante
Paramètres
Longueur d’onde
(nm)
Fente (nm)
Temps de lecture
en (S)
Flamme
Type
stœchiométrique stœchiométrique stœchiométrique stœchiométrique
III.3. Préparation des Solutions
• Préparation de la solution de dilution 1 % de HNO3
On place 1 ml de HNO3 à 65 % (à l'aide d'une micro pipette graduée à 1ml) dans une
fiole de 100 ml et on complète la fiole jusqu'au trait de jauge avec de l'eau ultra pure.
•
Modificateur de matrice pour le dosage par spectroscopie d’absorption atomique
électrothermique.
Dissoudre 1,0 g de poudre de Chlorure Palladium dans 3 ml d’acide Nitrique 65% et 20
ml d’acide Chlorhydrique (ρ=1.19 g/ml), tout en chauffant légèrement sur une plaque
chauffante, puis diluer à 100 ml avec de l’eau.
Dissoudre 10 g de Nitrate d’Ammonium (NH4NO3) dans de l’eau et diluer à 100 ml avec
de l’eau.
39
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Mélanger 15 ml de la solution de Palladium et 15 ml de la solution de Nitrate
d’Ammonium dans une fiole de 100 ml et compléter au volume avec de l’eau. 10 µl de
cette solution contiennent 15 pg de Pd et 150 pg de NH4NO3. [32]
•
Préparation de la solution de modificateur de matrice biologique (SnC12)
On prélève 20 ml de HCl concentré (37 %) que 1'on dilue dans une fiole de 100 ml
(solution de HC1 concentrée à 20 %) ;
Dissoudre 25 g de SnC12 (M = 225,63 g.mol-1) avec les 100 ml de HCl à 20 % et ceci
dans un bécher de 600 ml ;
Compléter le bécher jusqu'à 300 ml et chauffer à l'aide d'un chauffe-ballon pour avoir
une solution limpide et on laisse refroidir quelques instants avant de passer au dosage.
[41]
III.4. Etalonnage
Pour chaque élément à doser on prépare une gamme d’étalons à différentes
concentrations (en fonction du type de métal), à partir d'une solution mère de 1000 ppm,
dans des tube de 50 mL en complétant le volume avec la solution de dilution 1% d’acide
Nitrique. Les quantités prélevées dans cette solution pour la préparation et les concentrations
des standards de chaque métal sont indiquées dans le tableau 6.
NB
Les standards du Cadmium sont préparés à partir d’une solution intermédiaire de
concentration égale à 100 ppm.
La solution intermédiaire est préparée elle aussi à partir d'une solution mère de 1 000
ppm par prélèvement de 10 ml qu'on dilue dans une fiole de 100 ml avec l’acide
Nitrique 1%.
Afin d’éviter d’éventuelle interférences dus à la matrice, chaque standard (S1, S2, S3) est
préparé par un mélange de concentration des différents éléments.
40
Chapitre II
Les techniques expérimentales
Tableau 6 : les quantités prélevées de la solution mère et les concentrations des
standards.
Standard 2
Standard 1
Standard 3
[C] en
(ppm)
[V] en
(µL)
[C] en
(ppm)
[V] en
(µL)
[C] en
(ppm)
[V] en
(µL)
Cd
0,6
300
1,8
900
3,6
1800
Pb
3
150
9
225
18
900
Zn
0,5
25
1,5
75
3
150
Fe
2
100
6
300
12
600
Mn
1
50
3
150
6
300
Cu
1.5
75
4.5
225
9
450
Métal
[C] concentration du standards en ppm; [V] volume prélevé de la solution mère pour la
préparation des standards en µL.
On fait passer les différents standards à travers le spectrophotomètre. A chaque concentration
correspond une absorbance et l’ordinateur trace la courbe. A partir de cette courbe,
l'ordinateur donne par lecture, après mesure de l'absorbance de chaque échantillon, la
concentration du métal étudié dans la solution préparée (en mg .L-1) . [42]
NB :
En ce qui concerne l’analyse des poulpes par la SAAF la solution de modificateur de
matrice biologique a été ajoutée.
Les teneurs en métal dans les tissus sont déterminés en mg/kg selon l’équation
suivante :
41
Chapitre II
Les techniques expérimentales
C (mg/kg) =
C: Concentration finale en métal
Cs: Concentration en métal dans la solution en mg.L-1
Cb : Concentration en métal dans le blanc en mg.L-1
Fd : Facteur de dilution (dans notre cas Fd = 5)
PE : Prise d’essai en g (poids frais) de l’échantillon. [40]
Sachant que : 0,6 ; 0.9 ; 0.7 g sont respectivement les poids des trois prises d’essais :
station 1, 2 et 3.
La spectroscopie par absorption atomique avec flamme SAAF n’a pas pu détecter la
faible teneur du Cadmium présent dans l’Eau de Oued El-Harrach minéralisé, nous
avons effectué une analyse par spectroscopie par absorption atomique avec
atomisation électrothermique SAA-ET dont le principe est l’injection d’un
échantillon acidifié dans un tube graphite chauffé électriquement. [32]
a) Préparation des étalons pour l’analyse de Cadmium par SAA-ET
• préparation de la solution standard intermédiaire de Cadmium (50 µg/L) : prélever
0.5ml de la solution mère et compléter à 100ml avec de l’acide Nitrique 1M.
• La
courbe
d’étalonnage
pour
le
Cadmium
est
réalisée
à
partir
des
concentrations suivantes : 10µg/L ; 20µg/L ; 30µg/L grâce à l’option dilution
intelligente.
b) programmation du four
-
Température de séchage : 110°C pendant 30s
-
Température de décomposition : 450 °C pendant 20s
-
Température d’atomisation : 1300°C pendant 3s
-
Température de lavage : 1900°C pendant 3s
-
La mesure de l’absorbance s’effectuera à une longueur 228.8nm, 10µl d’une solution
modificatrice de matrice est ajoutée au cour du dosage.
Les résultats obtenu des différents dosages sont présentés et discutés dans le chapitre suivant.
42
Chapitre III
Résultats et Discussions
CHAPITRE III
RESULTATS ET DISCUSSIONS
L’étude expérimentale réalisée sur les différents échantillons prélevés le long de l’Oued et les
spécimens de pieuvres représentant les trois sites sélectionnés pour ce travail sont donnés
dans ce chapitre sous formes graphiques ou tableaux.
L’étude a été menée durant la période du premier semestre de l’année 2011 et plus
précisément, les prélèvements ont été effectués au cours du mois de mars et avril. Période très
indiquée pour une accessibilité facile à l’échantillonnage.
IV.
Etude qualitative
Le tableau 7 récapitule les principales informations et éphémérides des conditions
d’échantillonnages des liquides effectués le long de l’Oued El-Harrach de la wilaya d’Alger.
Cet échantillonnage est valable pour la méthode 1, décrite dans le chapitre précédent.
Tableau 7 : Informations générales des conditions d’échantillonnage (méthode 1)
Point de
Prélèv
Point1
Point1
Point1
Point1
Point2
Point2
1
2
3
4
1’
2’
16/03/2011
22/03/2011
29/03/2011
05/04/2011
29/03/2011
05/04/2011
10h05
10h30
11h33
12h10
11h45
12h21
Nuageux
ensoleillé
Nuageux
Ensoleillé
Nuageux
Ensoleillé
Supportable
Supportable
Supportable
Forte
Fort
Nauséabonde
Fort
Nauséabonde
Marron clair
Marron
Marron clair
Marron foncé
Noire
Noire
Température
de l’air (°C)
21
21
19
25
19
25
Observation
Le lendemain
d’une journée
pluvieuse
(niveau de
l’oued élevé)
L’eau de
l’oued était
calme
l’eau de l’oued
était agitée
l’eau de l’oued
était à un
niveau très bas
L’eau de
l’oued était
moins agitée.
l’eau de l’oued
était à un
niveau très bas
Info.
Code de
l’échantillon
Date de
prélèvement
Heure de
prélèvement.
Temps
Odeur
Couleur
43
Chapitre III
Résultats et Discussions
Le tableau 8 décrit les mêmes paramètres dans le cas de la deuxième méthode
d’échantillonnage notée méthode 2 (décrite en détail dans le chapitre précédent).
Tableau 8 : Informations générales des conditions d’échantillonnage (méthode 2)
Point de
Prélèv
Point 1
Point 2
a
b
Info.
Code de
l’échantillon
Date de
prélèvement
Heure de
prélèvement
28/04/2011
9h
10h
11h
12h
13h
9h20
10h18
11h22
12h20
13h20
18.9
19.6
Ensoleillé
Temps
Odeur
Moyenne
Nauséabonde
Marron
Noire
Couleur
Température
de l’air (°C)
16.6
16.8
16.8
18
18.3
17.7
18.5
18.5
Au cours de ces prélèvements, nous avons procédé à des mesures de pH et de Conductivité
pour les différents échantillons. Le tableau 9 donne les principaux résultats obtenus.
Tableau 9 : pH et conductivité relevés dans le cas de l’échantillonnage avec la méthode 1
Point
1
2
3
4
1’
2’
7.38
20.5
1006
22.9
7.42
20
1061
21
7.642
22.5
1093
23.6
7.65
23.4
1469
23.5
7.867
22.3
1105
23.1
7.48
22.9
1477
23.3
PH et cond.
pH
Cond.
µs/cm
pH
T (°C)
Cond.
T (°C)
Nous remarquons le caractère neutre du milieu de prélèvement, vu les valeurs de pH obtenus
(autour de 7), alors que les valeurs relativement élevées des conductivités indiquent le
caractère très minéralisée de l’eau de l’Oued. Ces résultats préliminaires, peuvent dès lors
44
Chapitre III
Résultats et Discussions
introduire la présence des polluants minéraux car cette élévation de la conductivité n’est pas
associée à une acidité importante.
La méthode 2 étant une méthode de prélèvement effectuée sur une journée à des intervalles de
temps réguliers, en plus des conductivités et pH nous avons également mesuré la turbidité
pour chaque échantillon. Les valeurs obtenues sont données dans le tableau 10.
Tableau/ 10 : pH, conductivité et turbidité des différents échantillonnages par la
méthode 2
pH, cond.et
turbidité
Point et heure
a
b
9h
10h
11h
12h
13h
9h20
10h18
11h22
12h20
13h20
pH
Cond. µs/cm
Turbidité (NTU)
pH
T (°C)
Cond.
T (°C)
7.35
7.65
7.67
7.67
7.70
9.97
10.65
11
11
12.3
16
16.8
16.8
18
18.3
17.9
18.5
18.5
18.9
19.6
710
753
750
750
750
895
900
1003
1000
967
16
16.8
16.8
18
18.3
17.9
18.5
18.6
18.9
19.6
638
621
640
647
660
>1000
>1000
>1000
>1000
>1000
Dans le cas du point (a) les valeurs du pH sont quasiment neutres pour des valeurs de
conductivités relativement peu élevés. Ceci peut être dû à un effet de dilution, puisque un
temps assez pluvieux a précédé nos prélèvements.
Par contre, des pH basiques ont été obtenus au point (b). Ceci est justifié par la présence des
ions hydroxyles qui eux même provoquent une élévation de la turbidité. Cette élévation est
notamment attribuable aux agrégats qui peuvent se former entre les ions OH- et les ions
métalliques de type Fer. Ce résultat est conforme avec les valeurs des conductivités.
Les paramètres mesurés plus haut ont été suivi par des dosages qualitatifs des ions métalliques
susceptibles d’être présent dans les échantillons. Selon nos moyens d’analyse, nous avons
focalisé sur 8 éléments. Les résultats du dosage ont révélé l’absence des deux ions Cr et Co.
Les six autres éléments ont été alors choisis pour la poursuite de l’étude. Les valeurs faibles
obtenues pour le Cadmium nous ont amenés à opter pour une analyse par le four à graphite.
45
Chapitre III
Résultats et Discussions
Le tableau 11 donne l’absorbances lues des ions métalliques en fonction du type de
l’échantillon dans le cas de la première méthode de prélèvement et les trois méthodes de
minéralisation (A0, A1, A2).
Tableau 11 : Absorbances des métaux lourds dans l’eau (méthode de prélèvement 1)
Eléments
Cu
(Flamme)
Cd
(Four)
Zn
(Flamme)
Fe
(Flamme)
Mn
(Flamme)
Pb
(Flamme)
Type
de Minéralisation.
Code de Prélèvements
A0
A1
A2
1
0,002
0, 043
0,063
0,213
0,039
0,001
2
0,004
0,046
0,085
0,628
0,077
0,002
3
0,015
0,042
0,182
0,117
0,049
0,002
4
0,018
0,032
0,157
0,377
0,069
0,004
1’
0,137
0,038
1,072
1,205
0,541
0,061
2’
0,221
0,028
1,107
1,226
0,561
0,083
1
0,003
0,032
0,208
0,087
0,059
0,002
2
0,005
0,014
0,237
0,237
0,095
0,002
3
0,002
0,029
0,229
0,047
0,06
0,001
4
0,008
0,386
0,269
0,135
0,081
0,004
1’
0,047
0,263
1,108
0,909
0,765
0,048
2’
0,103
0,442
1,055
0,907
0,622
0,052
1
0.000
0,093
0,085
0,05
0,033
0,012
2
0,001
0,063
0,207
0,118
0,055
0,011
3
0.000
0,075
0,29
0,03
0,038
0,011
4
0,003
0,434
0,254
0,077
0,047
0,012
1’
0,096
0,361
0,785
0,88
0,246
0,012
2’
0,131
0,682
0,988
0,911
0,386
0,017
V. Etude quantitative
Les dosages quantitatifs dans le cas de la 2ème méthode de prélèvements sont regroupés dans
le tableau 12.
46
Chapitre III
Résultats et Discussions
Tableau 12 : Teneurs des métaux lourds présents dans deux prélèvements (méthode 2),
pour trois type de minéralisation (A0, A1 et A2).
Type de
minérali.
A0
Prélèvement
A1
A2
A
B
A
B
A
B
Cu
(mg/l)
0,0117
0,1679
0,0258
0,0601
0,0591
0,0279
Cd
(µg/l)
24.7712
118.5978
1.2565
4.2613
6.9247
18.6023
Zn
(mg/l)
0,2583
1,3843
0,3581
0,7461
0,6157
0,3034
Fe
(mg/l)
4,9441
146,5195
25,5016
76,5107
8,0448
49,4157
Mn
(mg/l)
0,2222
2,8578
0,2929
0,9040
0,6537
0,1731
Pb
(mg/l)
0,0177
0,2178
0,0139
0,0431
0,1227
0,0845
Pour rappel :
a
: Prélèvement du point 1
b
: Prélèvement du point 2
A0, A1, A2 étant les trois méthodes de minéralisation (les différentes méthodes de préparation)
Les conditions de prélèvements étant fortement tributaire des conditions où se trouvent
l’échantillon (Température, climat, pH…etc). Ceci nous a amené à proposer un suivi des
teneurs en ions métalliques sus-cités en fonction du temps, en prenant comme référence le 1er
jour de prélèvement. En effet, la date du 16/03/2011 étant celle du premier prélèvement du
premier site, et celle du deuxième site est le 29/03/2011.
Nous avons tracé cette évolution dans le cas des 3 méthodes de minéralisation et pour les
deux points d’échantillonnage.
Les figures 13, 14 et 15 donnent les évolutions des teneurs en ions métalliques en fonction de
la date de prélèvement dans le cas du premier point de prélèvement.
47
Chapitre III
Résultats et Discussions
Cu
Mn
Zn
Pb
Point 1 A0
40
30
25
Cd
Fe
0,2
30
0,1
15
20
10
10
F e (p pm )
C d (pp b )
[C ] p p m
20
5
0
0,0
0
0
10
20
30
40
50
0
10
20
temp (Jour)
30
40
50
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 13 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A0 pour le point 1
30
Point 1 A1
Cu
Mn
Zn
Pb
0,35
0,30
45
Cd
Fe
25
40
35
20
30
0,20
0,15
0,10
25
15
20
10
15
Fe (ppm )
C d (ppb)
[C] ppm
0,25
10
5
5
0,05
0
0
0,00
0
10
20
30
40
0
50
10
20
30
40
50
temp (Jour)
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 14 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A1 pour le point 1
Cu
Mn
Zn
Pb
0,7
30
35
Cd
Fe
0,6
25
20
0,4
Cd (ppb)
[C] ppm
0,5
30
0,3
20
15
10
0,2
10
0,1
5
0,0
0
0
10
20
30
40
50
0
0
temp (Jour)
10
20
30
40
50
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 15 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A2 pour le point 1
48
Fe (ppm)
Point 1 A2
Chapitre III
Résultats et Discussions
Nous remarquons à travers l’ensemble des figures tracées que les teneurs en Plomb et en
Cuivre restent pratiquent stables ou constant durant toute la période de prélèvement.
Les figures 16, 17 et 18 donnent les évolutions des teneurs en ions métalliques en fonction de
la date de prélèvement dans le cas du deuxième point de prélèvement.
140
Point2 A0
140
Cu
Mn
Zn
Pb
3,0
Cd
Fe
120
120
100
C d (p p b )
80
[C ] p p m
2,0
1,5
80
60
60
40
40
F e (p p m )
100
2,5
1,0
20
20
0
0
0,5
0,0
0
5
10
15
20
25
0
30
5
10
15
20
25
30
temps (jour)
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 16 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A0 pour le point 2
1,2
80
Cd
Fe
70
1,0
25
60
20
50
Cd (ppb)
[C] ppm
0,8
0,6
0,4
40
15
30
10
20
0,2
Fe (ppm)
Cu
Mn
Zn
Pb
Point 2 A1
10
5
0
0,0
0
5
10
15
20
25
30
0
temp (Jour)
5
10
15
20
25
30
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 17 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A1 pour le point 2
49
Chapitre III
Résultats et Discussions
point2 A2
Cu
Mn
Zn
Pb
1,2
1,0
50
Cd
Fe
50
45
40
40
0,6
35
30
30
20
0,4
F e (p pm )
C d (ppb )
[C] ppm
0,8
25
10
0,2
20
0
0,0
0
5
10
15
20
25
15
0
30
5
10
15
20
25
30
temp (Jour)
temp (Jour)
(I)
(II)
Figure 18 : Variation des teneurs des métaux lourds en fonction de la date de
prélèvement. Minéralisation type A2 pour le point 2
Les teneurs en Fer et en Cadmium ont été tracées séparément des autres éléments et ce à cause
de leurs valeurs élevés pour le premier et faible pour le second respectivement. Néanmoins,
l’évolution globale varie sensiblement en fonction du point et de la date de prélèvement et par
conséquent en fonction des conditions climatiques et physico-chimique. Cette dernière peut –
être liée aussi à l’activité industrielle pendant cette période.
Dans ce qui suit nous allons examiner l’effet de la méthode de minéralisation effectuée au
laboratoire avant l’analyse sur les résultats des différents dosages.
Les trois méthodes de minéralisations (ici notées A0, A1 et A2) ont été décrites dans le
chapitre précédent. L’étude concerne les deux méthodes de prélèvements pour les échantillons
prélevés à des dates différentes.
Les histogrammes tracés sur les figures 19 à 24 montrent pour chaque élément l’évolution de
la concentration en fonction de la minéralisation dans le cas des deux méthodes
d’échantillonnage pour le point 1. La méthode 1 est représentée par les prélèvements 1, 2,3 et
4 et la méthode 2 est symbolisée par (a).
50
Chapitre III
Résultats et Discussions
1
2
3
4
(a)
0,06
0,05
1
2
3
4
(a)
0,7
0,6
0,5
0,4
Mn ppm
Cu ppm
0,04
0,03
0,02
0,3
0,2
0,01
0,1
0,0
0,00
A0
A1
A0
A2
Figure 19 : Dosage du Cu/ point 1
1
2
3
4
(a)
0,12
0,5
0,10
0,08
Pb ppm
Zn ppm
0,4
0,3
0,2
0,06
0,04
0,1
0,02
0,0
0,00
A0
A1
A2
A0
A1
point 1
Figure 22 : Dosage du Pb/ point 1
1
2
3
4
(a)
25
A2
point 1
Figure 21 : Dosage du Zn/ point 1
1
2
3
4
(a)
25
20
20
15
15
Fe ppm
Cd ppb
A2
Figure 20 : Dosage du Mn/ point 1
1
2
3
4
(a)
0,6
A1
point1
point1
10
10
5
5
0
0
A0
A1
A0
A2
A1
A2
point 1
point 1
Figure 23 : Dosage du Cd/ point 1
Figure 24 : Dosage du Fe/ point 1
Nous observons des teneurs étroitement liées à la méthode de minéralisation. Le Cadmium
par exemple semble être mieux extrait par les deux méthodes A1 et A2 comparativement à la
méthode A0 dans le cas du prélèvement 4. Pour rappel, c’est l’acide Nitrique qui a été
employé dans le cas de la méthode A0. Par ailleurs, il est à noter que pour ce point
51
Chapitre III
Résultats et Discussions
précisément, une couleur marron foncé a été particulièrement observée. Ce qui signifie une
composition qui n’est probablement pas adéquate à une attaque par l’acide Nitrique.
Les autres éléments qui ont été analysés par la flamme ont montré un comportement
anormalement élevée (histogramme en couleur vert) quelque soit la méthode de
minéralisation. Ceci peut être attribué à la méthode de prélèvement avec acidification insitu.
Les histogrammes tracés sur les figures 25 à 30 montrent pour chaque élément l’évolution de
la concentration en fonction de la minéralisation dans le cas des deux méthodes
d’échantillonnage pour le point 2. La méthode 1 est représentée par les prélèvements 1’et 2’
alors que la méthode 2 est symbolisée par (b).
1'
2'
(b)
0,40
1'
2'
(b)
3,0
2,5
0,35
0,30
Mn ppm
Cu ppm
2,0
0,25
0,20
0,15
1,5
1,0
0,10
0,5
0,05
0,00
0,0
A0
A1
A2
A0
Point2
Figure 25 : Dosage du Cu/ point 2
A2
Figure 26 : Dosage du Mn/ point 2
1'
2'
(b)
1'
2'
(b)
1,4
A1
Point2
0,4
1,2
0,3
Pb ppm
Zn ppm
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,1
0,2
0,0
0,0
A0
A1
A0
A2
A1
A2
Point 2
Point2
Figure 27 : Dosage du Zn/ point 2
Figure 28 : Dosage du Pb/ point 2
52
Chapitre III
Résultats et Discussions
1'
2'
(b)
1'
2'
(b)
120
140
120
100
100
Fe ppm
Cd ppb
80
60
40
80
60
40
20
20
0
0
A0
A1
A0
A2
A1
A2
Point2
Point 2
Figure 29 : Dosage du Cd/ point 2
Figure 30 : Dosage du Fe/ point 2
Les résultats du point 2 concordent avec ceux du point 1 concernant la méthode de
minéralisation. En effet, si on prend comme exemple le Cadmium, on observe la même
diminution pour le même jour de prélèvement et ceci dans le cas de la minéralisation A0 qui
utilise l’acide Nitrique. Les deux autres acides HCl et H2SO4 utilisés respectivement pour les
méthodes de minéralisations A1 et A2 semblent favorable à une bonne extraction du
Cadmium.
La deuxième méthode de prélèvement utilisée pour ce point 2 (ici notée (b)) donne la plus
grande valeur de concentration obtenue après minéralisation A0. L’acide Nitrique peut être
considéré comme très efficace quand il est ajouté au moment du prélèvement.
Aussi, on peut citer l’intérêt de la méthode de minéralisation A2 qui donne de meilleurs
résultats lorsque l’acidification se fait ultérieurement.
De meilleurs résultats pour les autres éléments dosés par la flamme (Spécifiquement pour le
Fer) sont aussi obtenus avec une acidification par l’acide Nitrique insitu.
Dans le cas du Plomb, l’efficacité des méthodes suit la séquence A0>A1>A2. Ceci a
antérieurement été signalé, puisque des travaux ont montré que l’utilisation des acides
Chlorhydrique et Sulfurique n’est pas recommandée pour la conservation de cet élément. [29]
VI. Etude de la bioaccumulation par le poulpe
La bioaccumulation étant avérée au niveau de la glande digestive, qui constitue environs 90%
de la quantité totale des métaux emmagasinés par la pieuvre, le dosage est alors effectué au
niveau de cette glande après extraction aux micro-ondes.
53
Chapitre III
Résultats et Discussions
Les résultats obtenus sont présentés en mg.kg-1 du poids secs du tissu de l’échantillon dans le
tableau suivants :
Tableau 13 : Teneurs des métaux lourds présents dans les trois bio-indicateurs étudiées
Métal (mg.kg-1)
Stations
Station 1
La baie d’ALGER
Station 2
BORDJ EL BAHRI
Station 3
BOUHAROUNE
Cd
Pb
Zn
Fe
Mn
Cu
3,02.10-3
2,06.10-3
91.10-3
36.10-3
1.10-3
52.10-3
0 ,26.103
0,59.10-3
24.10-3
39.10-3
0,81.10-3
42.10-3
0,55.10-3
0,38.10-3
67,6.10-3
17.10-3
1,04.10-3
50.10-3
Afin de mieux interpréter les différents résultats obtenus par l’analyse des trois différents
échantillons, nous avons établis six histogrammes (Figures 31 à 36) qui reflètent de façon
claire les variations des teneurs de chaque métal en fonction du poulpe prélevé.
3,0
2,0
1 0 3 * P b (m g /K g )
1 0 3 * C d (m g /K g )
2,5
2,0
1,5
1,0
1,5
1,0
0,5
0,5
0,0
0,0
baie d'Alger
Bordj El Bahri Bouharoune
baie d'Alger
station de prélèvement
Bordj El Bahri Bouharoune
station de prélèvement
Figure 31 : Teneur du Cd en mg /kg
Figure 32 : Teneur du Pb en mg /kg
54
Chapitre III
Résultats et Discussions
40
35
80
1 0 3 * F e (m g /K g )
1 0 3 * Z n (m g /K g )
30
60
40
20
25
20
15
10
5
0
0
baie d'Alger Bordj El Bahri Bouharoune
station de prélèvement
Figure 34 : Teneur du Fe en mg /kg
1,0
50
0,8
40
10 3 * C u (m g/K g)
1 0 3 * M n (m g /K g )
station de prélèvement
Figure 33 : Teneur du Zn en mg /kg
baie d'Alger Bordj El Bahri Bouharoune
0,6
0,4
0,2
30
20
10
0,0
0
baie d'Alger
Bordj El Bahri Bouharoune
baie d'Alger
station de prélèvement
Figure 35 : Teneur du Mn en mg /kg
Bordj El Bahri Bouharoune
station de prélèvement
Figure 36 : Teneur du Cu en mg /kg
Le poulpe de la baie d’Alger, par rapport aux deux autres, contient des concentrations
beaucoup plus importantes en Cd, Pb et Zn. Les quantités de Cadmium relevées sont
d’environ 15 fois plus grandes, celles du Plomb sont 4 fois supérieures et pour le Zinc, qui se
présente comme le métal le plus bio accumulé de tous, c’est de 13 à 38% de plus.
Le Fe, Mn et Cu sont des oligoéléments nécessaires à faibles doses pour le corps de cette
espèce aquatique, les valeurs de leurs abondances par rapport aux trois échantillons analysés
sont presque similaires, en ce qui concerne le Cuivre et le Fer on constate que leurs teneurs
sont beaucoup plus grandes. Ce qui nous indique une importante pollution du milieu
aquatique par ces métaux.
55
Chapitre III
Résultats et Discussions
De plus, ces valeurs comparées à ceux trouvées après analyse de l’Oued El-Harrach montrent
que les quantités bioaccumulées du Cadmium et du Zinc par exemple sont de l’ordre de 100
fois supérieures à ceux de l’Oued. Cette constatation est plus marquée dans la baie d’Alger
que dans les deux autres stations. Cette augmentation est de seulement 5 fois dans le cas du
Plomb. Ceci nous amène à penser que cette espèce marine ne semble pas accumuler des
quantités importantes de ce métal.
Toutes ces concentration ont pu être analysées par la méthode de l’atomisation par la flamme,
car la technique d’extraction employée combinée aux teneurs relativement élevées nous ont
permis d’obtenir des résultats détectables par la flamme.
56
Conclusion Générale
CONCLUSION GENERALE
Ce travail rentre dans le cadre de l’application des techniques spectroscopiques à l’analyse des
éléments traces métalliques existant dans les différentes matrices naturelles.
Notre étude a porté principalement sur l’utilisation d’un équipement récent d’absorption
atomique et de l’étalonner au vu de son utilisation pour les dosages des éléments à faibles
teneurs.
La technique de l’analyse par la flamme a été employée pour la détection qualitative puis pour
la détermination quantitative des éléments choisis pour l’étude. La technique de l’atomisation
électrothermique a aussi été utilisée pour la mise en évidence des éléments se trouvant à des
concentrations de l’ordre du ppb (µg/L).
La partie la plus importante dans ce type de dosages est la préparation des échantillons. Pour
cela, nous avons testé des techniques de valorisation validées auxquelles nous avons ajouté
des modifications afin de tester plusieurs paramètres.
Des applications sur des échantillons réels provenant de l’Oued El-Harrach qui enregistre une
pollution très importante due aux différents rejets déversés tout au long de son passage par les
usines limitrophes. Ces échantillonnages ont été minutieusement effectués selon les normes
en vigueur puis une analyse s’en est suivie après plusieurs types de minéralisations.
Suite aux résultats obtenus qui ont mis en relief l’existence d’une pollution par les ions
métalliques, notamment, le Plomb et le Cadmium (même si les valeurs trouvées étaient
faibles), nous avons procéder par la suite à des recherches concernant ces mêmes ions dans
des espèces marines, considérées comme bioindicatrices.
Le choix de la pieuvre n’était pas fortuit puisque les résultats préliminaires ont fait état d’une
bioaccumulation de l’ordre de 100 fois par rapport aux valeurs trouvées dans l’Oued.
Les résultats obtenus nous ont permis d’arriver aux conclusions suivantes :
-
-
-
Les éléments Zinc, Fer et Manganèse ont été trouvés comme les plus abondants dans
l’Oued.
La technique de minéralisation A0 semble donner les meilleurs résultats
particulièrement lorsque l’acide Nitrique est ajouté à l’échantillon au moment de son
prélèvement.
Les techniques de minéralisation A1 et A2 qui utilisent l’acide Chlorhydrique et
Sulfurique respectivement n’ont pas permis d’aboutir aux concentrations réelles du
Plomb
Le Cadmium a été analysé par la méthode du four à graphite car indétectable par la
flamme.
57
Conclusion Générale
-
L’aspect de l’Oued et ses propriétés physico-chimiques représentent des éléments
fortement indicateurs de la pollution.
La contamination des poulpes par les éléments Cd, Zn et Pb est principalement
attribuable à l’Oued. Ceci a été confirmé après comparaison des résultats des trois
sites côtiers sélectionnés.
En fin, notre étude ne constitue pas une quelconque recherche de responsabilité de la
pollution, elle est purement scientifique et concerne principalement la technique d’analyse par
spectroscopie atomique : (échantillonnage, prétraitement, analyse).
Le choix de l’Oued El-Harrach a été justifié par son accessibilité et par les différentes teneurs
qu’il renferme. La pieuvre a été choisie parce qu’elle est considérée comme révélatrice de la
présence de la pollution minérale grâce à son pouvoir bioaccumulateur. D’ailleurs, elle a
toujours été bénéfique à toutes les espèces marines car elle joue le rôle de filtre adsorbant
placés tout au long de la côte.
Cette étude préliminaire mérite d’être approfondie et étalée à d’autres espèces vivantes
directement ou indirectement exposés aux contaminations toxiques.
58
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